مرجع و – بسته لوله خنک کننده هوا به عنوان هسته انتقال حرارت
بسته لوله خنک کننده هوا، مجموعه هسته انتقال حرارت یک مبدل حرارتی خنک شده با هوا (ACHE) است. این بسته شامل ردیفهایی از لولههای ساده یا پرهدار است که در هر انتها توسط صفحات لوله ثابت شده و به جعبههای هدر ورودی و خروجی متصل میشوند. بسته در یک دهانه سازهای نصب میشود، جایی که فنهای محوری یا گریز از مرکز، هوای محیط را از سطح خارجی لوله عبور میدهند تا سیال فرآیندی که در داخل لولهها جریان دارد را خنک کنند.
این محصول مطابق با API 661 (مبدلهای حرارتی خنک شده با هوا برای خدمات عمومی پالایشگاه)، ISO 13706 و TEMA کلاس R یا B در صورت لزوم طراحی و ساخته شده است. این محصول به عنوان یک بسته جایگزین، بسته یدکی یا مجموعه کامل برای یک دهانه جدید ACHE عرضه میشود.
انواع خنک کننده هوا – جهت بسته و پیکربندی فن
بسته لوله، مجموعه هسته یکسانی در انواع ACHE است؛ جهت، ساختار پشتیبانی و جهت جریان هوا بسته به پیکربندی متفاوت است.
پیشرانش (Forced Draft)
-
فنهای واقع در زیر بسته، هوا را به سمت بالا از میان ردیفهای لوله میرانند
-
توزیع هوا به دلیل پلنوم فن در زیر، یکنواخت است
-
قطعات فن و درایو در سطح زمین یا سکو قابل دسترسی هستند
-
جهت بسته: افقی
-
کاربرد معمول: خنکسازی فرآیند عمومی پالایشگاه، خنککنندههای میانی کمپرسور
کششی (Induced Draft)
-
فنهای واقع در بالای بسته، هوا را به سمت بالا از میان ردیفهای لوله میکشند
-
محفظه پلنوم بالای بسته، مکش یکنواخت را تضمین میکند
-
قطعات فن و درایو نیاز به سکوی دسترسی مرتفع دارند
-
جهت بسته: افقی
-
کاربرد معمول: کندانسورهای بخار، خدمات دمای بالا، واحدهای بزرگ پالایشگاه
-
مزیت: توزیع بهتر هوا، کاهش برگشت مجدد، بسته محافظت شده در برابر بارش
قاب A (A-Frame)
-
دو بسته لوله تخت که به شکل V معکوس (رأس در بالا) چیده شدهاند
-
فنهای واقع در زیر رأس، هوا را به سمت بالا از میان هر دو بسته شیبدار میدمند
-
جهت بسته: شیبدار، معمولاً 30 درجه تا 60 درجه نسبت به افق
-
کاربرد معمول: کندانسورهای بخار خنک شده با هوا (ACC) در نیروگاهها
-
مزیت: کاهش مساحت اشغال شده برای مناطق بزرگ؛ تخلیه میعانات به صورت گرانشی در طول لولههای شیبدار
قاب V (V-Frame)
-
دو بسته لوله تخت که به شکل V (رأس در پایین) چیده شدهاند
-
فنهای واقع در بالای رأس، هوا را به سمت بالا از میان هر دو بسته شیبدار میکشند
-
جهت بسته: شیبدار، معمولاً 30 درجه تا 60 درجه نسبت به افق
-
کاربرد معمول: کندانسورهای بخار که کشش برای محافظت در برابر یخزدگی ترجیح داده میشود
-
مزیت: کاهش ردپا مشابه قاب A؛ میعانات به یک جمعکننده پایینی تخلیه میشوند
بسته افقی تکی
-
یک بسته لوله تخت که به صورت افقی نصب شده است
