بسته لوله به عنوان مونتاژ اصلی انتقال حرارت
بسته لوله مونتاژ اصلی انتقال حرارت یک مبدل حرارتی پوسته و لوله است. این بسته شامل لوله‌ها، صفحات لوله، بافل‌ها یا صفحات پشتیبان، میله‌های اتصال، فاصله‌دهنده‌ها و اجزای مرتبط است. بسته، سیال سمت لوله را از سیال سمت پوسته جدا کرده و سطح انتقال حرارت بین دو جریان را فراهم می‌کند.
بسته لوله می‌تواند به عنوان بسته جایگزین، بسته یدکی یا مونتاژ کامل برای مبدل‌های حرارتی جدید عرضه شود. این بسته مطابق با کلاس C، B یا R TEMA، ASME Section VIII Division 1 یا Division 2 و GB/T 151 برای کاربردهای داخلی طراحی و ساخته می‌شود.
انواع بسته لوله - طبقه‌بندی ساختاری
بسته لوله ثابت (TEMA L / M / N)
لوله‌ها در هر دو انتها به صفحات لوله ثابت متصل شده‌اند. صفحات لوله به پوسته جوش داده شده یا پیچ شده‌اند. انبساط حرارتی توسط یک مفصل انبساط روی پوسته در صورتی که اختلاف دما بین لوله‌ها و پوسته از حد مجاز برای ترکیب مواد تجاوز کند، جبران می‌شود.
کاربرد معمول: سیالات تمیز سمت پوسته، اختلاف دمای متوسط، سرویس بدون گرفتگی.
بسته لوله U شکل (TEMA U)
لوله‌ها به شکل U خم شده‌اند و هر دو انتها به یک صفحه لوله متصل شده‌اند. هر لوله به طور مستقل منبسط می‌شود، بنابراین برای اختلاف دماهای بزرگ نیازی به مفصل انبساط پوسته نیست.
کاربرد معمول: اختلاف دمای بالا، سرویس گاز با فشار بالا، سرویس هیدروژن، شرایط شوک حرارتی.
محدودیت: لوله‌های منفرد را نمی‌توان از داخل به صورت مکانیکی تمیز کرد؛ تمیز کردن شیمیایی لازم است.
بسته سر شناور (TEMA P / S / T / W)
یک صفحه لوله ثابت است و دیگری برای انبساط حرارتی آزاد است. سر پشتی قابل جدا شدن است و امکان خارج کردن بسته برای تمیز کردن مکانیکی را فراهم می‌کند.
کاربرد معمول: سرویس گرفتگی شدید، اختلاف دمای زیاد، ضریب گرفتگی بالای سمت پوسته.
اجزای اصلی - مشخصات
لوله‌ها
| پارامتر | محدوده | یادداشت‌ها |
|---|---|---|
| قطر خارجی لوله | 12.7 میلی‌متر - 50.8 میلی‌متر | قطر خارجی کوچکتر برای فشار بالاتر؛ قطر خارجی بزرگتر برای سرویس گرفتگی |
| ضخامت دیواره لوله | 0.9 میلی‌متر - 5.0 میلی‌متر | بر اساس ASME VIII-1 UG-27 انتخاب شده است |
| طول لوله | 1.5 متر - 12.0 متر | طول‌های استاندارد شامل 2.44 متر، 4.88 متر، 6.10 متر، 9.75 متر است |
| گام لوله | 1.25 برابر - 2.0 برابر قطر خارجی لوله | گام مثلثی برای انتقال حرارت بالاتر؛ گام مربعی برای تمیز کردن مکانیکی |
| آرایش لوله | مثلثی (30 درجه / 60 درجه) / مربعی (90 درجه / 45 درجه) | مثلثی سطح بیشتری را در هر مقطع عرضی پوسته فراهم می‌کند |
صفحات لوله
| پارامتر | محدوده / مقدار | یادداشت‌ها |
|---|---|---|
| ضخامت | 15 میلی‌متر - 350 میلی‌متر | بر اساس ASME VIII-1 Appendix AA / TEMA RCB-4.3 |
