Новости - Идеи проектирования теплообменников и соответствующая информация.

I. Классификация теплообменников:

В зависимости от конструктивных характеристик кожухотрубные теплообменники можно разделить на две следующие категории.

1. Жесткая конструкция кожухотрубного теплообменника: этот теплообменник представляет собой конструкцию с неподвижными трубками и пластинами, обычно делится на однотрубный и многотрубный типы. Его преимуществами являются простая и компактная конструкция, низкая стоимость и широкое применение; недостатком является невозможность механической очистки трубок.

2. Кожухотрубный теплообменник с устройством температурной компенсации: он обеспечивает свободное расширение нагреваемой части. Конструкция может быть разделена на следующие типы:

① Теплообменник с плавающей головкой: этот теплообменник может свободно расширяться на одном конце трубной пластины, так называемая «плавающая головка». Он применяется в случаях, когда разница температур между стенками труб и кожухом велика, и пространство между трубным пучком часто необходимо очищать. Однако его конструкция более сложная, а затраты на обработку и изготовление выше.

② Теплообменник U-образной формы: он имеет только одну трубную пластину, поэтому труба может свободно расширяться и сжиматься при нагреве или охлаждении. Конструкция этого теплообменника проста, но изготовление изгибов требует больших трудозатрат, а поскольку труба должна иметь определенный радиус изгиба, использование трубной пластины ограничено, механическая очистка труб затруднена, а замена труб – непроста, поэтому необходимо, чтобы через трубы проходила чистая жидкость. Этот теплообменник может использоваться в условиях больших перепадов температуры, высоких температур или высокого давления.

③ Теплообменник с сальниковым уплотнением: существует два варианта. Первый – с отдельным уплотнением на конце каждой трубки, обеспечивающим свободное расширение и сжатие трубки. Раньше, когда количество трубок в теплообменнике было очень малым, этот тип конструкции использовался, но расстояние между трубками было большим, что усложняло конструкцию теплообменника. Второй вариант – с плавающей конструкцией на одном конце трубки и кожухе. В плавающей части используется полное уплотнение. Конструкция проще, но этот тип теплообменника неудобен в случае больших диаметров и высокого давления. В настоящее время теплообменники с сальниковым уплотнением используются редко.

II. Обзор проектных условий:

1. При проектировании теплообменника пользователь должен предоставить следующие проектные условия (технологические параметры):

① Рабочее давление в трубах и кожухе (как одно из условий, определяющих класс оборудования, обязательное для обеспечения соответствия классу).

② трубка, рабочая температура корпуса (вход/выход)

③ Температура металлической стенки (рассчитывается технологическим процессом (предоставляется пользователем))

④Наименование и характеристики материала

⑤Запас прочности при коррозии

⑥Количество программ

⑦ площадь теплопередачи

⑧ Технические характеристики труб теплообменника, их расположение (треугольное или квадратное)

⑨ складная пластина или количество опорных пластин

⑩ Материал и толщина изоляции (для определения высоты выступания таблички с названием модели)

(11) Краска.

I. Если у пользователя есть особые требования, он должен указать марку и цвет.

II. У пользователей нет особых требований, дизайнеры выбрали их сами.

2. Несколько ключевых условий проектирования

① Рабочее давление: это одно из условий определения классификации оборудования, которое должно быть указано.

② Характеристики материала: если пользователь не указывает название материала, он должен указать степень его токсичности.

Поскольку токсичность среды связана с неразрушающим контролем оборудования, термообработкой, уровнем поковки для оборудования высшего класса, а также с классификацией оборудования:

а) На чертежах GB150 10.8.2.1 (f) указано, что контейнер, содержащий чрезвычайно опасную или высокоопасную среду с токсичностью 100% при комнатной температуре.

b, 10.4.1.3 На чертежах указано, что контейнеры, содержащие чрезвычайно опасные или высокотоксичные среды, должны подвергаться термической обработке после сварки (сварные соединения из аустенитной нержавеющей стали могут не подвергаться термической обработке).

c. Поковки. При использовании материалов средней токсичности для особо опасных или крайне вредных поковок следует применять материалы класса III или IV.

③ Технические характеристики труб:

Наиболее часто используемые углеродистые стали: φ19×2, φ25×2.5, φ32×3, φ38×5.

Нержавеющая сталь φ19×2, φ25×2, φ32×2.5, φ38×2.5

Расположение трубок теплообменника: треугольник, угловой треугольник, квадрат, угловой квадрат.

