Теплообменник воздушного охладителя | Принудительная / Всасывающая тяга | А-образная / V-образная / Горизонтальная рама | С заглушками / С крышкой / Трубный коллектор | Материалы труб: УГ / НЖ / Ти / Дуплекс | Температура от -40°C до +450°C | Давление до 10,0 МПа | Согласно API 661 / ISO 13706
Обзор – Теплообменник воздушного охладителя как самостоятельный сменный блок
Теплообменник воздушного охладителя представляет собой сердцевину теплообмена аппарата воздушного охлаждения (АВО). Он состоит из рядов гладких или оребренных труб, закрепленных трубными решетками на каждом конце, с присоединенными камерами-коллекторами (впускным и выпускным) для распределения технологической жидкости по трубам. Блок устанавливается в конструктивном отсеке, где осевые или центробежные вентиляторы нагнетают или отсасывают окружающий воздух через внешнюю поверхность труб.
Данный продукт разработан и изготовлен в соответствии с API 661 (Теплообменники воздушного охлаждения для общего нефтеперерабатывающего применения), ISO 13706 и TEMA класса R или B, где применимо. Поставляется как сменный блок, запасной блок или как новый блок для нового отсека АВО.
Типы АВО – Конфигурация вентилятора и ориентация блока
Следующие типы воздушных охладителей определяют конфигурацию установки блока и расположение вентилятора. Сам блок представляет собой ту же самую сердцевину, но ориентация, опорная конструкция и направление воздушного потока варьируются.
АВО с принудительной тягой
Вентиляторы расположены под теплообменным блоком, нагнетая воздух вверх через блок
Распределение воздуха: Равномерный поток воздуха по всей поверхности блока благодаря камере вентилятора
Техническое обслуживание: Доступ к вентилятору и приводным компонентам на уровне земли или платформы
Ориентация блока: Горизонтальная (трубы горизонтальны, воздух движется вертикально вверх)
Типичное применение: Общее охлаждение технологических процессов на НПЗ, промежуточные охладители компрессоров
Преимущество: Более низкая стоимость установки, более простое обслуживание вентилятора
Ограничение: Риск рециркуляции горячего воздуха при отсутствии ветрозащитных стенок; тепло от вентилятора увеличивает температуру входящего воздуха
АВО с всасывающей тягой
Вентиляторы расположены над теплообменным блоком, отсасывая воздух вверх через блок
Распределение воздуха: Камера над блоком обеспечивает равномерное всасывание
Техническое обслуживание: Доступ к вентилятору и приводным компонентам на приподнятой платформе – требуется доступная платформа
Ориентация блока: Горизонтальная (трубы горизонтальны, воздух движется вертикально вверх)
Типичное применение: Конденсаторы пара (АВОК), высокотемпературные процессы, крупные установки НПЗ
Преимущество: Лучшее распределение воздуха; меньшая рециркуляция; защита блока от осадков
Ограничение: Более высокая стоимость установки; доступ к вентилятору на высоте; большая высота вентиляционной трубы
АВО А-образной рамы
Блок состоит из двух плоских теплообменных блоков, расположенных в перевернутой V-образной форме (вершина сверху)
Вентиляторы расположены под вершиной, нагнетая воздух вверх через оба наклонных блока
Ориентация блока: Наклонная (обычно от 30° до 60° от горизонтали)
Типичное применение: Воздушные конденсаторы пара (АВОК) на электростанциях, крупные нефтехимические установки
Преимущество: Уменьшает занимаемую площадь для больших отсеков; обеспечивает дренаж конденсата самотеком (наклонные трубы)
Ограничение: Более сложная опорная конструкция; требуется больший объем камеры
АВО V-образной рамы
Блок состоит из двух плоских теплообменных блоков, расположенных в V-образной форме (вершина снизу)
Вентиляторы расположены над вершиной, отсасывая воздух вверх через оба наклонных блока
Ориентация блока: Наклонная (обычно от 30° до 60° от горизонтали)
