Новости - Идеи проектирования теплообменников и сопутствующие знания

I. Классификация теплообменников:

Кожухотрубные теплообменники можно разделить на следующие две категории в зависимости от конструктивных характеристик.

1. Жесткая конструкция кожухотрубного теплообменника: этот теплообменник представляет собой фиксированный трубчатый и пластинчатый теплообменник, обычно его можно разделить на однотрубный и многотрубный теплообменник двух видов.Его преимуществами являются простая и компактная конструкция, дешевизна и широкое использование;Недостатком является то, что трубку невозможно очистить механически.

2. Кожухотрубный теплообменник с устройством температурной компенсации: он может обеспечить свободное расширение нагретой части.По структуре бланк можно разделить на:

① Теплообменник с плавающей головкой: этот теплообменник можно свободно расширять на одном конце трубной пластины, так называемая «плавающая головка».Он применяется к стенкам труб и стенкам корпуса. Разница температур велика, пространство пучка труб часто очищается.Однако его структура более сложна, затраты на обработку и изготовление выше.

② U-образный трубчатый теплообменник: имеет только одну трубчатую пластину, поэтому трубка может свободно расширяться и сжиматься при нагревании или охлаждении.Конструкция этого теплообменника проста, но объем работ по изготовлению изгиба больше, а поскольку труба должна иметь определенный радиус изгиба, использование трубной доски плохое, труба подвергается механической очистке, ее трудно разобрать и заменить. Прокладка трубок непростая, поэтому требуется, чтобы по трубкам проходила чистая жидкость.Этот теплообменник можно использовать при больших перепадах температуры, высокой температуре или высоком давлении.

③ Теплообменник типа упаковочной коробки: он имеет две формы, одна находится в трубной пластине, на конце каждой трубки имеется отдельное уплотнение упаковки, чтобы обеспечить свободное расширение и сжатие трубки, когда количество трубок в теплообменнике очень мал, до использования этой конструкции, но расстояние между трубками, чем общий теплообменник, должно быть большим, сложная конструкция.Другая форма выполнена на одном конце плавающей конструкции трубы и оболочки, в плавающем месте используется все уплотнение упаковки, конструкция проще, но эту конструкцию нелегко использовать в случае большого диаметра и высокого давления.Теплообменник сальникового типа в настоящее время применяется редко.

II.Обзор проектных условий:

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

① трубка, рабочее давление программы оболочки (как одно из условий для определения того, должно ли быть предоставлено оборудование соответствующего класса)

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

③ температура металлической стенки (рассчитывается процессом (предоставляется пользователем))

④Название и характеристики материала

⑤Допуск на коррозию

⑥Количество программ

⑦ зона теплопередачи

⑧ характеристики трубок теплообменника, расположение (треугольное или квадратное)

⑨ складная пластина или количество опорной пластины

⑩ изоляционный материал и толщина (чтобы определить высоту выступания сиденья заводской таблички)

(11) Краска.

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

Ⅱ.У пользователей нет особых требований, дизайнеры сами выбирают

2. Несколько ключевых условий проектирования

① Рабочее давление: оно должно быть указано в качестве одного из условий определения классификации оборудования.

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

Потому что токсичность среды связана с неразрушающим контролем оборудования, термообработкой, уровнем поковок для высшего класса оборудования, а также связана с разделением оборудования:

a, GB150 10.8.2.1 (f) чертежи показывают, что контейнер содержит чрезвычайно опасную или очень опасную среду с токсичностью 100% RT.

б, на чертежах 10.4.1.3 указано, что емкости, содержащие особо опасные или особо опасные по токсичности среды, должны подвергаться послесварочной термообработке (сварные соединения аустенитной нержавеющей стали термической обработке не подлежат)

в.Поковки.Применение средней токсичности для особо или особо опасных поковок должно соответствовать требованиям III или IV класса.

③ Характеристики трубы:

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.

★ Если требуется механическая очистка трубок теплообменника, следует использовать квадратное расположение.

1. Расчетное давление, расчетная температура, коэффициент сварного соединения.