★ При необходимости механической очистки труб теплообменника следует использовать квадратное расположение трубок.

1. Расчетное давление, расчетная температура, коэффициент сварного шва

2. Диаметр: цилиндр DN < 400, используется стальная труба.

Цилиндр диаметром DN ≥ 400, изготовленный из прокатанной стальной пластины.

Стальная труба диаметром 16 дюймов ------ с пользователем для обсуждения использования прокатанной стальной пластины.

3. Схема компоновки:

В соответствии с площадью теплопередачи и техническими характеристиками теплопередающих труб необходимо составить схему расположения, чтобы определить количество теплопередающих труб.

Если пользователь предоставляет схему трубопровода, необходимо также проверить, находится ли трубопровод в пределах допустимого круга.

★Принцип прокладки труб:

(1) в круге ограничения трубопровода должна быть заполнена труба.

② Количество многоходовых труб следует стараться выравнивать по числу ходов.

③ Трубки теплообменника должны быть расположены симметрично.

4. Материал

Когда трубная плита имеет выпуклый выступ и соединяется с цилиндром (или головкой), следует использовать ковку. Поскольку трубная плита с такой конструкцией обычно используется в условиях высокого давления, воспламеняемости, взрывоопасности и токсичности, а также в экстремальных, крайне опасных ситуациях, к ней предъявляются более высокие требования, и, соответственно, она должна быть толще. Чтобы избежать образования шлака и расслоения на выпуклом выступе, улучшить условия напряженного состояния волокон на выпуклом выступе, сократить объем обработки и сэкономить материалы, выпуклый выступ и трубная плита изготавливаются методом прямой ковки из цельной заготовки.

5. Соединение теплообменника и трубной пластины.

В конструкции кожухотрубного теплообменника трубка в патрубке является важнейшей частью конструкции. Она не только обрабатывает рабочую нагрузку, но и должна обеспечивать герметичность каждого соединения в процессе работы оборудования, гарантируя, что среда не будет протекать и выдержит давление.

Соединение труб и трубных досок осуществляется тремя основными способами: а) компенсационная сварка; б) сварка; в) компенсационная сварка.

Расширение кожухотрубного теплообменника между просачивающейся средой не вызовет неблагоприятных последствий, особенно в случаях плохой свариваемости материала (например, труб теплообменника из углеродистой стали) и слишком большой загрузки производственного предприятия.

Из-за расширения торца трубы при пластической деформации в процессе сварки возникает остаточное напряжение, которое с повышением температуры постепенно исчезает, в результате чего функция уплотнения и склеивания торца трубы снижается. Поэтому расширение конструкции ограничено давлением и температурой, и обычно применяется при расчетном давлении ≤ 4 МПа и расчетной температуре ≤ 300 градусов, при этом в процессе эксплуатации отсутствуют сильные вибрации, чрезмерные перепады температуры и значительная коррозионная стойкость под напряжением.

Сварное соединение обладает преимуществами простоты изготовления, высокой эффективности и надежности. Благодаря сварке труба к трубной пластине имеет большую ценность, а также позволяет снизить требования к обработке отверстий в трубе, сэкономить время обработки, упростить техническое обслуживание и обладает другими преимуществами, поэтому его следует использовать в первую очередь.

Кроме того, при очень высокой токсичности среды, при смешивании среды и атмосферы легко происходит взрыв, среда становится радиоактивной, а смешивание материалов внутри и снаружи трубы оказывает неблагоприятное воздействие. Для обеспечения герметичности соединений часто используется метод сварки. Несмотря на множество преимуществ, сварка не позволяет полностью избежать «щелевой коррозии» и коррозии под напряжением в сварных узлах, а также затрудняет получение надежного сварного шва между тонкими стенками и толстыми листами трубы.

Метод сварки позволяет использовать более высокие температуры, чем метод компенсационной сварки, но под действием высокотемпературных циклических напряжений сварной шов очень восприимчив к усталостным трещинам, зазорам между трубой и трубным отверстием, а при воздействии коррозионных сред ускоряется разрушение соединения. Поэтому используется одновременное применение сварки и компенсационных швов. Это не только повышает усталостную прочность соединения, но и снижает склонность к щелевой коррозии, и, следовательно, срок его службы значительно увеличивается по сравнению с использованием только сварки.

