Новости — Идеи проектирования теплообменников и связанные с ними знания

I. Классификация теплообменников:

По конструктивным характеристикам кожухотрубчатые теплообменники можно разделить на следующие две категории.

1. Жесткая конструкция кожухотрубчатого теплообменника: этот тип теплообменника представляет собой фиксированную трубчато-пластинчатую конструкцию, обычно подразделяющуюся на однотрубные и многотрубные. Преимуществами теплообменника являются простота и компактность конструкции, низкая стоимость и широкое применение. Недостатком является невозможность механической очистки труб.

2. Кожухотрубчатый теплообменник с устройством температурной компенсации: обеспечивает свободное расширение нагреваемой части. По структуре теплообменник можно разделить на:

1. Теплообменник с плавающей головкой: этот теплообменник может свободно расширяться на одном конце трубной доски, так называемая «плавающая головка». В этом случае разница температур между стенками труб и кожуха велика, и пространство между трубным пучком часто очищается. Однако его конструкция сложнее, а затраты на обработку и изготовление выше.

2. U-образный трубчатый теплообменник: имеет только одну трубную пластину, что позволяет трубе свободно расширяться и сжиматься при нагревании или охлаждении. Конструкция этого теплообменника проста, но изготовление изгиба требует больших трудозатрат. Кроме того, труба должна иметь определенный радиус изгиба, что снижает эффективность использования трубной пластины, затрудняет механическую очистку труб и затрудняет их замену. Поэтому необходимо обеспечить чистоту жидкости, проходящей через трубки. Этот теплообменник может использоваться в условиях больших перепадов температур, высоких температур и давлений.

3. Теплообменник с коробчатым уплотнением: имеет два типа. Один из них находится в трубной пластине, на конце каждой трубы имеется отдельное уплотнительное кольцо, обеспечивающее свободное расширение и сжатие трубы. При небольшом количестве труб в теплообменнике эта конструкция имеет большее расстояние между трубами, чем в обычном теплообменнике, и имеет сложную конструкцию. Другой тип представляет собой плавающую конструкцию, расположенную на одном конце трубы и кожуха, в месте плавания которой используется цельное уплотнительное кольцо. Конструкция проще, но ее сложно использовать в условиях большого диаметра и высокого давления. Теплообменники с коробчатым уплотнением в настоящее время используются редко.

II. Обзор проектных условий:

1. При проектировании теплообменника пользователь должен обеспечить следующие расчетные условия (параметры процесса):

① труба, оболочка программы рабочее давление (как одно из условий для определения, должно ли быть обеспечено оборудование по классу)

② рабочая температура программы трубки, оболочки (вход/выход)

3) температура металлической стенки (рассчитывается в процессе (предоставляется пользователем))

④Название и характеристики материала

⑤Запас по коррозии

⑥Количество программ

⑦ область теплопередачи

⑧ характеристики труб теплообменника, расположение (треугольное или квадратное)

⑨ складная пластина или номер опорной пластины

⑩ изоляционный материал и толщина (для определения высоты выступания посадочного места таблички)

(11) Краска.

Ⅰ. Если у пользователя есть особые требования, пользователь должен указать бренд, цвет

Ⅱ. У пользователей нет особых требований, дизайнеры сами выбрали

2. Несколько ключевых условий проектирования

① Рабочее давление: оно должно быть указано как одно из условий определения классификации оборудования.

2. Характеристики материала: если пользователь не указывает название материала, необходимо указать степень токсичности материала.

Поскольку токсичность среды связана с неразрушающим контролем оборудования, термической обработкой, уровнем поковок для оборудования высшего класса, а также связана с разделением оборудования:

а, GB150 10.8.2.1 (f) чертежи указывают, что в контейнере содержится чрезвычайно опасная или высокоопасная среда с токсичностью 100% РТ.

б, чертежи 10.4.1.3 показывают, что контейнеры, содержащие чрезвычайно опасные или высокоопасные по токсичности среды, должны подвергаться послесварочной термической обработке (сварные соединения из аустенитной нержавеющей стали могут не подвергаться термической обработке)

c. Поковки. Использование материалов средней токсичности для поковок повышенной или высокой опасности должно соответствовать требованиям класса III или IV.

③ Технические характеристики труб:

Обычно используемая углеродистая сталь 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 между трубками теплообменника следует использовать квадратное расположение.