| تلرانس قطر سوراخ | H11 طبق ISO 286 | مثال: Ø25.2 میلی‌متر +0.13/0 |
| پرداخت سطح سوراخ | Ra ≤ 1.6 میکرومتر برای اتصالات منبسط شده؛ Ra ≤ 3.2 میکرومتر برای اتصالات جوش داده شده | پرداخت دقیق‌تر برای انبساط لازم است |
| عرض لیگامنت | حداقل 0.8 برابر قطر سوراخ | بر اساس ASME VIII-1 Appendix A |
| جنس | فولاد کربن / فولاد ضد زنگ / دوفاز / تیتانیوم / آلیاژ / روکش‌دار | مطابق با سیالات سمت لوله و سمت پوسته |
بافل‌ها و صفحات پشتیبان
| پارامتر | محدوده / مقدار | یادداشت‌ها |
|---|---|---|
| نوع بافل | قطعه‌ای / دو قطعه‌ای / مارپیچی / پشتیبان کامل | برش قطعه‌ای معمولاً 20% - 35% |
| فاصله بافل | 0.2 برابر - 1.0 برابر قطر داخلی پوسته | بر اساس طول لوله بدون پشتیبان و سرعت جریان متقاطع |
| حداکثر طول لوله بدون پشتیبان | فولاد کربن: ≤ 36 برابر قطر لوله؛ فولاد ضد زنگ: ≤ 30 برابر قطر لوله | بر اساس TEMA RCB-4.2 |
| ضخامت بافل | 3.0 میلی‌متر - 16 میلی‌متر | بر اساس اختلاف فشار و دهانه پشتیبان |
| قطر میله اتصال | M8 - M24 یا معادل آن | حداقل 4 میله اتصال در هر بسته |
انتخاب جنس - لوله‌ها و صفحات لوله
جنس لوله
| جنس | مشخصات | محدوده دما | حد کلراید | کاربرد |
|---|---|---|---|---|
| فولاد کربن | SA-179 / SA-106 Gr.B / 20# | -20 درجه سانتی‌گراد تا +425 درجه سانتی‌گراد | قابل اعمال نیست | آب، روغن، بخار، هیدروکربن‌های تمیز |
| فولاد ضد زنگ 304L / 304 | ASTM A213 TP304L | -196 درجه سانتی‌گراد تا +600 درجه سانتی‌گراد | ≤ 200 ppm | سیالات خورنده خفیف، بخار تمیز، درجه غذایی |
| فولاد ضد زنگ 316L / 316 | ASTM A213 TP316L | -196 درجه سانتی‌گراد تا +500 درجه سانتی‌گراد | ≤ 200 ppm | اسیدهای آلی، محلول‌های نمکی، هیدروکربن‌های حاوی کلراید |
| دوفاز 2205 | ASTM A789 S32205 | -40 درجه سانتی‌گراد تا +280 درجه سانتی‌گراد | ≤ 300 ppm در 80 درجه سانتی‌گراد | سرویس فراساحلی، آب دریا، سرویس CO2/H2S |
| تیتانیوم Gr.2 | ASTM B338 | -40 درجه سانتی‌گراد تا +230 درجه سانتی‌گراد | تا 20,000 ppm | آب دریا، آب شور، محیط‌های با کلراید بالا |
| مس-نیکل C70600 | ASTM B111 | -40 درجه سانتی‌گراد تا +200 درجه سانتی‌گراد | < 500 ppm | آب خنک‌کننده دریایی، آب لب شور |
| آلیاژ 625 / 825 / 800H | ASTM B163 / B444 | -196 درجه سانتی‌گراد تا +600 درجه سانتی‌گراد | تا 500 ppm | سرویس خورنده دمای بالا، گاز ترش |
جنس صفحات لوله
فولاد کربن SA-516 Gr.70 برای سیالات سمت لوله غیر خورنده
روکش فولاد ضد زنگ روی فولاد کربن برای سرویس خورنده با فشار بالا؛ حداقل ضخامت روکش 3 میلی‌متر
فولاد ضد زنگ جامد 304L / 316L برای سرویس کاملاً خورنده
دوفاز یا تیتانیوم برای سرویس فراساحلی و آب دریا
