I. Classificação dos trocadores de calor:
O trocador de calor de casco e tubos pode ser dividido nas duas categorias a seguir, de acordo com as características estruturais.
1. Estrutura rígida do trocador de calor casco e tubos: este trocador de calor tornou-se um tipo fixo de tubo e placas, geralmente podendo ser dividido em dois tipos: tubo único e tubo múltiplo. Suas vantagens são a estrutura simples e compacta, o baixo custo e a ampla utilização; a desvantagem é que o tubo não pode ser limpo mecanicamente.
2. Trocador de calor de casco e tubos com dispositivo de compensação de temperatura: permite a expansão livre da parte aquecida. A estrutura do modelo pode ser dividida em:
① Trocador de calor tipo cabeça flutuante: este trocador de calor pode ser expandido livremente em uma extremidade da placa tubular, o que é chamado de "cabeça flutuante". Aplica-se à parede do tubo e à parede da carcaça, onde a diferença de temperatura é grande, e o espaço do feixe tubular é frequentemente limpo. No entanto, sua estrutura é mais complexa e os custos de processamento e fabricação são mais elevados.
2 Trocador de calor tubular em forma de U: possui apenas uma placa tubular, permitindo que o tubo se expanda e contraia livremente quando aquecido ou resfriado. A estrutura deste trocador de calor é simples, mas a carga de trabalho na fabricação da curva é maior e, como o tubo precisa ter um determinado raio de curvatura, a utilização da placa tubular é ruim. A limpeza mecânica do tubo é difícil de desmontar e a substituição dos tubos não é fácil, sendo necessário que o fluido passe pelos tubos limpos. Este trocador de calor pode ser usado para grandes variações de temperatura, altas temperaturas ou altas pressões.
3. Trocador de calor tipo caixa de gaxeta: possui duas formas: uma na placa do tubo, na extremidade de cada tubo, possui uma vedação de gaxeta separada para garantir a livre expansão e contração do tubo. Quando o número de tubos no trocador de calor é muito pequeno, antes do uso desta estrutura, mas a distância entre os tubos era maior do que a do trocador de calor geral, tornando-a uma estrutura mais complexa. Outra forma é feita em uma extremidade do tubo e estrutura flutuante de casco, no local flutuante utilizando toda a vedação de gaxeta, a estrutura é mais simples, mas esta estrutura não é fácil de usar no caso de grande diâmetro e alta pressão. Trocadores de calor do tipo caixa de gaxeta raramente são usados atualmente.
II. Revisão das condições de projeto:
1. Projeto do trocador de calor, o usuário deve fornecer as seguintes condições de projeto (parâmetros do processo):
① tubo, pressão operacional do programa de casco (como uma das condições para determinar se o equipamento na classe deve ser fornecido)
2 tubo, temperatura de operação do programa de concha (entrada / saída)
3 Temperatura da parede metálica (calculada pelo processo (fornecida pelo usuário))
④Nome e características do material
⑤Margem de corrosão
⑥O número de programas
⑦ área de transferência de calor
⑧ Especificações do tubo do trocador de calor, arranjo (triangular ou quadrado)
⑨ placa dobrável ou o número de placas de suporte
⑩ Material de isolamento e espessura (para determinar a altura de projeção do assento da placa de identificação)
(11) Tinta.
Ⅰ. Se o usuário tiver requisitos especiais, o usuário deve fornecer a marca, a cor
Ⅱ Os usuários não têm requisitos especiais, os próprios designers selecionaram
2. Várias condições-chave de projeto
① Pressão de operação: como uma das condições para determinar se o equipamento é classificado, ela deve ser fornecida.
2 Características do material: se o usuário não fornecer o nome do material, deverá fornecer o grau de toxicidade do material.
Porque a toxicidade do meio está relacionada ao monitoramento não destrutivo do equipamento, ao tratamento térmico, ao nível de forjados para a classe superior de equipamentos, mas também relacionada à divisão do equipamento:
a, GB150 10.8.2.1 (f) os desenhos indicam que o recipiente contém meio extremamente perigoso ou altamente perigoso com toxicidade de 100% RT.
b, 10.4.1.3 os desenhos indicam que os recipientes que contêm meios extremamente perigosos ou altamente perigosos para toxicidade devem passar por tratamento térmico pós-soldagem (as juntas soldadas de aço inoxidável austenítico não podem ser tratadas termicamente)
c. Forjados. O uso de forjados de toxicidade média para forjados de risco extremo ou altamente perigosos deve atender aos requisitos da Classe III ou IV.
3 Especificações do tubo:
Aço carbono comumente usado φ19×2, φ25×2,5, φ32×3, φ38×5
Aço inoxidável φ19×2, φ25×2, φ32×2,5, φ38×2,5
Disposição dos tubos do trocador de calor: triângulo, triângulo de canto, quadrado, quadrado de canto.
★ Quando for necessária a limpeza mecânica entre os tubos do trocador de calor, deve-se utilizar o arranjo quadrado.
1. Pressão de projeto, temperatura de projeto, coeficiente de junta de soldagem
2. Diâmetro: cilindro DN < 400, uso de tubo de aço.
Cilindro DN ≥ 400, utilizando chapa de aço laminada.
Tubo de aço de 16" ------ com o usuário para discutir o uso de chapa de aço laminada.
3. Diagrama de layout:
De acordo com a área de transferência de calor, as especificações do tubo de transferência de calor para desenhar o diagrama de layout para determinar o número de tubos de transferência de calor.
Se o usuário fornecer um diagrama de tubulação, mas também para revisar a tubulação está dentro do círculo limite da tubulação.