Типичное применение: Конденсаторы пара, где предпочтительна всасывающая тяга для защиты от замерзания
Преимущество: Такое же уменьшение площади, как у А-образной рамы; конденсат стекает в нижний сборник
Ограничение: Вентилятор и привод на высоте; более сложная трубопроводная обвязка коллекторов
Горизонтальный АВО (один блок на отсек)
Один плоский теплообменный блок, установленный горизонтально
Вентиляторы снизу (принудительная тяга) или сверху (всасывающая тяга)
Ориентация блока: Горизонтальная (0° наклона)
Типичное применение: Общее охлаждение процессов, охлаждение газов, конденсация углеводородов
Преимущество: Самая простая конструкция; самый простой доступ для замены блока и обслуживания
Ограничение: Требуется большая площадь для больших нагрузок (требуется больше отсеков)
Конструкция блока – Основные компоненты
Трубы
Типы труб: Гладкая труба (низкое загрязнение, низкотемпературный газ) или оребренная труба (для низкого коэффициента теплопередачи со стороны воздуха)
Наружный диаметр трубы (гладкая / базовая): 15,88 мм – 50,8 мм (5/8" до 2")
Толщина стенки трубы: 1,2 мм – 5,0 мм (бесшовная или сварная)
Длина трубы (между трубными решетками): 2,0 м – 12,0 м по стандарту API 661
Шаг труб (центр-центр):
Поперечный (потоку воздуха): 1,5× – 2,5× наружного диаметра трубы
Продольный (по потоку воздуха): 1,5× – 2,5× наружного диаметра трубы
Расположение труб: Шахматное (треугольное) или прямое (квадратное) – шахматное обеспечивает более высокий коэффициент теплопередачи со стороны воздуха; прямое облегчает очистку.
Трубные решетки
Расположение: Передний (впускной) и задний (выпускной) концы блока
Толщина: 15 мм – 80 мм (выбирается в зависимости от давления со стороны трубы и нагрузки на соединение труба-трубная решетка)
Допуск диаметра отверстия: H11 по ISO 286 (например, Ø25,2 мм +0,13/0)
Качество поверхности отверстия: Ra ≤ 1,6 мкм для развальцованных соединений; Ra ≤ 3,2 мкм для соединений только сваркой
Материал: Углеродистая сталь, плакированная нержавеющая сталь или цельная нержавеющая сталь – соответствует коррозионной активности среды в трубах и рабочему давлению
Крепление труб: Трубы развальцовываются (гидравлически или роликом), привариваются (герметичная сварка) или комбинируются (сварка + развальцовка) в трубные решетки
Камеры-коллекторы (впускные / выпускные)
Выбор типа (согласно API 661):
Коллектор с заглушками – съемные резьбовые или болтовые заглушки для доступа к трубам; подходит для чистых сред и низкого давления
Коллектор с крышкой – болтовая крышка для полного доступа к трубам; рекомендуется для сред с отложениями, где требуется очистка труб
Коллектор из труб – сварные соединения труб; используется для высокого давления или когда доступ к трубам не требуется
Конструкция камеры-коллектора:
Прямоугольное или круглое поперечное сечение
Фланцевые соединения по ASME B16.5 или B16.47 (сварной воротник или накладной фланец)
Перегородки (внутренние отражатели) для формирования пути потока со стороны трубы (один, два или четыре хода)
Расчетное давление: Соответствует расчетному давлению со стороны трубы (0,1 – 10,0 МПа)
Дренажные и вентиляционные соединения: Резьбовые фитинги NPT или фитинги под сварку
Боковые рамы и опоры
Конструктивная рама: Стальные швеллеры или двутавровые балки для поддержки веса блока при подъеме и эксплуатации
Стропы для подъема: Приварены к боковым рамам или трубным решеткам – рассчитаны на вес блока с коэффициентом запаса 2,0
Точки опоры: Расположены для минимизации провисания труб и поддержания горизонтальности блока в пределах ±3 мм по длине блока
Типы оребрения – для теплообменников воздушных охладителей
Для теплообменных блоков воздушных охладителей доступны следующие типы крепления оребрения. Выбор зависит от температуры со стороны трубы, атмосферной коррозионной активности и термических циклов.
