Cụm ống làm bộ phận truyền nhiệt sơ cấp
Bó ống là cụm truyền nhiệt cốt lõi của bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống. Nó bao gồm các ống, tấm ống, vách ngăn hoặc tấm đỡ, thanh giằng, miếng đệm và các bộ phận liên quan. Bó tách chất lỏng phía ống khỏi chất lỏng phía vỏ và cung cấp bề mặt truyền nhiệt giữa hai dòng.
Một bó ống có thể được cung cấp dưới dạng bó thay thế, bó dự phòng hoặc cụm lắp ráp hoàn chỉnh cho bộ trao đổi nhiệt mới. Nó được thiết kế và sản xuất theo TEMA Loại C, B hoặc R, ASME Phần VIII Phân khu 1 hoặc Phân khu 2 và GB/T 151 cho các ứng dụng trong nước.
Các loại bó ống – Phân loại cấu trúc
Gói tấm ống cố định (TEMA L / M / N)
Các ống được cố định ở cả hai đầu thành các tấm ống cố định. Các tấm ống được hàn hoặc bắt vít vào vỏ. Sự giãn nở nhiệt được cung cấp bởi một khe co giãn trên vỏ khi chênh lệch nhiệt độ giữa ống và vỏ vượt quá giới hạn cho phép đối với sự kết hợp vật liệu.
Ứng dụng điển hình: làm sạch chất lỏng bên vỏ, chênh lệch nhiệt độ vừa phải, dịch vụ không bám bẩn.
Gói ống chữ U (TEMA U)
Các ống được uốn thành hình chữ U và cả hai đầu được cố định vào một tấm ống duy nhất. Mỗi ống giãn nở độc lập nên không cần khe co giãn vỏ khi có chênh lệch nhiệt độ lớn.
Ứng dụng điển hình: chênh lệch nhiệt độ cao, dịch vụ khí áp suất cao, dịch vụ hydro, điều kiện sốc nhiệt.
Hạn chế: các ống riêng lẻ không thể được làm sạch bằng máy từ bên trong; cần phải làm sạch bằng hóa chất.
Gói đầu nổi (TEMA P/S/T/W)
Một tấm ống được cố định và tấm kia có thể tự do di chuyển với sự giãn nở nhiệt. Đầu phía sau có thể tháo rời, cho phép tháo bó ra để làm sạch cơ học.
Ứng dụng điển hình: dịch vụ bám bẩn nghiêm trọng, chênh lệch nhiệt độ lớn, hệ số bám bẩn phía vỏ cao.
Thành phần cốt lõi - Thông số kỹ thuật
Ống
| tham số | Phạm vi | Ghi chú |
|---|---|---|
| ống OD | 12,7 mm – 50,8 mm | OD nhỏ hơn cho áp suất cao hơn; OD lớn hơn cho dịch vụ bám bẩn |
| Độ dày thành ống | 0,9 mm – 5,0 mm | Được chọn theo ASME VIII-1 UG-27 |
| Chiều dài ống | 1,5m – 12,0m | Chiều dài tiêu chuẩn gồm 2,44 m, 4,88 m, 6,10 m, 9,75 m |
| bước ống | Đường kính ống 1,25 × – 2,0 × | Bước tam giác để truyền nhiệt cao hơn; sân vuông để làm sạch cơ học |
| Bố trí ống | Tam giác (30°/60°) / Hình vuông (90°/45°) | Hình tam giác cho diện tích bề mặt cao hơn trên mỗi mặt cắt vỏ |
Tấm ống
| tham số | Phạm vi / Giá trị | Ghi chú |
|---|---|---|
| độ dày | 15mm – 350mm | Theo ASME VIII-1 Phụ lục AA / TEMA RCB-4.3 |
| Dung sai đường kính lỗ | H11 theo ISO 286 | Ví dụ: Ø25,2 mm +0,13/0 |
