Płyta uszczelniająca jest głównym elementem konstrukcyjnym wymiennika ciepła typu płaszczowo-rurowego, który oddziela płyn po stronie rur od płynu po stronie płaszcza i zapewnia wsparcie strukturalne dla pakietu rur. Jest to płaska, okrągła płyta z wywierconym wzorem otworów do osadzenia rur, które następnie są rozszerzane, spawane lub obie te czynności są wykonywane w celu utworzenia połączenia rura-płyta uszczelniająca.
Płyta uszczelniająca pełni funkcję:
Granicy ciśnienia między stroną rur a stroną płaszcza (musi wytrzymać wyższe z dwóch ciśnień lub ciśnienie różnicowe)
Wsparcia strukturalnego dla pakietu rur (przenosi obciążenia rur na kołnierz płaszcza)
Dystrybutora przepływu (dysze wlotowe/wylotowe kierują płyn do określonych rzędów rur)
Produkt ten jest projektowany i produkowany zgodnie z ASME Section VIII Division 1 lub Division 2, TEMA Class R (rafineryjna), B (chemiczna) lub C (handlowa) oraz GB/T 151 dla zastosowań krajowych. Płyty uszczelniające są dostarczane jako samodzielne płyty kute lub walcowane, lub jako część kompletnego zespołu pakietu rur.
Płyta uszczelniająca jest przyspawana lub przykręcona bezpośrednio do płaszcza na obu końcach
Rury są zamocowane na obu płytach uszczelniających; płaszcz jest integralny z płytami uszczelniającymi
Kompensacja rozszerzalności cieplnej: Wymaga zastosowania złącza kompensacyjnego na płaszczu, gdy ΔT między rurą a płaszczem przekracza dopuszczalną wartość (zazwyczaj > 60°C dla stali węglowej; > 40°C dla stali nierdzewnej)
Zastosowanie: Czyste płyny po stronie płaszcza, mała różnica temperatur, usługi bez osadzania się zanieczyszczeń
Ograniczenie: Czyszczenie po stronie płaszcza nie jest możliwe bez demontażu całego pakietu; brak mechanicznego dostępu do czyszczenia po stronie płaszcza
Jedna płyta uszczelniająca jest zamocowana (stacjonarna) do kołnierza płaszcza; druga jest swobodna do ruchu (pływająca), aby skompensować rozszerzalność cieplną
Płyta uszczelniająca pływająca nie jest przyspawana do płaszcza – umożliwia ruch osiowy pakietu
Zastosowanie: Duża różnica temperatur (ΔT > 60°C), usługi z osadzaniem się zanieczyszczeń wymagające demontażu pakietu
Ograniczenie: Wymaga dodatkowego układu uszczelniającego (pokrywa głowicy pływającej), co zwiększa koszty i złożoność konserwacji
Pojedyncza płyta uszczelniająca wspiera oba końce rur w kształcie litery U
Wszystkie rury są wygięte w kształt litery U, a oba końce rur są wkręcone/przyspawane do tej samej płyty uszczelniającej
Brak różnicowej rozszerzalności cieplnej między rurami a płaszczem – każda rura rozszerza się niezależnie
Zastosowanie: Wysoka różnica temperatur (ΔT do 200°C), usługi gazowe wysokociśnieniowe, usługi wodorowe, szok termiczny
Ograniczenie: Rury nie mogą być czyszczone mechanicznie (tylko chemicznie); minimalny promień gięcia U ogranicza wybór średnicy zewnętrznej rury
| Parametr | Zakres | Standard / Uwaga |
|---|---|---|
| Średnica (zewnętrzna) | 200mm – 4 000mm | Ograniczone możliwościami kucia/walcowania i transportu |
| Grubość | 15mm – 350mm | Określona przez ASME VIII-1 UG-34 / TEMA RCB-4.3 |
| Średnica okręgu śrub | Dopasowana do kołnierza płaszcza lub kołnierza kanału | Zgodnie z ASME B16.5 / B16.47 |
