Tấm ống là bộ phận chính chịu áp suất của bộ trao đổi nhiệt ống vỏ, tách chất lỏng phía ống khỏi chất lỏng phía vỏ và cung cấp hỗ trợ kết cấu cho bó ống. Nó là một tấm tròn phẳng được khoan với một mẫu lỗ để lắp ống, sau đó được mở rộng, hàn hoặc cả hai để tạo thành mối nối ống-tấm ống.
Tấm ống hoạt động như:
Một ranh giới áp suất giữa phía ống và phía vỏ (phải chịu được áp suất cao hơn trong hai áp suất hoặc áp suất chênh lệch)
Một hỗ trợ kết cấu cho bó ống (truyền tải trọng ống đến mặt bích vỏ)
Một bộ phân phối dòng chảy (vòi vào/ra hướng chất lỏng đến các hàng ống cụ thể)
Sản phẩm này được thiết kế và sản xuất theo ASME Section VIII Division 1 hoặc Division 2, TEMA Class R (nhà máy lọc dầu), B (hóa chất), hoặc C (thương mại), và GB/T 151 cho các ứng dụng trong nước. Tấm ống được cung cấp dưới dạng tấm rèn hoặc cán độc lập, hoặc là một phần của bộ lắp ráp bó ống hoàn chỉnh.
Tấm ống được hàn hoặc bắt bu lông trực tiếp vào vỏ ở cả hai đầu
Ống được cố định ở cả hai tấm ống; vỏ là một khối với tấm ống
Bù trừ giãn nở nhiệt: Yêu cầu khớp nối giãn nở trên vỏ khi ΔT giữa ống và vỏ vượt quá giới hạn cho phép (thường > 60°C đối với thép carbon; > 40°C đối với thép không gỉ)
Ứng dụng: Chất lỏng phía vỏ sạch, chênh lệch nhiệt độ nhỏ, dịch vụ không đóng cặn
Hạn chế: Không thể làm sạch phía vỏ mà không tháo toàn bộ bó ống; không có khả năng làm sạch cơ học ở phía vỏ
Một tấm ống được cố định (cố định) vào mặt bích vỏ; tấm còn lại được tự do di chuyển (nổi) để bù trừ giãn nở nhiệt
Tấm ống nổi không được hàn vào vỏ – cho phép chuyển động dọc của bó ống
Ứng dụng: Chênh lệch nhiệt độ lớn (ΔT > 60°C), dịch vụ đóng cặn yêu cầu tháo bó ống
Hạn chế: Yêu cầu thêm bộ phận làm kín (nắp đầu nổi) làm tăng chi phí và độ phức tạp bảo trì
Một tấm ống hỗ trợ cả hai đầu của ống hình chữ U
Tất cả các ống được uốn thành hình chữ U và cả hai đầu ống được cán/hàn vào cùng một tấm ống
Không có chênh lệch giãn nở nhiệt giữa ống và vỏ – mỗi ống giãn nở độc lập
Ứng dụng: Chênh lệch nhiệt độ cao (ΔT lên tới 200°C), dịch vụ khí áp suất cao, dịch vụ hydro, sốc nhiệt
Hạn chế: Không thể làm sạch ống bằng cơ học (chỉ làm sạch bằng hóa chất); bán kính uốn chữ U tối thiểu giới hạn lựa chọn OD ống
| Thông số | Phạm vi | Tiêu chuẩn / Ghi chú |
|---|---|---|
| Đường kính (OD) | 200mm – 4.000mm | Giới hạn bởi khả năng rèn/cán và vận chuyển |
| Độ dày | 15mm – 350mm | Được xác định bởi ASME VIII-1 UG-34 / TEMA RCB-4.3 |
| Đường kính vòng bu lông | Khớp với mặt bích vỏ hoặc mặt bích kênh | Theo ASME B16.5 / B16.47 |
| Số lỗ bu lông | Khớp với tiêu chuẩn mặt bích | Theo ASME / TEMA |
