Трубная решетка теплообменника – Типы с неподвижной / плавающей / U-образной трубой – Сплошные / Клееные / Взрыво-сварные – Согласно ASME VIII-1 / TEMA / GB/T 151
Yuhong Group является одной из первых групп в Китае, экспортирующих трубы из хромомолибденовой стали, с примерно 30-летним опытом поставок труб и трубок из легированной стали. Продукция изготавливается в соответствии со стандартами ASME SA335 / ASTM A335 P1, P11, P12, P22, P5, P9, P91, P92 и ASME SA213 / ASTM A213 T1, T11, T12, T22, T5, T9, T91, T92. Трубы и трубки из легированной стали широко используются в нефтехимической промышленности, нефтеперерабатывающих заводах, электростанциях и смежных высокотемпературных отраслях.
Типы трубных решеток – Структурная классификация
- Неподвижная трубная решетка (TEMA L / M / N) – Сварное или болтовое соединение непосредственно с корпусом с обоих концов; трубы закреплены с обоих концов. Требуется компенсатор на корпусе, когда разница температур (ΔT) между трубой и корпусом превышает допустимые пределы (обычно >60°C для углеродистой стали, >40°C для нержавеющей стали). Подходит для чистых сред в межтрубном пространстве, малых ΔT и не склонных к обрастанию. Очистка межтрубного пространства невозможна без извлечения всего пучка.
- Плавучая трубная решетка (TEMA P / S / T / W) – Одна трубная решетка закреплена на фланце корпуса; другая свободна для перемещения (плавающая) для компенсации теплового расширения. Плавучая трубная решетка не приварена к корпусу, что позволяет пучку перемещаться в осевом направлении. Подходит для больших ΔT (>60°C) и сред, склонных к обрастанию, требующих извлечения пучка. Требует крышки плавающего головки для герметизации, что увеличивает стоимость и сложность обслуживания.
- Трубная решетка U-образной трубы (TEMA U) – Одна трубная решетка поддерживает оба конца U-образных труб. Разница температур между трубами и корпусом отсутствует, поскольку каждая труба расширяется независимо. Подходит для высоких ΔT (до 200°C), работы с газом под высоким давлением, водородных сред и термических ударов. Трубы не могут быть механически очищены (только химическая очистка); минимальный радиус изгиба U-образной трубы ограничивает выбор наружного диаметра трубы.
Материалы конструкции (ASME Section II)
Материал трубной решетки выбирается на основе условий эксплуатации, коррозионной стойкости и расчетного давления/температуры. Доступные материалы включают:
- Углеродистая сталь – SA105, SA266 Cl.2 / Cl.3 / Cl.4, SA516 Gr.60 / 65 / 70, SA350 LF1 / LF2
- Легированная сталь – SA182 F1, F5, F9, F11, F12, F22
- Нержавеющая сталь – SA182 F304 / 304L / 304H, F316 / 316L / 316H / 316Ti, F317L, F321 / 321H, F347 / 347H
- Дуплексная / Супердуплексная сталь – SA182 F44, F45, F51, F53, F55, F60, F61
- Титан – SB265 Gr.1 / Gr.2 (обычно в виде наплавки)
- Никелевые сплавы – SB564 UNS N04400 (Monel), N06600 (Inconel 600), N06625 (Inconel 625), N08800 (Incoloy 800), N08825 (Incoloy 825), N10276 (Hastelloy C-276)
Варианты наплавки
Для коррозионных сред, где сплошные трубные решетки из легированных сплавов экономически невыгодны, поставляются клееные трубные решетки с металлургически связанным коррозионностойким слоем на основе из углеродистой или низколегированной стали:
- Взрыво-сварная наплавка – Создает сплошное металлургическое соединение посредством контролируемого взрыва. Предпочтительно для толстых или крупногабаритных компонентов. Способна соединять титан со сталью. Толщина наплавки: от 3 мм до 12 мм (обычно минимум 3,5 мм). Типичные комбинации: Ti/Сталь (SB265 Gr.1 / SA266 Gr.2 или SA516 Gr.70N), Ni-сплав/Сталь.
- Рулонная наплавка – Достигает металлургического соединения путем прокатки под высоким давлением. Подходит для более тонкой наплавки и меньших диаметров.
- Наплавка сваркой – Коррозионностойкий сплав, нанесенный методом SAW или GTAW. Гибкость в выборе материала и толщины.
Все клееные трубные решетки проходят испытания на целостность соединения согласно ASME VIII-1, включая ультразвуковой контроль и проверку прочности на сдвиг.
Производственный процесс
- Ковка или прокатка листа – Меньшие диаметры и более высокое давление используют кованые диски (SA266 или SA182); большие диаметры используют прокатанные листы (SA516 или эквивалент).
- ЧПУ сверление – Сверление отверстий осуществляется оборудованием с ЧПУ для достижения точного диаметра отверстия, шага и допусков положения. Глубокое сверление используется для толстых листов.
- Обработка отверстий – Развертывание или расточка до требуемой чистоты поверхности (Ra ≤1,6 мкм для развальцованных соединений, ≤3,2 мкм для сварных соединений).
- Нарезка канавок – Отверстия для труб могут быть с канавками или насечками для улучшения механической прочности развальцованных соединений. Количество и глубина канавок согласно TEMA RCB-4.3.
