Bảng ống cố định như ranh giới áp suất cuối cố định
Một tấm ống cố định (còn được gọi là tấm ống cố định) là thành phần giữ áp suất ở đầu cố định của bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống.Nó hoạt động như là rào cản chính giữa các chất lỏng bên ống và bên vỏ, cung cấp hỗ trợ cấu trúc cho các gói ống, và truyền tải ống đến vòm vỏ hoặc kênh.cả hai tấm ống đều không hoạt động và được hàn hoặc đệm trực tiếp vào vỏ, với các ống cố định ở cả hai đầu.
Sản phẩm này được sản xuất từ thép không gỉ rèn phù hợp với ASTM A182 / ASME SA182 - đặc điểm kỹ thuật bao gồm các vòm ống thép không gỉ austenit rèn rèn hoặc lăn, phụ kiện rèn,van, và các bộ phận cho dịch vụ nhiệt độ cao và ăn mòn. tấm ống cố định được thiết kế và sản xuất theo ASME Phần VIII Phần 1 Phụ lục AA (hành trình thiết kế tấm ống cố định),TEMA lớp R/B/C, và GB/T 151 cho các ứng dụng trong nước.
Các loại vật liệu ASTM/ASME A/SA 182 Thép không gỉ
Bốn loại thép không gỉ austenitic sau đây có sẵn cho việc chế tạo tấm ống cố định. Mỗi loại có khả năng chống ăn mòn, khả năng nhiệt độ khác nhau,và đặc điểm ổn định.
ASTM/ASME 182 F304 (UNS S30400)
Loại: thép không gỉ austenit 18Cr-8Ni (cáp tiêu chuẩn)
Tính chất chính: Độ bền cao, khả năng chống oxy hóa tốt, khả năng chống ăn mòn chung
Sức mạnh năng suất (min): 205 MPa
Độ bền kéo (min): 515 MPa
Nhiệt độ hoạt động tối đa: Tối đa 538°C (khuyết định), 816°C (tiếp tục)
Điểm nóng chảy: 1.400 ∼ 1.450°C
Ứng dụng: Dịch vụ hóa học chung, môi trường không chứa clorua, nhiệt độ vừa phải
Hạn chế: Rủi ro nhạy cảm trong hoạt động hàn trên 425 °C; không được khuyến cáo cho độ dày hàn trên 16 mm mà không ổn định
ASTM/ASME 182 F316L (UNS S31603)
Loại: thép không gỉ 16Cr‐10Ni‐2Mo austenitic (giảm carbon tối đa 0,030%)
Tính chất chính: Thêm molybden cải thiện khả năng chống ăn mòn lỗ và khe hở; carbon thấp ngăn ngừa ăn mòn giữa hạt sau khi hàn
Sức mạnh năng suất (min): 170 MPa
Độ bền kéo (min): 485 MPa
Nhiệt độ hoạt động tối đa: Tối đa 425 °C (ASME áp lực cho phép được công bố); hoạt động liên tục lên đến 870 °C, phạm vi hoạt động từ -196 °C đến 450 °C
Độ cứng: ≤ 200 HB
Ứng dụng: Dầu hóa dầu, biển, dược phẩm, chế biến thực phẩm, xử lý axit, kiềm, muối, nước biển
Giới hạn clorua: ≤ 200 ppm cho hoạt động kéo dài
Hạn chế: Không phù hợp trên 450 °C ‡ căng thẳng cho phép giảm đáng kể ở nhiệt độ cao hơn
ASTM/ASME A/SA 182 F321 (UNS S32100)
Loại: Thép không gỉ austenit 18Cr‐10Ni‐Ti ổn định bằng titan