| Kết thúc lỗ | Ra ≤ 1,6 μm đối với khe co giãn; Ra ≤ 3,2 μm đối với mối hàn | Cần hoàn thiện tốt hơn để mở rộng |
| Chiều rộng dây chằng | Đường kính lỗ tối thiểu 0,8 × | Theo ASME VIII-1 Phụ lục A |
| Vật liệu | CS / SS / Song công / Ti / Hợp kim / Mạ | Phù hợp với chất lỏng bên ống và bên vỏ |
Vách ngăn và tấm đỡ
| tham số | Phạm vi / Giá trị | Ghi chú |
|---|---|---|
| Loại vách ngăn | Phân đoạn / Phân đoạn kép / Xoắn ốc / Hỗ trợ đầy đủ | Cắt giảm theo từng đoạn thường là 20% – 35% |
| Khoảng cách vách ngăn | 0,2 × – 1,0 × ID vỏ | Dựa trên chiều dài ống không được hỗ trợ và tốc độ dòng chảy ngang |
| Chiều dài ống không được hỗ trợ tối đa | CS: 36 × đường kính ngoài của ống; SS: 30 × ống OD | Theo TEMA RCB-4.2 |
| Độ dày vách ngăn | 3,0 mm – 16 mm | Dựa trên chênh lệch áp suất và khoảng hỗ trợ |
| Đường kính thanh giằng | M8 – M24 hoặc tương đương | Tối thiểu 4 thanh buộc mỗi bó |
Lựa chọn vật liệu - Ống và tấm ống
Vật liệu ống
| Vật liệu | Đặc điểm kỹ thuật | Phạm vi nhiệt độ | Giới hạn clorua | Ứng dụng |
|---|---|---|---|---|
| Thép cacbon | SA-179 / SA-106 Gr.B / 20# | -20°C đến +425°C | Không áp dụng | Nước, dầu, hơi nước, hydrocarbon sạch |
| Không gỉ 304L / 304 | ASTM A213 TP304L | -196°C đến +600°C | 200 trang/phút | Chất lỏng ăn mòn nhẹ, hơi nước sạch, cấp thực phẩm |
| Không gỉ 316L / 316 | ASTM A213 TP316L | -196°C đến +500°C | 200 trang/phút | Axit hữu cơ, dung dịch muối, hydrocacbon chứa clorua |
| Song công 2205 | ASTM A789 S32205 | -40°C đến +280°C | 300 trang/phút ở 80°C | Dịch vụ ngoài khơi, nước biển, CO₂/H₂S |
| Titan Gr.2 | ASTM B338 | -40°C đến +230°C | Lên đến 20.000 trang/phút | Môi trường nước biển, nước muối, hàm lượng clorua cao |
| Đồng-niken C70600 | ASTM B111 | -40°C đến +200°C | < 500 trang/phút | Nước làm mát biển, nước lợ |
| Hợp kim 625/825/800H | ASTM B163 / B444 | -196°C đến +600°C | Lên tới 500 trang/phút | Dịch vụ ăn mòn nhiệt độ cao, khí chua |
Vật liệu tấm ống
Thép carbon SA-516 Gr.70 cho chất lỏng bên ống không ăn mòn
Lớp phủ không gỉ trên thép cacbon dùng cho dịch vụ ăn mòn với áp suất cao; độ dày lớp phủ tối thiểu 3 mm
Thép không gỉ rắn 304L / 316L cho dịch vụ ăn mòn hoàn toàn
Duplex hoặc titan cho dịch vụ nước biển và ngoài khơi
Lớp phủ hợp kim như Inconel 625 cho dịch vụ có tính axit hoặc clorua cao
Các loại mối nối ống với tấm ống
| Loại khớp | Phương pháp | Sức mạnh kéo ra | Dịch vụ áp dụng |
|---|---|---|---|