1. Расчетное давление, расчетная температура, коэффициент сварного соединения

2. Диаметр: Ду < 400 цилиндр, использование стальной трубы.

Цилиндр DN ≥ 400, с использованием прокатанной стальной пластины.

16-дюймовая стальная труба ------ обсудить с пользователем использование прокатной стальной пластины.

3. Схема расположения:

В зависимости от площади теплопередачи и технических характеристик теплообменных трубок начертить схему расположения для определения количества теплообменных трубок.

Если пользователь предоставит схему трубопровода, а также проверит, находится ли трубопровод в пределах окружности ограничения трубопровода.

★Принцип прокладки труб:

(1) в окружности ограничения трубопровода должен быть заполнен трубой.

② количество многоходовых труб должно стараться уравнять количество ходов.

③ Трубки теплообменника должны быть расположены симметрично.

4. Материал

Если трубная пластина имеет выпуклый заплечик и соединена с цилиндром (или головкой), следует использовать ковку. В связи с использованием такой конструкции трубные пластины обычно используются в условиях высокого давления, воспламеняемости, взрывоопасности и токсичности, в экстремальных и высокоопасных условиях. Чем выше требования к трубной пластине, тем толще она должна быть. Чтобы избежать образования шлака и расслоения на выпуклом заплечике, а также улучшить условия напряжений в волокнах выпуклого заплечика, сократить объем обработки и сэкономить материалы, выпуклый заплечик и трубная пластина непосредственно выковываются из общей поковки для изготовления трубной пластины.

5. Соединение теплообменника и трубной доски

Соединение труб в трубной решетке является важнейшей частью конструкции кожухотрубчатого теплообменника. Оно не только выдерживает рабочую нагрузку, но и должно обеспечивать герметичность каждого соединения в процессе эксплуатации оборудования, обеспечивая герметичность и выдерживание рабочего давления.

Соединение труб и трубных досок осуществляется в основном тремя способами: а) расширением; б) сваркой; в) сваркой расширением.

Расширение кожуха и трубы в результате утечки среды не приведет к неблагоприятным последствиям ситуации, особенно если свариваемость материала плохая (например, теплообменная труба из углеродистой стали), а рабочая нагрузка на завод-изготовитель слишком велика.

Из-за расширения конца трубы при пластической деформации при сварке возникает остаточное напряжение, с повышением температуры остаточное напряжение постепенно исчезает, так что роль герметизации и склеивания конца трубы снижается, поэтому расширение конструкции по ограничениям давления и температуры, как правило, применимо к расчетному давлению ≤ 4 МПа, расчетной температуре ≤ 300 градусов, а в процессе эксплуатации отсутствуют сильные вибрации, чрезмерные изменения температуры и значительная коррозия под напряжением.

Сварное соединение отличается простотой изготовления, высокой эффективностью и надёжностью. Благодаря сварке труба и трубная пластина играют важнейшую роль в увеличении срока службы, а также снижает требования к обработке отверстий, экономит время обработки, удобен в обслуживании и имеет другие преимущества, поэтому его следует использовать в первую очередь.

Кроме того, при очень высокой токсичности среды, среда и атмосфера смешиваются, что может привести к взрыву, радиоактивности или смешению материалов внутри и снаружи трубы, что может оказать негативное воздействие. Для обеспечения герметичности соединений часто используют сварку. Несмотря на множество преимуществ, сварка не позволяет полностью избежать «щелевой коррозии» и коррозии под напряжением в сварных узлах, а также между тонкой стенкой трубы и толстым листом трубы сложно получить надёжный сварной шов.

Сварка может работать при более высоких температурах, чем развальцовка, но под действием циклических напряжений высокой температуры сварной шов очень подвержен образованию усталостных трещин, зазоров между трубами и отверстиями труб, а также воздействию коррозионных сред, что ускоряет разрушение соединения. Поэтому сварка и развальцовка применяются одновременно. Это не только повышает усталостную прочность соединения, но и снижает склонность к щелевой коррозии, что значительно увеличивает срок его службы по сравнению с использованием только сварки.

В каких случаях и каким методам подходит сварка и компенсаторы, единого стандарта не существует. Обычно, когда температура не слишком высокая, но давление очень высокое или среда легко поддаётся утечке, используется силовой компенсатор и герметизирующий шов (герметизирующий шов подразумевает просто предотвращение утечки и выполнение сварного шва, но не гарантирует его прочность).