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

Цилиндр DN ≥ 400, с использованием катаной стальной пластины.

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

3. Схема расположения:

В соответствии с площадью теплопередачи, спецификациями трубок теплопередачи необходимо нарисовать схему компоновки, чтобы определить количество трубок теплопередачи.

Если пользователь предоставляет схему трубопроводов, но также и для проверки, трубопровод находится в пределах предельного круга трубопровода.

★Принцип укладки труб:

(1) в предельном круге трубопровода должно быть полно труб.

② количество многоходовых трубок должно стараться уравнять количество ходов.

③ Трубка теплообменника должна быть расположена симметрично.

4. Материал

Когда сама трубная доска имеет выпуклый уступ и соединена с цилиндром (или головкой), следует применять ковку.Из-за использования такой конструкции трубная доска обычно используется при более высоком давлении, воспламеняемости, взрывоопасности и токсичности в экстремальных, очень опасных случаях, чем выше требования к трубной доске, тем толще трубная доска.Чтобы избежать образования шлака, расслоения выпуклого уступа и улучшения условий напряжения в волокне выпуклого уступа, уменьшите объем обработки, сэкономив материалы, выпуклый уступ и трубную пластину выковывают непосредственно из общей поковки для изготовления трубной пластины. .

5. Соединение теплообменника и трубной пластины.

Трубка в соединении трубной пластины в конструкции кожухотрубного теплообменника является более важной частью конструкции.Он не только обрабатывает рабочую нагрузку, но и должен обеспечить каждое соединение при работе оборудования, чтобы обеспечить отсутствие утечек среды и выдерживать среднее давление.

Соединение труб и трубных пластин осуществляется в основном следующими тремя способами: расширение;б сварка;c компенсационная сварка

Расширение кожуха и трубы между утечками среды не приведет к неблагоприятным последствиям ситуации, особенно если свариваемость материала плохая (например, трубка теплообменника из углеродистой стали), а рабочая нагрузка производственного предприятия слишком велика.

Из-за расширения конца трубки при сварочной пластической деформации возникает остаточное напряжение, с повышением температуры остаточное напряжение постепенно исчезает, так что конец трубки снижает роль уплотнения и склеивания, поэтому расширение конструкции из-за ограничений по давлению и температуре, как правило, применимо к расчетному давлению ≤ 4 МПа, расчетной температуре ≤ 300 градусов, а при эксплуатации нет сильных вибраций, чрезмерных изменений температуры и значительной коррозии под напряжением. .

Сварочное соединение имеет преимущества простоты изготовления, высокой эффективности и надежности соединения.Благодаря сварке трубка к трубной пластине играет лучшую роль в увеличении;а также может снизить требования к обработке отверстий в трубах, экономя время обработки, простоту обслуживания и другие преимущества, его следует использовать в приоритетном порядке.

Кроме того, когда токсичность среды очень велика, среда и атмосфера смешиваются. Легко взорваться. Среда является радиоактивной или смешивание материалов внутри и снаружи трубы будет иметь неблагоприятный эффект, чтобы обеспечить герметизацию стыков, но Также часто используют метод сварки.Метод сварки, хотя и имеет множество преимуществ, поскольку он не может полностью избежать «щелевой коррозии» и сварных узлов коррозии под напряжением, а между тонкой стенкой трубы и толстой трубной пластиной трудно получить надежный сварной шов.

Метод сварки может иметь более высокие температуры, чем расширение, но под действием высокотемпературного циклического напряжения сварной шов очень чувствителен к усталостным трещинам, зазорам между трубами и трубами, когда они подвергаются воздействию агрессивных сред, что ускоряет разрушение соединения.Поэтому одновременно используются сварные и компенсационные швы.Это не только повышает усталостную прочность соединения, но и снижает склонность к щелевой коррозии, в результате чего срок его службы значительно увеличивается, чем при использовании только сварки.

В каких случаях подходит выполнение сварных и компенсационных швов и какие методы, единого стандарта не существует.Обычно температура не слишком высока, но давление очень высокое или среда очень легко протекает, использование прочного расширения и герметизирующего сварного шва (герметизирующий сварной шов означает просто предотвращение утечки и выполнение сварного шва и не гарантирует сила).