| Liczba otworów na śruby | Zgodna ze standardem kołnierza | Zgodnie z ASME / TEMA |
| Średnica otworu na śrubę | Średnica śruby + 1,5mm – 3,0mm luz | Zgodnie ze standardem kołnierza |
| Powierzchnia uszczelnienia uszczelki | Podniesiona powierzchnia (RF) lub połączenie typu pierścieniowego (RTJ) | Zgodnie z ASME B16.5 |
| Parametr | Zakres | Standard / Uwaga |
|---|---|---|
| Średnica otworu | Średnica rury + 0,2mm – 0,5mm (dla połączeń rozszerzanych) | Zgodnie z TEMA RCB-4.3 / GB/T 151 |
| Tolerancja średnicy otworu | H11 (np. Ø25,2mm +0,13/0) | Zgodnie z ISO 286 / standardem TEMA |
| Wykończenie otworu (Ra) | ≤ 1,6μm (rozszerzane) / ≤ 3,2μm (spawane) | Dla rozszerzania: drobniejsze wykończenie zapewnia wytrzymałość na wyciąganie |
| Szerokość mostka (ligamentu) | Minimum 0,8* średnicy otworu | Zgodnie z ASME VIII-1 Appendix A – zapobiega zerwaniu mostka |
| Odchylenie mostka od rysunku | ≤ ±0,2mm | Zgodnie z TEMA RCB-4.3 |
| Prostopadłość otworu do powierzchni | ≤ 0,5° | Zapobiega niewspółosiowości rur podczas wkładania |
| Układ | Opis | Zastosowanie |
|---|---|---|
| Trójkątny (30° lub 60°) | Rury ułożone w trójkąty równoboczne | Maksymalna gęstość rur; najwyższa powierzchnia wymiany ciepła na przekrój poprzeczny płaszcza |
| Kwadratowy (90°) | Rury ułożone w prostych rzędach, prostopadłych | Umożliwia dostęp do mechanicznego czyszczenia (pręt/szczotka) przez korytarze rur |
| Obrócony kwadratowy (45°) | Układ kwadratowy obrócony o 45° | Większa gęstość rur niż w układzie kwadratowym; umiarkowany dostęp do czyszczenia |
Rozstaw trójkątny: 1,25* – 1,5* średnicy zewnętrznej rury (minimum)
Rozstaw kwadratowy: 1,5* – 2,0* średnicy zewnętrznej rury (minimum)
Tolerancja rozstawu: ±0,5mm (sąsiednie otwory) / ±1,0mm (całkowite nagromadzenie rozstawu)
| Klasa | Specyfikacja | Zakres temperatur | Zastosowanie |
|---|---|---|---|
| SA-516 Gr.60 / 65 / 70 | ASTM A516 | -20°C do +425°C | Ogólne zastosowania w naczyniach ciśnieniowych – niekorozyjne płyny po stronie rur |
| SA-266 Gr.2 / 3 / 4 | ASTM A266 | -20°C do +425°C | Płyty uszczelniające kute do zastosowań wysokociśnieniowych |
| Q345R / 16MnR | GB 713 | -20°C do +400°C | Krajowy standard równoważny SA-516 |
| 20# / 16Mn | GB 711 | -20°C do +400°C | Płyty uszczelniające kute lub walcowane |
| Klasa | Specyfikacja | Zakres temperatur | Zastosowanie |
|---|---|---|---|
| SA-387 Gr.11 (1,25Cr-0,5Mo) | ASTM A387 | -20°C do +540°C | Podwyższona temperatura (hydrokraking, hydroodsiarczanie) – usługi w środowisku chlorków/H₂S |
| SA-387 Gr.22 (2,25Cr-1Mo) | ASTM A387 | -20°C do +540°C | Usługi w wyższych temperaturach (katalizatory reformingu, synteza amoniaku) |
| SA-336 Gr.F11/F22 | ASTM A336 | -20°C do +540°C | Płyty uszczelniające kute do zastosowań wysokotemperaturowych |
| Klasa | Specyfikacja | Zakres temperatur | Limit chlorków | Zastosowanie |
|---|---|---|---|---|
| 304L / 304 | ASTM A240 / A182 | -196°C do +425°C | ≤ 200ppm | Lekko korozyjne, czysta para, żywność/farmacja |
| 316L / 316 | ASTM A240 / A182 | -196°C do +425°C | ≤ 200ppm | Kwasy organiczne, roztwory soli, chlorki (umiarkowane) |
| 321 / 347H | ASTM A240 / A182 | -196°C do +540°C | ≤ 200ppm | Usługi wysokotemperaturowe (> 425°C) – gatunki stabilizowane |