Tính chất chính: Titanium ổn định carbon (Ti ≥ 5 × (C + N)), ngăn chặn sự kết tủa của cacbon crôm trong vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt trong quá trình hàn
Sức mạnh năng suất (min): 205 MPa
Độ bền kéo (min): 515 MPa
Độ kéo dài (min): 30%
Nhiệt độ hoạt động tối đa: Chống oxy hóa lên đến 815 °C; tính chất rò rỉ và vỡ căng cao hơn F304 và F304L
Nhiệt độ nóng hóa dung dịch: 950 ∼ 1,120 °C, sau đó làm mát nhanh (đóng nước)
Ứng dụng: Các thành phần trao đổi nhiệt hàn, dịch vụ nhiệt độ cao (425 °C ∼ 540 °C), chống ăn mòn giữa hạt sau khi hàn
Hạn chế: Không phù hợp trên 538 °C trừ khi được xử lý nhiệt đến tối thiểu 1,095 °C
ASTM/ASME A/SA 182 F316Ti (UNS S31635)
Loại: Thép không gỉ austenit 16Cr‐10Ni‐2Mo‐Ti ổn định bằng titan
Tính chất chính: Kết hợp khả năng chống hố của 316L (nội dung Mo) với ổn định titan;chống ăn mòn giữa các hạt xảy ra khi tiêu chuẩn 316L trải qua sự lắng đọng cacbua crôm trong quá trình hàn hoặc tiếp xúc nhiệt kéo dài trên 450 °C
Sức mạnh năng suất (min): 205 MPa
Độ bền kéo (min): 515 MPa
Độ kéo dài (min): 30%
Giảm diện tích (min): 40%
Phạm vi nhiệt độ hoạt động: -196 °C đến 700 °C
Ứng dụng: Máy trao đổi nhiệt nhiệt độ cao, môi trường ăn mòn đòi hỏi cả khả năng chống ăn mòn Mo và ổn định Ti
Hạn chế: Chi phí cao hơn F316L; Ti bổ sung cải thiện độ bền ở nhiệt độ cao nhưng có thể làm giảm độ dẻo dai trong một số điều kiện
So sánh vật liệu ¢ Các thông số lựa chọn chính
| Tài sản | F304 | F316L | F321 | F316Ti |
|---|---|---|---|---|
| UNS | S30400 | S31603 | S32100 | S31635 |
| Carbon (tối đa) | 0.08% | 0.030% | 0.08% | 0.08% |
| Chrom | 18.0 ️ 20.0% | 16.0 ️ 18.0% | 17.0 ️ 19.0% | 16.0 ️ 18.0% |
| Nickel | 8.0 ️ 11.0% | 10.0 ️ 14.0% | 9.0 ️ 12.0% | 10.0 ️ 14.0% |
| Molybden | ️ | 2.00 3.00% | ️ | 2.00 3.00% |
| Sự ổn định | Không có | Không có | Ti ≥ 5 × ((C + N) | Ti ≥ 5 × ((C + N) |
| Tăng suất (min MPa) | 205 | 170 | 205 | 205 |
| Khả năng kéo (min MPa) | 515 | 485 | 515 | 515 |
| Nhiệt độ tối đa (°C) | 538 | 425 | 538 | 700 |
| Kháng thấm | Trung bình | Tốt (Mo) | Trung bình | Tốt (Mo) |
| Nguy cơ nhạy cảm | Cao (đào) | Cấp thấp (cấp C) | Rất thấp (Ti) | Rất thấp (Ti) |
Thiết kế bảng ống cố định ASME VIII-1 Phụ lục AA
Các tấm ống cố định trong một bộ trao đổi nhiệt tấm ống cố định (TEMA loại L, M, N) được thiết kế theo ASME Phần VIII Phần 1 Phụ lục AA Quy trình thiết kế tấm ống không bắt buộc.
