I. Clasificación dos intercambiadores de calor:
Os intercambiadores de calor de casca e tubos pódense dividir nas seguintes dúas categorías segundo as súas características estruturais.
1. Estrutura ríxida do intercambiador de calor de carcasa e tubos: este intercambiador de calor converteuse nun tipo de tubo e placa fixos, que normalmente se pode dividir en dous tipos: gama dun só tubo e gama de varios tubos. As súas vantaxes son a súa estrutura sinxela e compacta, o seu baixo custo e o seu uso amplo; a desvantaxe é que o tubo non se pode limpar mecanicamente.
2. Intercambiador de calor de carcasa e tubos con dispositivo de compensación de temperatura: pode facer que a parte quentada se expanda libremente. A estrutura da forma pódese dividir en:
① Intercambiador de calor de cabeza flotante: este intercambiador de calor pode expandirse libremente nun extremo da placa tubular, o que se denomina "cabeza flotante". Aplica unha gran diferenza de temperatura entre a parede do tubo e a parede da carcasa, polo que o espazo do feixe de tubos adoita limparse. Non obstante, a súa estrutura é máis complexa e os custos de procesamento e fabricación son maiores.
② Intercambiador de calor tubular en forma de U: ten só unha placa tubular, polo que o tubo pode expandirse e contraerse libremente ao quentarse ou arrefriarse. A estrutura deste intercambiador de calor é simple, pero a carga de traballo de fabricación da curva é maior e, debido a que o tubo necesita ter un certo radio de curvatura, a utilización da placa tubular é deficiente, o tubo limprase mecanicamente e é difícil desmontalo e substituílo, polo que é necesario que o fluído pase a través dos tubos para que estean limpos. Este intercambiador de calor pódese usar para grandes cambios de temperatura, altas temperaturas ou altas presións.
③ Intercambiador de calor tipo caixa de empaquetadura: ten dúas formas, unha está situada na placa tubular ao final de cada tubo e ten un selo de empaquetadura separado para garantir a libre expansión e contracción do tubo. Cando o número de tubos no intercambiador de calor é moi pequeno, antes do uso desta estrutura, a distancia entre os tubos é maior que a dun intercambiador de calor xeral, cunha estrutura grande e complexa. Outra forma está feita nun extremo do tubo e unha estrutura flotante na carcasa, no lugar flotante usando todo o selo de empaquetadura, a estrutura é máis simple, pero esta estrutura non é doada de usar no caso de diámetros grandes e altas presións. O intercambiador de calor tipo caixa de empaquetadura úsase raramente na actualidade.
II. Revisión das condicións de deseño:
1. deseño do intercambiador de calor, o usuario debe proporcionar as seguintes condicións de deseño (parámetros do proceso):
① tubo, presión de funcionamento do programa de carcasa (como unha das condicións para determinar se o equipo da clase, debe ser proporcionado)
② tubo, temperatura de funcionamento do programa de carcasa (entrada/saída)
③ temperatura da parede metálica (calculada polo proceso (fornecida polo usuario))
④Nome e características do material
⑤Marxe de corrosión
⑥Número de programas
⑦ área de transferencia de calor
⑧ especificacións do tubo do intercambiador de calor, disposición (triangular ou cadrada)
⑨ placa plegable ou o número de placas de soporte
⑩ material de illamento e grosor (para determinar a altura que sobresae do asento da placa de identificación)
(11) Pintura.
Ⅰ. Se o usuario ten requisitos especiais, o usuario debe proporcionar a marca, a cor
Ⅱ. Os usuarios non teñen requisitos especiais, os propios deseñadores seleccionaron
2. Varias condicións clave de deseño
① Presión de funcionamento: como unha das condicións para determinar se o equipo está clasificado, debe proporcionarse.
② características do material: se o usuario non proporciona o nome do material, debe indicar o seu grao de toxicidade.
Porque a toxicidade do medio está relacionada coa monitorización non destrutiva do equipo, o tratamento térmico, o nivel de forxas para a clase superior de equipos, pero tamén está relacionada coa división do equipo:
Os debuxos de GB150 10.8.2.1 (f) indican que o recipiente que contén un medio extremadamente perigoso ou moi perigoso cunha toxicidade do 100 % RT.