| Duplex 2205 | ASTM A240 / A182 | -40°C do +280°C | ≤ 300ppm przy 80°C | Węglowodory zawierające chlorki, morskie |
| Super Duplex 2507 | ASTM A240 / A182 | -40°C do +250°C | ≤ 500ppm przy 60°C | Silne usługi w środowisku chlorków, woda morska |
| Klasa | Specyfikacja | Zakres temperatur | Zastosowanie |
|---|---|---|---|
| Tytan Gr.2 | ASTM B265 / B381 | -40°C do +230°C | Woda morska, solanka, usługi w środowisku o wysokiej zawartości chlorków |
| Stop 625 (Inconel) | ASTM B443 / B564 | -196°C do +540°C | Gaz kwaśny, korozyjne wysokotemperaturowe, jednostki aminowe |
| Stop C276 (Hastelloy) | ASTM B575 / B564 | -196°C do +400°C | Silne usługi w środowisku kwasów i chlorków |
| Miedź-nikiel C70600 | ASTM B171 | -40°C do +200°C | Woda chłodząca morska, woda słonawa |
W przypadku usług korozyjnych, płyta uszczelniająca może być dostarczona z warstwą stopu odpornego na korozję (CRA) okładzinową lub napawaną na powierzchniach mających kontakt z procesem. Metody okładzinowania obejmują:
Płyta okładzinowa łączona wybuchowo: Materiał bazowy (CS) + warstwa CRA połączona metalurgicznie przez detonację materiału wybuchowego
Płyta okładzinowa walcowana: Walcowana na gorąco pod ciśnieniem w celu utworzenia wiązania między CS a CRA
Nawierzchniowe spawanie (okładzinowanie taśmowe): Materiał CRA osadzany na powierzchni CS w zachodzących na siebie pasach
Spawanie podkładkowe: Warstwa CRA nakładana na powierzchnię płyty uszczelniającej przez spawanie, a następnie obrabiana na płasko
| Parametr | Zakres / Wartość | Standard / Uwaga |
|---|---|---|
| Materiał okładziny | 304L / 316L / Duplex / Ti / Stop 625 / Stop C276 | Zgodnie z korozyjnością płynu procesowego |
| Grubość okładziny | 2mm – 6mm (minimum 3mm zgodnie z ASME VIII-1 UW-13) | Grubość okładziny nie jest wliczana do obliczeń ciśnienia, chyba że jest w pełni połączona |
| Wytrzymałość na ścinanie połączenia (okładzina łączona wybuchowo) | ≥ 140 MPa | Zgodnie z ASTM B898 |
| Połączenie powierzchni okładziny | ≥ 99% powierzchni połączonej | Pojedyncze niepołączone łaty ≤ 100mm²; całkowicie ≤ 1% |
| Grubość nawierzchni spawanej | Minimum 3mm – 6mm | Mierzona po obróbce do ostatecznej powierzchni |
| Wykończenie powierzchni po okładzinowaniu | Ra ≤ 1,6μm (dla połączeń rozszerzanych) / Ra ≤ 3,2μm (dla połączeń spawanych) | Zgodnie z TEMA |
Minimalna wymagana grubość płyty uszczelniającej jest obliczana zgodnie z ASME VIII-1 Appendix A lub TEMA RCB-4.3. Uproszczone wzory do wstępnego wymiarowania:
t = F * (P * D) / (2 * S * E – 0,2 * P) * C (korekta o sprawność mostka otworów rur)
Gdzie: F = współczynnik projektowy (zazwyczaj 1,0 – 1,5 w zależności od typu połączenia rura-płyta uszczelniająca), P = ciśnienie projektowe (wyższe z ciśnienia po stronie rur lub płaszcza, lub różnicowe), D = średnica płyty uszczelniającej, S = dopuszczalne naprężenie w temperaturze projektowej, E = sprawność mostka (powierzchnia mostka / całkowita powierzchnia rozstawu)
Sprawność mostka η = (p – d) / p (dla rozstawu trójkątnego), gdzie p = rozstaw, d = średnica otworu
t = d * sqrt(C * P / S * E)
Gdzie: d = średnica płyty uszczelniającej (dla płyt okrągłych), C = współczynnik ograniczenia krawędzi (0,3 – 0,5 w zależności od warunku podparcia)