Единого стандарта в отношении того, в каких случаях целесообразно использовать сварку и компенсационные швы, не существует. Обычно, когда температура не слишком высока, но давление очень высокое или среда очень легко протекает, используется усиленный компенсационный и герметизирующий шов (герметизирующий шов подразумевает лишь предотвращение протечек и выполнение сварки, но не гарантирует прочность).

При очень высоком давлении и температуре используется сварка с усилением прочности и расширение сварочной пасты (сварка с усилением прочности подразумевает не только высокую прочность сварного шва, но и обеспечение высокой прочности соединения на растяжение; обычно это означает, что прочность сварного шва равна прочности трубы под осевой нагрузкой при сварке). Роль расширения заключается главным образом в предотвращении щелевой коррозии и повышении усталостной стойкости сварного шва. Конкретные конструктивные размеры указаны в стандарте (GB/T151), здесь они подробно не рассматриваются.

Требования к шероховатости поверхности отверстий в трубах:

а) при сварке труб теплообменника и трубной пластины значение шероховатости поверхности труб Ra не превышает 35 мкм.

b) Соединение теплообменника с трубной пластиной с помощью расширительного элемента, при этом шероховатость поверхности трубных отверстий Ra не должна превышать 12,5 мкм. Поверхность трубных отверстий не должна иметь дефектов, влияющих на герметичность соединения, таких как продольные или спиральные насечки.

III. Расчеты конструкции

1. Расчет толщины стенки корпуса (включая короткий участок трубной коробки, головку, расчет толщины стенки цилиндра корпуса): толщина стенки трубы и цилиндра корпуса должна соответствовать минимальной толщине стенки, указанной в GB151. Для углеродистой и низколегированной стали минимальная толщина стенки определяется с учетом коррозионной стойкости C2 = 1 мм. В случае, если C2 больше 1 мм, минимальная толщина стенки корпуса должна быть соответственно увеличена.

2. Расчет армирования отверстий

Для оболочки, изготовленной из стальных труб, рекомендуется использовать полное усиление (увеличить толщину стенок цилиндра или использовать толстостенные трубы); при изготовлении коробчатых конструкций из более толстых труб с большими отверстиями следует учитывать общую экономичность.

Дополнительное усиление не должно соответствовать требованиям нескольких пунктов:

① Расчетное давление ≤ 2,5 МПа;

② Расстояние между центрами двух соседних отверстий должно быть не менее чем в два раза больше суммы диаметров этих двух отверстий;

③ Номинальный диаметр приемника ≤ 89 мм;

④ Минимальная толщина стенки должна соответствовать требованиям таблицы 8-1 (с запасом коррозионной стойкости 1 мм).

3. Фланец

При использовании стандартного фланца оборудования следует обращать внимание на соответствие фланца и прокладки, а также крепежных элементов; в противном случае необходимо произвести расчет размеров фланца. Например, для плоского сварного фланца типа А в стандарте используется неметаллическая мягкая прокладка; при использовании намоточной прокладки следует произвести перерасчет размеров фланца.

4. Трубная пластина

Необходимо обратить внимание на следующие моменты:

① Расчетная температура трубной пластины: В соответствии с положениями GB150 и GB/T151, ее следует принимать не ниже температуры металла компонента, однако при расчете расчетной температуры трубной пластины нельзя гарантировать влияние рабочей среды на оболочку трубки, а температуру металла трубной пластины сложно рассчитать, поэтому обычно расчетную температуру трубной пластины принимают завышенную.

② Многотрубный теплообменник: в пределах площади трубопровода, из-за необходимости создания распорной канавки и конструкции стяжного стержня, не может быть обеспечена поддержка за счет площади теплообменника. Ad: формула GB/T151.

③ Эффективная толщина трубной пластины

Эффективная толщина трубной пластины определяется как разница между толщиной нижней части канавки перегородки и диаметром трубы за вычетом суммы следующих двух величин.

а) зона коррозии трубы за пределами глубины канавки перегородки в трубном канале

b) зона коррозии корпуса и трубная пластина в конструкции корпуса со стороны корпуса, глубина канавки двух крупнейших установок.

5. Комплект деформационных швов

В теплообменнике с неподвижными трубками и пластинами, из-за разницы температур между жидкостью в трубном канале и жидкостью в нем, а также из-за жесткого соединения теплообменника и кожухотрубного теплообменника, в процессе эксплуатации возникает разница температур, вызванная тепловым расширением кожуха и труб, что приводит к осевой нагрузке на них. Для предотвращения повреждения кожуха и теплообменника, его дестабилизации и отрыва трубок от пластин теплообменника, следует устанавливать компенсаторы для снижения осевой нагрузки на кожух и теплообменник.