Os debuxos de b, 10.4.1.3 indican que os recipientes que conteñen medios extremadamente perigosos ou moi perigosos pola súa toxicidade deben someterse a un tratamento térmico posterior á soldadura (as unións soldadas de aceiro inoxidable austenítico non poden ser tratadas termicamente).
c. Forxas. O uso de forxas de toxicidade media para pezas forxas extremas ou moi perigosas debe cumprir os requisitos da clase III ou IV.
③ Especificacións da tubaxe:
Aceiro ao carbono de uso común φ19×2, φ25×2,5, φ32×3, φ38×5
Aceiro inoxidable φ19×2, φ25×2, φ32×2,5, φ38×2,5
Disposición dos tubos do intercambiador de calor: triángulo, triángulo de esquina, cadrado, cadrado de esquina.
★ Cando sexa necesaria unha limpeza mecánica entre os tubos do intercambiador de calor, débese usar unha disposición cadrada.
1. Presión de deseño, temperatura de deseño, coeficiente de soldadura da unión
2. Diámetro: DN < 400 cilindro, o uso de tubo de aceiro.
Cilindro DN ≥ 400, con chapa de aceiro laminada.
Tubo de aceiro de 16" ------ co usuario para discutir o uso de chapa de aceiro laminada.
3. Diagrama de deseño:
Segundo a área de transferencia de calor, as especificacións do tubo de transferencia de calor deben debuxar o diagrama de deseño para determinar o número de tubos de transferencia de calor.
Se o usuario proporciona un diagrama de tubaxes, pero tamén para revisar se a tubaxe está dentro do círculo límite da tubaxe.
★Principio de colocación de tubaxes:
(1) no círculo límite da tubaxe debe estar cheo de tubos.
② o número de tubos de varios golpes debe intentar igualar o número de golpes.
③ O tubo do intercambiador de calor debe estar disposto simetricamente.
4. Material
Cando a propia placa tubular ten un ombreiro convexo e está conectada cun cilindro (ou cabeza), débese usar forxa. Debido ao uso desta estrutura, as placas tubulares úsanse xeralmente para presións máis altas, inflamables, explosivos e toxicidade para ocasións extremas e altamente perigosas. Canto maior sexa o requisito da placa tubular, máis grosa tamén é. Para evitar que o ombreiro convexo produza escoria e delaminación, e mellorar as condicións de tensión da fibra do ombreiro convexo, reducir a cantidade de procesamento e aforrar materiais, o ombreiro convexo e a placa tubular forxáronse directamente a partir do forxo xeral para fabricar a placa tubular.
5. Conexión do intercambiador de calor e da placa tubular
A conexión entre tubos e placas tubulares é unha parte importante da estrutura no deseño dun intercambiador de calor de carcasa e tubos. Non só require carga de traballo de procesamento, senón que tamén debe realizar cada conexión durante o funcionamento do equipo para garantir que o medio non teña fugas e que soporte a capacidade de presión do medio.
A conexión de tubos e placas tubulares realízase principalmente das tres seguintes maneiras: a expansión; b soldadura; c soldadura por expansión
A expansión da carcasa e o tubo entre a fuga do medio non causará consecuencias adversas da situación, especialmente se a soldabilidade do material é deficiente (como o tubo de intercambiador de calor de aceiro ao carbono) e a carga de traballo da planta de fabricación é demasiado grande.
Debido á expansión do extremo do tubo na deformación plástica da soldadura, hai unha tensión residual, co aumento da temperatura, a tensión residual desaparece gradualmente, de xeito que o extremo do tubo reduce a función de selado e unión, polo que a expansión da estrutura polas limitacións de presión e temperatura, xeralmente aplicables á presión de deseño ≤ 4Mpa, o deseño da temperatura ≤ 300 graos, e no funcionamento sen vibracións violentas, sen cambios de temperatura excesivos e sen corrosión por tensión significativa.