| Đường kính lỗ bu lông | Đường kính bu lông + khoảng hở 1.5mm – 3.0mm | Theo tiêu chuẩn mặt bích |
| Bề mặt làm kín gioăng | Mặt nâng (RF) hoặc khớp nối vòng (RTJ) | Theo ASME B16.5 |
| Thông số | Phạm vi | Tiêu chuẩn / Ghi chú |
|---|---|---|
| Đường kính lỗ | OD ống + 0.2mm – 0.5mm (cho mối nối mở rộng) | Theo TEMA RCB-4.3 / GB/T 151 |
| Dung sai đường kính lỗ | H11 (ví dụ: Ø25.2mm +0.13/0) | Theo ISO 286 / Tiêu chuẩn TEMA |
| Độ hoàn thiện lỗ (Ra) | ≤ 1.6μm (mở rộng) / ≤ 3.2μm (hàn) | Đối với mở rộng: độ hoàn thiện mịn hơn đảm bảo độ bền kéo |
| Chiều rộng dây chằng (cầu nối) | Tối thiểu 0.8* đường kính lỗ | Theo ASME VIII-1 Phụ lục A – ngăn ngừa đứt dây chằng |
| Độ lệch dây chằng so với bản vẽ | ≤ ±0.2mm | Theo TEMA RCB-4.3 |
| Độ vuông góc của lỗ với bề mặt | ≤ 0.5° | Ngăn ngừa ống bị lệch trong quá trình lắp đặt |
| Mẫu | Mô tả | Ứng dụng |
|---|---|---|
| Tam giác (30° hoặc 60°) | Các ống được bố trí theo hình tam giác đều | Mật độ ống tối đa; diện tích bề mặt truyền nhiệt cao nhất trên mỗi tiết diện vỏ |
| Vuông (90°) | Các ống được bố trí theo hàng thẳng, vuông góc | Cho phép tiếp cận làm sạch bằng cơ học (que/bàn chải) qua các làn ống |
| Vuông xoay (45°) | Mẫu vuông xoay 45° | Mật độ ống cao hơn mẫu vuông; khả năng tiếp cận làm sạch vừa phải |
Bước ren tam giác: 1.25* – 1.5* OD ống (tối thiểu)
Bước ren vuông: 1.5* – 2.0* OD ống (tối thiểu)
Dung sai bước ren: ±0.5mm (các lỗ liền kề) / ±1.0mm (tích lũy bước ren tổng thể)
| Loại | Thông số kỹ thuật | Phạm vi nhiệt độ | Ứng dụng |
|---|---|---|---|
| SA-516 Gr.60 / 65 / 70 | ASTM A516 | -20°C đến +425°C | Dịch vụ bình chịu áp lực chung – chất lỏng phía ống không ăn mòn |
| SA-266 Gr.2 / 3 / 4 | ASTM A266 | -20°C đến +425°C | Tấm ống rèn cho dịch vụ áp suất cao |
| Q345R / 16MnR | GB 713 | -20°C đến +400°C | Tương đương tiêu chuẩn trong nước với SA-516 |
| 20# / 16Mn | GB 711 | -20°C đến +400°C | Tấm ống rèn hoặc cán |
| Loại | Thông số kỹ thuật | Phạm vi nhiệt độ | Ứng dụng |
|---|---|---|---|
| SA-387 Gr.11 (1.25Cr-0.5Mo) | ASTM A387 | -20°C đến +540°C | Nhiệt độ cao (hydrocracking, hydrotreating) – dịch vụ chứa clorua/H₂S |
| SA-387 Gr.22 (2.25Cr-1Mo) | ASTM A387 | -20°C đến +540°C | Dịch vụ nhiệt độ cao hơn (xúc tác reforming, tổng hợp amoniac) |
| SA-336 Gr.F11/F22 | ASTM A336 | -20°C đến +540°C | Tấm ống rèn cho dịch vụ nhiệt độ cao |
| Loại | Thông số kỹ thuật | Phạm vi nhiệt độ | Giới hạn Clorua | Ứng dụng |
|---|---|---|---|---|
| 304L / 304 | ASTM A240 / A182 | -196°C đến +425°C | ≤ 200ppm | Hơi ăn mòn, hơi sạch, thực phẩm/dược phẩm |
| 316L / 316 | ASTM A240 / A182 | -196°C đến +425°C | ≤ 200ppm | Axit hữu cơ, dung dịch muối, clorua (vừa phải) |