Как правило, в кожухе и стенках теплообменника разница температур велика, поэтому необходимо учитывать установку компенсаторов. При расчете трубной пластины, исходя из разницы температур между различными стандартными условиями, рассчитываются σt, σc, q. Если одно из этих значений не соответствует требованиям, необходимо увеличить размер компенсатора.

σt - осевое напряжение трубки теплообменника

σc - осевое напряжение цилиндра в процессе обработки оболочки

q — Сила отрыва при соединении трубок теплообменника и трубных пластин

IV. Проектирование конструкций

1. Трубная коробка

(1) Длина коробки для труб

а. Минимальная внутренняя глубина

① К отверстию однорядной трубы трубной коробки минимальная глубина в центре отверстия не должна быть меньше 1/3 внутреннего диаметра приемника;

② Внутренняя и внешняя глубина ряда труб должна обеспечивать, чтобы минимальная площадь циркуляции между двумя рядами составляла не менее 1,3 площади циркуляции теплообменной трубы на один ряд;

б) максимальная внутренняя глубина

Следует оценить целесообразность сварки и зачистки внутренних деталей, особенно с учетом номинального диаметра многотрубного теплообменника меньшего размера.

(2) Отдельный раздел программы

Толщина и расположение перегородки определяются согласно таблице 6 и рисунку 15 стандарта GB151. Для перегородки толщиной более 10 мм уплотнительную поверхность следует обрезать до 10 мм; для трубчатого теплообменника перегородка должна устанавливаться в дренажном отверстии (сливном отверстии), диаметр которого обычно составляет 6 мм.

2. Корпус трубчатого пучка

①Уровень пучка трубок

Трубные пучки I и II уровней предназначены только для теплообменников из углеродистой и низколегированной стали, соответствующих отечественным стандартам. Существуют также «более высокие» и «обычные» уровни. Поскольку в отечественных теплообменниках можно использовать трубы из стали «более высокого» уровня, нет необходимости разделять трубные пучки из углеродистой и низколегированной стали на I и II уровни!

Различия между трубными пучками I и II заключаются главным образом в наружном диаметре труб теплообменника, различном отклонении толщины стенки, а также различном размере и отклонении соответствующих отверстий.

Трубные пучки класса I, отвечающие более высоким требованиям к точности, предназначены только для теплообменников из нержавеющей стали; для теплообменников из углеродистой стали — для широко используемых теплообменников.

② Трубная пластина

а) отклонение размера отверстия в трубке

Обратите внимание на разницу между пучками труб I и II уровней.

б) канавка раздела программы

Глубина паза I обычно составляет не менее 4 мм.

Ширина паза для разделительной перегородки подпрограммы II: углеродистая сталь 12 мм; нержавеющая сталь 11 мм.

Угол фаски в пазу перегородки для минутного диапазона III обычно составляет 45 градусов, ширина фаски b приблизительно равна радиусу R угла прокладки минутного диапазона.

③Складная пластина

а. Размер отверстия в трубе: различается в зависимости от уровня пучка труб.

б) высота выемки на складной пластине дуги

Высота выемки должна быть такой, чтобы поток жидкости через зазор с расходом по трубному пучку, аналогичным высоте выемки, обычно составлял 0,20-0,45 от внутреннего диаметра закругленного угла; выемка обычно вырезается в ряду труб ниже центральной линии или в двух рядах отверстий между трубами с небольшим перемычкой (для облегчения износа трубы).

c. Ориентация выемки

Одностороннее движение чистой жидкости, механизм с регулировкой вверх и вниз;

Газ, содержащий небольшое количество жидкости, необходимо зазубрить вверх по направлению к нижней части откидной пластины, чтобы открыть отверстие для жидкости;

Жидкость, содержащая небольшое количество газа, надавите вниз к верхней части откидной пластины, чтобы открыть вентиляционное отверстие.

При сосуществовании газа и жидкости или при наличии в жидкости твердых материалов, предусмотрены вырезы слева и справа, а отверстие для жидкости расположено в самом нижнем месте.

d. Минимальная толщина складной пластины; максимальный пролет без опоры.

e. Складные пластины на обоих концах трубного пучка расположены как можно ближе к входному и выходному отверстиям кожуха.

