Tổng quan – Bó ống bộ làm mát khí như Lõi truyền nhiệt
Bó ống bộ làm mát khí là bộ phận lõi truyền nhiệt của bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng khí (ACHE). Nó bao gồm các hàng ống trần hoặc có cánh, được cố định ở mỗi đầu bằng tấm ống, và kết nối với hộp đầu vào và đầu ra. Bó ống được lắp đặt trong một khoang kết cấu, nơi quạt hướng trục hoặc quạt ly tâm đẩy hoặc hút không khí xung quanh qua bề mặt ống bên ngoài để làm mát chất lỏng quy trình chảy bên trong ống.
Sản phẩm này được thiết kế và sản xuất theo API 661 (Bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng khí cho Dịch vụ Lọc dầu Tổng quát), ISO 13706 và TEMA Lớp R hoặc B khi áp dụng. Nó được cung cấp dưới dạng bó ống thay thế, bó ống dự phòng hoặc bộ lắp ráp hoàn chỉnh cho khoang ACHE mới.
Các loại bộ làm mát khí – Định hướng bó ống và Cấu hình quạt
Bó ống là bộ phận lõi giống nhau trên các loại ACHE; định hướng, cấu trúc hỗ trợ và hướng luồng không khí thay đổi theo cấu hình.
Kiểu đẩy
-
Quạt đặt dưới bó ống, đẩy không khí lên trên qua các hàng ống
-
Phân phối không khí đồng đều nhờ khoang quạt bên dưới
-
Các bộ phận quạt và truyền động có thể tiếp cận ở mức mặt đất hoặc sàn
-
Định hướng bó ống: Ngang
-
Ứng dụng điển hình: Làm mát quy trình lọc dầu tổng quát, bộ làm mát trung gian máy nén
Kiểu hút
-
Quạt đặt trên bó ống, hút không khí lên trên qua các hàng ống
-
Khoang phía trên bó ống đảm bảo hút đồng đều
-
Các bộ phận quạt và truyền động yêu cầu sàn tiếp cận nâng cao
-
Định hướng bó ống: Ngang
-
Ứng dụng điển hình: Bộ ngưng tụ hơi nước, dịch vụ nhiệt độ cao, các đơn vị lọc dầu lớn
-
Ưu điểm: Phân phối không khí tốt hơn, giảm tái tuần hoàn, bó ống được bảo vệ khỏi mưa
Khung chữ A
-
Hai bó ống phẳng được bố trí theo hình chữ V ngược (đỉnh ở trên)
-
Quạt đặt dưới đỉnh, thổi không khí lên trên qua cả hai bó ống nghiêng
-
Định hướng bó ống: Nghiêng, thường từ 30° đến 60° so với phương ngang
-
Ứng dụng điển hình: Bộ ngưng tụ hơi nước làm mát bằng khí (ACC) trong các nhà máy điện
-
Ưu điểm: Giảm diện tích sử dụng cho các khu vực khoang lớn; thoát nước ngưng theo trọng lực dọc theo ống nghiêng
Khung chữ V
-
Hai bó ống phẳng được bố trí theo hình chữ V (đỉnh ở dưới)
-
Quạt đặt trên đỉnh, hút không khí lên trên qua cả hai bó ống nghiêng
-
Định hướng bó ống: Nghiêng, thường từ 30° đến 60° so với phương ngang
-
Ứng dụng điển hình: Bộ ngưng tụ hơi nước nơi ưu tiên kiểu hút để bảo vệ chống đóng băng
-
Ưu điểm: Giảm diện tích sử dụng tương tự khung chữ A; nước ngưng thoát về bộ thu ở dưới
Bó ống đơn ngang
-
Một bó ống phẳng lắp đặt ngang
-
Quạt bên dưới (kiểu đẩy) hoặc bên trên (kiểu hút)
-
Định hướng bó ống: Ngang, độ nghiêng 0°
-
Ứng dụng điển hình: Làm mát quy trình tổng quát, làm mát khí, ngưng tụ hydrocarbon
-
Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản nhất; dễ dàng thay thế bó ống và tiếp cận bảo trì
Cấu tạo bó ống – Các bộ phận lõi
Ống
Tấm ống
Hộp đầu (Ống góp vào / ra)
Cấu tạo hộp đầu:
-
Mặt cắt hình chữ nhật hoặc hình tròn
-
Kết nối mặt bích theo ASME B16.5 hoặc B16.47
-
Vách ngăn cho một, hai hoặc bốn lượt ống
-
Kết nối thoát nước và thông hơi ở các điểm thấp và cao
Khung bên và Móc nâng
-
Khung kết cấu: Thép kênh hoặc thép chữ I
-
Móc nâng: Hàn vào khung bên hoặc tấm ống, định mức bằng 2× trọng lượng bó ống
-
Các điểm đỡ được đặt để giảm thiểu độ võng của ống và duy trì độ phẳng trong phạm vi ±3 mm trên chiều dài bó ống
Các loại cánh tản nhiệt – Lựa chọn theo nhiệt độ và môi trường
Hình dạng cánh tản nhiệt (Điển hình)
Điện trở liên kết cánh tản nhiệt
Đối với các loại cánh tản nhiệt quấn căng (chân chữ L, chân chữ KL, chân chữ LL), mối nối cơ học giữa cánh tản nhiệt và ống tạo ra điện trở tiếp xúc nhiệt:
-
Đối với nhiệt độ bên trong ống trên 120°C, giá trị độ dẫn liên kết từ 2.000 – 5.000 W/m²·K thường được áp dụng cho bó ống mới.