Когда давление и температура очень высоки, использование прочной сварки и расширения пасты (прочная сварка - это даже если сварной шов плотный, но также и для обеспечения того, чтобы соединение имело большую прочность на растяжение, обычно относится к прочности шва равна прочности трубы при осевой нагрузке при сварке).Роль расширения заключается в основном в устранении щелевой коррозии и повышении усталостной прочности сварного шва.Конкретные структурные размеры стандарта (GB/T151) были предусмотрены, здесь мы не будем вдаваться в подробности.

Требования к шероховатости поверхности отверстия трубы:

а. При сварном соединении трубы теплообменника и трубной пластины значение Ra шероховатости поверхности трубы не превышает 35 мкм.

б, одна трубка теплообменника и расширение трубной пластины, шероховатость поверхности трубного отверстия Ra, значение расширения не превышает 12,5 мкм, поверхность трубного отверстия не должна влиять на герметичность расширения дефектов, таких как продольные или спиральные подсчет очков.

III.Проектный расчет

1. Расчет толщины стенки корпуса (включая короткую секцию трубной коробки, головку, расчет толщины стенки цилиндра программы оболочки). Толщина стенки трубы, стенки цилиндра программы оболочки должна соответствовать минимальной толщине стенки в GB151, для углеродистой стали и низколегированной стали минимальная толщина стенки соответствует с запасом по коррозии C2 = 1 мм. В случае C2 более 1 мм минимальная толщина стенки оболочки должна быть соответственно увеличена.

2. Расчет арматуры открытого отверстия

Для корпуса, использующего систему стальных труб, рекомендуется использовать всю арматуру (увеличить толщину стенки цилиндра или использовать толстостенную трубу);для более толстой трубной коробки на большом отверстии необходимо учитывать общую экономию.

Ни одна другая арматура не должна 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 ресивера ≤ 89 мм;

④ принять минимальную толщину стенки в соответствии с требованиями Таблицы 8-1 (принять допустимый запас коррозии в 1 мм).

3. Фланец

Фланец оборудования, использующий стандартный фланец, должен обратить внимание на фланец и прокладку, крепежные детали совпадают, в противном случае фланец следует рассчитать.Например, плоский приварной фланец типа А в стандарте с соответствующей прокладкой для неметаллической мягкой прокладки;при использовании обмоточной прокладки следует произвести перерасчет на фланец.

4. Трубная пластина

Необходимо обратить внимание на следующие вопросы:

① расчетная температура трубной доски: в соответствии с положениями GB150 и GB/T151 должна приниматься не ниже температуры металла компонента, но при расчете трубной доски не может быть гарантирована роль технологической среды в трубной оболочке, и Температуру металла трубной доски рассчитать сложно, за расчетную температуру трубной доски обычно принимают более высокую сторону расчетной температуры.

② Многотрубный теплообменник: в диапазоне площади трубопровода из-за необходимости установки промежуточной канавки и конструкции стяжной тяги и не поддерживается областью теплообменника. Ad: формула GB/T151.

③Эффективная толщина трубной доски

Эффективная толщина трубной доски представляет собой расстояние между трубами в нижней части канавки перегородки, толщину трубной доски за вычетом суммы следующих двух факторов:

а, запас коррозии трубы за пределами глубины части паза перегородки диапазона труб

b, предел коррозии программы оболочки и трубная пластина на стороне программы оболочки структуры глубины канавки двух крупнейших заводов

5. Комплект компенсаторов

В фиксированном трубчатом и пластинчатом теплообменнике из-за разницы температур между жидкостью в трубчатом ходе и жидкостью трубчатого ряда, а также в теплообменнике, кожухе и трубной пластине фиксированное соединение, так что при использовании состояния оболочка и разница в расширении трубы существует между кожухом и трубкой, кожухом и трубкой в зависимости от осевой нагрузки.Чтобы избежать повреждения корпуса и теплообменника, дестабилизации теплообменника, снятия трубки теплообменника с трубной пластины, необходимо установить компенсаторы для уменьшения осевой нагрузки корпуса и теплообменника.

