エアクーラーチューブバンドル | 強制/誘引通風 | Aフレーム/Vフレーム/水平 | プラグ/カバープレート/パイプヘッダー |

概要 – エアクーラーチューブバンドル（熱交換コアとして）

エアクーラーチューブバンドルは、空冷熱交換器（ACHE）の熱交換コアアセンブリです。これは、チューブシートによって両端が固定された、むき出しまたはフィン付きチューブの列で構成され、入口および出口ヘッダーボックスに接続されています。バンドルは構造ベイ内に設置され、軸流ファンまたは遠心ファンが外部チューブ表面を横切って周囲空気を強制的に送り込むか吸引することで、チューブ内を流れるプロセス流体を冷却します。

この製品は、API 661（一般製油所サービス用空冷熱交換器）、ISO 13706、および該当する場合はTEMAクラスRまたはBに従って設計・製造されています。交換用バンドル、予備バンドル、または新しいACHEベイ用の完全なアセンブリとして供給されます。

エアクーラーの種類 – バンドル配向とファン構成

チューブバンドルはACHEタイプ間で同じコアアセンブリですが、配向、支持構造、および空気流方向は構成によって異なります。

強制誘導（Forced Draft）

• ファンの下部にバンドルがあり、チューブ列を上方に空気を押し出す

• ファンプラナムが下部にあるため、空気分布は均一

• ファンおよび駆動コンポーネントは、地上またはプラットフォームレベルでアクセス可能

• バンドル配向：水平

• 典型的な用途：一般製油所プロセス冷却、コンプレッサー中間冷却器

誘引誘導（Induced Draft）

• ファンの上部にバンドルがあり、チューブ列を上方に空気を引き込む

• バンドル上のプラナムチャンバーにより、均一な吸引を保証

• ファンおよび駆動コンポーネントには、高架アクセスプラットフォームが必要

• バンドル配向：水平

• 典型的な用途：蒸気凝縮器、高温サービス、大型製油所ユニット

• 利点：空気分布が良好、再循環が少ない、降雨からバンドルを保護

Aフレーム（A-Frame）

• 逆V字型に配置された2つのフラットチューブバンドル（頂点が上）

• 頂点の下にファンがあり、傾斜した両方のバンドルを上方に空気を吹き付ける

• バンドル配向：傾斜、通常は水平から30°～60°

• 典型的な用途：発電所における空冷蒸気凝縮器（ACC）

• 利点：大規模ベイエリアの設置面積を削減；凝縮水は傾斜チューブに沿って重力で排出

Vフレーム（V-Frame）

• V字型に配置された2つのフラットチューブバンドル（頂点が下）

• 頂点の上にファンがあり、傾斜した両方のバンドルを上方に空気を引き込む

• バンドル配向：傾斜、通常は水平から30°～60°

• 典型的な用途：凍結保護のために誘引誘導が好まれる蒸気凝縮器

• 利点：Aフレームと同様の設置面積削減；凝縮水は下部コレクターに排出

水平単一バンドル（Horizontal Single Bundle）

• 水平に設置された単一フラットチューブバンドル

• ファンは下部（強制誘導）または上部（誘引誘導）

• バンドル配向：水平、傾斜0°

• 典型的な用途：一般プロセス冷却、ガス冷却、炭化水素凝縮

• 利点：最もシンプルな構造；バンドルの交換とメンテナンスアクセスが容易

バンドル構造 – コアコンポーネント

チューブ

チューブシート

ヘッダーボックス（入口/出口マニホールド）

ヘッダーボックス構造:

• 長方形または円形断面

• ASME B16.5またはB16.47準拠のフランジ接続

• 単一、二重、または四重チューブ側パス用のパス仕切り

• 低点および高点でのドレンおよびベント接続

サイドフレームおよびリフティングラグ

• 構造フレーム：鋼チャンネルまたはIビーム

• リフティングラグ：サイドフレームまたはチューブシートに溶接、バンドル重量の2倍定格

• 支持点は、チューブの垂れを最小限に抑え、バンドル長全体で±3 mm以内の水平度を維持するように配置

フィンタイプ – 温度と環境による選択

フィン形状（典型）

フィン結合抵抗

張力巻きフィンタイプ（Lフット、KLフット、LLフット）の場合、フィンとチューブ間の機械的結合により熱接触抵抗が発生します：

• チューブ側温度が120°Cを超える場合、新しいバンドルでは通常、結合伝導率値として2,000～5,000 W/m²·Kが適用されます。

• 稼働中のバンドルでは、熱サイクルにより結合伝導率が低下する場合があります。運転温度と結合タイプに応じて、設計にはしばしば3%～30%の追加表面積が含まれます。

• 押出成形および高周波溶接フィンには結合抵抗がありません。フィンは一体型または冶金的に結合されているためです。

空気側熱および流体パラメータ

材質選定 – チューブ、チューブシート、ヘッダー

チューブ材質

チューブシートおよびヘッダー材質

• 非腐食性チューブ側サービス用炭素鋼SA-516 Gr.70

• 高圧腐食性サービス用炭素鋼上のステンレス鋼クラッド；クラッド厚さ最小3 mm（ASME VIII-1 UW-13準拠）

• 完全腐食性サービス用ソリッドステンレス304L / 316L

• 過酷な塩化物サービスまたはオフショア用途用のソリッドデュプレックスまたはチタン

ヘッダーボックス材質は通常、チューブシート材質と一致させ、ガルバニック腐食を回避します。ボルト締めまたは溶接接合部において。腐食性サービス中の炭素鋼ヘッダーには、API 661に従って内部コーティング（エポキシまたはフェノール）が施されます。