При очень высоких давлении и температуре применяется сварка с расширением паяльной пасты (сварка с высокой прочностью обеспечивает прочность даже при плотном сварном шве, но также обеспечивает высокую прочность соединения на разрыв, обычно равную прочности сварного шва и прочности трубы при осевой нагрузке во время сварки). Роль расширения заключается, главным образом, в устранении щелевой коррозии и повышении усталостной прочности сварного шва. Конкретные структурные размеры определены стандартом (GB/T151), поэтому мы не будем подробно останавливаться на них здесь.

Требования к шероховатости поверхности отверстий труб:

а, при сварке труб теплообменника и трубной доски значение шероховатости поверхности трубы Ra не превышает 35мкМ.

б) однотрубное теплообменное соединение с компенсационным соединением труб и трубной пластины, значение шероховатости поверхности отверстия трубы Ra не должно превышать 12,5 мкм, поверхность отверстия трубы не должна оказывать влияние на герметичность расширения из-за дефектов, таких как продольные или спиральные задиры.

III. Проектный расчет

1. Расчет толщины стенки оболочки (включая короткую секцию трубной коробки, головку, программу расчета толщины стенки цилиндра оболочки) толщина стенки трубы, программы расчета толщины цилиндра оболочки должна соответствовать минимальной толщине стенки в GB151, для углеродистой стали и низколегированной стали минимальная толщина стенки определяется из расчета запаса на коррозию C2 = 1 мм; в случае, если C2 больше 1 мм, минимальная толщина стенки оболочки должна быть соответственно увеличена.

2. Расчет арматуры открытого отверстия

Для оболочки, использующей систему стальных труб, рекомендуется использовать полное армирование (увеличить толщину стенки цилиндра или использовать толстостенную трубу); для более толстой трубной коробки на большом отверстии, чтобы учесть общую экономию.

Ни одно другое армирование не должно отвечать требованиям нескольких пунктов:

① расчетное давление ≤ 2,5 МПа;

② Расстояние между центрами двух соседних отверстий должно быть не менее двойной суммы диаметров двух отверстий;

③ Номинальный диаметр ствольной коробки ≤ 89 мм;

4. Минимальная толщина стенки должна соответствовать требованиям Таблицы 8-1 (запас на коррозию должен составлять 1 мм).

3. Фланец

При использовании стандартного фланца необходимо обращать внимание на соответствие фланца и прокладки, а также на соответствие крепежных деталей. В противном случае необходимо произвести расчет фланца. Например, плоский приварной фланец типа А в стандарте с соответствующей прокладкой используется для неметаллической мягкой прокладки; при использовании обмотки прокладки необходимо произвести перерасчет фланца.

4. Трубная пластина

Необходимо обратить внимание на следующие вопросы:

① Расчетная температура трубной доски: Согласно положениям GB150 и GB/T151, следует принимать температуру не ниже температуры металла компонента, но при расчете трубной доски нельзя гарантировать, что оболочка трубы будет выполнять роль технологической среды, а температуру металла трубной доски трудно рассчитать, обычно за расчетную температуру трубной доски принимают более высокую сторону расчетной температуры.

2. Многотрубный теплообменник: в зоне трубопровода из-за необходимости установки канавки распорки и конструкции стяжных стержней, а также из-за отсутствия поддержки со стороны зоны теплообменника Ad: формула GB/T151.

③Эффективная толщина трубной доски

Эффективная толщина трубной доски определяется как расстояние между трубами и толщиной нижней части канавки переборки трубной доски за вычетом суммы следующих двух величин:

а, граница коррозии трубы за пределами глубины разделительной канавки трубного ряда

б, запас по коррозии в рамках программы оболочки и трубная пластина в рамках программы оболочки, глубина канавки двух крупнейших заводов

5. Комплект деформационных швов

В неподвижном трубчато-пластинчатом теплообменнике, из-за разницы температур между жидкостью в трубном потоке и жидкостью в трубном потоке, а также из-за жесткого соединения теплообменника с кожухотрубной доской, при эксплуатации возникает разница в расширении между кожухом и трубой, что приводит к осевой нагрузке на кожух и трубу. Во избежание повреждения кожуха и теплообменника, потери устойчивости теплообменника и отрыва трубы от трубной доски, необходимо установить компенсаторы для снижения осевой нагрузки на кожух и теплообменник.