A conexión por soldadura ten as vantaxes dunha produción sinxela, alta eficiencia e conexión fiable. Mediante a soldadura, o tubo á placa tubular ten un mellor papel no aumento; e tamén pode reducir os requisitos de procesamento de orificios de tubos, aforrando tempo de procesamento, doado mantemento e outras vantaxes, debe usarse como unha cuestión prioritaria.
Ademais, cando a toxicidade do medio é moi grande, a mestura entre o medio e a atmosfera pode provocar que explote o medio radioactivo ou que a mestura de materiais dentro e fóra da tubaxe teña un efecto adverso. Para garantir o selado das unións, tamén se emprega a miúdo o método de soldadura. Aínda que o método de soldadura ten moitas vantaxes, xa que non pode evitar completamente a "corrosión por fendas" e a corrosión por tensión dos nós soldados, é difícil obter unha soldadura fiable entre a parede fina da tubaxe e a placa grosa da tubaxe.
O método de soldadura pode ser a temperaturas máis altas que a expansión, pero baixo a acción da tensión cíclica de alta temperatura, a soldadura é moi susceptible a fendas por fatiga, tubo e espazo entre os orificios do tubo, o que cando se somete a medios corrosivos, o que acelera o dano da unión. Polo tanto, utilízanse xuntas de soldadura e expansión ao mesmo tempo. Isto non só mellora a resistencia á fatiga da unión, senón que tamén reduce a tendencia á corrosión por fendas e, polo tanto, a súa vida útil é moito máis longa que cando se usa a soldadura por si soa.
En que ocasións é axeitado para a aplicación de soldaduras e xuntas de expansión e métodos, non existe un estándar uniforme. Normalmente, se a temperatura non é demasiado alta, pero a presión é moi alta ou o medio é moi doado de ter fugas, utilízase a expansión de resistencia e soldadura de selado (a soldadura de selado refírese simplemente a evitar fugas e á aplicación da soldadura, e non garante a resistencia).
Cando a presión e a temperatura son moi altas, utilízase soldadura por forza e expansión de pasta (a soldadura por forza é mesmo se a soldadura ten un agarre estreito, pero tamén para garantir que a unión teña unha gran resistencia á tracción, xeralmente refírese a que a resistencia da soldadura é igual á resistencia do tubo baixo carga axial cando se solda). A función da expansión é principalmente eliminar a corrosión por fendas e mellorar a resistencia á fatiga da soldadura. Estipuláronse dimensións estruturais específicas da norma (GB/T151), non entraremos en detalles aquí.
Para os requisitos de rugosidade da superficie do orificio do tubo:
a, cando o tubo do intercambiador de calor e a placa tubular están conectados por soldadura, o valor Ra da rugosidade superficial do tubo non é superior a 35 µM.
b, unha única conexión de expansión de tubo e placa tubular de intercambiador de calor, o valor Ra da rugosidade da superficie do orificio do tubo non é superior a 12,5 μM de conexión de expansión, a superficie do orificio do tubo non debe afectar a estanquidade da expansión dos defectos, como a través da marcaxe lonxitudinal ou en espiral.
III. Cálculo de deseño
1. Cálculo do grosor da parede da carcasa (incluíndo a sección curta da caixa do tubo, a cabeza, o cálculo do grosor da parede do cilindro do programa de carcasa): o grosor da parede do tubo e do cilindro do programa de carcasa debe cumprir co grosor mínimo de parede especificado en GB151. Para o aceiro ao carbono e o aceiro de baixa aliaxe, o grosor mínimo de parede é segundo a marxe de corrosión C2 = 1 mm. Para o caso de C2 superior a 1 mm, o grosor mínimo da parede da carcasa debe aumentarse en consecuencia.
2. Cálculo do reforzo en buratos abertos
Para a carcasa que usa un sistema de tubos de aceiro, recoméndase usar o reforzo completo (aumentar o grosor da parede do cilindro ou usar tubos de parede grosa); para a caixa de tubos máis grosa no orificio grande, ter en conta a economía xeral.
Ningún outro reforzo debería cumprir os requisitos de varios puntos:
① presión de deseño ≤ 2,5 MPa;
② A distancia central entre dous orificios adxacentes non debe ser inferior ao dobre da suma do diámetro dos dous orificios;
③ Diámetro nominal do receptor ≤ 89 mm;
④ a espesura mínima da parede debe cumprir os requisitos da Táboa 8-1 (respectar a marxe de corrosión de 1 mm).