-
فنهای زیر (پیشرانش) یا بالا (کششی)
-
جهت بسته: افقی، شیب 0 درجه
-
کاربرد معمول: خنکسازی فرآیند عمومی، خنکسازی گاز، میعان هیدروکربن
-
مزیت: سادهترین ساختار؛ آسانترین تعویض بسته و دسترسی نگهداری
ساختار بسته – اجزای هسته
لولهها
صفحات لوله
جعبههای هدر (منیفولد ورودی / خروجی)
ساختار جعبه هدر:
-
مقطع مستطیلی یا گرد
-
اتصالات فلنجی مطابق با ASME B16.5 یا B16.47
-
تقسیمکنندههای پاس برای تک، دو یا چهار پاس سمت لوله
-
اتصالات تخلیه و هواگیری در نقاط پایین و بالا
قابهای جانبی و حلقههای بالابر
-
قاب سازهای: ناودانی فولادی یا تیرآهن I
-
حلقههای بالابر: جوش داده شده به قابهای جانبی یا صفحات لوله، با ظرفیت 2 برابر وزن بسته
-
نقاط پشتیبانی برای به حداقل رساندن خمش لوله و حفظ تراز در حد ±3 میلیمتر در طول بسته قرار گرفتهاند
انواع پره – انتخاب بر اساس دما و محیط
هندسه پره (معمول)
مقاومت اتصال پره
برای انواع پره پیچیده شده تحت کشش (پایه L، پایه KL، پایه LL)، اتصال مکانیکی بین پره و لوله مقاومت حرارتی تماسی ایجاد میکند:
-
برای دماهای سمت لوله بالاتر از 120 درجه سانتیگراد، معمولاً برای بستههای جدید از مقدار رسانایی اتصال 2000 – 5000 وات بر متر مربع کلوین استفاده میشود.
-
بستههای در حال سرویس ممکن است به دلیل چرخه حرارتی، رسانایی اتصال کاهش یافتهای داشته باشند. مساحت اضافی 3% – 30% اغلب بسته به دمای عملیاتی و نوع اتصال در طراحی گنجانده میشود.
-
پرههای اکسترود شده و جوش فرکانس بالا به دلیل یکپارچه بودن یا اتصال متالورژیکی پره، مقاومت اتصال ندارند.
پارامترهای حرارتی و هیدرولیکی سمت هوا
انتخاب مواد – لولهها، صفحات لوله و هدرها
مواد لوله
صفحات لوله و مواد هدر
-
فولاد کربن SA-516 Gr.70 برای سرویس سمت لوله غیر خورنده
-
فولاد ضد زنگ روکشدار روی فولاد کربن برای سرویس خورنده با فشار بالا؛ ضخامت روکش حداقل 3 میلیمتر طبق ASME VIII-1 UW-13
-
فولاد ضد زنگ جامد 304L / 316L برای سرویس کاملاً خورنده
-
دوبلکس جامد یا تیتانیوم برای سرویس شدید کلراید یا وظیفه فراساحلی
جنس جعبه هدر معمولاً با جنس صفحه لوله مطابقت داده میشود تا از خوردگی گالوانیکی در اتصالات پیچی یا جوشی جلوگیری شود. برای هدرهای فولاد کربن در سرویس خورنده، پوشش داخلی (اپوکسی یا فنولیک) طبق API 661 اعمال میشود.
فرآیند ساخت – کنترلهای کلیدی
دریلکاری صفحه لوله
-
اندازه مته تا تلرانس H11 طبق ISO 286 کنترل میشود
-
پرداخت سوراخ: Ra ≤ 1.6 میکرومتر برای اتصالات انبساط یافته؛ Ra ≤ 3.2 میکرومتر برای اتصالات جوش داده شده
-
انحراف لیگامنت ≤ ±0.2 میلیمتر از نقشه
-
تمام سوراخها قبل از ورود لوله پخزنی و تمیز میشوند
انبساط لوله
-
فشار انبساط هیدرولیکی: 160 – 220 مگاپاسکال؛ زمان نگهداری 5 – 8 ثانیه