| Тип оребрения | Макс. температура | Материал оребрения | Применение |
|---|---|---|---|
| L-образное (натянутое) | ≤ 150°C | Al 1100 | Охлаждение низкотемпературных газов, промежуточные охладители |
| KL-образное (рифленое L) | ≤ 320°C | Al 1100 | Среднетемпературные технологические газы, промежуточные охладители |
| LL-образное (нахлестное L) | ≤ 177°C | Al 1100 или Cu | Агрессивная атмосфера, прибрежная служба |
| Экструдированное (биметаллическое) | ≤ 230°C | Al 1100 наружный | Морская, шельфовая, высококоррозионная атмосфера |
| Сварное высокочастотным методом | ≤ 450°C | УГ или НЖ | Охлаждение высокотемпературных газов, рекуперация отходящего тепла |
| Гладкая труба (без оребрения) | До 600°C | Материал трубы | Высокотемпературные чистые газы, пар, низкое загрязнение |
Конфигурация коллектора – Влияние на замену блока
При заказе сменного блока конфигурация коллектора должна соответствовать существующим трубопроводам отсека и требованиям к доступу к трубам.
| Тип коллектора | Доступ к трубам | Предельное давление | Типичная служба |
|---|---|---|---|
| Коллектор с заглушками (резьбовые заглушки) | Ограниченный – снятие отдельных заглушек; заглушку может быть трудно вынуть в процессе эксплуатации | До 2,0 МПа (стандарт) / до 5,0 МПа с болтовыми заглушками | Низкое давление, чистая среда, некоррозионная |
| Коллектор с заглушками (болтовые заглушки) | Легкий – снятие болтовых заглушек для очистки труб | До 5,0 МПа | Среднее давление, чистая или слабозагрязняющая среда |
| Коллектор с крышкой | Полный доступ – снятие всей крышки для механической очистки всех труб | До 5,0 МПа | Загрязняющая среда, где запланирована очистка труб |
| Коллектор из труб | Нет доступа к трубам – сварная конструкция | До 10,0 МПа | Высокое давление газа или жидкости, очистка не требуется |
Конфигурация ходов по трубе
Количество ходов по трубе определяется допустимым перепадом давления со стороны трубы и требуемым коэффициентом теплопередачи:
Один ход – самый низкий перепад давления со стороны трубы; подходит для сред с высоким расходом и низким перепадом давления
Два хода – умеренный перепад давления; обеспечивает более высокую скорость со стороны трубы для лучшего коэффициента теплопередачи
Четыре хода – самый высокий перепад давления; используется, когда коэффициент теплопередачи со стороны трубы ограничивает общую производительность, а перепад давления доступен
Перегородки в камерах-коллекторах направляют поток от входа к выходу. Количество рядов труб также зависит от схемы ходов:
Для одного хода: количество рядов труб = общее количество труб / количество труб в ряду (равномерное распределение)
Для нескольких ходов: перегородки разделяют теплообменный блок на равные группы
Выбор материала – Труба, трубная решетка и коллектор
Варианты материалов труб (согласно API 661)
| Материал | Диапазон температур | Предел хлоридов | Применение |
|---|---|---|---|
| Углеродистая сталь SA-179 / 106 Gr.B | -20°C до +425°C | Н/П | Вода, масло, чистые углеводороды |
| Нержавеющая сталь 304L / 316L | -196°C до +600°C | ≤ 200 ppm | Коррозионные технологические среды, чистый пар |
| Дуплексная сталь 2205 | -40°C до +280°C | ≤ 300 ppm при 80°C | Среды, содержащие хлориды, шельфовые установки |
| Титан Gr.2 | -40°C до +230°C | До 20 000 ppm | Охлаждение морской водой, рассольные среды |
| Медно-никелевый сплав C70600 | -40°C до +200°C | < 500 ppm | Морская охлаждающая вода, солоноватая вода |
Варианты материалов трубных решеток и коллекторов