3. Brida
Ao usar unha brida estándar, débese prestar atención á brida e á xunta, e os elementos de fixación deben coincidir; se non, débese calcular a brida. Por exemplo, unha brida de soldadura plana tipo A estándar debe ter a súa xunta correspondente para unha xunta branda non metálica; cando se use unha xunta de enrolamento, débese recalcular a brida.
4. Placa de tubos
Cómpre prestar atención ás seguintes cuestións:
① Temperatura de deseño da placa tubular: De acordo coas disposicións de GB150 e GB/T151, non se debe tomar unha temperatura inferior á do metal do compoñente, pero no cálculo da placa tubular non se pode garantir que a carcasa do tubo funcione como medio de proceso, e a temperatura do metal da placa tubular é difícil de calcular, xeralmente tómase no lado superior da temperatura de deseño para a temperatura de deseño da placa tubular.
② Intercambiador de calor multitubular: no rango da área da tubaxe, debido á necesidade de configurar a ranura espaciadora e a estrutura da varilla de acoplamento e non foi soportado pola área do intercambiador de calor Anuncio: fórmula GB/T151.
③O grosor efectivo da placa tubular
O grosor efectivo da placa tubular refírese á separación do rango de tubos da parte inferior do grosor da ranura do mamparo da placa tubular menos a suma das dúas cousas seguintes
a, marxe de corrosión da tubaxe máis alá da profundidade da profundidade da parte da ranura de partición da gama da tubaxe
b, marxe de corrosión do programa de cuncha e placa tubular no lado do programa de cuncha da estrutura da profundidade da ranura das dúas plantas máis grandes
5. Xuntas de expansión colocadas
No intercambiador de calor de placas e tubos fixos, debido á diferenza de temperatura entre o fluído no curso do tubo e o fluído do curso do tubo, e a conexión fixa entre o intercambiador de calor e a carcasa e a placa tubular, durante o uso existe unha diferenza de expansión entre a carcasa e o tubo, que sofre unha carga axial entre a carcasa e o tubo. Para evitar danos na carcasa e no intercambiador de calor, a desestabilización do intercambiador de calor ou a separación do tubo do intercambiador de calor da placa tubular, débense instalar xuntas de expansión para reducir a carga axial da carcasa e do intercambiador de calor.
Xeralmente, se a diferenza de temperatura entre a carcasa e a parede do intercambiador de calor é grande, débese ter en conta o axuste da xunta de expansión. No cálculo da placa tubular, segundo a diferenza de temperatura entre as distintas condicións comúns calculadas σt, σc e q, se unha delas non se cumpre os requisitos, é necesario aumentar a xunta de expansión.
σt - tensión axial do tubo do intercambiador de calor
σc - tensión axial do cilindro de proceso de casca
q--A conexión do tubo do intercambiador de calor e da placa tubular da forza de extracción
IV. Deseño estrutural
1. Caixa de tubos
(1) Lonxitude da caixa de tubos
a. Profundidade interior mínima
① para a abertura do único curso de tubo da caixa de tubos, a profundidade mínima no centro da abertura non debe ser inferior a 1/3 do diámetro interior do receptor;
② a profundidade interior e exterior da tubaxe debe garantir que a área mínima de circulación entre as dúas tubaxes non sexa inferior a 1,3 veces a área de circulación do tubo intercambiador de calor por tubaxe;
b, a profundidade interior máxima
Considere se é conveniente soldar e limpar as pezas internas, especialmente para o diámetro nominal do intercambiador de calor multitubular máis pequeno.
(2) Partición de programa separada
Grosor e disposición da partición segundo a táboa 6 e a figura 15 de GB151. Para unha grosor da partición superior a 10 mm, a superficie de selado debe recortarse a 10 mm; para o intercambiador de calor tubular, a partición debe colocarse no orificio de drenaxe (orificio de drenaxe); o diámetro do orificio de drenaxe adoita ser de 6 mm.