-
Các bó ống đang hoạt động có thể có độ dẫn liên kết giảm do chu kỳ nhiệt. Diện tích bề mặt bổ sung từ 3% – 30% thường được bao gồm trong thiết kế tùy thuộc vào nhiệt độ vận hành và loại liên kết.
-
Cánh tản nhiệt ép đùn và hàn tần số cao không có điện trở liên kết, vì cánh tản nhiệt là nguyên khối hoặc liên kết luyện kim.
Các thông số nhiệt và thủy lực phía không khí
Lựa chọn vật liệu – Ống, Tấm ống và Đầu ống
Vật liệu ống
Vật liệu tấm ống và đầu ống
-
Thép cacbon SA-516 Gr.70 cho dịch vụ bên trong ống không ăn mòn
-
Thép không gỉ bọc thép cacbon cho dịch vụ ăn mòn áp suất cao; độ dày lớp bọc tối thiểu 3 mm theo ASME VIII-1 UW-13
-
Thép không gỉ nguyên khối 304L / 316L cho dịch vụ hoàn toàn ăn mòn
-
Thép duplex hoặc titan nguyên khối cho dịch vụ clorua khắc nghiệt hoặc nhiệm vụ ngoài khơi
Vật liệu hộp đầu thường được kết hợp với vật liệu tấm ống để tránh ăn mòn điện hóa tại các mối nối bu lông hoặc hàn. Đối với hộp đầu bằng thép cacbon trong dịch vụ ăn mòn, lớp phủ bên trong (epoxy hoặc phenolic) được áp dụng theo API 661.
Quy trình chế tạo – Kiểm soát chính
Khoan tấm ống
-
Kích thước mũi khoan được kiểm soát theo dung sai H11 theo ISO 286
-
Độ hoàn thiện lỗ: Ra ≤ 1,6 μm cho mối nối nở; Ra ≤ 3,2 μm cho mối nối hàn
-
Độ lệch dây chằng ≤ ±0,2 mm so với bản vẽ
-
Tất cả các lỗ được làm sạch ba via và làm sạch trước khi lắp ống
Nở ống
-
Áp suất nở bằng thủy lực: 160 – 220 MPa; thời gian giữ 5 – 8 giây
-
Độ sâu nở: Tối thiểu 1,5 × đường kính ngoài ống hoặc 2 × độ dày thành ống vào tấm ống
-
Kiểm tra bằng dưỡng sau khi nở: 100% ống chấp nhận quả dưỡng nhỏ hơn 0,5 mm so với đường kính trong ống
-
Xác minh độ bền kéo: Kiểm tra mẫu đầu tiên cho mỗi bó ống, mục tiêu ≥ 20 MPa cho thép cacbon và ≥ 25 MPa cho thép không gỉ
Hàn ống-tấm ống (Nếu được chỉ định)
-
Quy trình GTAW (TIG), tự động hoặc thủ công
-
Chiều cao chân mối hàn 1,5 – 2,0 mm cho mối hàn kín
-
Độ thâm nhập mối hàn thấu toàn bộ ≥ 0,5 mm vào thành ống
-
Kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu 100% theo ASME VIII-1 UW-51
-
Quy trình hàn được chứng nhận theo ASME Phần IX
Chế tạo hộp đầu
-
Cấu tạo thép hàn với các kết nối mặt bích ASME B16.5 hoặc B16.47
-
Kích thước hộp đầu phù hợp với mẫu lỗ tấm ống