| 321 / 347H | ASTM A240 / A182 | -196°C đến +540°C | ≤ 200ppm | Dịch vụ nhiệt độ cao (> 425°C) – các loại ổn định |
| Duplex 2205 | ASTM A240 / A182 | -40°C đến +280°C | ≤ 300ppm ở 80°C | Hydrocarbon chứa clorua, ngoài khơi |
| Super Duplex 2507 | ASTM A240 / A182 | -40°C đến +250°C | ≤ 500ppm ở 60°C | Dịch vụ clorua nghiêm trọng, nước biển |
| Loại | Thông số kỹ thuật | Phạm vi nhiệt độ | Ứng dụng |
|---|---|---|---|
| Titanium Gr.2 | ASTM B265 / B381 | -40°C đến +230°C | Nước biển, nước muối, dịch vụ chứa nhiều clorua |
| Alloy 625 (Inconel) | ASTM B443 / B564 | -196°C đến +540°C | Khí chua, ăn mòn nhiệt độ cao, đơn vị amine |
| Alloy C276 (Hastelloy) | ASTM B575 / B564 | -196°C đến +400°C | Dịch vụ axit và clorua nghiêm trọng |
| Đồng-niken C70600 | ASTM B171 | -40°C đến +200°C | Nước làm mát hàng hải, nước lợ |
Đối với dịch vụ ăn mòn, tấm ống có thể được cung cấp với một lớp hợp kim chống ăn mòn (CRA) được bọc hoặc phủ mối hàn trên bề mặt tiếp xúc với quy trình. Các phương pháp bọc bao gồm:
Tấm bọc nổ: Vật liệu nền (CS) + lớp CRA liên kết luyện kim bằng vụ nổ
Tấm bọc cán: Cán nóng dưới áp suất để tạo liên kết giữa CS và CRA
Phủ mối hàn (bọc dải): Vật liệu CRA được lắng đọng lên bề mặt CS theo các dải chồng lên nhau
Hàn đệm: Lớp CRA được áp dụng lên bề mặt tấm ống bằng phương pháp hàn, sau đó được gia công phẳng
| Thông số | Phạm vi / Giá trị | Tiêu chuẩn / Ghi chú |
|---|---|---|
| Vật liệu bọc | 304L / 316L / Duplex / Ti / Alloy 625 / Alloy C276 | Theo độ ăn mòn của chất lỏng quy trình |
| Độ dày lớp bọc | 2mm – 6mm (tối thiểu 3mm theo ASME VIII-1 UW-13) | Độ dày lớp bọc không được tính vào tính toán áp suất trừ khi được liên kết hoàn toàn |
| Độ bền cắt liên kết (bọc nổ) | ≥ 140 MPa | Theo ASTM B898 |
| Liên kết diện tích bọc | ≥ 99% diện tích liên kết | Các mảng không liên kết riêng lẻ ≤ 100mm²; tổng cộng ≤ 1% |
| Độ dày phủ mối hàn | Tối thiểu 3mm – 6mm | Đo sau khi gia công đến bề mặt cuối cùng |
| Độ hoàn thiện bề mặt sau khi bọc | Ra ≤ 1.6μm (cho mối nối mở rộng) / Ra ≤ 3.2μm (cho mối nối hàn) | Theo TEMA |
Độ dày tối thiểu yêu cầu của tấm ống được tính theo ASME VIII-1 Phụ lục A hoặc TEMA RCB-4.3. Các công thức đơn giản hóa để định cỡ sơ bộ:
t = F * (P * D) / (2 * S * E – 0.2 * P) * C (hiệu chỉnh hiệu quả dây chằng lỗ ống)
Trong đó: F = hệ số thiết kế (thường là 1.0 – 1.5 tùy thuộc vào loại mối nối ống-tấm ống), P = áp suất thiết kế (áp suất cao hơn của phía ống hoặc phía vỏ, hoặc áp suất chênh lệch), D = đường kính tấm ống, S = ứng suất cho phép ở nhiệt độ thiết kế, E = hiệu quả dây chằng (diện tích dây chằng / diện tích bước ren tổng thể)
