ساخت بسته لولههای U: پارامترهای بازرسی و کنترل کیفیت برای مبدلهای حرارتی پوسته و لوله
در مبدلهای حرارتی پوسته و لوله، بسته لوله‌ها راندمان عملیاتی و عمر مفید را تعیین می‌کند. تصویر بالا یک بازرسی قبل از حمل و نقل در یک مرکز تولیدی را نشان می‌دهد، که در آن یک تکنسین کنترل کیفیت در حال بررسی یک مجموعه بسته لولههای U است.
برخلاف طرح‌های با صفحات لوله ثابت، بسته لولههای U از یک صفحه لوله واحد استفاده می‌کند. لوله‌ها به شکل U خم می‌شوند و هر دو انتها به همان صفحه لوله متصل می‌شوند. این پیکربندی مزایای فنی خاصی را ارائه می‌دهد:
مدیریت انبساط حرارتی: هر لوله U به صورت آزاد منبسط می‌شود و نیاز به مفصل انبساط پوسته را از بین می‌برد. این طرح برای سرویس‌هایی با اختلاف دمای بیش از ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد مناسب است.
قابلیت فشار بالا: چیدمان پشتیبانی ثابت-آزاد، تمرکز تنش حرارتی را کاهش می‌دهد و آن را برای سرویس گاز یا هیدروژن با فشار بالا مناسب می‌سازد.
دسترسی به نگهداری سمت پوسته: بسته را می‌توان برای تمیز کردن مکانیکی سطوح سمت پوسته استخراج کرد.
تصویر مراحل کلیدی بازرسی را نشان می‌دهد. تلرانس‌های تولید به شرح زیر کنترل می‌شوند:
1. ماشین‌کاری صفحه لوله و سوراخ
صفحات لوله با تلرانس سوراخ H11 با CNC سوراخ می‌شوند.
انحراف عرض لیگامنت در حد ±۰.۲ میلی‌متر حفظ می‌شود تا از اتصال مطمئن لوله به صفحه لوله اطمینان حاصل شود.
پرداخت سطح سوراخ: Ra ≤ ۱.۶ میکرومتر برای اتصالات منبسط شده؛ Ra ≤ ۳.۲ میکرومتر برای اتصالات جوش داده شده.
2. مونتاژ بافل و پشتیبانی
تلرانس فاصله بافل در حد ±۱.۵ میلی‌متر کنترل می‌شود.
میله‌های اتصال و لولههای فاصله‌گذار، بافل‌ها را محکم در جای خود قفل می‌کنند.
حداکثر طول لوله بدون پشتیبانی: ≤ ۳۶ × قطر خارجی لوله برای فولاد کربن؛ ≤ ۳۰ × قطر خارجی لوله برای فولاد ضد زنگ.
3. اتصال انتهای لوله
اتصالات جوش داده شده تحت آزمایش ۱۰۰٪ تست ذرات نافذ (PT) طبق ASME VIII-1 UW-51 قرار می‌گیرند.
اتصالات منبسط شده تحت تست کششی تا حداقل ۲۰ مگاپاسکال برای فولاد کربن و ۲۵ مگاپاسکال برای فولاد ضد زنگ قرار می‌گیرند.
| ماده | مشخصات | محدوده دما | حد کلراید | کاربرد معمول |
|---|---|---|---|---|
| فولاد کربن | SA-179 / 20# | -۲۰ درجه سانتی‌گراد تا +۴۲۵ درجه سانتی‌گراد | قابل اجرا نیست | آب، روغن، بخار |
| فولاد ضد زنگ ۳۰۴L / ۳۱۶L | ASTM A213 | -۱۹۶ درجه سانتی‌گراد تا +۵۰۰ درجه سانتی‌گراد | ≤ ۲۰۰ ppm | اسیدهای آلی، محلول‌های نمکی |
| دوبلکس ۲۲۰۵ | ASTM A789 | -۴۰ درجه سانتی‌گراد تا +۲۸۰ درجه سانتی‌گراد | ≤ ۳۰۰ ppm در ۸۰ درجه سانتی‌گراد | فراساحلی، آب دریا، CO₂/H₂S |
| تیتانیوم گرید ۲ | ASTM B338 | -۴۰ درجه سانتی‌گراد تا +۲۳۰ درجه سانتی‌گراد | تا ۲۰,۰۰۰ ppm | آب دریا، آب شور، کلراید بالا |
هر بسته تحت بررسی‌های تأیید شده زیر قرار می‌گیرد:
بازرسی ابعادی: طول کلی بسته، قطر خارجی، فاصله بافل و شعاع خم U (R ≥ ۲ × قطر خارجی لوله برای دسترسی تمیزکاری مکانیکی).
آزمایش غیرمخرب: ۱۰۰٪ PT روی جوش‌های لوله به صفحه لوله؛ ۱۰۰٪ UT روی روکش صفحه لوله.
تست هیدروستاتیک: طبق ASME VIII-1 UG-99 در ۱.۳ × فشار طراحی، به مدت ۳۰ دقیقه نگه داشته می‌شود. افت فشار صفر و عدم نشت قابل مشاهده برای پذیرش الزامی است.
بسته لولههای U زمانی قابل استفاده است که شرایط زیر برآورده شوند:
اختلاف دمای سمت لوله و سمت پوسته بیشتر از ۶۰ درجه سانتی‌گراد باشد.
سمت لوله با گاز پرفشار یا مواد خورنده سروکار دارد.
تمیزکاری مکانیکی سمت پوسته مورد نیاز است، اما تمیزکاری داخلی سمت لوله به روش‌های شیمیایی محدود می‌شود.
فشار طراحی تا ۳۵ مگاپاسکال و دمای طراحی تا ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد (بسته به ماده).
برای طراحی حرارتی و مکانیکی اولیه، داده‌های فرآیند زیر مورد نیاز است:
ترکیب سیال سمت لوله و سمت پوسته.
دماهای ورودی و خروجی برای هر دو طرف.
فشار طراحی و افت فشار مجاز.
حداکثر قطر پوسته و طول لوله موجود.
مجوز خوردگی و غلظت کلراید.
با این پارامترها، می‌توان توصیه انتخاب بسته و برگه محاسبه حرارتی را ارائه داد.