-
Vách ngăn được hàn vào bên trong hộp đầu, vật liệu và quy trình hàn phù hợp với vật liệu hộp đầu
-
Kết nối thoát nước và thông hơi: Phụ kiện ren NPT hoặc hàn ổ cắm
Lắp ráp và nâng bó ống
-
Ống được lắp và nở hoặc hàn vào tấm ống
-
Vách ngăn hoặc bộ đỡ ống được lắp đặt theo khoảng cách quy định
-
Khung bên và móc nâng được gắn vào
-
Kiểm tra nâng được thực hiện ở mức 1,1 × trọng lượng bó ống nếu được chỉ định
Kiểm tra và Thử nghiệm theo từng bó ống
Kiểm tra kích thước
Kiểm tra không phá hủy
Thử nghiệm thủy tĩnh (Phía ống)
-
Áp suất thử: 1,3 × áp suất thiết kế theo ASME VIII-1 UG-99
-
Môi trường thử: Nước sạch có chất ức chế ăn mòn; clorua ≤ 50 ppm cho thép không gỉ
-
Thời gian giữ: ≥ 30 phút
-
Chấp nhận: Không sụt áp; không rò rỉ nhìn thấy được từ mối nối ống, đầu ống hoặc nút vặn
Thử nghiệm rò rỉ bằng khí nén (Nếu được chỉ định)
-
Áp suất thử: 0,6 MPa không khí hoặc nitơ
-
Phát hiện rò rỉ: Áp dụng dung dịch xà phòng lên tất cả các mối nối và mối hàn
-
Chấp nhận: Không có bọt; tốc độ rò rỉ ≤ 1×10⁻⁵ Pa·m³/s
Hồ sơ ứng dụng – Theo loại dịch vụ
Bộ làm mát trung gian và bộ làm mát sau máy nén
-
Chất lỏng bên trong ống: Khí nén hoặc khí tự nhiên
-
Nhiệt độ bên trong ống: Đầu vào 120°C – 180°C, đầu ra 40°C – 60°C
-
Áp suất bên trong ống: 0,5 – 10,0 MPa
-
Vật liệu ống: Thép cacbon cho không khí; 304L cho khí tự nhiên chứa CO₂ hoặc nước
-
Loại cánh tản nhiệt: Chân chữ L nếu nhiệt độ bên trong ống ≤ 150°C; chân chữ KL nếu 150°C – 180°C
-
Hình dạng cánh tản nhiệt: Đường kính ngoài 25,4 mm × thành 2,0 mm; chiều cao cánh tản nhiệt 12,5 mm; 10 FPI
-
Các hàng bó ống: 4 – 6
-
Vận tốc mặt không khí: 2,5 – 3,5 m/s
-
Sụt áp phía không khí: ≤ 200 Pa
Bộ ngưng tụ đỉnh tháp lọc dầu
-
Chất lỏng bên trong ống: Hơi hydrocarbon có hơi nước
-
Nhiệt độ bên trong ống: Đầu vào 100°C – 150°C ngưng tụ, đầu ra 40°C – 60°C
-
Áp suất bên trong ống: 0,1 – 0,5 MPa
-
Vật liệu ống: Thép cacbon cho dịch vụ không ăn mòn; 316L cho dịch vụ chua
-
Loại cánh tản nhiệt: Chân chữ L hoặc chân chữ KL cho dịch vụ tiêu chuẩn; ép đùn với ống 316L cho dịch vụ H₂S
-
Hình dạng cánh tản nhiệt: Đường kính ngoài 25,4 mm × thành 2,0 mm; chiều cao cánh tản nhiệt 12,5 mm; 10 FPI
-
Các hàng bó ống: 4