2. Feixe de carcasa e tubos
①Nivel do feixe de tubos
Feixe de tubos de nivel Ⅰ e Ⅱ, só para aceiro ao carbono e tubos de intercambiador de calor de aceiro de baixa aliaxe segundo os estándares domésticos, aínda existen "nivel superior" e "nivel ordinario" desenvolvidos. Unha vez que se pode usar o tubo de intercambiador de calor doméstico, non é necesario dividir o feixe de tubos de intercambiador de calor de aceiro ao carbono e aceiro de baixa aliaxe en niveis Ⅰ e Ⅱ!
A diferenza entre o feixe de tubos Ⅰ e Ⅱ reside principalmente no diámetro exterior do tubo do intercambiador de calor, a desviación do grosor da parede e o tamaño e a desviación do orificio correspondentes.
Feixe de tubos de grao Ⅰ con requisitos de maior precisión, para tubos de intercambiador de calor de aceiro inoxidable, só feixe de tubos Ⅰ; para o tubo de intercambiador de calor de aceiro carbono de uso común
② Placa tubular
a, desviación do tamaño do orificio do tubo
Observe a diferenza entre o feixe de tubos de nivel Ⅰ e Ⅱ
b, a ranura de partición do programa
A profundidade da ranura Ⅰ xeralmente non é inferior a 4 mm
Ⅱ Anchura da ranura de partición do subprograma: aceiro carbono 12 mm; aceiro inoxidable 11 mm
O biselado da esquina da ranura de partición do rango de minutos é xeralmente de 45 graos, a anchura de biselado b é aproximadamente igual ao radio R da esquina da xunta do rango de minutos.
③Placa plegable
a. Tamaño do orificio da tubaxe: diferenciado por nivel do feixe
b, altura da muesca da placa de pregamento de arco
A altura da muesca debe ser tal que o fluído a través do oco cun caudal a través do feixe de tubos similar á altura da muesca, xeralmente tómase de 0,20 a 0,45 veces o diámetro interior da esquina redondeada; a muesca xeralmente córtase na fila de tubos por debaixo da liña central ou córtase en dúas filas de orificios de tubos entre a pequena ponte (para facilitar a comodidade de usar un tubo).
c. Orientación da muesca
Fluído limpo unidireccional, disposición de entalladuras cara arriba e cara abaixo;
Gas que contén unha pequena cantidade de líquido, corte cara arriba na parte máis baixa da placa plegable para abrir o porto de líquido;
Líquido que contén unha pequena cantidade de gas, faga unha muesca cara á parte máis alta da placa plegable para abrir o porto de ventilación
Coexistencia gas-líquido ou o líquido contén materiais sólidos, arranxo de muescas á esquerda e á dereita e apertura do porto de líquido no lugar máis baixo
d. Espesor mínimo da placa pregable; luz máxima sen apoio
e. As placas pregables en ambos extremos do feixe de tubos están o máis preto posible dos receptores de entrada e saída da carcasa.
④Tirante
a, o diámetro e o número de tirantes
Diámetro e número segundo a selección da Táboa 6-32 e 6-33, para garantir que se poida cambiar un diámetro e número de tirantes maiores ou iguais á área da sección transversal da varilla de acoplamento indicada na Táboa 6-33, pero o seu diámetro non debe ser inferior a 10 mm e o número non debe ser inferior a catro.
b, a varilla de acoplamento debe estar disposta o máis uniformemente posible no bordo exterior do feixe de tubos, para intercambiadores de calor de gran diámetro, na zona do tubo ou preto do espazo da placa de pregamento debe estar disposta nun número axeitado de varillas de acoplamento, calquera placa de pregamento debe ter non menos de 3 puntos de apoio
c. Porca da varilla de acoplamento, algúns usuarios requiren o seguinte: soldadura por porca e placa plegable
⑤ Placa antidesgaste
a. A configuración da placa anti-enxágüe serve para reducir a distribución desigual do fluído e a erosión do extremo do tubo do intercambiador de calor.
