Przegląd – Pakiet Rur Chłodnicy Powietrza jako Rdzeń Wymiany Ciepła
Pakiet rur chłodnicy powietrza to zespół rdzenia wymiany ciepła wymiennika ciepła chłodzonego powietrzem (ACHE). Składa się z rzędów rur gładkich lub żeberkowanych, zamocowanych na każdym końcu przez płyty rur, i połączonych z króćcami wlotowymi i wylotowymi. Pakiet jest instalowany w komorze konstrukcyjnej, gdzie wentylatory osiowe lub odśrodkowe wymuszają lub zasysają powietrze otoczenia przez zewnętrzną powierzchnię rur, aby schłodzić płyn procesowy przepływający wewnątrz rur.
Produkt ten jest projektowany i produkowany zgodnie z API 661 (Wymienniki ciepła chłodzone powietrzem do ogólnych zastosowań rafineriach), ISO 13706 i TEMA Klasa R lub B, w zależności od zastosowania. Jest dostarczany jako pakiet zamienny, pakiet zapasowy lub kompletny zespół dla nowej komory ACHE.
Rodzaje Chłodnic Powietrza – Orientacja Pakietu i Konfiguracja Wentylatora
Pakiet rur jest tym samym zespołem rdzenia we wszystkich typach ACHE; orientacja, konstrukcja wsporcza i kierunek przepływu powietrza różnią się w zależności od konfiguracji.
Ciąg Wymuszony
-
Wentylatory umieszczone poniżej pakietu, wtłaczające powietrze w górę przez rzędy rur
-
Rozkład powietrza jest jednolity dzięki plenum wentylatora poniżej
-
Wentylator i elementy napędowe są dostępne na poziomie gruntu lub platformy
-
Orientacja pakietu: Pozioma
-
Typowe zastosowanie: Ogólne chłodzenie procesów rafineriach, chłodnice międzystopniowe sprężarek
Ciąg Zasysający
-
Wentylatory umieszczone powyżej pakietu, zasysające powietrze w górę przez rzędy rur
-
Komora plenum nad pakietem zapewnia jednolite zasysanie
-
Wentylator i elementy napędowe wymagają podwyższonej platformy dostępu
-
Orientacja pakietu: Pozioma
-
Typowe zastosowanie: Skraplacze pary, usługi wysokotemperaturowe, duże jednostki rafineriach
-
Zaleta: Lepszy rozkład powietrza, mniejsze recyrkulacje, pakiet chroniony przed opadami atmosferycznymi
Rama A
-
Dwa płaskie pakiety rur ułożone w kształcie odwróconej litery V (wierzchołek na górze)
-
Wentylatory umieszczone poniżej wierzchołka, wtłaczające powietrze w górę przez oba nachylone pakiety
-
Orientacja pakietu: Nachylona, zazwyczaj od 30° do 60° od poziomu
-
Typowe zastosowanie: Skraplacze pary chłodzone powietrzem (ACC) w elektrowniach
-
Zaleta: Redukuje zajmowaną powierzchnię dla dużych komór; skropliny spływają grawitacyjnie po nachylonych rurach
Rama V
-
Dwa płaskie pakiety rur ułożone w kształcie litery V (wierzchołek na dole)
-
Wentylatory umieszczone powyżej wierzchołka, zasysające powietrze w górę przez oba nachylone pakiety
-
Orientacja pakietu: Nachylona, zazwyczaj od 30° do 60° od poziomu
-
Typowe zastosowanie: Skraplacze pary, gdzie preferowany jest ciąg zasysający dla ochrony przed zamarzaniem