製造プロセス – 主要管理項目

チューブシート穴あけ

• ドリルビットサイズはISO 286準拠のH11公差に制御

• 穴仕上げ：拡管接合部はRa ≤ 1.6 µm；溶接接合部はRa ≤ 3.2 µm

• リガメント偏差：図面から±0.2 mm以内

• すべての穴は、チューブ挿入前にバリ取りおよび清掃済み

チューブ拡管

• 油圧拡管圧力：160 – 220 MPa；保持時間5 – 8秒

• 拡管深さ：チューブシートへのチューブODの最小1.5倍またはチューブ肉厚の2倍

• 拡管後ゲージチェック：チューブIDより0.5 mm小さいゲージボールが通ることを確認（全チューブ）

• 引き抜き強度検証：バンドルあたり初回テスト、炭素鋼は≥ 20 MPa、ステンレス鋼は≥ 25 MPaを目標

チューブ・ツー・チューブシート溶接（指定された場合）

• GTAW（TIG）プロセス、自動または手動

• シール溶接用フィレット脚高さ1.5 – 2.0 mm

• 全溶込み溶接ルート溶込み：チューブ肉厚に≥ 0.5 mm

• ASME VIII-1 UW-51準拠の100%液体浸透探傷試験

• 溶接手順はASMEセクションIXに準拠して資格取得済み

ヘッダーボックス製造

• ASME B16.5またはB16.47フランジ接続付き溶接鋼構造

• ヘッダー寸法はチューブシート穴パターンに合わせる

• パス仕切りはヘッダー内部に溶接、材質と溶接手順はヘッダー材質に合わせる

• ドレンおよびベント接続：NPTねじ込みまたはソケット溶接継手

バンドル組み立てとリフティング

• チューブをチューブシートに挿入し、拡管または溶接

• 指定間隔でバッフルまたはチューブサポートを取り付け

• サイドフレームとリフティングラグを取り付け

• 指定された場合、バンドル重量の1.1倍でリフティングテストを実施

バンドルあたりの検査とテスト

寸法検査

非破壊検査

水圧試験（チューブ側）

• 試験圧力：設計圧力の1.3倍（ASME VIII-1 UG-99準拠）

• 試験媒体：防錆剤入り清浄水；ステンレス鋼の場合は塩化物 ≤ 50 ppm

• 保持時間：≥ 30分

• 合格基準：圧力低下なし；チューブ接合部、ヘッダー、プラグからの目に見える漏れなし

気圧漏れ試験（指定された場合）

• 試験圧力：0.6 MPaの空気または窒素

• 漏れ検出：すべての接合部と溶接部に石鹸水溶液を塗布

• 合格基準：泡なし；漏れ率 ≤ 1×10⁻⁵ Pa·m³/s

用途プロファイル – サービスタイプ別

コンプレッサー中間冷却器および後冷却器

• チューブ側流体：圧縮空気または天然ガス

• チューブ側温度：入口120°C – 180°C、出口40°C – 60°C

• チューブ側圧力：0.5 – 10.0 MPa

• チューブ材質：空気用炭素鋼；CO₂または水を含む天然ガス用304L

• フィンタイプ：チューブ側温度 ≤ 150°Cの場合はLフット；150°C – 180°Cの場合はKLフット

• フィン形状：OD 25.4 mm × 2.0 mm肉厚；フィン高さ12.5 mm；10 FPI

• バンドル列数：4 – 6

• 空気面速度：2.5 – 3.5 m/s

• 空気側圧力損失：≤ 200 Pa

製油所オーバーヘッドコンデンサー

• チューブ側流体：蒸気を含む炭化水素蒸気

• チューブ側温度：入口100°C – 150°C（凝縮）、出口40°C – 60°C

• チューブ側圧力：0.1 – 0.5 MPa

• チューブ材質：非腐食性サービス用炭素鋼；サワーサービス用316L

• フィンタイプ：標準サービス用LフットまたはKLフット；H₂Sサービス用316Lチューブ付き押出成形

• フィン形状：OD 25.4 mm × 2.0 mm；フィン高さ12.5 mm；10 FPI

• バンドル列数：4

• 特殊機能：液体排出のため出口ヘッダーに向かって1:50で傾斜したバンドル

脱水または圧縮後の天然ガス冷却器

• チューブ側流体：処理済み天然ガス

• チューブ側温度：入口60°C – 100°C、出口30°C – 45°C

• チューブ側圧力：4.0 – 10.0 MPa

• チューブ材質：塩化物含有の場合は316Lまたはデュプレックス2205

• フィンタイプ：オフショアおよび沿岸の腐食保護用アルミニウム1100外側付き押出成形

• フィン形状：OD 19.05 mm × 2.0 mm；フィン高さ12.5 mm；10 FPI

• バンドル列数：2 – 3

• 空気面速度：2.0 – 2.5 m/s

• 空気側圧力損失：≤ 150 Pa

発電所用空冷蒸気凝縮器（ACC）

• チューブ側流体：真空下で水に凝縮する蒸気

• チューブ側温度：入口60°C – 100°C、出口35°C – 45°C

• チューブ側圧力：真空、10 – 50 kPa絶対圧

• チューブ材質：炭素鋼亜鉛メッキまたはコーティング；蒸気にアンモニアまたは塩化物を含む場合はステンレス鋼