Dla rozszerzanych połączeń rur: Minimalna grubość płyty uszczelniającej ≥ 1,5* średnicy zewnętrznej rury lub ≥ średnicy zewnętrznej rury + 20mm (w zależności od tego, która wartość jest większa)
Dla spawanych połączeń rur: Minimalna grubość ≥ 1,0* średnicy zewnętrznej rury lub ≥ 20mm (w zależności od tego, która wartość jest większa)
Dla połączeń łączonych (spawanie + rozszerzanie): Minimalna grubość ≥ średnicy zewnętrznej rury + 15mm
| Metoda | Tolerancja | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|
| Wiercenie CNC | ±0,05mm – ±0,10mm | Wysoka precyzja, wielootworowe układy, duże płyty uszczelniające |
| Wiercenie promieniowe | ±0,1mm – ±0,2mm | Konwencjonalna produkcja, umiarkowane tolerancje |
| Wiercenie na wylot | ±0,025mm | Głębokie otwory (> 5* średnicy), wysoka precyzja |
| Wiercenie laserowe | ±0,02mm | Cienkie płyty uszczelniające (≤ 20mm) |
Dla połączeń rozszerzanych: Wykończenie powierzchni otworu Ra ≤ 1,6μm – zapewnia odpowiednie tarcie dla przyczepności mechanicznej
Dla połączeń spawanych: Wykończenie powierzchni otworu Ra ≤ 3,2μm – mniej rygorystyczne; fuzja spoiny wymaga czystości
Dla połączeń łączonych: Ra ≤ 1,6μm (część rozszerzana) / Ra ≤ 3,2μm (obszar spawania)
Usuwanie zadziorów: Wszystkie otwory muszą być pozbawione zadziorów po obu stronach – zadziory powodują trudności z wkładaniem rur i wady połączeń
Czyszczenie otworów: Wydmuch sprężonym powietrzem lub przepłukanie rozpuszczalnikiem w celu usunięcia wiórów i pozostałości płynu chłodząco-smarującego
100% otworów sprawdzanych pod kątem średnicy za pomocą sprawdzianu trzpieniowego (przechodzi/nie przechodzi) – sprawdzian przechodzi musi przejść; sprawdzian nie przechodzi nie może przejść
100% otworów sprawdzanych pod kątem wymiarów mostka (ligamentu) – tolerancja ±0,2mm
Próbka (5%) otworów sprawdzana pod kątem wykończenia powierzchni za pomocą porównywarki – porównanie wizualne ze standardem
Sprawdzenie prostopadłości otworu: Czujnik zegarowy na powierzchni płyty uszczelniającej – maksymalne odchylenie ≤ 0,5°
| Typ połączenia | Metoda | Wytrzymałość na wyciąganie (min) | Odpowiednie zastosowanie | Inspekcja |
|---|---|---|---|---|
| Tylko rozszerzane | Rozszerzanie hydrauliczne przy 160–220 MPa, przytrzymanie 5–8s; lub rozszerzanie rolkowe | ≥ 20 MPa (CS) / ≥ 25 MPa (SS) | Nietoksyczne, niecykliczne, czyste płyny | Próba ciśnieniowa + test wyciągania pierwszej sztuki |
| Tylko spawane (spoiną uszczelniającą) | Spawanie doczołowe GTAW (TIG), przyłożenie 1,5–2,0mm | N/A (zatrzymanie mechaniczne tylko przez spawanie) | Gaz wysokociśnieniowy, usługi wodorowe, płyny toksyczne | 100% PT zgodnie z ASME VIII-1 UW-51 |
| Spawanie + rozszerzanie (połączone) | Spawanie uszczelniające + rozszerzanie hydrauliczne przy 160–200 MPa | ≥ 25 MPa | Cykliczne termicznie (> 500 cykli/rok), wysokie ciśnienie, toksyczne | 100% PT + próba ciśnieniowa + test wyciągania |
| Spawane (pełne wtopienie) | Spawanie GTAW pełnym wtopieniem, kompletne połączenie | ≥ 30 MPa | Ekstremalne ciśnienie (> 15 MPa), wodór, wysoki współczynnik bezpieczeństwa | 100% PT + 100% RT (punktowo) |
| Badanie | Metoda | Zakres | Kryteria akceptacji (zgodnie z ASME VIII-1) |