b. Método de fixación da placa antidesgaste
Na medida do posible fixada no tubo de paso fixo ou preto da placa tubular da primeira placa plegable, cando a entrada da cuncha estea situada na vara non fixa no lateral da placa tubular, a placa antirretorno pódese soldar ao corpo do cilindro
(6) Colocación de xuntas de expansión
a. Situado entre os dous lados da placa plegable
Para reducir a resistencia ao fluído da xunta de expansión, se é necesario, na xunta de expansión do interior dun tubo de revestimento, o tubo de revestimento debe soldarse á carcasa na dirección do fluxo de fluído; para intercambiadores de calor verticais, cando o fluxo de fluído sexa cara arriba, debe colocarse no extremo inferior dos orificios de descarga do tubo de revestimento.
b. Xuntas de expansión do dispositivo de protección para evitar que o equipo no proceso de transporte ou o uso de tirar do malo
(vii) a conexión entre a placa tubular e a carcasa
a. A extensión serve tamén como brida
b. Placa de tubo sen brida (GB151 Apéndice G)
3. Brida do tubo:
① Para unha temperatura de deseño superior ou igual a 300 graos, débese usar unha brida a tope.
② para o intercambiador de calor non se pode usar para tomar o control da interface para ceder e descargar, debe establecerse no tubo, o punto máis alto do curso da carcasa do purgador, o punto máis baixo da porta de descarga, o diámetro nominal mínimo de 20 mm.
③ Pódese configurar un intercambiador de calor vertical cunha porta de desbordamento.
4. Apoio: especies GB151 segundo as disposicións do artigo 5.20.
5. Outros accesorios
① Uñas de elevación
A caixa oficial de calidade superior a 30 kg e a tapa da caixa de tubos deben ter orificios axustados.
② cable superior
Para facilitar o desmontaxe da caixa de tubos, a tapa da caixa de tubos debe colocarse na placa oficial, no cable superior da tapa da caixa de tubos.
V. Fabricación e requisitos de inspección
1. Placa de tubos
① Unións a tope de placa tubular empalmadas para inspección de raios ao 100 % ou UT, nivel cualificado: RT: Ⅱ UT: Ⅰ nivel;
② Ademais do aceiro inoxidable, a placa de tubos empalmados recibe tratamento térmico de alivio de tensión;
③ Desviación da anchura da ponte do orificio da placa tubular: segundo a fórmula para calcular a anchura da ponte do orificio: B = (S - d) - D1
Largura mínima da ponte do burato: B = 1/2 (S - d) + C;
2. Tratamento térmico da caixa de tubos:
Aceiro ao carbono, aceiro de baixa aliaxe soldado cunha partición de rango dividido da caixa de tubos, así como a caixa de tubos das aberturas laterais máis de 1/3 do diámetro interior da caixa de tubos do cilindro, na aplicación de soldadura para o tratamento térmico de alivio de tensión, a superficie de selado da brida e da partición debe procesarse despois do tratamento térmico.
3. Proba de presión
Cando a presión de deseño do proceso da carcasa é inferior á presión do proceso do tubo, para comprobar a calidade das conexións do tubo do intercambiador de calor e da placa tubular
① Programa de presión da carcasa para aumentar a presión de proba co programa de tubaxes de acordo coa proba hidráulica, para comprobar se hai fugas nas unións das tubaxes. (Non obstante, é necesario garantir que a tensión da película primaria da carcasa durante a proba hidráulica sexa ≤0,9 ReLΦ)
② Cando o método anterior non sexa axeitado, a carcasa pode someterse a unha proba hidrostática segundo a presión orixinal despois de pasar por ela e, a continuación, a carcasa a unha proba de fugas de amoníaco ou a unha proba de fugas de halóxenos.
VI. Algúns problemas que cómpre sinalar nos gráficos
1. Indicar o nivel do feixe de tubos
2. O tubo do intercambiador de calor debe ter o número de etiquetaxe escrito
3. Liña de contorno da tubaxe da placa tubular fóra da liña sólida grosa pechada
4. Os debuxos de montaxe deben etiquetarse coa orientación da fenda da placa de pregamento
5. Os orificios de descarga estándar das xuntas de expansión, os orificios de escape nas xuntas dos tubos e os tapóns dos tubos deben estar fóra da imaxe.
Data de publicación: 11 de outubro de 2023