Углеродистая сталь SA-516 Gr.70 – некоррозионная среда в трубах
Плакированная нержавеющая сталь (316L или 304L поверх УГ) – коррозионная среда при высоком давлении; толщина плакировки ≥ 3 мм согласно ASME VIII-1 UW-13
Цельная нержавеющая сталь 304L / 316L – полностью коррозионная среда, без углеродистой стали сзади
Цельная дуплексная сталь / титан – для агрессивных хлоридных сред или шельфовых установок
Материал камеры-коллектора обычно соответствует материалу трубной решетки во избежание гальванической коррозии на болтовых или сварных соединениях. Для коллекторов из углеродистой стали в коррозионной среде применяется внутреннее покрытие (эпоксидное или фенольное) согласно API 661.
Параметры изготовления – Контроль процесса
Сверление трубных решеток
Размер сверла: Контролируется до допуска H11 по ISO 286
Качество поверхности отверстия: Ra ≤ 1,6 мкм для развальцованных соединений; Ra ≤ 3,2 мкм для сварных соединений
Отклонение перемычки (стенки между отверстиями): ≤ ±0,2 мм от чертежа
Очистка отверстий: Удаление мусора и проверка отверстий на заусенцы и стружку перед вставкой труб
Развальцовка труб (гидравлическая)
Давление развальцовки: 160 – 220 МПа (гидравлическая) или роликовая развальцовка (механическая) с калиброванным роликом
Глубина развальцовки: Минимум 1,5× наружного диаметра трубы или 2× толщины стенки трубы в трубной решетке
Время выдержки при развальцовке: 5 – 8 секунд (гидравлическая)
Проверка калибром после развальцовки: 100% труб проходят калибровочный шар диаметром на 0,5 мм меньше внутреннего диаметра трубы
Проверка прочности на вырыв: Испытание на вырыв первого образца на блок – целевое значение ≥ 20 МПа (УГ) / ≥ 25 МПа (НЖ)
Сварка труб с трубной решеткой (при указании)
Сварочный процесс: GTAW (TIG) – автоматический или ручной
Тип сварки: Угловая сварка (герметизирующая) или сварка с полным проплавлением (для токсичных сред / высокого давления)
Высота углового шва: 1,5 мм – 2,0 мм для герметизирующей сварки
Полное проплавление: Глубина проплавления сварного шва ≥ 0,5 мм в стенку трубы
Контроль: 100% капиллярный контроль (PT) по ASME VIII-1 UW-51 – приемка: отсутствие трещин или пор
Процедура сварки: Квалифицирована по ASME Section IX с PQR и WPS
Изготовление камер-коллекторов
Камера-коллектор (впускная/выпускная) – сварная стальная конструкция с фланцевыми соединениями ASME B16.5
Размеры камеры-коллектора соответствуют схеме трубной решетки блока (количество труб и расположение)
Перегородки (внутренние отражатели) приварены к внутренней части камеры-коллектора – материал и процедура сварки соответствуют материалу коллектора
Дренажные и вентиляционные соединения: Фитинги с резьбой NPT или фитинги под сварку
Сборка и подъем блока
Трубы вставляются с одного конца и развальцовываются/привариваются в трубные решетки
Устанавливаются перегородки или опоры труб (при необходимости) с указанным шагом
Прикрепляются боковые рамы и стропы для поддержки веса блока
Испытание блока на подъем (при необходимости): Подъем блока с весом 1,1 × вес блока – проверяется производителем перед отгрузкой
Эксплуатационные параметры – Рейтинг теплообменника воздушного охладителя
| Параметр | Диапазон | Примечания |
|---|---|---|
| Расчетное давление со стороны трубы | Вакуум (–0,1 МПа) до 10,0 МПа | Более высокое давление по специальному проекту |
| Расчетная температура со стороны трубы | -40°C до +450°C | Зависит от материала; выше для гладкой трубы / высокотемпературных сплавов |