-
Zaleta: Redukcja zajmowanej powierzchni podobna do ramy A; skropliny spływają do dolnego kolektora
Pojedynczy Pakiet Poziomy
-
Pojedynczy płaski pakiet rur zainstalowany poziomo
-
Wentylatory poniżej (ciąg wymuszony) lub powyżej (ciąg zasysający)
-
Orientacja pakietu: Pozioma, nachylenie 0°
-
Typowe zastosowanie: Ogólne chłodzenie procesów, chłodzenie gazu, kondensacja węglowodorów
-
Zaleta: Najprostsza konstrukcja; najłatwiejsza wymiana pakietu i dostęp do konserwacji
Konstrukcja Pakietu – Komponenty Rdzenia
Rury
Płyty Rur
Króćce (Rozdzielacze Wlotowe / Wylotowe)
Konstrukcja króćca:
-
Prostokątny lub okrągły przekrój poprzeczny
-
Połączenia kołnierzowe zgodnie z ASME B16.5 lub B16.47
-
Przegrody przepływu dla jednego, dwóch lub czterech przejść po stronie rury
-
Połączenia spustowe i odpowietrzające w punktach niskich i wysokich
Boczne Ramy i Ucha Podnoszące
-
Rama konstrukcyjna: Kształtownik stalowy lub dwuteownik
-
Ucha podnoszące: Spawane do ram bocznych lub płyt rur, o nośności 2× ciężaru pakietu
-
Punkty podparcia umieszczone w celu zminimalizowania ugięcia rur i utrzymania poziomości w granicach ±3 mm na długości pakietu
Rodzaje Finów – Wybór w zależności od Temperatury i Środowiska
Geometria Finu (Typowa)
Rezystancja Połączenia Finu
W przypadku finów zwijanych pod napięciem (stopka L, stopka KL, stopka LL), mechaniczne połączenie między finem a rurą wprowadza rezystancję styku termicznego:
-
Dla temperatur po stronie rury powyżej 120°C, dla nowych pakietów zazwyczaj stosuje się wartość przewodności połączenia od 2000 do 5000 W/m²·K.
-
Pakiety w eksploatacji mogą mieć zmniejszoną przewodność połączenia z powodu cykli termicznych. Dodatkowa powierzchnia od 3% do 30% jest często uwzględniana w projekcie w zależności od temperatury pracy i typu połączenia.
-
Finów wytłaczanych i spawanych wysoką częstotliwością nie charakteryzuje rezystancja połączenia, ponieważ fin jest integralny lub połączony metalurgicznie.
Parametry Termiczne i Hydrauliczne Po Stronie Powietrza
Dobór Materiałów – Rury, Płyty Rur i Króćce
Materiały Rur
Materiały Płyt Rur i Króćców
-
Stal węglowa SA-516 Gr.70 do usług po stronie rury bez korozyjności
-
Stal nierdzewna platerowana na stali węglowej do usług korozyjnych pod wysokim ciśnieniem; minimalna grubość platerowania 3 mm zgodnie z ASME VIII-1 UW-13
-
Pełna stal nierdzewna 304L / 316L do usług w pełni korozyjnych
-
Pełny duplex lub tytan do ciężkich usług z chlorkami lub pracy morskiej
Materiał króćca jest zazwyczaj dopasowany do materiału płyty rur, aby uniknąć korozji galwanicznej na połączeniach skręcanych lub spawanych. Dla króćców ze stali węglowej w usługach korozyjnych stosuje się wewnętrzne powłoki (epoksydowe lub fenolowe) zgodnie z API 661.