• フィンタイプ：冶金的に結合された高周波溶接；溶融亜鉛めっき炭素鋼フィン

• チューブ形状：プレートフィンまたはヘリカル溶接フィン付きの楕円形またはフラットオーバルチューブ

• バンドル配向：AフレームまたはVフレーム、水平から60°に傾斜

• 空気流：誘引誘導

• 特殊機能：凝縮水収集ヘッダーに向かって1:80で傾斜したバンドル；冬期0°C未満の運転のための蒸気トレースまたは電気ヒーターによる凍結保護

清掃とメンテナンス

ほこり、花粉、または化学物質の堆積による空気側のファウリングは、圧力損失を増加させ、熱伝達を低下させます。清掃は以下の場合に推奨されます：

• 空気側圧力損失が設計圧力損失を30%超える

• 空気側圧力損失の増加が、開始時より50 Paに達する（いずれか早い方）

清掃方法：

• 水洗い：水溶性堆積物に対して低圧スプレー ≤ 1.0 MPa

• 空気ブロー：乾燥した緩いほこりに対して圧縮空気 ≤ 0.6 MPa

• 化学洗浄：アルミニウムフィン用に承認されたアルカリ性または酸性洗剤；高アルカリ溶液は避ける

チューブ側清掃は固定バンドルでは機械的に実行不可能。ファウリングサービスには化学洗浄またはオンラインピギングが必要。

出荷ごとの書類

• チューブ、フィン、チューブシート、ヘッダー、構造用鋼材のEN 10204 3.1または3.2に基づく材料試験証明書

• API 661完了データシートまたはISO 13706データシート

• 該当する場合はTEMAデータシート

• 該当する場合はASME Uスタンプデータレポート

• バンドル長、チューブシート穴レイアウト、フィン形状、チューブODを含む寸法検査レポート

• 巻き取り張力、押出圧力、溶接電流を含むフィン取り付けプロセスパラメータ

• 圧力チャート記録付き水圧試験レポート

• 実施された場合は気圧漏れ試験レポート

• 実施されたPT、UT、RTのNDEレポート

• チューブ・ツー・チューブシートおよびヘッダー溶接の溶接手順仕様および手順資格記録

• チューブ数、パス構成、ヘッダー寸法、リフティングラグ位置を含むバンドル完成図面

• 厚さ検証レポート付き塗装およびコーティング仕様

選択チェックリスト – エアクーラーチューブバンドル

1. ACHEタイプ：強制誘導、誘引誘導、Aフレーム、Vフレーム、または水平

2. バンドル配向：水平または角度付き傾斜

3. チューブ材質とサイズ（ODと肉厚）

4. フィンタイプ：Lフット、KL、LL、押出成形、高周波溶接、またはむき出し

5. フィン材質と形状（高さ、ピッチまたはFPI、厚さ）

6. チューブ側設計圧力と温度

7. 腐食性、塩化物、H₂Sを含むチューブ側流体組成

8. チューブ側許容圧力損失

9. 夏期設計時の空気入口温度

10. 空気面速度または総空気流量

11. 空気側許容圧力損失、通常100 – 300 Pa

12. ヘッダータイプ：プラグ、カバープレート、またはパイプマニホールド

13. チューブ側パス数：単一、二重、または四重

14. 既存または新規ベイあたりのチューブ数とレイアウト

15. コーティング、亜鉛めっき、または特殊フィン・チューブ材質を含む腐食保護要件

16. 蒸気トレース、電気ヒーター、または再循環を含むACCサービス用の凍結保護

17. 最大重量と寸法を含むリフティングと輸送の制約

18. 適用規格：API 661、ISO 13706、TEMA、または顧客仕様

設計制限声明 – エアクーラーチューブバンドル

エアクーラーチューブバンドルは、以下の制限を受けます：

• 指定されたチューブ側圧力と温度に対してのみ設計されています。これらの制限を超える運転は設計を無効にします。

• 空気側性能は、周囲空気温度とファウリングに依存します。周囲温度が上昇すると、冷却能力は低下します。

• 固定バンドルではチューブ側清掃は機械的に実行不可能。ファウリングサービスには化学洗浄またはオンラインピギングが必要です。

• 空気側ファウリングは圧力損失を増加させ、熱伝達を低下させます。定期的な清掃スケジュールを維持する必要があります。

• 凍結条件下での凝縮サービスの場合、傾斜、排水、および加熱による凍結保護を提供する必要があります。

• 最大フィン先端温度は、材質固有の制限を超えてはなりません：Lフット ≤ 150°C、押出成形 ≤ 230°C、高周波溶接 ≤ 450°C。

• 年間500サイクルを超える熱サイクルサービスの場合、Lフット、KLフット、LLフットなどの張力巻きフィンタイプは推奨されません。押出成形または高周波溶接フィンを使用してください。

• バンドルは水平な支持構造に取り付ける必要があります。過度のずれはチューブシートの歪みと接合部の漏れを引き起こします。

• チューブ側圧力が10.0 MPaを超える場合、または極端な真空の場合、カスタムヘッダーとチューブシート設計についてはお問い合わせください。