| Chỉ mở rộng | Giãn nở thủy lực ở 160–220 MPa, giữ 5–8 giây | ≥ 20 MPa đối với CS; ≥ 25 MPa đối với SS | Chất lỏng không độc hại, không tuần hoàn, sạch |
| Chỉ hàn | Mối hàn góc GTAW, chân 1,5–2,0 mm | Chỉ giữ lại cơ học từ mối hàn | Khí áp suất cao, dịch vụ hydro |
| Hàn + mở rộng | Bịt kín mối hàn cộng với sự giãn nở thủy lực ở 160–200 MPa | ≥ 25 MPa | Dịch vụ nhiệt tuần hoàn, áp suất cao, chất lỏng độc hại |
| Mối hàn xuyên thấu hoàn toàn | GTAW thâm nhập đầy đủ | ≥ 30 MPa | Áp suất cực cao, hydro, hệ số an toàn cao |
Quy trình chế tạo - Điều khiển chính
Khoan tấm ống
Kích thước mũi khoan được kiểm soát theo dung sai H11 theo ISO 286
Độ lệch dây chằng ≤ ± 0,2 mm so với bản vẽ
Độ hoàn thiện bề mặt lỗ Ra ≤ 1,6 μm đối với khe co giãn
Tất cả các lỗ được làm sạch trên cả hai mặt và được làm sạch trước khi lắp ống vào
Mở rộng ống
Áp suất giãn nở thủy lực 160–220 MPa; thời gian giữ 5–8 giây
Độ sâu giãn nở tối thiểu 1,5 × ống OD hoặc 2 × độ dày thành ống thành tấm ống
Kiểm tra thước đo sau giãn nở: 100% ống chấp nhận bi đo nhỏ hơn 0,5 mm so với ID ống
Thử nghiệm kéo ra trên bài viết đầu tiên trên mỗi gói
Hàn ống với tấm ống
Quá trình GTAW, tự động hoặc thủ công
Chiều cao chân phi lê 1,5–2,0 mm cho mối hàn kín
Thâm nhập hoàn toàn mối hàn xuyên sâu ≥ 0,5 mm vào thành ống
Thử nghiệm thẩm thấu chất lỏng 100% trên mỗi ASME VIII-1 UW-51
Quy trình hàn được chứng nhận theo ASME Phần IX
Xử lý nhiệt sau hàn
Cần thiết khi độ dày tấm ống thép carbon vượt quá 38 mm
Bắt buộc khi dịch vụ có chứa H₂S ướt theo NACE MR0175 / ISO 15156
Chu kỳ PWHT điển hình: 620°C ± 10°C, giữ 1 giờ trên độ dày 25 mm, tối thiểu 1 giờ
Tốc độ làm mát được kiểm soát ≤ 50°C/giờ đến 400°C
Kiểm tra và thử nghiệm trên mỗi gói
Kiểm tra kích thước
| Mục | Sức chịu đựng | Phương pháp |
|---|---|---|
| ống OD | ±0,11 mm theo tiêu chuẩn ASTM B730 | Micromet |
| Độ dày thành ống | ±10% danh nghĩa | Máy đo siêu âm |
| Chiều dài bó | ±1,5 mm mỗi TEMA RCB-8 | Thước dây hoặc tia laser |
| Khoảng cách vách ngăn | ±1,5 mm | Caliper hoặc mẫu |
| Lệch dây chằng lỗ | ≤ ±0,2mm | Bộ so sánh quang |
| Bán kính uốn chữ U | R ≥ 2 × ống OD | thước đo mẫu |
Kiểm tra không phá hủy
Mối hàn ống với tấm ống: Thử nghiệm thẩm thấu chất lỏng 100% theo ASME VIII-1 UW-51
Tấm ốp ống: Kiểm tra siêu âm 100% về tính toàn vẹn liên kết theo ASME VIII-1 UW-13
Bề mặt bên trong ống: Kiểm tra lỗ khoan trên mẫu ngẫu nhiên; 100% ống vượt qua thước đo
Ống có vây, nếu có: Kiểm tra bằng mắt xem có bị lỏng hoặc bị thiếu vây không
Kiểm tra áp suất
Kiểm tra thủy tĩnh: 1,3 × áp suất thiết kế trên mỗi ASME VIII-1 UG-99