|---|---|---|---|
| Laminacja (płyta) | UT (wiązka prosta) | 100% powierzchni płyty (przed wierceniem) | Laminacje ≤ 20mm² na 100cm²; brak laminacji krawędziowej |
| Pęknięcia powierzchniowe | PT (penetrant ciekły) | 100% powierzchni wierconej + powierzchnia okładziny | Brak pęknięć; porowatość ≤ 0,8mm; brak skupionej porowatości |
| Integralność połączenia okładziny (jeśli okładzinowana) | UT (fala ścinająca / skanowanie połączenia) | 100% powierzchni okładziny | Brak delaminacji > 20mm; brak skupionych wskazań |
| Stan ścianki otworu | Boroskop (wizualne) | 5% – 10% otworów (losowo) | Brak zarysowań, zadrapań > 0,1mm głębokości |
| Spawanie płyty uszczelniającej do płaszcza (jeśli spawane) | RT / MT / PT | Zgodnie z UW-51 (pełne) lub UW-52 (punktowe) | Zgodnie z ASME VIII-1 UW-51 / UW-52 |
| Parametr | Tolerancja | Metoda |
|---|---|---|
| Średnica otworu (wewnętrzna) | H11 zgodnie z ISO 286 (np. Ø25,2mm +0,13/0) | Sprawdzian trzpieniowy / mikrometr wewnętrzny |
| Odchylenie mostka (ligamentu) otworu | ≤ ±0,2mm | Komparator optyczny / CMM |
| Nagromadzenie rozstawu (na odcinku 1m) | ≤ ±1,0mm | CMM / komparator optyczny |
| Płaskość powierzchni płyty uszczelniającej | ≤ 1mm na 1000mm średnicy | Czujnik zegarowy / liniał |
| Chropowatość powierzchni (okładzinowana lub CS) | Ra ≤ 1,6μm (rozszerzane) / ≤ 3,2μm (spawane) | Komparator powierzchni / profilometr |
| Całkowita zmienność grubości | ±3% grubości nominalnej | Mikrometr (w 5 punktach) |
| Średnica okręgu śrub | Zgodnie ze standardem kołnierza ASME B16.5 | Szablon / CMM |
| Współosiowość otworów na śruby | ≤ 1,0mm odchylenia od rysunku | Szablon / CMM |
Jeśli płyta uszczelniająca jest dostarczana jako samodzielny element (niezmontowany z płaszczem), próba ciśnieniowa jest zazwyczaj wykonywana po montażu kompletnego wymiennika ciepła. Jednakże, przeprowadzane są następujące kontrole pośrednie:
Próba szczelności otworów na rury: Zastosowanie niskiego ciśnienia powietrza (0,2 MPa) do każdego otworu (z włożoną atrapą rury) – kontrola pianą mydlaną pod kątem wycieków – akceptacja: brak bąbelków
Dla płyt uszczelniających okładzinowych: Lekka próba ciśnieniowa (0,5 MPa) na powierzchni okładziny – kontrola pęcherzy okładziny lub delaminacji – akceptacja: brak widocznych pęcherzy
Próba ciśnieniowa otworów na śruby (dla płyt uszczelniających połączonych kołnierzami): Kontrola integralności otworów na śruby – brak wycieków z otworu na śrubę do otworu na rurę pod ciśnieniem powietrza 0,6 MPa
Certyfikaty badań materiałowych (EN 10204 3.1 lub 3.2) – płyta bazowa, materiał okładziny, materiały spawalnicze
Raport danych ASME U-stamp (jeśli dotyczy) – w tym obliczenia projektowe
Karta danych TEMA (Class R/B/C) – jeśli dotyczy
Raport z inspekcji wymiarowej (średnica otworu, rozstaw, odchylenie mostka, płaskość, grubość)
Raporty NDE – UT (laminacja), UT (połączenie okładziny), PT (powierzchnia), boroskop
Raport z testu wytrzymałości na ścinanie połączenia okładziny (jeśli okładzinowana – łączona wybuchowo lub walcowana)
Raport z wykończenia powierzchni otworów na rury (zapisy profilometru – próbka 5% otworów)