Proces Produkcji – Kluczowe Kontrole
Wiercenie Płyt Rur
-
Rozmiar wiertła kontrolowany do tolerancji H11 zgodnie z ISO 286
-
Wykończenie otworu: Ra ≤ 1,6 μm dla połączeń rozszerzanych; Ra ≤ 3,2 μm dla połączeń spawanych
-
Odchylenie ligatury ≤ ±0,2 mm od rysunku
-
Wszystkie otwory są gratowane i czyszczone przed włożeniem rur
Rozszerzanie Rur
-
Ciśnienie rozszerzania hydraulicznego: 160 – 220 MPa; czas trzymania 5 – 8 sekund
-
Głębokość rozszerzania: Minimum 1,5 × średnica zewnętrzna rury lub 2 × grubość ścianki rury w płycie rur
-
Kontrola po rozszerzaniu za pomocą wzorca: 100% rur akceptuje wzorzec kulowy o średnicy o 0,5 mm mniejszej niż średnica wewnętrzna rury
-
Weryfikacja wytrzymałości na wyciąganie: Test pierwszego artykułu na pakiet, cel ≥ 20 MPa dla stali węglowej i ≥ 25 MPa dla stali nierdzewnej
Spawanie Rur do Płyt Rur (Jeśli Określono)
-
Proces GTAW (TIG), automatyczny lub ręczny
-
Wysokość spoiny pachwinowej 1,5 – 2,0 mm dla spoiny uszczelniającej
-
Penetracja spoiny pełnego przetopu ≥ 0,5 mm w ściankę rury
-
100% badanie penetracyjne cieczą zgodnie z ASME VIII-1 UW-51
-
Procedura spawania kwalifikowana zgodnie z ASME Sekcja IX
Produkcja Króćców
-
Spawana konstrukcja stalowa z połączeniami kołnierzowymi ASME B16.5 lub B16.47
-
Wymiary króćców dopasowane do układu otworów płyty rur
-
Przegrody przepływu spawane do wnętrza króćca, materiał i procedura spawania dopasowane do materiału króćca
-
Połączenia spustowe i odpowietrzające: złączki gwintowane NPT lub gniazdowe
Montaż i Podnoszenie Pakietu
-
Rury włożone i rozszerzone lub spawane do płyt rur
-
Zamontowane przegrody lub wsporniki rur w określonych odstępach
-
Zamontowane ramy boczne i ucha podnoszące
-
Test podnoszenia wykonany przy 1,1 × ciężaru pakietu, jeśli określono
Inspekcja i Testy na Pakiet
Inspekcja Wymiarowa
Badania Nieniszczące
Test Hydrostatyczny (Strona Rury)
-
Ciśnienie testowe: 1,3 × ciśnienie projektowe zgodnie z ASME VIII-1 UG-99
-
Medium testowe: Czysta woda z inhibitorem korozji; chlorki ≤ 50 ppm dla stali nierdzewnej
-
Czas trzymania: ≥ 30 minut
-
Akceptacja: Brak spadku ciśnienia; brak widocznych wycieków z połączeń rur, króćców lub korków
Test Szczelności Pneumatycznej (Jeśli Określono)
-
Ciśnienie testowe: 0,6 MPa powietrza lub azotu
-
Wykrywanie nieszczelności: Zastosowanie pianki mydlanej na wszystkich połączeniach i spawach
-
Akceptacja: Brak bąbelków; wskaźnik wycieku ≤ 1×10⁻⁵ Pa·m³/s
Profile Zastosowań – Według Typu Usługi
Chłodnica Międzystopniowa i Końcowa Sprężarki
-
Płyn po stronie rury: Sprężone powietrze lub gaz ziemny
-
Temperatura po stronie rury: Wlot 120°C – 180°C, wylot 40°C – 60°C
-
Ciśnienie po stronie rury: 0,5 – 10,0 MPa
-
Materiał rury: Stal węglowa dla powietrza; 304L dla gazu ziemnego zawierającego CO₂ lub wodę
-
Typ finu: Stopka L, jeśli temperatura po stronie rury ≤ 150°C; stopka KL, jeśli 150°C – 180°C
-
Geometria finu: Średnica zewnętrzna 25,4 mm × ścianka 2,0 mm; wysokość finu 12,5 mm; 10 FPI
-
Rzędy pakietu: 4 – 6
-