Các thông số thiết kế chính
| Parameter | Mô tả | Cơ sở tính toán |
|---|---|---|
| Áp suất thiết kế hiệu quả (P) | Phân biệt áp suất bên vỏ và bên ống | Theo TEMA RCB-7.163 7.165 |
| Hiệu suất dây chằng (η) | (p ?? d) / p (trên hình tam giác) | Theo ASME VIII-1 Phụ lục A |
| Độ dày (t) | Độ dày giấy ống tối thiểu yêu cầu | t = F × (P × D) / (2 × S × E 0.2 × P) × C |
| G (chiều kính thiết kế tấm ống) | Chiều kính bên trong vỏ (bảng ống cố định) | Theo TEMA RCB |
| F | Nguyên nhân hỗ trợ | F = 1,0 cho tấm ống cố định |
Độ dày thiết kế chiếm:
Hiệu suất dây chằng lỗ ống ️ giảm diện tích cắt ngang do các lỗ khoan
Áp suất chênh lệch ️ chênh lệch áp suất tối đa giữa mặt ống và mặt vỏ
Phân giảm nhiệt độ giảm căng thẳng cho phép ở nhiệt độ cao theo phần D của phần II của ASME
Giảm độ ăn mòn ️ độ dày bổ sung cho sự ăn mòn dự kiến trong suốt thời gian sử dụng
Kích thước tấm ống cố định điển hình (băng thép không gỉ)
| Parameter | Phạm vi | Tiêu chuẩn / Ghi chú |
|---|---|---|
| Chiều kính bên ngoài | Tối đa 8.000 mm (cách chỉnh) | Bảng rèn hoặc cuộn |
| Độ dày | 10 mm 350 mm | Theo ASME VIII-1, Phụ lục AA / TEMA RCB-4.3 |
| Độ dày tiêu chuẩn (máy trao đổi nhiệt) | 30 mm ️ 80 mm | Thông thường cho dịch vụ lọc dầu |
| Khả năng khoan lỗ ống | + 0,05 / 0,00 mm | Theo chế biến chính xác |
| Kết thúc bề mặt | RF / FF / RTJ | Mặt nâng / mặt phẳng / khớp kiểu nhẫn |
| Mô hình lỗ | Tam giác (30°/60°) / vuông (90°) | Theo TEMA RCB-4.3 |
Quá trình sản xuất
Sự phù hợp của vật liệu
Vật liệu được chứng nhận theo ASTM A182 / ASME SA182
Nhãn hiệu nhiệt để truy xuất nguồn gốc 100% vật liệu
Kiểm tra xác định vật liệu tích cực (PMI) bằng kính quang phổ XRF 100% lô vật liệu
Ném và xử lý nhiệt
Phép rèn: Xử lý nóng từ nhựa hoặc nhựa đến hình dạng rèn cuối cùng
Sản phẩm:
F304 / F321 / F316Ti: 1,040°C ∼ 1,120°C, tiếp theo là làm nguội bằng nước
F316L: tối thiểu 1,040 °C, tiếp theo là làm nguội bằng nước
Làm mát: Dập nước hoặc làm mát không khí nhanh sau khi làm việc nóng
Máy gia công và khoan
CNC khoan cho mô hình lỗ chính xác
Kết thúc bề mặt lỗ: Ra ≤ 1,6 μm cho các khớp mở rộng; Ra ≤ 3,2 μm cho các khớp hàn
Dây liên kết (cây cầu giữa các lỗ): Ít nhất 0,8 × đường kính lỗ mỗi ASME VIII-1
Xử lý: Tất cả các lỗ trên cả hai mặt được xử lý
Các loại khớp ống-đối-đường ống
| Loại khớp | Phương pháp | Sức kéo ra (min) | Dịch vụ áp dụng |
|---|---|---|---|
| Chỉ mở rộng | Sự mở rộng thủy lực ở 160 ∼ 220 MPa, giữ 5 ∼ 8 s | ≥ 20 MPa (CS) / ≥ 25 MPa (SS) | Các chất lỏng không độc hại, không chu kỳ, sạch |
| Chỉ hàn (đào kín) | GTAW (TIG) hàn filet, chân 1,5-2 mm | N/A | Khí áp cao, dịch vụ hydro |
| Weld + mở rộng (cộng hợp) | Đồng hàn niêm phong + mở rộng thủy lực ở 160 ∼ 200 MPa | ≥ 25 MPa | Nhiệt chu kỳ (> 500 chu kỳ/năm), áp suất cao, độc hại |
| Được hàn (thâm nhập đầy đủ) | GTAW thâm nhập đầy đủ, khớp hoàn thành | ≥ 30 MPa | Áp suất cực cao (> 15 MPa), hydro |
Kiểm tra và kiểm tra √ Bảng ống cố định
Kiểm tra không phá hủy (NDE)
| Kiểm tra | Phương pháp | Phạm vi áp dụng | Các tiêu chí chấp nhận |
|---|---|---|---|