| Температура входящего воздуха (окружающая) | -40°C до +55°C | База проектирования API 661 |
| Скорость воздуха на входе (приближение) | 1,5 – 4,0 м/с | Выбирается на основе мощности вентилятора и пределов шума |
| Перепад давления со стороны воздуха | 100 – 300 Па | Через блок; вентилятор выбирается для преодоления этого значения |
| Скорость жидкости со стороны трубы | 1,5 – 4,5 м/с | Предел скорости эрозии по TEMA / API 661 |
| Скорость газа со стороны трубы | 10 – 30 м/с | Ограничена перепадом давления и вибрацией |
| Площадь поверхности блока на единицу | 10 – 200 м² | Стандартно на отсек; для больших нагрузок используются несколько отсеков |
Испытания на герметичность и гидростатические испытания
Теплообменный блок (до установки коллектора)
Соединения труба-трубная решетка: Гидростатическое испытание при давлении 1,3 × расчетное давление со стороны трубы (согласно ASME VIII-1 UG-99) – выдержка 30 минут, нулевой перепад давления, отсутствие видимых утечек
После испытания: Сторона трубы осушена и высушена; отверстия труб проверены на подтекание
Камера-коллектор (установленная на блоке)
Финальное гидростатическое испытание (полный блок, включая коллекторы): Испытательное давление согласно UG-99 (только со стороны трубы – сторона оболочки атмосферная)
Испытательная среда: Чистая вода (питьевая или деминерализованная) – с ингибитором коррозии для углеродистой стали
Продолжительность испытания: Минимум 30 минут
Приемка: Нулевой перепад давления; отсутствие видимых утечек из соединений труб, сварных швов коллектора, фланцевых соединений или заглушек
Пневматическое испытание на герметичность (при указании)
Используется для сред с водородом, токсичных жидкостей или когда остатки воды недопустимы
Испытательное давление: 0,6 МПа воздух или азот
Обнаружение утечек: Применение мыльного раствора на всех соединениях и сварных швах
Приемка: Скорость утечки ≤ 1×10⁻⁵ Па·м³/с по эквивалентному методу с калиброванным отверстием ASME Appendix VI
Документация при отгрузке – Сменный блок
Сертификаты испытаний материалов (EN 10204 3.1 или 3.2) – трубы, трубные решетки, коллекторы, фланцы и конструкционная сталь
Заполненный бланк данных API 661 (или бланк данных ISO 13706)
Отчет о данных ASME U-stamp (применимо)
Бланк данных TEMA (класс R или B – применимо)
Отчет о проверке размеров (длина блока, схема отверстий трубной решетки, наружный диаметр трубы, высота/шаг оребрения, если оребренная)
Отчет о гидростатическом испытании (с записью диаграммы давления)
Отчет о пневматическом испытании на герметичность (при проведении)
Отчеты о неразрушающем контроле (PT / UT / VT, если проводились)
Спецификация процедуры сварки (WPS) и запись квалификации процедуры (PQR) – для сварки труб с трубной решеткой и сварных швов коллектора
Чертеж блока по факту изготовления – с указанием количества труб, схемы ходов, размеров коллектора
Спецификация покраски/покрытия (при нанесении) – толщина эпоксидного/фенольного покрытия и сертификат испытаний партии
Контрольный список выбора – Сменный теплообменник воздушного охладителя
При заказе сменного блока предоставьте следующую информацию для обеспечения правильной установки и производительности:
Номер чертежа оригинального блока (при наличии)
Номер отсека API 661 и положение блока (верхний, средний, нижний, если многосекционный)
Количество труб, наружный диаметр трубы, толщина стенки и длина (между трубными решетками)
Шаг труб (поперечный и продольный) и расположение труб (шахматное или прямое)