Prędkość napływu powietrza: 2,5 – 3,5 m/s
-
Spadek ciśnienia po stronie powietrza: ≤ 200 Pa
Skraplacz Nadpowietrzny Rafinerii
-
Płyn po stronie rury: Para węglowodorowa z parą wodną
-
Temperatura po stronie rury: Wlot 100°C – 150°C kondensacja, wylot 40°C – 60°C
-
Ciśnienie po stronie rury: 0,1 – 0,5 MPa
-
Materiał rury: Stal węglowa do usług niekorozyjnych; 316L do usług kwaśnych
-
Typ finu: Stopka L lub KL do standardowych usług; wytłaczane z rurą 316L do usług H₂S
-
Geometria finu: Średnica zewnętrzna 25,4 mm × ścianka 2,0 mm; wysokość finu 12,5 mm; 10 FPI
-
Rzędy pakietu: 4
-
Cecha specjalna: Pakiet nachylony 1:50 w kierunku króćca wylotowego do odprowadzania cieczy
Chłodnica Gazu Ziemnego po Odwadnianiu lub Sprężaniu
-
Płyn po stronie rury: Gaz ziemny przetworzony
-
Temperatura po stronie rury: Wlot 60°C – 100°C, wylot 30°C – 45°C
-
Ciśnienie po stronie rury: 4,0 – 10,0 MPa
-
Materiał rury: 316L lub Duplex 2205, jeśli obecne są chlorki
-
Typ finu: Wytłaczane z zewnętrzną warstwą aluminium 1100 dla ochrony przed korozją przybrzeżną i morską
-
Geometria finu: Średnica zewnętrzna 19,05 mm × ścianka 2,0 mm; wysokość finu 12,5 mm; 10 FPI
-
Rzędy pakietu: 2 – 3
-
Prędkość napływu powietrza: 2,0 – 2,5 m/s
-
Spadek ciśnienia po stronie powietrza: ≤ 150 Pa
Skraplacz Pary Chłodzony Powietrzem (ACC) dla Elektrowni
-
Płyn po stronie rury: Para skraplająca się do wody pod próżnią
-
Temperatura po stronie rury: Wlot 60°C – 100°C, wylot 35°C – 45°C
-
Ciśnienie po stronie rury: Próżnia, 10 – 50 kPa absolutne
-
Materiał rury: Stal węglowa ocynkowana lub powlekana; stal nierdzewna, jeśli para zawiera amoniak lub chlorki
-
Typ finu: Spawane wysoką częstotliwością z połączeniem metalurgicznym; finy ze stali węglowej ocynkowane ogniowo
-
Geometria rury: Rury eliptyczne lub płasko-owalne z finami płytowymi lub finami spawane spiralnie
-
Orientacja pakietu: Rama A lub Rama V, nachylona 60° do poziomu
-
Przepływ powietrza: Ciąg zasysający
-
Cecha specjalna: Pakiety nachylone 1:80 w kierunku kolektora skroplin; ochrona przed zamarzaniem za pomocą ogrzewania parowego lub elektrycznego dla pracy zimowej poniżej 0°C
Czyszczenie i Konserwacja
Zanieczyszczenie po stronie powietrza pyłem, pyłkami lub osadami chemicznymi zwiększa spadek ciśnienia i zmniejsza wymianę ciepła. Zaleca się czyszczenie, gdy:
-
Spadek ciśnienia po stronie powietrza przekracza projektowy spadek ciśnienia o 30%
-
Wzrost spadku ciśnienia po stronie powietrza osiąga 50 Pa powyżej początku pracy, w zależności od tego, co nastąpi wcześniej
Metody czyszczenia:
-
Mycie wodą: Niskociśnieniowy natrysk ≤ 1,0 MPa dla osadów rozpuszczalnych w wodzie
-
Wdmuchiwanie powietrza: Sprężone powietrze ≤ 0,6 MPa dla suchego luźnego pyłu
-
Czyszczenie chemiczne: Detergent alkaliczny lub kwasowy zatwierdzony do finów aluminiowych; unikać roztworów o wysokiej alkaliczności
Czyszczenie po stronie rury nie jest mechanicznie wykonalne w stałym pakiecie. Wymagane jest czyszczenie chemiczne lub przepychanie online.