| Lamination (bảng) | UT (đường thẳng) | 100% diện tích tấm | Không sơn cạnh; sơn ≤ 20 mm2 trên 100 cm2 |
| Các vết nứt bề mặt | PT (thâm nhập chất lỏng) | 100% mặt khoan + bề mặt | Không có vết nứt; độ xốp ≤ 0,8 mm |
| Đơn vị liên kết được trang bị (nếu được trang bị) | UT (làn sóng cắt) | 100% bề mặt mạ | Không có lớp vỏ > 20 mm |
| Tình trạng tường lỗ | Borescope | 5% 10% lỗ (thứ ngẫu nhiên) | Không có lỗ hổng hoặc vết trầy xước > 0,1 mm |
Kiểm tra kích thước
| Parameter | Sự khoan dung | Phương pháp |
|---|---|---|
| Chiều kính lỗ | + 0,05 / 0,00 mm | Chiếc cắm / micrometer lỗ |
| Sự tích lũy độ đập (1 m dải) | ≤ ±1,0 mm | CMM / máy so sánh quang học |
| Phẳng | ≤ 1 mm trên đường kính 1.000 mm | Chỉ số quay số |
| Sự thay đổi độ dày | ± 3% của số lượng danh nghĩa | Micrometer (5 điểm) |
| Kết thúc bề mặt | Ra ≤ 1,6 μm (được mở rộng) / ≤ 3,2 μm (đào) | Profilometer |
Xét nghiệm thủy tĩnh (sau khi lắp ráp)
Áp suất thử nghiệm: 1,3 × áp suất thiết kế theo ASME VIII-1 UG-99
Phương tiện thử nghiệm: Nước sạch (chloride ≤ 50 ppm cho SS austenitic để ngăn ngừa SCC)
Thời gian giữ: ≥ 30 phút
Chấp nhận: Không giảm áp suất; không có rò rỉ rõ ràng
Hồ sơ ứng dụng ️ Chọn vật liệu giấy ống cố định
Máy trao đổi nhiệt hóa dầu và lọc dầu
Dịch vụ: Xử lý hydrocarbon, trao đổi thức ăn/phát thải, máy ngưng tụ
Tài liệu được khuyến cáo: F316L (phục vụ ngọt) / F321 hoặc F316Ti (phục vụ chua, có H2S)
Các cân nhắc thiết kế: Áp suất một phần hydro; ăn mòn H2S (NACE MR0175); hàm lượng clo
Phạm vi nhiệt độ: 150°C ∼ 400°C
Máy trao đổi nhiệt biển và ngoài khơi
Dịch vụ: Hệ thống làm mát nước biển, hệ thống làm mát nền tảng
Vật liệu được khuyến cáo: F316L hoặc F316Ti (Mo cung cấp khả năng chống đục trong nước biển)
Các cân nhắc về thiết kế: Nồng độ chloride lên đến 20.000 ppm; nguy cơ ăn mòn vết nứt
Phạm vi nhiệt độ: 5°C ∼ 150°C
Dược phẩm và chế biến thực phẩm
Dịch vụ: Các chất lỏng quá trình tinh khiết cao, hơi nước sạch
Vật liệu được khuyến cáo: F316L (giảm carbon ngăn ngừa nhạy cảm; dễ thụ động)
Các cân nhắc thiết kế: Xét bề mặt Ra ≤ 0,8 μm (được sơn điện); tuân thủ FDA
Phạm vi nhiệt độ: 20°C ∼ 150°C
Máy sưởi nhiệt độ cao
Dịch vụ: Làm mát khí nhiệt độ cao, phục hồi nhiệt thải
Vật liệu được khuyến cáo: F321 hoặc F316Ti (Ti ổn định ngăn chặn sự mưa carbide trên 425 °C)
Các cân nhắc về thiết kế: Kháng bò; chu kỳ nhiệt
Phạm vi nhiệt độ: 400°C ∼ 600°C
Sự giãn nở nhiệt ️ Hạn chế thiết kế ống cố định
Trong thiết kế ống cố định, cả hai ống đều không hoạt động, và sự mở rộng nhiệt khác nhau giữa ống và vỏ phải được phù hợp:
ΔT cho phép mà không có khớp mở rộng: ≤ 60 °C (đường ống thép carbon) / ≤ 40 °C (đường ống thép không gỉ)
Khi ΔT vượt quá mức cho phép: Một khớp mở rộng phải được lắp đặt trên vỏ hoặc thiết kế ống U / đầu nổi phải được chọn
Tính toán căng thẳng nhiệt: Theo ASME VIII-1 UG-23 ((c) ️ căng thẳng không được vượt quá mức cho phép ở nhiệt độ thiết kế
Đối với các tấm ống cố định trong dịch vụ ΔT cao, phân tích yếu tố hữu hạn (FEA) thường được yêu cầu để đánh giá các yêu cầu khớp mở rộng và phân bố căng thẳng tấm ống.