Обычно разница температур между кожухом и стенкой теплообменника большая, необходимо рассмотреть установку компенсатора, при расчете трубной доски в соответствии с разницей температур между различными общими условиями, рассчитанными σt, σc, q, одно из которых не соответствует требованиям, необходимо увеличить компенсатор.

σt - осевое напряжение трубы теплообменника

σc - осевое напряжение цилиндра оболочки

q--Сила отрыва соединения труб теплообменника и трубной пластины

IV. Проектирование конструкций

1. Трубная коробка

(1) Длина трубной коробки

а. Минимальная внутренняя глубина

① к отверстию однотрубного хода трубной коробки, минимальная глубина в центре отверстия должна быть не менее 1/3 внутреннего диаметра приемника;

② внутренняя и внешняя глубина ряда труб должна обеспечивать, чтобы минимальная площадь циркуляции между двумя рядами была не менее 1,3 площади циркуляции трубы теплообменника на ряд;

б, максимальная внутренняя глубина

Подумайте, удобно ли сваривать и зачищать внутренние детали, особенно для номинального диаметра меньшего многотрубного теплообменника.

(2) Отдельный программный раздел

Толщина и расположение перегородки согласно GB151, таблица 6 и рисунок 15, для толщины перегородки более 10 мм уплотнительная поверхность должна быть обрезана до 10 мм; для трубчатого теплообменника перегородка должна быть установлена на отрывном отверстии (сливном отверстии), диаметр сливного отверстия обычно составляет 6 мм.

2. Кожухотрубный пучок

①Уровень трубного пучка

Трубные пучки уровней I и II предназначены только для внутренних стандартов теплообменников из углеродистой и низколегированной стали. Существуют также стандарты «высшего» и «обычного» уровня. Поскольку трубы отечественного теплообменника могут использоваться для труб «высшего» уровня, углеродистой и низколегированной стали, нет необходимости делить трубные пучки теплообменников на уровни I и II!

Ⅰ, Ⅱ трубные пучки отличаются в основном наружным диаметром труб теплообменника, отклонение толщины стенки различно, соответствующий размер отверстия и отклонение различны.

Трубный пучок класса Ⅰ с повышенными требованиями к точности, для труб теплообменника из нержавеющей стали, только трубный пучок Ⅰ; для широко используемых труб теплообменника из углеродистой стали

② Трубная пластина

а, отклонение размера отверстия трубки

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

б, канавка раздела программы

Ⅰ глубина паза обычно не менее 4 мм

Ⅱ ширина щели раздела подпрограммы: углеродистая сталь 12 мм; нержавеющая сталь 11 мм

Снятие фаски на углу паза перегородки минутного диапазона Ⅲ обычно составляет 45 градусов, ширина снятия фаски b приблизительно равна радиусу R угла прокладки минутного диапазона.

③Складная пластина

а. Размер отверстия трубы: различается в зависимости от уровня пучка

б, высота выреза носовой складной пластины

Высота надреза должна быть такой, чтобы жидкость через зазор проходила с расходом по трубному пучку, аналогичным высоте надреза, обычно принимаемой 0,20-0,45 внутреннего диаметра скругленного угла, надрез, как правило, вырезают в ряду труб ниже центральной линии или вырезают в двух рядах отверстий для труб между небольшой перемычкой (для облегчения надевания трубы).

c. Ориентация выемки

Односторонняя чистая жидкость, расположение выемок вверх и вниз;

Если в газе содержится небольшое количество жидкости, сделайте надрез вверх по направлению к нижней части складной пластины, чтобы открыть отверстие для жидкости;

Жидкость, содержащая небольшое количество газа, надрежьте вниз по направлению к самой высокой части складной пластины, чтобы открыть вентиляционное отверстие.

Сосуществование газа и жидкости или наличие в жидкости твердых частиц, расположение выемок слева и справа и открытие отверстия для жидкости в самом нижнем месте

г. Минимальная толщина складной пластины; максимальный свободный пролет

е. Откидные пластины на обоих концах трубного пучка располагаются максимально близко к входному и выходному отверстиям кожуха.