Dokumentacja na Przesyłkę
-
Certyfikaty materiałowe zgodnie z EN 10204 3.1 lub 3.2 dla rur, finów, płyt rur, króćców i stali konstrukcyjnej
-
Uzupełniony arkusz danych API 661 lub arkusz danych ISO 13706
-
Arkusz danych TEMA, jeśli dotyczy
-
Raport danych z pieczęcią ASME U, jeśli dotyczy
-
Raport z inspekcji wymiarowej zawierający długość pakietu, układ otworów płyty rur, geometrię finu i średnicę zewnętrzną rury
-
Parametry procesu mocowania finu, w tym napięcie zwijania, ciśnienie wytłaczania i prąd spawania
-
Raport z testu hydrostatycznego z zapisem wykresu ciśnienia
-
Raport z testu szczelności pneumatycznej, jeśli wykonano
-
Raporty NDE dla PT, UT i RT, zgodnie z wykonaniem
-
Specyfikacja procedury spawania i protokół kwalifikacji procedury dla spawów rur do płyt rur i króćców
-
Rysunek pakietu rur po wykonaniu z liczbą rur, konfiguracją przepływów, wymiarami króćców i lokalizacją ucha podnoszącego
-
Specyfikacja malowania i powlekania z raportem weryfikacji grubości
Lista Kontrolna Wyboru – Pakiet Rur Chłodnicy Powietrza
-
Typ ACHE: Ciąg wymuszony, ciąg zasysający, rama A, rama V lub poziomy
-
Orientacja pakietu: Pozioma lub nachylona z kątem
-
Materiał i rozmiar rury (średnica zewnętrzna i grubość ścianki)
-
Typ finu: Stopka L, KL, LL, wytłaczany, spawany wysoką częstotliwością lub gładki
-
Materiał i geometria finu (wysokość, rozstaw lub FPI, grubość)
-
Ciśnienie i temperatura projektowa po stronie rury
-
Skład płynu po stronie rury, w tym korozyjność, chlorki i H₂S
-
Dopuszczalny spadek ciśnienia po stronie rury
-
Temperatura powietrza na wlocie dla projektu letniego
-
Prędkość napływu powietrza lub całkowity przepływ powietrza
-
Dopuszczalny spadek ciśnienia po stronie powietrza, zazwyczaj 100 – 300 Pa
-
Typ króćca: Z korkiem, z pokrywą lub rurowy
-
Liczba przejść po stronie rury: Jedno, dwa lub cztery
-
Liczba rur i układ na istniejącą lub nową komorę
-
Wymagania dotyczące ochrony przed korozją, w tym powlekanie, cynkowanie lub specjalne materiały finów i rur
-
Ochrona przed zamarzaniem dla usług ACC, w tym ogrzewanie parowe, elektryczne lub recyrkulacja
-
Ograniczenia dotyczące podnoszenia i transportu, w tym maksymalny ciężar i wymiary
-
Obowiązujące normy: API 661, ISO 13706, TEMA lub specyfikacja klienta
Oświadczenie o Ograniczeniach Projektowych – Pakiet Rur Chłodnicy Powietrza
Pakiet rur chłodnicy powietrza podlega następującym ograniczeniom:
-
Jest zaprojektowany tylko dla określonego ciśnienia i temperatury po stronie rury. Praca poza tymi limitami unieważnia projekt.
-
Wydajność po stronie powietrza zależy od temperatury powietrza otoczenia i osadzania się zanieczyszczeń. Wydajność chłodzenia spada wraz ze wzrostem temperatury otoczenia.
-
Czyszczenie po stronie rury nie jest mechanicznie wykonalne w stałym pakiecie. W przypadku usług z osadzaniem się zanieczyszczeń wymagane jest czyszczenie chemiczne lub przepychanie online.
-
Zanieczyszczenie po stronie powietrza zwiększa spadek ciśnienia i zmniejsza wymianę ciepła. Należy utrzymywać regularne harmonogramy czyszczenia.
-
W przypadku usług kondensacji w warunkach zamarzania, należy zapewnić ochronę przed zamarzaniem poprzez nachylenie, odprowadzanie i ogrzewanie.
-
Maksymalna temperatura końca finu nie może przekraczać limitów specyficznych dla materiału: Stopka L ≤ 150°C, wytłaczane ≤ 230°C, spawane wysoką częstotliwością ≤ 450°C.
-
Dla usług z cyklami termicznymi powyżej 500 cykli rocznie, nie zaleca się stosowania finów zwijanych pod napięciem, takich jak stopka L, stopka KL i stopka LL. Należy stosować finy wytłaczane lub spawane wysoką częstotliwością.
-
Pakiet musi być zainstalowany na poziomej konstrukcji wsporczej. Nadmierne niewspółosiowość powoduje zniekształcenie płyty rur i wyciek z połączeń.
-
Dla ciśnienia po stronie rury powyżej 10,0 MPa lub ekstremalnej próżni, skonsultuj się w sprawie niestandardowego projektu króćca i płyty rur.