پوشش آلیاژی مانند اینکونل 625 برای سرویس شدید ترش یا کلراید
انواع اتصال لوله به صفحه لوله
| نوع اتصال | روش | مقاومت در برابر کشش | سرویس قابل اعمال |
|---|---|---|---|
| فقط منبسط شده | انبساط هیدرولیکی در 160-220 مگاپاسکال، نگه داشتن 5-8 ثانیه | ≥ 20 مگاپاسکال برای فولاد کربن؛ ≥ 25 مگاپاسکال برای فولاد ضد زنگ | سیالات غیر سمی، غیر چرخه‌ای، تمیز |
| فقط جوش داده شده | جوش فیله GTAW، طول 1.5-2.0 میلی‌متر | نگهدارنده مکانیکی فقط از جوش | گاز با فشار بالا، سرویس هیدروژن |
| جوش + انبساط | جوش آب‌بندی به علاوه انبساط هیدرولیکی در 160-200 مگاپاسکال | ≥ 25 مگاپاسکال | سرویس حرارتی چرخه‌ای، فشار بالا، سیالات سمی |
| جوش نفوذ کامل | نفوذ کامل GTAW | ≥ 30 مگاپاسکال | فشار شدید، هیدروژن، ضریب اطمینان بالا |
فرآیند ساخت - کنترل‌های کلیدی
سوراخکاری صفحه لوله
اندازه مته به تلرانس H11 طبق ISO 286 کنترل می‌شود
انحراف لیگامنت ≤ ±0.2 میلی‌متر از نقشه
پرداخت سطح سوراخ Ra ≤ 1.6 میکرومتر برای اتصالات منبسط شده
تمام سوراخ‌ها از هر دو طرف پخ‌زنی شده و قبل از ورود لوله تمیز می‌شوند
انبساط لوله
فشار انبساط هیدرولیکی 160-220 مگاپاسکال؛ زمان نگه داشتن 5-8 ثانیه
حداقل عمق انبساط 1.5 برابر قطر لوله یا 2 برابر ضخامت دیواره لوله در صفحه لوله
بررسی گیج پس از انبساط: 100% لوله‌ها یک توپ گیج با قطر 0.5 میلی‌متر کوچکتر از قطر داخلی لوله را می‌پذیرند
آزمون کشش روی اولین قطعه در هر بسته
جوشکاری لوله به صفحه لوله
فرآیند GTAW، خودکار یا دستی
ارتفاع پای جوش فیله 1.5-2.0 میلی‌متر برای جوش آب‌بندی
نفوذ ریشه جوش نفوذ کامل ≥ 0.5 میلی‌متر در دیواره لوله
100% آزمون مایع نافذ طبق ASME VIII-1 UW-51
روش جوشکاری طبق ASME Section IX واجد شرایط است
عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT)
هنگامی که ضخامت صفحه لوله فولاد کربن از 38 میلی‌متر بیشتر باشد، لازم است
هنگامی که سرویس حاوی H2S مرطوب طبق NACE MR0175 / ISO 15156 باشد، لازم است
چرخه معمول PWHT: 620 درجه سانتی‌گراد ± 10 درجه سانتی‌گراد، 1 ساعت به ازای هر 25 میلی‌متر ضخامت، حداقل 1 ساعت
نرخ خنک‌کاری کنترل شده ≤ 50 درجه سانتی‌گراد در ساعت تا 400 درجه سانتی‌گراد
بازرسی و تست در هر بسته
بررسی ابعادی
| مورد | تلرانس | روش |
|---|---|---|
| قطر خارجی لوله | ±0.11 میلی‌متر طبق ASTM B730 | میکرومتر |
| ضخامت دیواره لوله | ±10% اسمی | گیج اولتراسونیک |
| طول بسته | ±1.5 میلی‌متر طبق TEMA RCB-8 | متر نواری یا لیزر |
| فاصله بافل | ±1.5 میلی‌متر | کولیس یا الگو |
| انحراف لیگامنت سوراخ | ≤ ±0.2 میلی‌متر | مقایسه‌گر نوری |
| شعاع خم U | R ≥ 2 برابر قطر لوله | گیج الگو |
آزمون غیر مخرب
جوش‌های لوله به صفحه لوله: 100% آزمون مایع نافذ طبق ASME VIII-1 UW-51
