Zmiana wielkości rurki do wymiennika ciepła

Zapasowy wiązka rur dla wymiennika ciepła z pływającą głowicą | Rozmiary niestandardowe

Co to jest wiązka rur?

Wiązka rur to kluczowy element wymiennika ciepła płaszczowo-rurowego, składający się z rur, sit rurowych, przegród, dystansów i prętów wiążących. Kiedy jest używana do wymiany wymienników ciepła z pływającą głowicą, wiązka rur jest rekonfigurowana tak, aby pasowała do konstrukcji z sitami rurowymi stałymi, oferując wyraźne korzyści w zakresie kosztów, prostoty i niezawodności dla określonych zastosowań. Ta zmiana jest szczególnie istotna w scenariuszach, w których naprężenia termiczne są możliwe do opanowania, wymagania konserwacyjne są minimalne lub warunki eksploatacyjne sprzyjają solidnej konstrukcji odpornej na wycieki. Poniżej znajduje się szczegółowy opis roli wiązki rur w zastępowaniu wymienników z pływającą głowicą, w tym specyfikacje techniczne, aspekty projektowe i kompromisy.

Kluczowe elementy wiązki rur

1. Rury:

   • Materiał: Stal nierdzewna (316L), tytan, stopy miedzi i niklu lub Inconel, wybierane ze względu na odporność na korozję i przewodność cieplną.

   • Średnica: Zazwyczaj od ¾" do 1,5" OD (19–38 mm), z grubościami ścianek od 1,2–3 mm (BWG 12–18).

   • Układ: Wzory trójkątne (30°/60°), kwadratowe (90°) lub obrócone kwadratowe w celu optymalizacji wymiany ciepła i dostępu do czyszczenia.

2. Sita rurowe:

   • Grube okrągłe płyty (stal węglowa, stal nierdzewna lub materiały okładzinowe), które kotwią rury.

   • Rury są spawane, walcowane lub rozprężane w sitach w celu uzyskania sztywnego, szczelnego uszczelnienia.

3. Przegrody:

   • Typy: Segmentowe (najczęstsze), spiralne lub prętowe przegrody do kierowania przepływem po stronie płaszcza i zapobiegania wibracjom.

   • Rozstaw: 20–50% średnicy płaszcza; mniejszy rozstaw zwiększa turbulencję, ale podnosi spadek ciśnienia.

4. Pręty wiążące i dystanse:

   • Utrzymują wyrównanie przegród i integralność wiązki rur pod wpływem naprężeń eksploatacyjnych.

Dlaczego wymieniać wymienniki z pływającą głowicą na wiązki rur stałych?

Wymienniki ciepła z pływającą głowicą umożliwiają rozszerzalność cieplną, pozwalając jednej płycie rurowej „pływać”, umożliwiając łatwe wyjmowanie wiązki rur w celu konserwacji. Jednak wiązki z sitami rurowymi stałymi są preferowane, gdy:

• Redukcja kosztów jest krytyczna (brak zespołu pływającej głowicy, mniej uszczelnień).

• Ryzyko wycieku musi być zminimalizowane (spawane sita rurowe eliminują awarie uszczelek).

• Warunki wysokiego ciśnienia/wysokiej temperatury (HPHT) wymagają solidnej konstrukcji.

• Zanieczyszczenie jest minimalne, co zmniejsza potrzebę częstego czyszczenia mechanicznego.

Adaptacje techniczne do wymiany wiązki rur stałych

1. Zarządzanie naprężeniami termicznymi:

   • Pływające głowice z natury uwzględniają rozszerzalność cieplną, ale wiązki rur stałych wymagają:

     • Złącza kompensacyjne: Mieszki lub złącza kołnierzowe na płaszczu w celu pochłaniania rozszerzalności różnicowej (krytyczne, jeśli ΔT > 50–100°C).

     • Dopasowanie materiałów: Użycie materiałów płaszcza/rur o podobnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej (np. płaszcz ze stali węglowej z rurami ze stali węglowej).

2. Projekt ciśnieniowy:

   • Stałe sita rurowe są pogrubiane (do 300 mm), aby wytrzymać wysokie ciśnienie (do 300 barów po stronie rur).

   • Mniejsze średnice rur (np. ¾") zwiększają odporność na ciśnienie.

3. Łagodzenie zanieczyszczeń:

   • Szerszy rozstaw rur (1,25–1,5x średnica rury) w celu zmniejszenia zatykania.

   • Gładkie lub powlekane rury (np. PTFE) do lepkich lub korozyjnych płynów.

4. Postanowienia dotyczące konserwacji:

   • Porty do czyszczenia chemicznego lub systemy CIP (Clean-in-Place) w celu zrekompensowania nierozbieralnych wiązek.

Porównanie: Wiązka rur stałych vs. Pływająca głowica

Zalety wiązek rur stałych w wymianie

1. Efektywność kosztowa:

   • Eliminuje elementy pływającej głowicy (np. pierścienie podpierające, uszczelnienia dławnic), zmniejszając koszty produkcji i konserwacji.

2. Kompaktowa konstrukcja:

   • Idealna do instalacji o ograniczonej przestrzeni ze względu na mniejszą liczbę ruchomych części.

3. Trwałość:

   • Spawane sita rurowe wytrzymują wyższe ciśnienia i temperatury bez wycieków.

4. Uproszczona obsługa:

   • Brak ryzyka niewspółosiowości pływającej głowicy lub degradacji uszczelnienia w czasie.

Ograniczenia i strategie łagodzenia

1. Ograniczenia rozszerzalności cieplnej:

   • Rozwiązanie: Zainstaluj złącza kompensacyjne lub użyj elastycznych konstrukcji płaszcza (np. miechów).

2. Podatność na zanieczyszczenia:

   • Rozwiązanie: Zintegruj zautomatyzowane systemy czyszczenia (np. CIP) lub powłoki zapobiegające zanieczyszczeniom.

3. Nierozbieralne wiązki:

   • Rozwiązanie: Zaprojektuj do czyszczenia chemicznego lub określ ultra-gładkie rury, aby opóźnić zanieczyszczenie.

Zastosowania odpowiednie do wymiany wiązki rur stałych

1. Rafinerie:

   • Chłodnice gazu wysokiego ciśnienia, w których ryzyko wycieków przewyższa potrzeby konserwacyjne.

2. Elektrownie:

   • Podgrzewacze wody zasilającej i chłodnice oleju smarowego ze stabilnymi cyklami termicznymi.

3. Przetwórstwo chemiczne:

   • Wymienniki płynów nie zanieczyszczających (np. rozpuszczalniki, ciecze destylowane).

4. Systemy HVAC:

   • Chillery i skraplacze z obiegami czystej wody.

Normy i zgodność

• TEMA Klasa R/C/B: Dyktuje zasady projektowania dla wymienników z sitami rurowymi stałymi.

• ASME BPVC Sekcja VIII: Reguluje elementy o ciśnieniu znamionowym (sita rurowe, płaszcze).

• ISO 16812: Określa wymagania dotyczące wydajności cieplnej i konstrukcji mechanicznej.