-
عمق انبساط: حداقل 1.5 برابر قطر خارجی لوله یا 2 برابر ضخامت دیواره لوله در صفحه لوله
-
بررسی گیج پس از انبساط: 100% لولهها یک توپ گیج 0.5 میلیمتر کوچکتر از قطر داخلی لوله را میپذیرند
-
تأیید استحکام کششی: تست اولین قطعه برای هر بسته، هدف ≥ 20 مگاپاسکال برای فولاد کربن و ≥ 25 مگاپاسکال برای فولاد ضد زنگ
جوشکاری لوله به صفحه لوله (در صورت مشخص شدن)
-
فرآیند GTAW (TIG)، اتوماتیک یا دستی
-
ارتفاع پایه جوش 1.5 – 2.0 میلیمتر برای جوش آببندی
-
نفوذ ریشه جوش با نفوذ کامل ≥ 0.5 میلیمتر در دیواره لوله
-
تست ذرات نافذ 100% طبق ASME VIII-1 UW-51
-
روش جوشکاری طبق ASME Section IX واجد شرایط است
ساخت جعبه هدر
-
ساختار فولادی جوش داده شده با اتصالات فلنجی ASME B16.5 یا B16.47
-
ابعاد هدر با الگوی سوراخ صفحه لوله مطابقت دارد
-
تقسیمکنندههای پاس به داخل هدر جوش داده شدهاند، جنس و روش جوشکاری با جنس هدر مطابقت دارد
-
اتصالات تخلیه و هواگیری: اتصالات رزوه شده NPT یا سوکت جوش
مونتاژ و بالابردن بسته
-
لولهها وارد و در صفحات لوله انبساط یافته یا جوش داده شدهاند
-
بافلها یا تکیهگاههای لوله در فواصل مشخص نصب شدهاند
-
قابهای جانبی و حلقههای بالابر متصل شدهاند
-
تست بالابردن با وزن 1.1 برابر بسته در صورت مشخص شدن انجام میشود
بازرسی و تست برای هر بسته
بازرسی ابعادی
بازرسی غیرمخرب
تست هیدرواستاتیک (سمت لوله)
-
فشار تست: 1.3 برابر فشار طراحی طبق ASME VIII-1 UG-99
-
محیط تست: آب تمیز با بازدارنده خوردگی؛ کلراید ≤ 50 ppm برای فولاد ضد زنگ
-
زمان نگهداری: ≥ 30 دقیقه
-
پذیرش: عدم افت فشار؛ عدم نشت قابل مشاهده از اتصالات لوله، هدرها یا پلاگها
تست نشتی پنوماتیک (در صورت مشخص شدن)
-
فشار تست: 0.6 مگاپاسکال هوا یا نیتروژن
-
تشخیص نشتی: اعمال حباب صابون روی تمام اتصالات و جوشها
-
پذیرش: بدون حباب؛ نرخ نشتی ≤ 1×10⁻⁵ Pa·m³/s
پروفایلهای کاربرد – بر اساس نوع سرویس
خنککننده میانی و پسین کمپرسور
-
سیال سمت لوله: هوای فشرده یا گاز طبیعی
-
دمای سمت لوله: ورودی 120 درجه سانتیگراد – 180 درجه سانتیگراد، خروجی 40 درجه سانتیگراد – 60 درجه سانتیگراد
-
فشار سمت لوله: 0.5 – 10.0 مگاپاسکال
-
جنس لوله: فولاد کربن برای هوا؛ 304L برای گاز طبیعی حاوی CO₂ یا آب
-
نوع پره: پایه L اگر دمای سمت لوله ≤ 150 درجه سانتیگراد؛ پایه KL اگر 150 درجه سانتیگراد – 180 درجه سانتیگراد
-
هندسه پره: قطر خارجی 25.4 میلیمتر × ضخامت 2.0 میلیمتر؛ ارتفاع پره 12.5 میلیمتر؛ 10 FPI
-
ردیفهای بسته: 4 – 6
-
سرعت هوای ورودی: 2.5 – 3.5 متر بر ثانیه
-
افت فشار سمت هوا: ≤ 200 پاسکال
کندانسور بالایی پالایشگاه
-
سیال سمت لوله: بخار هیدروکربن با بخار آب
-