-
Đặc điểm đặc biệt: Bó ống nghiêng 1:50 về phía đầu ra để thoát nước ngưng
Bộ làm mát khí tự nhiên sau khi khử nước hoặc nén
-
Chất lỏng bên trong ống: Khí tự nhiên đã xử lý
-
Nhiệt độ bên trong ống: Đầu vào 60°C – 100°C, đầu ra 30°C – 45°C
-
Áp suất bên trong ống: 4,0 – 10,0 MPa
-
Vật liệu ống: 316L hoặc Duplex 2205 nếu có clorua
-
Loại cánh tản nhiệt: Ép đùn với vỏ nhôm 1100 bên ngoài để bảo vệ chống ăn mòn ven biển và ngoài khơi
-
Hình dạng cánh tản nhiệt: Đường kính ngoài 19,05 mm × thành 2,0 mm; chiều cao cánh tản nhiệt 12,5 mm; 10 FPI
-
Các hàng bó ống: 2 – 3
-
Vận tốc mặt không khí: 2,0 – 2,5 m/s
-
Sụt áp phía không khí: ≤ 150 Pa
Bộ ngưng tụ hơi nước làm mát bằng khí (ACC) cho nhà máy điện
-
Chất lỏng bên trong ống: Hơi nước ngưng tụ thành nước dưới chân không
-
Nhiệt độ bên trong ống: Đầu vào 60°C – 100°C, đầu ra 35°C – 45°C
-
Áp suất bên trong ống: Chân không, 10 – 50 kPa tuyệt đối
-
Vật liệu ống: Thép cacbon mạ kẽm hoặc phủ; thép không gỉ nếu hơi nước chứa amoniac hoặc clorua
-
Loại cánh tản nhiệt: Hàn tần số cao với liên kết luyện kim; cánh tản nhiệt thép cacbon mạ kẽm nhúng nóng
-
Hình dạng ống: Ống hình elip hoặc hình bầu dục phẳng với cánh tản nhiệt dạng tấm hoặc cánh tản nhiệt hàn xoắn ốc
-
Định hướng bó ống: Khung chữ A hoặc khung chữ V, nghiêng 60° so với phương ngang
-
Luồng không khí: Kiểu hút
-
Đặc điểm đặc biệt: Bó ống nghiêng 1:80 về phía ống góp thu nước ngưng; bảo vệ chống đóng băng bằng cách sưởi hơi nước hoặc sưởi điện cho hoạt động mùa đông dưới 0°C
Vệ sinh và Bảo trì
Cặn bẩn phía không khí từ bụi, phấn hoa hoặc cặn hóa chất làm tăng sụt áp và giảm truyền nhiệt. Nên vệ sinh khi:
-
Sụt áp phía không khí vượt quá sụt áp thiết kế 30%
-
Mức tăng sụt áp phía không khí đạt 50 Pa so với ban đầu, tùy theo cái nào xảy ra trước
Phương pháp vệ sinh:
-
Rửa bằng nước: Phun áp suất thấp ≤ 1,0 MPa cho cặn bẩn hòa tan trong nước
-
Thổi khí: Khí nén ≤ 0,6 MPa cho bụi khô, rời
-
Vệ sinh bằng hóa chất: Chất tẩy rửa gốc kiềm hoặc axit được phê duyệt cho cánh tản nhiệt nhôm; tránh dung dịch kiềm cao
Vệ sinh bên trong ống không khả thi về mặt cơ học trong bó ống cố định. Cần vệ sinh bằng hóa chất hoặc sử dụng bi làm sạch trực tuyến.
