Wiązka rurek jako główny zespół wymiany ciepła
Wiązka rur jest rdzeniem zespołu wymiany ciepła płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła. Składa się z rur, arkuszy rur, przegród lub płyt wsporczych, drążków kierowniczych, przekładek i powiązanych elementów. Wiązka oddziela płyn po stronie rury od płynu po stronie płaszcza i zapewnia powierzchnię wymiany ciepła pomiędzy dwoma strumieniami.
Wiązka rur może być dostarczona jako wiązka zamienna, wiązka zapasowa lub kompletny zestaw do nowych wymienników ciepła. Został zaprojektowany i wyprodukowany zgodnie z klasą C, B lub R TEMA, sekcją VIII dział 1 lub dział 2 ASME oraz GB/T 151 do zastosowań domowych.
Typy wiązek rur – klasyfikacja konstrukcyjna
Zestaw arkuszy stałych rur (TEMA L / M / N)
Rury są mocowane na obu końcach w nieruchome arkusze rur. Arkusze rur są przyspawane lub przykręcone do płaszcza. Rozszerzalność cieplna jest kompensowana przez złącze dylatacyjne na płaszczu, gdy różnica temperatur pomiędzy rurami i płaszczem przekracza dopuszczalną granicę dla kombinacji materiałów.
Typowe zastosowanie: czyste płyny po stronie powłoki, umiarkowana różnica temperatur, praca bez zanieczyszczeń.
Zestaw U-rurki (TEMA U)
Rury są wyginane w kształt litery U, a oba końce są mocowane do pojedynczego arkusza rur. Każda rura rozszerza się niezależnie, więc w przypadku dużych różnic temperatur nie jest wymagane złącze kompensacyjne.
Typowe zastosowanie: duża różnica temperatur, obsługa gazu pod wysokim ciśnieniem, obsługa wodoru, warunki szoku termicznego.
Ograniczenie: poszczególnych rurek nie można czyścić mechanicznie od wewnątrz; wymagane jest czyszczenie chemiczne.
Pakiet głowicy pływającej (TEMA P / S / T / W)
Jeden arkusz rury jest nieruchomy, a drugi może się swobodnie poruszać wraz z rozszerzalnością cieplną. Tylną głowicę można zdjąć, co pozwala na wyjęcie wiązki w celu mechanicznego czyszczenia.
Typowe zastosowanie: silne zarastanie, duża różnica temperatur, wysoki współczynnik zarastania po stronie płaszcza.
Podstawowe komponenty – dane techniczne
Rury
| Parametr | Zakres | Notatki |
|---|---|---|
| OD rury | 12,7 mm – 50,8 mm | Mniejsza średnica zewnętrzna dla wyższego ciśnienia; większa średnica zewnętrzna do obsługi zanieczyszczeń |
| Grubość ścianki rury | 0,9 mm – 5,0 mm | Wybrane zgodnie z ASME VIII-1 UG-27 |
| Długość rury | 1,5 m – 12,0 m | Standardowe długości to 2,44 m, 4,88 m, 6,10 m, 9,75 m |
| Skok rury | 1,25 × – 2,0 × średnica zewnętrzna rury | Trójkątny podziałka dla większego transferu ciepła; podziałka kwadratowa do czyszczenia mechanicznego |
| Układ rur | Trójkątny (30°/60°) / Kwadratowy (90°/45°) | Trójkątny zapewnia większą powierzchnię na przekrój powłoki |
Arkusze rurowe
| Parametr | Zakres / Wartość | Notatki |
|---|---|---|
| Grubość | 15 mm – 350 mm | Zgodnie z ASME VIII-1 Załącznik AA / TEMA RCB-4.3 |
| Tolerancja średnicy otworu | H11 zgodnie z ISO 286 | Przykład: Ř25,2 mm +0,13/0 |
| Wykończenie dziury | Ra ≤ 1,6 μm dla złączy rozszerzonych; Ra ≤ 3,2 μm dla połączeń spawanych | Do ekspansji wymagane jest lepsze wykończenie |
| Szerokość więzadła | Minimalna średnica otworu 0,8 × | Zgodnie z ASME VIII-1 Załącznik A |
| Tworzywo | CS / SS / Duplex / Ti / Stop / Platerowane | Dopasowane do płynów po stronie rurki i płaszcza |
Przegrody i płyty wsporcze
| Parametr | Zakres / Wartość | Notatki |
|---|---|---|
| Typ przegrody | Segmentowe / Podwójne segmentowe / Heliczne / Pełne wsparcie | Cięcie segmentowe zazwyczaj 20% – 35% |
| Rozstaw przegród | 0,2 × – 1,0 × identyfikator powłoki | Na podstawie długości rury samonośnej i prędkości przepływu poprzecznego |
| Maksymalna długość samonośnej rury | CS: ≤ 36 × średnica zewnętrzna rury; SS: ≤ 30 × średnica zewnętrzna rury | Według TEMA RCB-4.2 |