دمای سمت لوله: ورودی 100 درجه سانتیگراد – 150 درجه سانتیگراد میعان، خروجی 40 درجه سانتیگراد – 60 درجه سانتیگراد
-
فشار سمت لوله: 0.1 – 0.5 مگاپاسکال
-
جنس لوله: فولاد کربن برای سرویس غیر خورنده؛ 316L برای سرویس ترش
-
نوع پره: پایه L یا پایه KL برای سرویس استاندارد؛ اکسترود شده با لوله 316L برای سرویس H₂S
-
هندسه پره: قطر خارجی 25.4 میلیمتر × ضخامت 2.0 میلیمتر؛ ارتفاع پره 12.5 میلیمتر؛ 10 FPI
-
ردیفهای بسته: 4
-
ویژگی خاص: بسته با شیب 1:50 به سمت هدر خروجی برای تخلیه مایع
خنککننده گاز طبیعی پس از رطوبتزدایی یا فشردهسازی
-
سیال سمت لوله: گاز طبیعی تصفیه شده
-
دمای سمت لوله: ورودی 60 درجه سانتیگراد – 100 درجه سانتیگراد، خروجی 30 درجه سانتیگراد – 45 درجه سانتیگراد
-
فشار سمت لوله: 4.0 – 10.0 مگاپاسکال
-
جنس لوله: 316L یا دوبلکس 2205 در صورت وجود کلراید
-
نوع پره: اکسترود شده با آلومینیوم خارجی 1100 برای محافظت در برابر خوردگی فراساحلی و ساحلی
-
هندسه پره: قطر خارجی 19.05 میلیمتر × ضخامت 2.0 میلیمتر؛ ارتفاع پره 12.5 میلیمتر؛ 10 FPI
-
ردیفهای بسته: 2 – 3
-
سرعت هوای ورودی: 2.0 – 2.5 متر بر ثانیه
-
افت فشار سمت هوا: ≤ 150 پاسکال
کندانسور بخار خنک شده با هوا (ACC) برای نیروگاهها
-
سیال سمت لوله: بخار در حال میعان به آب تحت خلاء
-
دمای سمت لوله: ورودی 60 درجه سانتیگراد – 100 درجه سانتیگراد، خروجی 35 درجه سانتیگراد – 45 درجه سانتیگراد
-
فشار سمت لوله: خلاء، 10 – 50 کیلوپاسکال مطلق
-
جنس لوله: فولاد کربن گالوانیزه یا پوشش داده شده؛ فولاد ضد زنگ در صورت حاوی بودن بخار آمونیاک یا کلراید
-
نوع پره: جوش فرکانس بالا با اتصال متالورژیکی؛ پرههای فولاد کربن گالوانیزه گرم
-
هندسه لوله: لولههای بیضوی یا تخت-بیضوی با پرههای صفحهای یا پرههای جوش مارپیچی
-
جهت بسته: قاب A یا قاب V، با زاویه 60 درجه نسبت به افق
-
جریان هوا: کششی
-
ویژگی خاص: بستهها با شیب 1:80 به سمت هدر جمعآوری میعانات؛ محافظت در برابر یخزدگی از طریق ردیابی بخار یا گرمایش الکتریکی برای عملیات زمستانی زیر 0 درجه سانتیگراد
تمیز کردن و نگهداری
رسوبگیری سمت هوا از گرد و غبار، گرده یا رسوبات شیمیایی باعث افزایش افت فشار و کاهش انتقال حرارت میشود. تمیز کردن زمانی توصیه میشود که:
روشهای تمیز کردن:
-
شستشو با آب: اسپری کم فشار ≤ 1.0 مگاپاسکال برای رسوبات محلول در آب
-
دمش هوا: هوای فشرده ≤ 0.6 مگاپاسکال برای گرد و غبار خشک و شل
-
تمیز کردن شیمیایی: شوینده مبتنی بر قلیایی یا اسیدی تأیید شده برای پرههای آلومینیومی؛ از محلولهای با قلیایی بالا خودداری کنید
تمیز کردن سمت لوله در بسته ثابت از نظر مکانیکی امکانپذیر نیست. برای خدمات رسوبگیر، تمیز کردن شیمیایی یا پیگینگ آنلاین لازم است.