Tài liệu theo mỗi lô hàng
-
Giấy chứng nhận kiểm tra vật liệu theo EN 10204 3.1 hoặc 3.2 cho ống, cánh tản nhiệt, tấm ống, đầu ống và thép kết cấu
-
Bảng dữ liệu API 661 hoàn chỉnh hoặc bảng dữ liệu ISO 13706
-
Bảng dữ liệu TEMA nếu áp dụng
-
Báo cáo dữ liệu ASME U-stamp nếu áp dụng
-
Báo cáo kiểm tra kích thước bao gồm chiều dài bó ống, bố trí lỗ tấm ống, hình dạng cánh tản nhiệt và đường kính ngoài ống
-
Các thông số quy trình gắn kết cánh tản nhiệt bao gồm lực căng quấn, áp suất ép đùn và dòng hàn
-
Báo cáo thử nghiệm thủy tĩnh với biểu đồ ghi áp suất
-
Báo cáo thử nghiệm rò rỉ bằng khí nén nếu được thực hiện
-
Báo cáo NDE cho PT, UT và RT nếu được thực hiện
-
Thông số kỹ thuật quy trình hàn và hồ sơ chứng nhận quy trình cho mối hàn ống-tấm ống và đầu ống
-
Bản vẽ hoàn công bó ống với số lượng ống, cấu hình lượt, kích thước đầu ống và vị trí móc nâng
-
Thông số kỹ thuật sơn và phủ với báo cáo xác minh độ dày
Danh sách kiểm tra lựa chọn – Bó ống bộ làm mát khí
-
Loại ACHE: Kiểu đẩy, kiểu hút, khung chữ A, khung chữ V, hoặc ngang
-
Định hướng bó ống: Ngang hoặc nghiêng với góc
-
Vật liệu và kích thước ống (đường kính ngoài và độ dày thành)
-
Loại cánh tản nhiệt: Chân chữ L, KL, LL, ép đùn, hàn tần số cao, hoặc trần
-
Vật liệu và hình dạng cánh tản nhiệt (chiều cao, bước hoặc FPI, độ dày)
-
Áp suất và nhiệt độ thiết kế bên trong ống
-
Thành phần chất lỏng bên trong ống bao gồm tính ăn mòn, clorua và H₂S
-
Sụt áp cho phép bên trong ống
-
Nhiệt độ không khí đầu vào cho thiết kế mùa hè
-
Vận tốc mặt không khí hoặc lưu lượng không khí tổng
-
Sụt áp phía không khí cho phép, thường là 100 – 300 Pa
-
Loại đầu ống: Đầu ren, đầu nắp đậy, hoặc đầu ống góp
-
Số lượt ống: Một, hai, hoặc bốn
-
Số lượng ống và bố trí theo khoang hiện có hoặc mới
-
Yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn bao gồm lớp phủ, mạ kẽm, hoặc vật liệu cánh tản nhiệt và ống đặc biệt
-
Bảo vệ chống đóng băng cho dịch vụ ACC bao gồm sưởi hơi nước, sưởi điện, hoặc tuần hoàn
-
Các ràng buộc về nâng và vận chuyển bao gồm trọng lượng và kích thước tối đa
-
Các tiêu chuẩn áp dụng: API 661, ISO 13706, TEMA, hoặc thông số kỹ thuật của khách hàng
Tuyên bố giới hạn thiết kế – Bó ống bộ làm mát khí
Bó ống bộ làm mát khí tuân theo các giới hạn sau:
-
Nó chỉ được thiết kế cho áp suất và nhiệt độ bên trong ống đã chỉ định. Vận hành ngoài các giới hạn này sẽ làm mất hiệu lực thiết kế.
-
Hiệu suất phía không khí phụ thuộc vào nhiệt độ không khí xung quanh và mức độ bám bẩn. Công suất làm mát giảm khi nhiệt độ môi trường tăng.
-
Việc làm sạch bên trong ống không khả thi về mặt cơ học trong bó ống cố định. Cần vệ sinh bằng hóa chất hoặc sử dụng bi làm sạch trực tuyến cho các dịch vụ có cặn bẩn.
-
Cặn bẩn phía không khí làm tăng sụt áp và giảm truyền nhiệt. Phải duy trì lịch trình làm sạch thường xuyên.
-
Đối với các dịch vụ ngưng tụ trong điều kiện đóng băng, phải cung cấp biện pháp bảo vệ chống đóng băng thông qua độ dốc, thoát nước và sưởi ấm.
-
Nhiệt độ đỉnh cánh tản nhiệt không được vượt quá giới hạn của từng loại vật liệu: Chân chữ L ≤ 150°C, ép đùn ≤ 230°C, hàn tần số cao ≤ 450°C.
-
Đối với dịch vụ chu kỳ nhiệt trên 500 chu kỳ mỗi năm, không khuyến khích sử dụng các loại cánh tản nhiệt quấn căng như chân chữ L, chân chữ KL và chân chữ LL. Sử dụng cánh tản nhiệt ép đùn hoặc hàn tần số cao.
-
Bó ống phải được lắp đặt trên cấu trúc đỡ phẳng. Sai lệch quá mức gây biến dạng tấm ống và rò rỉ mối nối.
-
Đối với áp suất bên trong ống trên 10,0 MPa hoặc chân không cực đoan, hãy tham khảo để có thiết kế đầu ống và tấm ống tùy chỉnh.