Hiệu quả dây chằng η = (p – d) / p (cho bước ren tam giác), trong đó p = bước ren, d = đường kính lỗ
t = d * sqrt(C * P / S * E)
Trong đó: d = đường kính tấm ống (cho tấm tròn), C = hệ số ràng buộc cạnh (0.3 – 0.5 tùy thuộc vào điều kiện hỗ trợ)
Đối với mối nối ống mở rộng: Độ dày tấm ống tối thiểu ≥ 1.5* OD ống hoặc ≥ OD ống + 20mm (tùy cái nào lớn hơn)
Đối với mối nối ống hàn: Độ dày tối thiểu ≥ 1.0* OD ống hoặc ≥ 20mm (tùy cái nào lớn hơn)
Đối với mối nối kết hợp (hàn + mở rộng): Độ dày tối thiểu ≥ OD ống + 15mm
| Phương pháp | Dung sai | Ứng dụng điển hình |
|---|---|---|
| Khoan CNC | ±0.05mm – ±0.10mm | Độ chính xác cao, mẫu nhiều lỗ, tấm ống lớn |
| Khoan xuyên tâm | ±0.1mm – ±0.2mm | Chế tạo thông thường, dung sai vừa phải |
| Khoan súng | ±0.025mm | Lỗ sâu (> 5* đường kính), độ chính xác cao |
| Khoan laser | ±0.02mm | Tấm ống mỏng (≤ 20mm) |
Đối với mối nối mở rộng: Độ hoàn thiện bề mặt lỗ Ra ≤ 1.6μm – đảm bảo ma sát đủ cho lực giữ cơ học
Đối với mối nối hàn: Độ hoàn thiện bề mặt lỗ Ra ≤ 3.2μm – ít khắt khe hơn; mối hàn nóng chảy yêu cầu sạch sẽ
Đối với mối nối kết hợp: Ra ≤ 1.6μm (phần mở rộng) / Ra ≤ 3.2μm (vùng hàn)
Gia công ba via: Tất cả các lỗ phải được gia công ba via ở cả hai mặt – ba via gây khó khăn khi lắp ống và lỗi mối nối
Làm sạch lỗ: Thổi khí nén hoặc rửa dung môi để loại bỏ mạt và cặn dầu cắt
100% lỗ được kiểm tra đường kính bằng dưỡng chốt (GO/NOGO) – dưỡng GO phải lọt; dưỡng NOGO không được lọt
100% lỗ được kiểm tra kích thước dây chằng (cầu nối) – dung sai ±0.2mm
Kiểm tra mẫu (5%) lỗ về độ hoàn thiện bề mặt theo mẫu so sánh – so sánh bằng mắt với tiêu chuẩn
Kiểm tra độ vuông góc của lỗ: Đồng hồ đo trên mặt tấm ống – độ lệch tối đa ≤ 0.5°
| Loại mối nối | Phương pháp | Độ bền kéo (Tối thiểu) | Dịch vụ áp dụng | Kiểm tra |
|---|---|---|---|---|
| Chỉ mở rộng | Mở rộng bằng thủy lực ở 160–220 MPa, giữ 5–8 giây; hoặc mở rộng bằng con lăn | ≥ 20 MPa (CS) / ≥ 25 MPa (SS) | Chất lỏng không độc hại, không chu kỳ, sạch | Kiểm tra thủy lực + kiểm tra kéo mẫu đầu tiên |
| Chỉ hàn (hàn kín) | Hàn góc GTAW (TIG), chân hàn 1.5–2.0mm | Không áp dụng (chỉ giữ cơ học từ mối hàn) | Khí áp suất cao, dịch vụ hydro, chất lỏng độc hại | 100% PT theo ASME VIII-1 UW-51 |
| Hàn + mở rộng (kết hợp) | Hàn kín + mở rộng bằng thủy lực ở 160–200 MPa | ≥ 25 MPa | Chu kỳ nhiệt (> 500 chu kỳ/năm), áp suất cao, độc hại | 100% PT + kiểm tra thủy lực + kiểm tra kéo |
| Hàn (lấp đầy hoàn toàn) | Hàn lấp đầy hoàn toàn GTAW, mối nối hoàn chỉnh | ≥ 30 MPa | Áp suất cực lớn (> 15 MPa), hydro, hệ số an toàn cao | 100% PT + 100% RT (chấm) |