Как правило, разница температур в кожухе и стенке теплообменника велика, необходимо рассмотреть возможность установки компенсатора при расчете трубной пластины в соответствии с разницей температур между различными общими условиями, рассчитанными σt, σc, q, один из которых не соответствует требованиям. , необходимо увеличить компенсатор.

σt – осевое напряжение трубки теплообменника

σc - осевое напряжение обечайки технологического цилиндра

q - Соединение трубки теплообменника и трубной пластины силы отрыва

IV.Структурный дизайн

1. Трубная коробка

(1) Длина трубной коробки

а.Минимальная внутренняя глубина

① для открытия однотрубного ряда трубной коробки минимальная глубина в центре отверстия не должна быть менее 1/3 внутреннего диаметра ресивера;

② внутренняя и внешняя глубина трубного ряда должна обеспечивать, чтобы минимальная площадь циркуляции между двумя рядами не менее чем в 1,3 раза превышала площадь циркуляции трубки теплообменника на один ряд;

б, максимальная внутренняя глубина

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

(2) Отдельный раздел программы.

Толщина и расположение перегородки соответствуют таблице 6 GB151 и рисунку 15. При толщине перегородки более 10 мм уплотнительную поверхность следует обрезать до 10 мм;Для трубчатого теплообменника перегородка должна быть установлена на сливном отверстии (сливное отверстие), диаметр сливного отверстия обычно составляет 6 мм.

2. Кожухотрубный пучок

①Уровень пучка трубок

Ⅰ, Ⅱ пучок трубок уровня, только для труб теплообменника из углеродистой стали и низколегированной стали по внутренним стандартам, все еще разработаны «более высокий уровень» и «обычный уровень».Как только в отечественной трубке теплообменника можно будет использовать «высшую» стальную трубу, пучок трубок теплообменника из углеродистой стали и низколегированной стали не нужно будет делить на уровни Ⅰ и Ⅱ!

Ⅰ, Ⅱ трубный пучок разница заключается в основном в наружном диаметре трубки теплообменника, отклонении толщины стенки, соответствующем размере отверстия и отклонении.

Трубный пучок класса Ⅰ с более высокими требованиями к точности, для трубок теплообменника из нержавеющей стали только Ⅰ пучок труб;для обычно используемой трубки теплообменника из углеродистой стали

② Трубчатая пластина

а, отклонение размера отверстия трубки

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

б, паз раздела программы

Ⅰ глубина паза обычно не менее 4 мм.

Ⅱ Ширина слота перегородки подпрограммы: углеродистая сталь 12 мм;нержавеющая сталь 11мм

Скос угла паза перегородки Ⅲ минутного диапазона обычно составляет 45 градусов, ширина фаски b примерно равна радиусу R угла прокладки минутного диапазона.

③Складная пластина

а.Размер отверстия для трубы: зависит от уровня пакета

b, высота выреза складной пластины носовой части

Высота надреза должна быть такой, чтобы жидкость через зазор с расходом через пучок труб, аналогичным высоте надреза, обычно принимается в 0,20-0,45 раза больше внутреннего диаметра закругленного угла, надрез обычно вырезается в ряду труб ниже центра. прочертить или прорезать в два ряда отверстия для труб между небольшой перемычкой (чтобы облегчить ношение трубы).

в.Ориентация выреза

Односторонняя чистая жидкость, расположение насечек вверх и вниз;

Газ, содержащий небольшое количество жидкости, сделайте надрез вверх по направлению к самой нижней части складной пластины, чтобы открыть отверстие для жидкости;

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

Сосуществование газа и жидкости или жидкость содержит твердые материалы, сделайте надрезы слева и справа и откройте порт для жидкости в самом нижнем месте.

д.Минимальная толщина фальцевой пластины;максимальный неподдерживаемый диапазон

е.Откидные пластины на обоих концах трубного пучка максимально приближены к входному и выходному ресиверам корпуса.