| Grubość przegrody | 3,0 mm – 16 mm | Na podstawie różnicy ciśnień i zakresu podparcia |
| Średnica drążka kierowniczego | M8 – M24 lub odpowiednik | Minimum 4 drążki ściągające w pakiecie |
Wybór materiału – rury i arkusze rur
Materiały rurowe
| Tworzywo | Specyfikacja | Zakres temperatur | Limit chlorków | Aplikacja |
|---|---|---|---|---|
| Stal węglowa | SA-179 / SA-106 gr.B / 20# | -20°C do +425°C | Nie dotyczy | Woda, olej, para wodna, czyste węglowodory |
| Stal nierdzewna 304L/304 | ASTM A213 TP304L | -196°C do +600°C | ≤ 200 ppm | Płyny lekko żrące, czysta para, dopuszczone do kontaktu z żywnością |
| Stal nierdzewna 316L/316 | ASTM A213 TP316L | -196°C do +500°C | ≤ 200 ppm | Kwasy organiczne, roztwory soli, węglowodory zawierające chlorki |
| Dupleks 2205 | ASTM A789 S32205 | -40°C do +280°C | ≤ 300 ppm w 80°C | Offshore, woda morska, obsługa CO₂/H₂S |
| Tytan gr.2 | ASTM B338 | -40°C do +230°C | Do 20 000 ppm | Woda morska, solanka, środowiska o wysokiej zawartości chlorków |
| Miedź-nikiel C70600 | ASTM B111 | -40°C do +200°C | < 500 ppm | Morska woda chłodząca, woda słonawa |
| Stop 625/825/800H | ASTM B163/B444 | -196°C do +600°C | Do 500 str./min | Usługa korozyjna w wysokiej temperaturze, kwaśny gaz |
Materiały z arkuszy rur
Stal węglowa SA-516 Gr.70 do niekorozyjnych płynów znajdujących się po stronie rur
Stal nierdzewna platerowana stalą węglową do zastosowań korozyjnych pod wysokim ciśnieniem; grubość okładziny minimum 3 mm
Solidna stal nierdzewna 304L / 316L do zastosowań w pełni korozyjnych
Duplex lub tytan do zastosowań na morzu i wodzie morskiej
Nakładka stopowa, taka jak Inconel 625, do pracy w trudnych warunkach kwaśnych lub chlorkowych
Typy połączeń rura-arkusz
| Typ złącza | Metoda | Siła wyciągania | Obowiązująca usługa |
|---|---|---|---|
| Tylko rozszerzony | Rozprężanie hydrauliczne przy 160–220 MPa, wytrzymać 5–8 s | ≥ 20 MPa dla CS; ≥ 25 MPa dla stali nierdzewnej | Nietoksyczne, niecykliczne, czyste płyny |
| Tylko spawane | Spoina pachwinowa GTAW, noga 1,5–2,0 mm | Mechaniczne mocowanie tylko ze spoiny | Gaz pod wysokim ciśnieniem, serwis wodorowy |
| Spawać + rozszerzać | Uszczelnij spoinę i rozprężanie hydrauliczne przy 160–200 MPa | ≥ 25 MPa | Cykliczna obsługa cieplna, wysokie ciśnienie, toksyczne płyny |
| Spoina z pełną penetracją | Pełna penetracja GTAW | ≥ 30 MPa | Ekstremalne ciśnienie, wodór, wysoki współczynnik bezpieczeństwa |
Proces produkcyjny – kluczowe elementy sterujące
Wiercenie blachy rurowej
Rozmiar wiertła kontrolowany zgodnie z tolerancją H11 zgodnie z normą ISO 286
Odchylenie więzadła ≤ ±0,2 mm od rysunku
Wykończenie powierzchni otworu Ra ≤ 1,6 μm dla złączy rozszerzonych
Wszystkie otwory ogratowano po obu stronach i oczyszczono przed włożeniem rurki
Rozszerzenie rury
Hydrauliczne ciśnienie rozprężania 160–220 MPa; czas trzymania 5–8 sekund
Głębokość rozszerzania minimum 1,5 × średnica zewnętrzna rury lub 2 × grubość ścianki rury w arkuszu rury
Kontrola sprawdzianu po rozprężeniu: 100% probówek akceptuje kulkę pomiarową o 0,5 mm mniejszą niż średnica wewnętrzna rurki
Test wyciągania pierwszego artykułu w pakiecie
Spawanie rura-arkusz
Proces GTAW, automatyczny lub ręczny
Wysokość pachwiny 1,5–2,0 mm do spoiny uszczelniającej
Pełna penetracja penetracji grani spoiny ≥ 0,5 mm w ściankę rury
100% badanie penetracyjne cieczy zgodnie z ASME VIII-1 UW-51
Procedura spawania zgodna z sekcją IX ASME
Obróbka cieplna po spawaniu
Wymagane, gdy grubość blachy rur ze stali węglowej przekracza 38 mm
Wymagane, gdy usługa zawiera mokry H₂S zgodnie z NACE MR0175 / ISO 15156
Typowy cykl PWHT: 620°C ± 10°C, utrzymywanie 1 godziny na każde 25 mm grubości, minimum 1 godzina
Kontrolowana szybkość chłodzenia ≤ 50°C/godz. do 400°C
Kontrola i testowanie każdego pakietu
Kontrola wymiarowa