④Рулевая тяга

а, диаметр и количество стяжек

Диаметр и количество в соответствии с таблицей 6-32, 6-33 выбираются таким образом, чтобы обеспечить большую или равную площадь поперечного сечения тяги, указанную в таблице 6-33, при условии, что диаметр и количество тяг могут быть изменены, но их диаметр не должен быть меньше 10 мм, а количество не менее четырех.

б) стяжные тяги должны быть расположены как можно более равномерно по внешнему краю трубного пучка, для теплообменника большого диаметра в зоне труб или вблизи зазора складной пластины должно быть расположено соответствующее количество стяжных тяг, любая складная пластина должна иметь не менее 3 точек опоры

c. Гайка стяжной шпильки, некоторым пользователям требуется следующая сварка: гайка и складная пластина

⑤ Противосмывная пластина

а. Установка противосливной пластины предназначена для уменьшения неравномерного распределения жидкости и эрозии конца трубки теплообменника.

б. Способ крепления противосмывающейся пластины

Если входное отверстие оболочки расположено в незакрепленном стержне со стороны трубной доски, то, насколько это возможно, фиксируемая в трубке с фиксированным шагом или вблизи трубной доски первой складывающейся пластины, противозадирная пластина может быть приварена к корпусу цилиндра.

(6) Установка деформационных швов

а. Расположен между двумя сторонами складной пластины.

Для уменьшения гидравлического сопротивления компенсатора, при необходимости, в компенсаторе на внутренней стороне трубы-вкладыша, труба-вкладыш должна быть приварена к корпусу по направлению потока жидкости, для вертикальных теплообменников, когда направление потока жидкости вверх, следует установить в нижнем конце трубы-вкладыша выпускные отверстия.

б) Компенсаторы деформации защитного устройства, препятствующие вытягиванию оборудования в процессе транспортировки или использования

(vii) соединение между трубной пластиной и кожухом

а. Удлинитель также выполняет функцию фланца.

б. Трубная пластина без фланца (GB151 Приложение G)

3. Фланец трубы:

① При расчетной температуре выше или равной 300 градусам следует использовать стыковой фланец.

2. Для теплообменника, который не может быть использован для захвата интерфейса для сдачи и выпуска, он должен быть установлен в трубе, самая высокая точка курса корпуса воздухоотводчика, самая низкая точка выпускного отверстия, минимальный номинальный диаметр 20 мм.

③ Вертикальный теплообменник может быть оснащен переливным отверстием.

4. Поддержка: виды GB151 в соответствии с положениями статьи 5.20.

5. Другие аксессуары

① Подъемные проушины

Качество более 30 кг, официальная коробка и крышка трубной коробки должны быть оснащены выступами.

② верхний провод

Для облегчения демонтажа трубной коробки, крышка трубной коробки, должна быть установлена в официальной плате, верхний провод крышки трубной коробки.

V. Требования к производству и контролю

1. Трубная пластина

① стыковые соединения трубных досок для 100% рентгеновского контроля или УЗК, квалифицированный уровень: РТ: Ⅱ УЗК: Ⅰ уровень;

② В дополнение к термообработке для снятия напряжений на стыковых трубных пластинах из нержавеющей стали;

3) Отклонение ширины перемычки отверстия трубной доски: по формуле расчета ширины перемычки отверстия: B = (S - d) - D1

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

2. Термическая обработка трубной коробки:

Из углеродистой стали, низколегированной стали, свариваемой с разъемной перегородкой трубной коробки, а также трубной коробки боковых отверстий, имеющих более 1/3 внутреннего диаметра цилиндрической трубной коробки, при применении сварки для снятия напряжений следует проводить термическую обработку, фланцевые и перегородочные уплотнительные поверхности следует обрабатывать после термической обработки.

3. Испытание под давлением

Когда расчетное давление процесса в оболочке ниже давления процесса в трубах, для проверки качества соединений труб теплообменника и трубных досок

① Программа испытаний оболочки для повышения испытательного давления с программой испытаний труб в соответствии с гидравлическим испытанием, чтобы проверить наличие утечек в трубных соединениях. (Однако необходимо убедиться, что первичное напряжение пленки оболочки во время гидравлического испытания составляет ≤0,9ReLΦ)

② Если вышеуказанный метод не подходит, оболочку можно подвергнуть гидростатическому испытанию в соответствии с исходным давлением после прохождения, а затем оболочку можно подвергнуть испытанию на утечку аммиака или испытание на утечку галогена.