④Стяжная тяга

а, диаметр и количество рулевых тяг

Диаметр и номер выбираются в соответствии с таблицами 6-32, 6-33, чтобы гарантировать, что площадь поперечного сечения тяги больше или равна площади поперечного сечения тяги, указанной в таблице 6-33, с учетом диаметра и количества связей. стержни можно менять, но их диаметр должен быть не менее 10 мм, количество не менее четырех

б, стяжной стержень должен быть расположен как можно более равномерно по внешнему краю пучка труб, для теплообменника большого диаметра, в зоне трубы или рядом с зазором складной пластины, следует расположить соответствующее количество стяжных стержней, любой складной плита должна иметь не менее 3 точек опоры

в.Гайка рулевой тяги, некоторым пользователям требуется следующая сварка гайки и складной пластины.

⑤ Пластина против смыва

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

б.Способ крепления противовымывающей пластины

Насколько это возможно, закреплено в трубной доске с фиксированным шагом или рядом с трубной доской первой складной пластины, когда входное отверстие корпуса расположено в незакрепленном стержне на боковой стороне трубной доски, антискремблирующая пластина может быть приварена. к корпусу цилиндра

(6) Установка компенсаторов

а.Расположен между двумя сторонами складной пластины.

Для снижения гидравлического сопротивления компенсатора при необходимости в компенсаторе с внутренней стороны трубки-лейнера трубку-лейнер следует приваривать к обечайке по направлению потока жидкости, для вертикальных теплообменников, когда направление потока жидкости вверх, должно быть установлено на нижнем конце выпускных отверстий трубки вкладыша

б.Компенсаторы защитного устройства для предотвращения использования оборудования в процессе транспортировки или его вытягивания.

(vii) соединение между трубной пластиной и кожухом

а.Удлинитель выполняет роль фланца

б.Трубная пластина без фланца (GB151, Приложение G)

3. Фланец трубы:

① расчетная температура больше или равна 300 градусов, следует использовать стыковый фланец.

② для теплообменника нельзя использовать для захвата интерфейса для сдачи и сброса, он должен быть установлен в трубке, самой высокой точке корпуса выпускного отверстия, самой низкой точке выпускного отверстия, минимальному номинальному диаметру. 20 мм.

③ В вертикальном теплообменнике можно установить переливное отверстие.

4. Поддержка: вид GB151 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 оснащены выступами.

② верхний провод

Чтобы облегчить демонтаж коробки для труб, крышку коробки для труб следует установить на официальном щитке, а верхнюю проволоку крышки коробки для труб.

V. Производство, требования к проверке

1. Трубная пластина

① стыковые соединения трубных пластин для 100% лучевого контроля или UT, уровень квалификации: RT: Ⅱ UT: уровень Ⅰ;

② В дополнение к нержавеющей стали, термообработка для снятия напряжений сращенных трубных пластин;

③ Отклонение ширины перемычки с отверстием в трубной пластине: в соответствии с формулой расчета ширины перемычки с отверстием: B = (S - d) - D1

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

2. Термическая обработка трубной коробки:

Углеродистая сталь, низколегированная сталь сварена с разрезной перегородкой трубной коробки, а также трубной коробки с боковыми отверстиями более 1/3 внутреннего диаметра трубной коробки цилиндра, при применении сварки под напряжением. термообработка рельефа, уплотняющая поверхность фланца и перегородки должна быть обработана после термообработки.

3. Испытание давлением

Когда расчетное давление процесса корпуса ниже технологического давления трубы, чтобы проверить качество соединений труб теплообменника и трубных пластин.

① Давление программы Shell для увеличения испытательного давления с помощью программы труб, соответствующей гидравлическому испытанию, чтобы проверить наличие утечек в соединениях труб.(Однако необходимо обеспечить, чтобы первичное напряжение пленки оболочки во время гидравлического испытания составляло ≤0,9ReLΦ)

② Если вышеуказанный метод не подходит, корпус может быть подвергнут гидростатическому испытанию в соответствии с исходным давлением после прохождения, а затем корпус подвергнут испытанию на утечку аммиака или испытанию на утечку галогенов.