Niskotemperaturowe wymienniki ciepła typu płaszczowo-rurowego dla rafinerii ropy naftowej w Iraku

Niskotemperaturowe wymienniki ciepła typu płaszczowo-rurowego dla rafinerii ropy naftowej w Iraku

Niskotemperaturowe wymienniki ciepła typu płaszczowo-rurowego to kluczowe jednostki wymiany ciepła, zaprojektowane specjalnie dla sektorów przemysłowych, takich jak rafinacja ropy naftowej i przetwórstwo chemiczne, z temperaturą projektową zazwyczaj wynoszącą -20°C lub poniżej. Jednostki te wykorzystują klasyczną konfigurację płaszczowo-rurową, zawierającą wiele wiązek rur wymiany ciepła rozmieszczonych wewnątrz cylindrycznego płaszcza. Wiązki rur są zamocowane na obu końcach do płyt rur, tworząc oddzielne kanały po stronie rur i po stronie płaszcza, aby ułatwić efektywną wymianę ciepła między dwoma mediami. W odpowiedzi na trudne warunki pracy irackich rafinerii – charakteryzujące się wysokimi temperaturami, wysokim ciśnieniem i wysoką korozją – produkt ten przeszedł kompleksową optymalizację pod względem doboru materiałów, konstrukcji i procesów spawania rdzenia, zapewniając długoterminową stabilną pracę w ekstremalnych warunkach środowiskowych.

Kluczowe cechy procesu spawania rdzenia

1. Spawanie doczołowe płaszcza i płyty rur:

Aby zmniejszyć naprężenia lokalne, płaszcz i płyta rur są łączone za pomocą spawania doczołowego, zapewniając płynne przejście w złączu i unikając gwałtownych zmian przekroju. Przed spawaniem przeprowadzana jest rygorystyczna kwalifikacja procedury spawania, obejmująca próbę udarności Charpy'ego w niskiej temperaturze na spoinie i strefie wpływu ciepła. Po spawaniu przeprowadzana jest próba ultradźwiękowa lub powierzchniowa na co najmniej 50% spoiny, aby zapewnić brak defektów. Następnie montaż jest poddawany obróbce cieplnej.

Należy pamiętać, że spoina musi być w pełni przetopiona, a metal musi ostygnąć między poszczególnymi przejściami spawalniczymi. Ponieważ kołnierze są stosunkowo grube, temperatura szybko spada podczas spawania. Jeśli podgrzewanie jest niewystarczające, gazy nie zdążą się wydostać, co doprowadzi do porowatości, która z kolei wpłynie na próbę ciśnieniową.

2. Kompozytowe złącze „rozszerzenie + spawanie” między rurą a płytą rur:

Jest to rdzeń procesu produkcyjnego tego produktu. Ani samo spawanie, ani samo rozszerzanie nie są w stanie spełnić wymagań dotyczących wysokiej wytrzymałości, odporności na zmęczenie i szczelności. Stosujemy proces „rozszerzanie, a następnie spawanie” lub „spawanie, a następnie rozszerzanie” (w zależności od specyficznych warunków pracy):

Rozszerzanie: Stosowana jest technologia rozszerzania hydraulicznego, z kontrolą komputerową zapewniającą jednorodne odkształcenie plastyczne ścianki rury, aby uzyskać ścisłe dopasowanie do otworu płyty rur. Skutecznie eliminuje to szczelinę między rurą a otworem płyty rur, fundamentalnie zapobiegając korozji szczelinowej i znacząco zwiększając odporność złącza na zmęczenie. Przed właściwym rozszerzaniem przeprowadzane są rygorystyczne testy wstępnego rozszerzania, precyzyjnie kontrolując współczynnik rozszerzenia w optymalnym zakresie od 0,9% do 2,2%, aby uniknąć niedostatecznego lub nadmiernego rozszerzenia.

Wzór na współczynnik rozszerzenia:
E = [(d - b) - (c - a)] / (a - b) x 100%

Gdzie:
- E: Współczynnik rozszerzenia
- a: Średnica zewnętrzna (OD) rury przed rozszerzeniem
- b: Średnica wewnętrzna (ID) rury przed rozszerzeniem
- c: Średnica wewnętrzna (ID) otworu płyty rur
- d: Średnica wewnętrzna (ID) rury po rozszerzeniu

Spawanie: Po rozszerzeniu wykonuje się spawanie uszczelniające lub spawanie konstrukcyjne. W przypadku rur cienkościennych stosuje się precyzyjne metody spawania, takie jak spawanie TIG pulsacyjne. Kontrolując parametry, takie jak prąd szczytowy, prąd bazowy i prędkość spawania (np. prąd szczytowy 115–120 A, prędkość spawania 95–101 mm/min), precyzyjnie reguluje się dopływ ciepła, aby zapobiec przepaleniu płyty rur lub rur wymiennika ciepła. W zastosowaniach o bardziej rygorystycznych wymaganiach można zastosować technologię spawania wewnętrznego otworu, aby uzyskać pełne przetopienie spoiny, dodatkowo eliminując szczeliny na końcach i zapewniając wyższą odporność na zmęczenie wibracyjne.