| Kiểm tra | Phương pháp | Phạm vi | Tiêu chuẩn chấp nhận (Theo ASME VIII-1) |
|---|---|---|---|
| Lớp (tấm) | UT (chùm thẳng) | 100% diện tích tấm (trước khi khoan) | Lớp ≤ 20mm² trên 100cm²; không có lớp ở mép |
| Vết nứt bề mặt | PT (chất lỏng thẩm thấu) | 100% mặt khoan + bề mặt bọc | Không có vết nứt; lỗ rỗ ≤ 0.8mm; không có lỗ rỗ tập trung |
| Tính toàn vẹn liên kết bọc (nếu có bọc) | UT (sóng cắt / quét liên kết) | 100% bề mặt bọc | Không có bong tróc > 20mm; không có dấu hiệu tập trung |
| Tình trạng thành lỗ | Borescope (trực quan) | 5% – 10% lỗ (ngẫu nhiên) | Không có vết xước, vết cắt > 0.1mm chiều sâu |
| Mối hàn tấm ống-vỏ (nếu hàn) | RT / MT / PT | Theo UW-51 (toàn bộ) hoặc UW-52 (chấm) | Theo ASME VIII-1 UW-51 / UW-52 |
| Thông số | Dung sai | Phương pháp |
|---|---|---|
| Đường kính lỗ (ID) | H11 theo ISO 286 (ví dụ: Ø25.2mm +0.13/0) | Dưỡng chốt / thước cặp lỗ |
| Độ lệch dây chằng lỗ (cầu nối) | ≤ ±0.2mm | Máy đo quang học / CMM |
| Tích lũy bước ren (trong phạm vi 1m) | ≤ ±1.0mm | Máy đo quang học / CMM |
| Độ phẳng của mặt tấm ống | ≤ 1mm trên 1.000mm đường kính | Đồng hồ đo / thước thẳng |
| Độ nhám bề mặt (bọc hoặc CS) | Ra ≤ 1.6μm (mở rộng) / ≤ 3.2μm (hàn) | Mẫu so sánh bề mặt / máy đo biên dạng |
| Biến thiên độ dày tổng thể | ±3% độ dày danh nghĩa | Thước cặp (tại 5 điểm) |
| Đường kính vòng bu lông | Theo tiêu chuẩn mặt bích ASME B16.5 | Khuôn mẫu / CMM |
| Độ thẳng hàng lỗ bu lông | ≤ 1.0mm lệch so với bản vẽ | Khuôn mẫu / CMM |
Nếu tấm ống được cung cấp dưới dạng bộ phận độc lập (chưa lắp ráp với vỏ), kiểm tra thủy lực thường được thực hiện sau khi lắp ráp bộ trao đổi nhiệt hoàn chỉnh. Tuy nhiên, các kiểm tra trung gian sau đây được thực hiện:
Kiểm tra rò rỉ lỗ ống: Áp dụng không khí áp suất thấp (0.2 MPa) vào mỗi lỗ (với ống giả được lắp) – kiểm tra bọt xà phòng để rò rỉ – chấp nhận: không có bọt
Đối với tấm ống bọc: Kiểm tra thủy lực nhẹ (0.5 MPa) trên bề mặt bọc – kiểm tra phồng rộp hoặc bong tróc lớp bọc – chấp nhận: không có phồng rộp nhìn thấy được
Kiểm tra áp suất lỗ bu lông (đối với tấm ống nối mặt bích): Kiểm tra tính toàn vẹn của lỗ bu lông – không rò rỉ từ lỗ bu lông sang lỗ ống dưới áp suất khí 0.6 MPa
Giấy chứng nhận kiểm tra vật liệu (EN 10204 3.1 hoặc 3.2) – tấm nền, vật liệu bọc, vật liệu phụ
Báo cáo dữ liệu ASME U-stamp (nếu có) – bao gồm tính toán thiết kế
Bảng dữ liệu TEMA (Class R/B/C) – nếu có
Báo cáo kiểm tra kích thước (đường kính lỗ, bước ren, độ lệch dây chằng, độ phẳng, độ dày)
Báo cáo NDE – UT (lớp), UT (liên kết bọc), PT (bề mặt), borescope
Báo cáo kiểm tra độ bền cắt liên kết bọc (nếu có bọc – bọc nổ hoặc bọc cán)