Тип оребрения (если оребренное) – L-образное / KL / LL / Экструдированное / Сварное ВЧ / Гладкая труба
Спецификация оребрения (высота, шаг/ребер на дюйм, материал)
Тип коллектора – С заглушками (резьбовые или болтовые) / С крышкой / Трубный
Размер и класс соединения коллектора – класс фланца (ASME Class 150 / 300 / 600) или сварное соединение
Конфигурация ходов по трубе – один / два / четыре хода (с чертежом перегородок, если доступен)
Материал и толщина трубной решетки (если требуется точное соответствие)
Расчетное давление и расчетная температура (со стороны трубы)
Состав среды – для проверки совместимости материалов
Требуемый запас на коррозию (стенка трубы и поверхность трубной решетки)
Спецификация покраски/покрытия – если требуется защита от атмосферной коррозии
Номинальная нагрузка и расположение строп для подъема (для соответствия существующему подъемному оборудованию)
Контрольные точки при приемке (со стороны покупателя)
При доставке сменного блока проверьте следующее перед установкой:
Общая длина блока (между трубными решетками) – в пределах ±1,5 мм от чертежа
Схема отверстий трубной решетки – количество труб и конфигурация перегородок (соответствие существующей камере-коллектору)
Наружный диаметр трубы, высота/шаг оребрения (если оребренное) – в пределах допуска по чертежу
Ориентация фланца камеры-коллектора и выравнивание болтовых отверстий (соответствие существующим патрубкам)
Визуальный осмотр соединения труба-трубная решетка – отсутствие признаков трещин или дефектов сварки
Записи о гидростатическом испытании – проверка давления и времени выдержки
Стропы для подъема – визуальная проверка правильности размера и целостности сварки
Покраска/покрытие – проверка толщины (толщина сухого слоя по спецификации), отсутствие голых участков или питтинга
Упаковка блока – обернута или упакована в ящик для предотвращения повреждений при транспортировке и хранении
Руководство по хранению и консервации
Если блок не будет установлен немедленно после получения:
Хранить в помещении или под водонепроницаемым навесом – защищать от дождя, снега и прямых солнечных лучей
Хранить в горизонтальном положении – на опорах в точках подъема, указанных производителем, для предотвращения провисания труб
Для блоков из углеродистой стали: Нанести временное антикоррозионное покрытие (VCI-бумага, масляная пленка или осушитель) – по рекомендации производителя
Концы труб и отверстия коллекторов: Закрыть пластиковыми колпачками или фланцевыми крышками для предотвращения попадания мусора
Проверка перед установкой: Снять колпачки, проверить концы труб и внутреннюю часть коллектора на наличие влаги или мусора
Заявление об ограничениях проектирования – Теплообменник воздушного охладителя
Теплообменник воздушного охладителя как самостоятельный продукт имеет следующие ограничения:
Он должен быть установлен в отсеке с соответствующей геометрией (схема отверстий трубной решетки, конфигурация камеры-коллектора и габаритные размеры блока)
Он не рассчитан на внутреннее давление со стороны оболочки (со стороны воздуха – атмосферное, без удержания внутреннего давления)
Он не подходит для сред с содержанием твердых частиц более 2% по весу (риск эрозии и истончения стенки трубы)
Он не может использоваться со средами, несовместимыми с материалом трубы (проверить по таблице выбора материалов)
Для очень высокого давления со стороны трубы (> 10,0 МПа) проконсультируйтесь для разработки индивидуального коллектора (трубный коллектор с сваркой полного проплавления и толстостенными трубными решетками)