مستندات در هر محموله
-
گواهی تست مواد طبق EN 10204 3.1 یا 3.2 برای لولهها، پرهها، صفحات لوله، هدرها و فولاد سازهای
-
برگه داده تکمیل شده API 661 یا برگه داده ISO 13706
-
برگه داده TEMA در صورت لزوم
-
گزارش داده ASME U-stamp در صورت لزوم
-
گزارش بازرسی ابعادی شامل طول بسته، طرح سوراخ صفحه لوله، هندسه پره و قطر خارجی لوله
-
پارامترهای فرآیند اتصال پره شامل تنش سیمپیچ، فشار اکستروژن و جریان جوشکاری
-
گزارش تست هیدرواستاتیک با ثبت نمودار فشار
-
گزارش تست نشتی پنوماتیک در صورت انجام
-
گزارشهای NDE برای PT، UT و RT در صورت انجام
-
مشخصات روش جوشکاری و سابقه صلاحیت روش برای جوشهای لوله به صفحه لوله و هدر
-
نقشه نهایی بسته لوله با تعداد لوله، پیکربندی پاس، ابعاد هدر و مکان حلقههای بالابر
-
مشخصات نقاشی و پوشش با گزارش تأیید ضخامت
چک لیست انتخاب – بسته لوله خنک کننده هوا
-
نوع ACHE: پیشرانش، کششی، قاب A، قاب V، یا افقی
-
جهت بسته: افقی یا شیبدار با زاویه
-
جنس و اندازه لوله (قطر خارجی و ضخامت دیواره)
-
نوع پره: پایه L، KL، LL، اکسترود شده، جوش فرکانس بالا، یا ساده
-
جنس و هندسه پره (ارتفاع، گام یا FPI، ضخامت)
-
فشار و دمای طراحی سمت لوله
-
ترکیب سیال سمت لوله شامل خورندگی، کلراید و H₂S
-
افت فشار مجاز سمت لوله
-
دمای ورودی هوا برای طراحی تابستان
-
سرعت هوای ورودی یا جریان کل هوا
-
افت فشار مجاز سمت هوا، معمولاً 100 – 300 پاسکال
-
نوع هدر: پلاگ، صفحه پوششی، یا منیفولد لولهای
-
تعداد پاسهای سمت لوله: تک، دو، یا چهار
-
تعداد و طرح لوله در هر دهانه موجود یا جدید
-
الزامات حفاظت در برابر خوردگی شامل پوشش، گالوانیزه کردن، یا مواد پره و لوله خاص
-
محافظت در برابر یخزدگی برای سرویس ACC شامل ردیابی بخار، گرمایش الکتریکی، یا بازچرخش
-
محدودیتهای بالابردن و حمل و نقل شامل حداکثر وزن و ابعاد
-
استانداردهای قابل اجرا: API 661، ISO 13706، TEMA، یا مشخصات مشتری
بیانیه محدودیت طراحی – بسته لوله خنک کننده هوا
بسته لوله خنک کننده هوا مشمول محدودیتهای زیر است:
-
این بسته فقط برای فشار و دمای مشخص شده سمت لوله طراحی شده است. عملیات خارج از این محدودیتها طراحی را باطل میکند.
-
عملکرد سمت هوا به دمای هوای محیط و رسوبگیری بستگی دارد. ظرفیت خنککنندگی با افزایش دمای محیط کاهش مییابد.
-
تمیز کردن سمت لوله در بسته ثابت از نظر مکانیکی امکانپذیر نیست. برای خدمات رسوبگیر، تمیز کردن شیمیایی یا پیگینگ آنلاین لازم است.
-
رسوبگیری سمت هوا باعث افزایش افت فشار و کاهش انتقال حرارت میشود. باید برنامههای تمیز کردن منظم حفظ شود.
-
برای خدمات میعان در شرایط یخبندان، باید محافظت در برابر یخزدگی از طریق شیببندی، تخلیه و گرمایش فراهم شود.
-
حداکثر دمای نوک پره نباید از محدودیتهای خاص مواد تجاوز کند: پایه L ≤ 150 درجه سانتیگراد، اکسترود شده ≤ 230 درجه سانتیگراد، جوش فرکانس بالا ≤ 450 درجه سانتیگراد.
-
برای خدمات چرخه حرارتی با بیش از 500 چرخه در سال، انواع پره پیچیده شده تحت کشش مانند پایه L، پایه KL و پایه LL توصیه نمیشوند. از پرههای اکسترود شده یا جوش فرکانس بالا استفاده کنید.
-
بسته باید روی یک ساختار پشتیبانی تراز نصب شود. عدم تراز بیش از حد باعث اعوجاج صفحه لوله و نشت اتصالات میشود.
-
برای فشار سمت لوله بالاتر از 10.0 مگاپاسکال یا خلاء شدید، برای طراحی سفارشی هدر و صفحه لوله مشورت کنید.