Báo cáo độ hoàn thiện bề mặt lỗ ống (bản ghi máy đo biên dạng – mẫu 5% lỗ)
Thông số quy trình hàn (WPS) và hồ sơ đủ điều kiện (PQR) – nếu có bọc mối hàn hoặc mối hàn tấm ống-vỏ
Biểu đồ xử lý nhiệt sau hàn (PWHT) – nếu thực hiện (ghi lại thời gian-nhiệt độ)
Bản vẽ (hoàn công) – với tọa độ mẫu lỗ, bước ren và kích thước
Khi đặt hàng tấm ống (mới, thay thế hoặc phụ tùng), vui lòng cung cấp:
Loại tấm ống– Cố định / Nổi / Chữ U
ID vỏ và ID kênh– xác định đường kính tấm ống
Số lượng ống và mẫu bố trí ống– Tam giác / Vuông / Vuông xoay
OD ống và độ dày thành ống– xác định đường kính lỗ và bước ren
Bước ren ống(khoảng cách tâm-tâm) – theo TEMA hoặc GB/T 151
Đường kính lỗ ống– Dung sai H11 theo ISO 286
Loại mối nối ống-tấm ống– Mở rộng / Hàn / Kết hợp / Lấp đầy hoàn toàn
Độ dày tấm ống– theo ASME VIII-1 Phụ lục A hoặc TEMA RCB-4.3
Vật liệu tấm ống– CS / SS / Duplex / Ti / Hợp kim (đặc hoặc bọc)
Yêu cầu bọc(nếu có) – vật liệu, độ dày, phương pháp (bọc nổ / bọc cán / phủ mối hàn)
Áp suất thiết kế– phía ống và phía vỏ (cũng chỉ định áp suất chênh lệch)
Nhiệt độ thiết kế– phía ống và phía vỏ
Loại kết nối mặt bích– RF (mặt nâng) hoặc RTJ (khớp nối vòng) – nếu tấm ống có mặt bích
Tiêu chuẩn khoan mặt bích– ASME B16.5 / B16.47 hoặc HG/T 20615
Yêu cầu PWHT– dựa trên độ dày vật liệu và dịch vụ (theo UCS-56)
Yêu cầu NDE– theo ASME VIII-1 hoặc đặc tả dự án
Xử lý bề mặt(nếu cần) – tẩy rửa / thụ động hóa / sơn phủ / đánh bóng điện
Tấm ống dưới dạng sản phẩm độc lập tuân theo các giới hạn sau:
Nó không được định mức áp suất bên trong cho đến khi được lắp ráp với vỏ, ống và mặt bích – định mức của bình hoàn chỉnh sẽ được áp dụng
Nó phải khớp với mẫu bu lông mặt bích vỏ và bề mặt làm kín gioăng; lỗ bu lông không khớp hoặc cấu hình gioăng sẽ ngăn chặn việc làm kín đúng cách
Đối với tấm ống bọc, nhiệt độ dịch vụ bị giới hạn bởi nhiệt độ dịch vụ tối đa thấp nhất của vật liệu nền hoặc vật liệu bọc (ví dụ: nền CS + bọc Ti → tối đa 230°C do giới hạn của Ti)
Không phù hợp với chất lỏng phía ống hoặc phía vỏ vượt quá khả năng chống ăn mòn của loại vật liệu đã chọn – xác minh với bảng lựa chọn
Không phù hợp với chu kỳ nhiệt vượt quá giới hạn mỏi của mối nối ống-tấm ống (mối nối chỉ mở rộng bị giới hạn ở500 chu kỳ/năm)
Đối với đường kính rất lớn (> 3.000mm) hoặc tiết diện rất dày (> 300mm), khả năng cung cấp tấm bọc rèn hoặc cán có thể bị hạn chế – tham khảo nhà sản xuất về thời gian giao hàng
Tấm ống có lớp bọc hàn yêu cầu PWHT cẩn thận để ngăn ngừa nứt hydro trong vật liệu nền và làm nhạy cảm lớp bọc (đối với lớp bọc SS, có thể cần ủ dung dịch sau khi hàn)