Thời gian giữ: tối thiểu 30 phút
Chấp nhận: giảm áp suất bằng không và không có rò rỉ rõ ràng
Kiểm tra rò rỉ khí nén nếu được chỉ định: 0,6 MPa không khí hoặc nitơ; phát hiện bong bóng xà phòng
Chấp nhận tốc độ rò rỉ: 1×10⁻⁵ Pa·m³/s trên mỗi phương pháp lỗ tương đương
Tài liệu cho mỗi lô hàng
Chứng chỉ kiểm tra vật liệu theo EN 10204 3.1 hoặc 3.2
Báo cáo dữ liệu tem chữ U ASME nếu có
Bảng dữ liệu TEMA hoàn thành theo thiết kế
Báo cáo kiểm tra kích thước
Báo cáo thử nghiệm thủy tĩnh với biểu đồ ghi áp suất
Báo cáo NDE cho PT, UT, RT hoặc VT như đã thực hiện
Đặc điểm kỹ thuật quy trình hàn và hồ sơ chứng nhận quy trình hàn
Bản vẽ hoàn công bó ống
Báo cáo thử nghiệm kéo ống cho bài viết đầu tiên
Danh sách đóng gói với kích thước và trọng lượng vận chuyển gói
Danh sách kiểm tra lựa chọn – Gói ống
Loại TEMA – Tấm ống cố định / Ống chữ U / Đầu nổi
Đường kính bên trong vỏ và đường kính tấm ống
Ống OD, độ dày thành và chiều dài
Bước và cách sắp xếp ống – Tam giác / Vuông
Vật liệu ống và vật liệu tấm ống
Loại mối nối ống với tấm ống – Mở rộng / Hàn / Kết hợp
Áp suất thiết kế cho mặt ống và mặt vỏ
Nhiệt độ thiết kế cho mặt ống và mặt vỏ
Thành phần chất lỏng cho cả hai mặt – để xác minh tính tương thích của vật liệu
Phụ cấp ăn mòn cho ống và tấm ống
Loại vách ngăn và khoảng cách - dựa trên tiêu chí giảm áp suất và độ rung cho phép
NDE và các yêu cầu thử nghiệm theo thông số kỹ thuật của dự án
Yêu cầu PWHT dựa trên vật liệu và dịch vụ
Số lượng – gói thay thế, gói dự phòng hoặc thiết bị mới
Tuyên bố giới hạn thiết kế – Gói ống
Gói ống có những hạn chế sau:
Nó phải phù hợp với hình dạng vỏ, kích thước tấm ống và kiểu mặt bích của bộ trao đổi nhiệt hiện có.
Nó không được đánh giá về áp suất bên trong cho đến khi được lắp ráp với vỏ, rãnh và mặt bích.
Hàm lượng chất rắn bên trong ống trên 2% tính theo trọng lượng không được khuyến khích nếu không lọc ngược dòng, do nguy cơ xói mòn và tắc nghẽn ống.
Các mối nối chỉ giãn nở không được khuyến khích sử dụng cho chu kỳ nhiệt trên 500 chu kỳ mỗi năm hoặc cho dịch vụ độc hại.
Các bó ống chữ U không thể được làm sạch bằng máy móc bên trong ống; cần phải làm sạch bằng hóa chất.
Các bó tấm ống cố định có thể yêu cầu khe co giãn vỏ khi chênh lệch nhiệt độ vượt quá giới hạn cho phép.
Đối với dịch vụ chân không dưới 1 kPa tuyệt đối, có thể cần tăng cường hoặc hỗ trợ bổ sung theo ASME VIII-1 UG-29.
Nước thử hydrotest cho thép không gỉ austenit phải có hàm lượng clorua ≤ 50 ppm để ngăn ngừa hiện tượng nứt do ăn mòn ứng suất.