| Przedmiot | Tolerancja | Metoda |
|---|---|---|
| OD rury | ±0,11 mm zgodnie z ASTM B730 | Mikrometr |
| Grubość ścianki rury | ±10% wartości nominalnej | Miernik ultradźwiękowy |
| Długość pakietu | ±1,5 mm na TEMA RCB-8 | Taśma miernicza lub laser |
| Rozstaw przegród | ±1,5 mm | Suwmiarka lub szablon |
| Odchylenie więzadła dziury | ≤ ±0,2 mm | Komparator optyczny |
| Promień zagięcia w kształcie litery U | R ≥ 2 × średnica zewnętrzna rury | Miernik szablonowy |
Badanie nieniszczące
Spoiny rura-arkusz: 100% badanie penetracyjne cieczy zgodnie z ASME VIII-1 UW-51
Okładzina z blachy rurowej: 100% badanie ultradźwiękowe pod kątem integralności wiązania zgodnie z ASME VIII-1 UW-13
Wewnętrzna powierzchnia probówki: Inspekcja boroskopowa na losowej próbce; 100% rurek przechodzi przez kulkę pomiarową
Rury żebrowane, jeśli dotyczy: Kontrola wzrokowa pod kątem luźnych lub brakujących żeberek
Próba ciśnieniowa
Próba hydrostatyczna: 1,3 × ciśnienie projektowe zgodnie z ASME VIII-1 UG-99
Czas trzymania: minimum 30 minut
Akceptacja: zerowy spadek ciśnienia i brak widocznych wycieków
Pneumatyczna próba szczelności, jeśli określono: 0,6 MPa powietrze lub azot; wykrywanie baniek mydlanych
Akceptacja współczynnika nieszczelności: ≤ 1×10⁻⁵ Pa·m3/s na równoważną metodę kryzy
Dokumentacja na przesyłkę
Certyfikaty badań materiałów zgodnie z EN 10204 3.1 lub 3.2
Raport danych ze stemplem U ASME, jeśli dotyczy
Arkusz danych TEMA wypełniony według projektu
Raport z kontroli wymiarowej
Raport z testu hydrostatycznego z wykresem rejestracji ciśnienia
Raporty NDE dla PT, UT, RT lub VT zgodnie z wynikami
Specyfikacja procedury spawania i zapis kwalifikacji procedury
Rysunek powykonawczy wiązki rur
Raport z testu wyciągania rurki dla pierwszego artykułu
Lista pakowania zawierająca wymiary i wagę przesyłki
Lista kontrolna wyboru – wiązka rurek
Typ TEMA – Stała blacha rurowa / U-rurka / Głowica pływająca
Wewnętrzna średnica płaszcza i średnica arkusza rury
OD rury, grubość ścianki i długość
Rozstaw i układ rur – Trójkątny / Kwadratowy
Materiał rury i materiał arkusza rury
Typ połączenia rura-arkusz - rozciągany / spawany / kombinowany
Ciśnienie obliczeniowe po stronie rury i po stronie płaszcza
Temperatura obliczeniowa dla strony rury i płaszcza
Skład płynu dla obu stron – w celu sprawdzenia kompatybilności materiałowej
Naddatek na korozję rur i blachy sitowej
Typ i rozstaw przegród – w oparciu o kryteria dopuszczalnego spadku ciśnienia i wibracji
NDE i wymagania testowe zgodnie ze specyfikacją projektu
Wymóg PWHT w oparciu o materiał i usługę
Ilość – pakiet zamienny, pakiet zapasowy lub nowy sprzęt
Oświadczenie o ograniczeniach konstrukcyjnych – wiązka rurek
Wiązka rur podlega następującym ograniczeniom:
Musi pasować do geometrii płaszcza, wymiarów blachy rurowej i wzoru kołnierza istniejącego wymiennika ciepła.
Nie jest przystosowany do pracy pod ciśnieniem wewnętrznym, dopóki nie zostanie zmontowany z płaszczem, kanałami i kołnierzami.
Nie zaleca się zawartości cząstek stałych po stronie rury powyżej 2% wagowych bez filtracji przed filtrem ze względu na ryzyko erozji i zablokowania rury.
Złącza rozszerzane nie są zalecane w przypadku cykli termicznych powyżej 500 cykli rocznie lub w przypadku pracy toksycznej.
Wiązek U-rurek nie można czyścić mechanicznie wewnątrz rur; wymagane jest czyszczenie chemiczne.
Stałe wiązki arkuszy rur mogą wymagać złącza dylatacyjnego płaszczowego, gdy różnica temperatur przekracza dopuszczalny limit.
W przypadku próżni poniżej 1 kPa bezwzględnego może być wymagane dodatkowe usztywnienie lub podparcie zgodnie z ASME VIII-1 UG-29.
Woda do testów hydrostatycznych do austenitycznej stali nierdzewnej musi mieć zawartość chlorków ≤ 50 ppm, aby zapobiec pękaniu korozyjnemu naprężeniowemu.