روکش صفحه لوله: 100% آزمون اولتراسونیک برای یکپارچگی پیوند طبق ASME VIII-1 UW-13
سطح داخلی لوله: بازرسی بوروسکوپ روی نمونه تصادفی؛ 100% لوله‌ها از توپ گیج عبور می‌کنند
لوله‌های پره‌دار، در صورت امکان: بازرسی چشمی برای پره‌های شل یا گم شده
تست فشار
تست هیدروستاتیک: 1.3 برابر فشار طراحی طبق ASME VIII-1 UG-99
زمان نگه داشتن: حداقل 30 دقیقه
پذیرش: عدم افت فشار و عدم نشتی قابل مشاهده
تست نشتی پنوماتیک در صورت مشخص شدن: 0.6 مگاپاسکال هوا یا نیتروژن؛ تشخیص حباب صابون
پذیرش نرخ نشتی: ≤ 1×10⁻⁵ Pa·m³/s طبق روش اوریفیس معادل
مستندات در هر محموله
گواهی تست مواد طبق EN 10204 3.1 یا 3.2
گزارش داده ASME U-stamp در صورت امکان
برگه اطلاعات TEMA تکمیل شده طبق طراحی
گزارش بازرسی ابعادی
گزارش تست هیدروستاتیک با نمودار ثبت فشار
گزارش‌های NDE برای PT، UT، RT یا VT طبق انجام شده
مشخصات روش جوشکاری و سابقه صلاحیت روش
نقشه نهایی بسته لوله
گزارش تست کشش لوله برای اولین قطعه
لیست بسته‌بندی با ابعاد و وزن حمل بسته
چک لیست انتخاب - بسته لوله
نوع TEMA - صفحه لوله ثابت / لوله U شکل / سر شناور
قطر داخلی پوسته و قطر صفحه لوله
قطر خارجی لوله، ضخامت دیواره و طول
گام و آرایش لوله - مثلثی / مربعی
جنس لوله و جنس صفحه لوله
نوع اتصال لوله به صفحه لوله - منبسط شده / جوش داده شده / ترکیبی
فشار طراحی برای سمت لوله و سمت پوسته
دمای طراحی برای سمت لوله و سمت پوسته
ترکیب سیال برای هر دو طرف - برای تأیید سازگاری مواد
مجوز خوردگی برای لوله‌ها و صفحه لوله
نوع و فاصله بافل - بر اساس افت فشار مجاز و معیارهای ارتعاش
الزامات NDE و تست طبق مشخصات پروژه
الزام PWHT بر اساس مواد و سرویس
تعداد - بسته جایگزین، بسته یدکی یا تجهیزات جدید
بیانیه محدودیت طراحی - بسته لوله
بسته لوله مشمول محدودیت‌های زیر است:
باید با هندسه پوسته، ابعاد صفحه لوله و الگوی فلنج مبدل حرارتی موجود مطابقت داشته باشد.
تا زمانی که با پوسته، کانال‌ها و فلنج‌ها مونتاژ نشود، برای فشار داخلی درجه‌بندی نشده است.
محتوای جامد سمت لوله بیش از 2% وزنی بدون فیلتراسیون بالادستی، به دلیل خطر فرسایش و انسداد لوله توصیه نمی‌شود.
اتصالات فقط منبسط شده برای چرخه حرارتی بیش از 500 چرخه در سال یا برای سرویس سمی توصیه نمی‌شود.
بسته‌های لوله U شکل را نمی‌توان از داخل لوله‌ها به صورت مکانیکی تمیز کرد؛ تمیز کردن شیمیایی لازم است.
بسته‌های لوله ثابت ممکن است در صورتی که اختلاف دما از حد مجاز تجاوز کند، به مفصل انبساط پوسته نیاز داشته باشند.
برای سرویس خلاء زیر 1 کیلوپاسکال مطلق، ممکن است طبق ASME VIII-1 UG-29 به استحکام‌بخشی یا پشتیبانی اضافی نیاز باشد.
آب تست هیدرو برای فولاد ضد زنگ آستنی باید محتوای کلراید ≤ 50 ppm داشته باشد تا از ترک خوردگی تنشی جلوگیری شود.