Tài liệu cho mỗi lô hàng
Giấy chứng nhận thử nghiệm vật liệu (EN 10204 3.1 hoặc 3.2)
Báo cáo dữ liệu dấu U của ASME (nếu có)
Bảng dữ liệu TEMA (Lớp R/B/C)
Báo cáo kiểm tra kích thước (chiều kính lỗ, độ cao, dây chằng, độ phẳng, độ dày)
Báo cáo NDE UT (mảng), PT (bề mặt), borescope
Báo cáo thử nghiệm PMI (XRF verification)
Biểu đồ xử lý nhiệt (ghi lại thời gian và nhiệt độ nóng hóa dung dịch)
Thông số kỹ thuật quy trình hàn (WPS) và hồ sơ trình độ (PQR)
Bảng ống như thiết kế bản vẽ với tọa độ mẫu lỗ, độ cao và kích thước
Báo cáo thử nghiệm thủy tĩnh (nếu được thử nghiệm như một phần của bộ phận)
Danh sách kiểm tra lựa chọn ️ Bảng ống cố định (ASTM A/SA 182 Grades)
Chất liệu lớp F304 / F316L / F321 / F316Ti (dựa trên độ ăn mòn và nhiệt độ của chất lỏng)
Loại giấy ống
Shell ID và kênh ID
Số lượng ống và mô hình bố cục ️ Tam giác / vuông / vuông xoay
OD ống và độ dày tường
Đường ống ️ khoảng cách giữa trung tâm và trung tâm cho mỗi TEMA RCB-4.3
Loại khớp ống-đường ống ∆ mở rộng / hàn / kết hợp
Áp suất thiết kế ️ mặt ống và mặt vỏ (chỉ cần xác định chênh lệch)
Nhiệt độ thiết kế bên ống và bên vỏ
Giảm độ ăn mòn theo yêu cầu về tuổi thọ
Nồng độ chloride ¢ nếu > 200 ppm, chọn F316L hoặc F316Ti
Yêu cầu hàn nếu ống được hàn, chọn các loại carbon thấp hoặc ổn định (F316L / F321 / F316Ti)
Yêu cầu về NDE theo ASME VIII-1 hoặc thông số kỹ thuật dự án
Loại kết nối vòm RF / FF / RTJ
Yêu cầu về PWHT ️ Ứng dụng sưởi dung dịch cho tất cả các loại không gỉ A/SA 182 sau khi chế biến nóng
Tuyên bố giới hạn thiết kế
Bảng ống cố định phải tuân theo các giới hạn sau:
Nó không được đánh giá cho áp suất bên trong cho đến khi lắp ráp với vỏ, ống, và vòm - mức đánh giá trao đổi nhiệt hoàn chỉnh được áp dụng.
F304 không được khuyến cáo cho các dịch vụ hàn trên 425 °C do nguy cơ nhạy cảm. Sử dụng F321 hoặc F316Ti cho các ứng dụng hàn nhiệt độ cao.
F316L có độ căng cho phép thấp hơn F316 ở nhiệt độ trên 425 °C; trên 450 °C, F316L không phù hợp.
F321 và F316Ti yêu cầu sưởi dung dịch ở nhiệt độ 950 °C -1,120 °C sau khi rèn để khôi phục khả năng chống ăn mòn.
Đối với dịch vụ clorua trên 200 ppm, F304 không được khuyến cáo chọn F316L (≤ 200 ppm) hoặc F316Ti.
Nước thử hydro cho các tấm ống thép không gỉ austenit phải có hàm lượng clorua ≤ 50 ppm để ngăn ngừa nứt do ăn mòn do căng thẳng.
Thiết kế tấm ống cố định đòi hỏi một khớp mở rộng khi ΔT giữa ống và vỏ vượt quá giới hạn cụ thể của vật liệu.
Đối với nhiệt độ hoạt động trên 538 °C, F321 và F304 yêu cầu xử lý nhiệt đặc biệt.