④Тяга рулевого управления

а) диаметр и количество стяжных стержней

Диаметр и количество стяжных стержней определяются согласно таблицам 6-32 и 6-33, чтобы обеспечить возможность изменения диаметра и количества стяжных стержней в соответствии с площадью поперечного сечения, указанной в таблице 6-33, но при этом диаметр должен быть не менее 10 мм, а количество стержней — не менее четырех.

б) Стяжные стержни следует располагать как можно равномернее по внешнему краю трубного пучка; для теплообменников большого диаметра в области труб или вблизи зазора между гибочными пластинами следует разместить соответствующее количество стяжных стержней; каждая гибочная пластина должна иметь не менее 3 точек опоры.

c. Гайка рулевой тяги; некоторым пользователям требуется сварка гайки и складной пластины.

⑤ Защитная пластина от смыва

а. Конструкция противопромывной пластины предназначена для уменьшения неравномерного распределения жидкости и эрозии торца трубки теплообменника.

б. Способ крепления противовымывающей пластины

По возможности, при расположении входного отверстия корпуса в трубе с фиксированным шагом или вблизи трубной пластины первой складной пластины, противовзрывную пластину можно приварить к корпусу цилиндра, если она закреплена в трубе с фиксированным шагом или вблизи трубной пластины первой складной пластины, а также вблизи трубной пластины первого складного элемента.

(6) Установка деформационных швов

а. Расположен между двумя сторонами складной пластины.

Для уменьшения сопротивления жидкости в компенсаторе, при необходимости, внутри футеровочной трубы футеровочную трубу следует приваривать к корпусу в направлении потока жидкости; для вертикальных теплообменников, при направлении потока жидкости вверх, следует устанавливать выходные отверстия футеровочной трубы в нижнем конце.

б. Компенсационные швы защитного устройства для предотвращения повреждения оборудования в процессе транспортировки или использования в качестве неисправного элемента.

(vii) соединение между трубной пластиной и оболочкой

а. Удлинитель также служит фланцем.

б. Трубная пластина без фланца (GB151 Приложение G)

3. Фланец трубы:

① При расчетной температуре не ниже 300 градусов следует использовать стыковой фланец.

② Для теплообменника нельзя использовать переходник для отвода и сброса воздуха; его следует устанавливать в трубе, в самой высокой точке кожуха – в точке сброса воздуха, в самой низкой точке – в точке сброса воздуха, с минимальным номинальным диаметром 20 мм.

③ Вертикальный теплообменник может быть оснащен переливным патрубком.

4. Поддержка: 151 вид в соответствии с положениями статьи 5.20.

5. Другие аксессуары

① Подъемные проушины

Официальная коробка весом более 30 кг и крышка коробки для труб должны быть снабжены выступами.

② верхний провод

Для облегчения демонтажа коробки с трубами, крышку коробки следует установить на официальную доску, а верхнюю часть крышки коробки — на проволоку.

V. Требования к производству и контролю качества

1. Трубная пластина

① Соединения трубных пластин встык для 100% контроля лучевым или ультразвуковым контролем, квалификационный уровень: лучевой контроль: II, ультразвуковой контроль: I;

② Помимо нержавеющей стали, для снятия внутренних напряжений в пластинах соединительных труб проводится термообработка;

③ Отклонение ширины перемычки отверстия в трубчатой пластине: согласно формуле расчета ширины перемычки отверстия: B = (S - d) - D1

Минимальная ширина перемычки отверстия: B = 1/2 (S - d) + C;

2. Термообработка трубной коробки:

Углеродистая сталь, низколегированная сталь, свариваемая с разъемной перегородкой трубной коробки, а также трубная коробка с боковыми отверстиями, превышающими 1/3 внутреннего диаметра цилиндрической трубной коробки, при сварке должны подвергаться термообработке для снятия напряжений, а уплотнительные поверхности фланца и перегородки должны быть обработаны после термообработки.

3. Испытание давлением

Когда расчетное давление в кожухе ниже давления в трубах, необходимо проверить качество соединений труб теплообменника и трубных пластин.

① Для проверки герметичности соединений труб необходимо повысить давление в соответствии с программой испытаний корпуса и программой испытаний трубопровода. (Однако необходимо обеспечить, чтобы первичное пленочное напряжение корпуса во время гидравлических испытаний составляло ≤0,9ReLΦ)

② Если описанный выше метод неприменим, после прохождения испытания на гидростатическое давление можно провести испытание корпуса на герметичность при наличии исходного давления, а затем – испытание на утечку аммиака или галогенов.