Размеры трубной решетки
| Параметр |
Диапазон |
Стандарт / Примечание |
| Диаметр (наружный) |
200 мм – 4 000 мм |
Ограничено возможностями ковки/прокатки и транспортировки |
| Толщина |
15 мм – 350 мм |
Определяется по ASME VIII-1 UG-34 / TEMA RCB-4.3 |
| Диаметр болтового круга |
Соответствует фланцу корпуса или канальному фланцу |
Согласно ASME B16.5 / B16.47 |
| Количество болтовых отверстий |
Соответствует стандарту фланца |
Согласно ASME / TEMA |
| Диаметр болтового отверстия |
Диаметр болта + зазор 1,5 мм – 3,0 мм |
Согласно стандарту фланца |
| Посадочная поверхность прокладки |
Выступ (RF) или кольцевое уплотнение (RTJ) |
Согласно ASME B16.5 |
Расчет толщины трубной решетки (согласно ASME VIII-1)
Минимальная требуемая толщина трубной решетки рассчитывается согласно ASME VIII-1 Приложение A или TEMA RCB-4.3. Упрощенные формулы для предварительного определения размеров:
Неподвижная трубная решетка (согласно ASME VIII-1 Приложение A)
- t = F * (P * D) / (2 * S * E – 0,2 * P) * C (коррекция на эффективность межтрубного пространства)
- Где: F = коэффициент расчета (обычно 1,0 – 1,5 в зависимости от типа соединения трубы с трубной решеткой), P = расчетное давление (наибольшее со стороны трубы или корпуса, или разностное), D = диаметр трубной решетки, S = допустимое напряжение при расчетной температуре, E = эффективность межтрубного пространства (площадь межтрубного пространства / общая площадь шага)
- Эффективность межтрубного пространства η = (p – d) / p (для треугольного шага), где p = шаг, d = диаметр отверстия
Плавучая трубная решетка (согласно TEMA RCB-4.3)
- t = d * sqrt(C * P / S * E)
- Где: d = диаметр трубной решетки (для круглых пластин), C = коэффициент ограничения края (0,3 – 0,5 в зависимости от условия поддержки)
Ограничения минимальной толщины
- Для развальцованных трубных соединений: Минимальная толщина трубной решетки ≥ 1,5 * наружный диаметр трубы или ≥ наружный диаметр трубы + 20 мм (в зависимости от того, что больше)
- Для сварных трубных соединений: Минимальная толщина ≥ 1,0 * наружный диаметр трубы или ≥ 20 мм (в зависимости от того, что больше)
- Для комбинированных (сварка + развальцовка): Минимальная толщина ≥ наружный диаметр трубы + 15 мм
Химический состав (типичный для углеродистой стали SA266 Gr.2)
| Элемент |
Состав (%) |
| C |
0,20 макс. |
| Mn |
0,80 – 1,20 |
| P |
0,035 макс. |
| S |
0,040 макс. |
| Si |
0,15 – 0,40 |
Механические свойства (SA266 Gr.2)
| Свойство |
Требование |
| Предел прочности на растяжение, мин. |
480 МПа (70 ksi) |
| Предел текучести, мин. |
275 МПа (40 ksi) |
| Относительное удлинение на 50 мм |
22% |
| Относительное сужение |
35% |
Документация, поставляемая с партией
- Сертификаты испытаний материалов (EN 10204 3.1 или 3.2) – основная плита, материал наплавки, сварочные материалы
- Отчет по данным ASME U-stamp (если применимо) – включая расчеты конструкции
- Техническая спецификация TEMA (Класс R/B/C) – если применимо
- Отчет о проверке размеров (диаметр отверстия, шаг, отклонение межтрубного пространства, плоскостность, толщина)
- Отчеты НК – УЗК (слоистость), УЗК (сцепление наплавки), ПВТ (поверхностный), бороскопия
- Отчет об испытании на сдвиг соединения наплавки (если наплавка – взрыво-сварная или рулонная)
- Отчет о чистоте поверхности трубных отверстий (записи профилометра – выборка 5% отверстий)
- Спецификация процедуры сварки (WPS) и запись квалификации (PQR) – если применена наплавка сваркой или сварка трубной решетки с корпусом
- Диаграмма термообработки после сварки (PWHT) – если проводилась (запись времени-температуры)
- Чертеж (по факту изготовления) – с координатами расположения отверстий, шагом и размерами
Контрольный список выбора трубной решетки
При заказе трубной решетки (новой, запасной или резервной) укажите:
- Тип трубной решетки – Неподвижная / Плавающая / U-образная труба
- Внутренний диаметр корпуса и канальный внутренний диаметр – определяет диаметр трубной решетки
- Количество труб и схема их расположения – Треугольная / Квадратная / Повернутая квадратная
- Наружный диаметр и толщина стенки трубы – определяет диаметр отверстия и шаг
- Шаг труб (расстояние от центра до центра) – согласно TEMA или GB/T 151
- Диаметр трубного отверстия – допуск H11 согласно ISO 286
- Тип соединения трубы с трубной решеткой – Развальцованное / Сварное / Комбинированное / Полное проплавление
- Толщина трубной решетки – согласно ASME VIII-1 Приложение A или TEMA RCB-4.3
- Материал трубной решетки – Углеродистая сталь / Нержавеющая сталь / Дуплексная / Титан / Легированная (сплошная или клеенная)
- Требование к наплавке (если есть) – материал, толщина, метод (взрыво-сварная / рулонная / наплавка сваркой)
- Расчетное давление – со стороны трубы и со стороны корпуса (также укажите разностное давление)
- Расчетная температура – со стороны трубы и со стороны корпуса
- Тип фланцевого соединения – RF (выступ) или RTJ (кольцевое уплотнение) – если трубная решетка фланцевая
- Стандарт сверловки фланца – ASME B16.5 / B16.47 или HG/T 20615
- Требование к термообработке после сварки (PWHT) – на основе толщины материала и условий эксплуатации (согласно UCS-56)
- Требование к НК – согласно ASME VIII-1 или спецификации проекта
- Обработка поверхности (если требуется) – травление / пассивация / покрытие / электрополировка