Specyfikacja procedury spawania (WPS) i kwalifikacja procedury (PQR) – jeśli zastosowano nawierzchniowe spawanie okładziny lub spawy płyty uszczelniającej do płaszcza
Wykres obróbki cieplnej po spawaniu (PWHT) – jeśli wykonano (rejestracja czasu i temperatury)
Rysunek (zgodny z wykonaniem) – z współrzędnymi wzoru otworów, rozstawem i wymiarami
Przy zamawianiu płyty uszczelniającej (nowej, zamiennej lub zapasowej), należy podać:
Typ płyty uszczelniającej – Stała / Pływająca / U-rur
Średnica wewnętrzna płaszcza i kanału – określa średnicę płyty uszczelniającej
Liczba rur i układ rur – Trójkątny / Kwadratowy / Obrócony kwadratowy
Średnica zewnętrzna i grubość ścianki rury – określa średnicę otworu i rozstaw
Rozstaw rur (odległość od środka do środka) – zgodnie z TEMA lub GB/T 151
Średnica otworu na rurę – tolerancja H11 zgodnie z ISO 286
Typ połączenia rura-płyta uszczelniająca – Rozszerzane / Spawane / Połączone / Pełne wtopienie
Grubość płyty uszczelniającej – zgodnie z ASME VIII-1 Appendix A lub TEMA RCB-4.3
Materiał płyty uszczelniającej – CS / SS / Duplex / Ti / Stop (pełny lub okładzinowy)
Wymaganie okładzinowania (jeśli dotyczy) – materiał, grubość, metoda (łączona wybuchowo / walcowana / nawierzchniowe spawanie)
Ciśnienie projektowe – po stronie rur i po stronie płaszcza (określić również ciśnienie różnicowe)
Temperatura projektowa – po stronie rur i po stronie płaszcza
Typ połączenia kołnierzowego – RF (podniesiona powierzchnia) lub RTJ (połączenie typu pierścieniowego) – jeśli płyta uszczelniająca jest kołnierzowa
Standard wiercenia kołnierza – ASME B16.5 / B16.47 lub HG/T 20615
Wymaganie PWHT – na podstawie grubości materiału i zastosowania (zgodnie z UCS-56)
Wymaganie NDE – zgodnie z ASME VIII-1 lub specyfikacją projektu
Obróbka powierzchniowa (jeśli wymagana) – trawienie / pasywacja / powłoka / polerowanie elektrochemiczne
Płyta uszczelniająca jako samodzielny produkt podlega następującym ograniczeniom:
Nie jest oceniana pod kątem ciśnienia wewnętrznego do momentu zmontowania z płaszczem, rurami i kołnierzami – obowiązuje ocena całego naczynia
Musi być dopasowana do wzoru śrub kołnierza płaszcza i powierzchni uszczelnienia uszczelki; niedopasowane otwory na śruby lub profil uszczelki uniemożliwią prawidłowe uszczelnienie
Dla płyt uszczelniających okładzinowych, temperatura pracy jest ograniczona najniższą maksymalną temperaturą pracy materiału bazowego lub materiału okładziny (np. baza CS + okładzina Ti → maks. 230°C z powodu ograniczenia Ti)
Nie nadaje się do płynów po stronie rur lub płaszcza, które przekraczają odporność korozyjną wybranego gatunku materiału – zweryfikować w tabeli wyboru
Nie nadaje się do cykli termicznych przekraczających granicę zmęczenia połączenia rura-płyta uszczelniająca (połączenia tylko rozszerzane są ograniczone do 500 cykli/rok)
Dla bardzo dużych średnic (> 3000 mm) lub bardzo grubych sekcji (> 300 mm), dostępność płyt kuto-okładzinowych lub walcowanych może być ograniczona – skonsultować się z producentem w celu ustalenia terminów dostawy
Płyty uszczelniające ze spawaną okładziną wymagają starannego PWHT w celu zapobieżenia pękaniu wodorowemu w materiale bazowym i uczuleniu w okładzinie (dla okładzin SS, po spawaniu może być wymagane wyżarzanie roztworowe)