★Princípio de assentamento de tubos:
(1) no círculo limite da tubulação deve estar cheio de tubo.
② o número de tubos multi-curso deve tentar equalizar o número de cursos.
3 O tubo do trocador de calor deve ser disposto simetricamente.
4. Materiais
Quando a própria chapa tubular possui ressalto convexo e está conectada ao cilindro (ou cabeçote), deve-se utilizar forjamento. Devido ao uso dessa estrutura, as chapas tubulares são geralmente utilizadas para pressões mais altas, inflamáveis, explosivas e tóxicas, em ocasiões extremas e de alto risco. Os requisitos para a chapa tubular são mais elevados, resultando em chapas tubulares mais espessas. Para evitar a produção de escória e delaminação no ressalto convexo, e melhorar as condições de tensão das fibras do ressalto convexo, reduzir a quantidade de processamento e economizar materiais, o ressalto convexo e a chapa tubular são forjados diretamente a partir do forjamento geral para fabricar a chapa tubular.
5. Conexão do trocador de calor e da placa do tubo
A conexão tubo-placa é uma parte importante da estrutura do trocador de calor casco-tubo, sendo o tubo a parte mais importante do projeto. Ele não apenas processa a carga de trabalho, como também deve fazer cada conexão durante a operação do equipamento para garantir que o fluido não vaze e suporte a capacidade de pressão do meio.
A conexão de tubos e placas de tubos é feita principalmente das três maneiras a seguir: a expansão; b soldagem; c soldagem de expansão
A expansão do casco e tubo entre o vazamento do meio não causará consequências adversas da situação, especialmente porque a soldabilidade do material é baixa (como tubo de trocador de calor de aço carbono) e a carga de trabalho da planta de fabricação é muito grande.
Devido à expansão da extremidade do tubo na deformação plástica de soldagem, há uma tensão residual, com o aumento da temperatura, a tensão residual desaparece gradualmente, de modo que a extremidade do tubo reduz o papel de vedação e colagem, de modo que a expansão da estrutura pelas limitações de pressão e temperatura, geralmente aplicável à pressão de projeto ≤ 4Mpa, ao projeto da temperatura ≤ 300 graus e na operação sem vibrações violentas, sem mudanças excessivas de temperatura e sem corrosão por tensão significativa.
A conexão por soldagem apresenta as vantagens de produção simples, alta eficiência e confiabilidade. Através da soldagem, o tubo na chapa tubular desempenha um papel mais importante no aumento da resistência à corrosão; além disso, pode reduzir a necessidade de processamento de furos em tubos, economizando tempo de processamento, facilitando a manutenção e outras vantagens, devendo ser utilizada com prioridade.
Além disso, quando a toxicidade do meio é muito alta, o meio e a atmosfera se misturam facilmente, o que pode causar explosão. O meio é radioativo ou a mistura de materiais dentro e fora do tubo terá um efeito adverso. Para garantir a vedação das juntas, o método de soldagem também é frequentemente utilizado. Embora o método de soldagem apresente muitas vantagens, ele não consegue evitar completamente a "corrosão por fresta" e a corrosão sob tensão nos nós soldados, e é difícil obter uma soldagem confiável entre paredes finas do tubo e chapas grossas do tubo.
O método de soldagem pode ser realizado em temperaturas mais altas do que a de expansão, mas sob a ação de tensões cíclicas de alta temperatura, a solda fica muito suscetível a trincas por fadiga e aberturas em tubos e furos quando submetida a meios corrosivos, acelerando o dano à junta. Portanto, a soldagem e as juntas de expansão são utilizadas simultaneamente. Isso não apenas melhora a resistência à fadiga da junta, como também reduz a tendência à corrosão por frestas, prolongando assim sua vida útil em comparação com a soldagem isolada.
Não existe um padrão uniforme para a aplicação de juntas de expansão e soldagem em quais situações e métodos. Geralmente, quando a temperatura não é muito alta, mas a pressão é muito alta ou o fluido é facilmente permeável, é necessário o uso de soldas de expansão e vedação (solda de vedação refere-se simplesmente à prevenção de vazamentos e à aplicação da solda, e não garante a resistência).
Quando a pressão e a temperatura são muito altas, utiliza-se soldagem de alta resistência e expansão de pasta (a soldagem de alta resistência é usada mesmo que a solda seja estanque, mas também para garantir que a junta tenha alta resistência à tração, geralmente se referindo à resistência da solda ser igual à resistência do tubo sob carga axial durante a soldagem). A função da expansão é principalmente eliminar a corrosão por frestas e melhorar a resistência à fadiga da solda. As dimensões estruturais específicas da norma (GB/T151) foram estipuladas, não entrarei em detalhes aqui.
Para os requisitos de rugosidade da superfície do furo do tubo:
a, quando o tubo do trocador de calor e a conexão da placa do tubo são soldados, o valor Ra da rugosidade da superfície do tubo não é maior que 35 uM.
b, uma única conexão de expansão de tubo e placa de tubo de trocador de calor, o valor Ra da rugosidade da superfície do furo do tubo não é maior que 12,5 uM da conexão de expansão, a superfície do furo do tubo não deve afetar a estanqueidade da expansão dos defeitos, como por meio da pontuação longitudinal ou espiral.
III. Cálculo de projeto
1. Cálculo da espessura da parede do casco (incluindo seção curta da caixa de tubos, cabeçote, cálculo da espessura da parede do cilindro do programa do casco) O tubo, a espessura da parede do cilindro do programa do casco deve atender à espessura mínima da parede em GB151, para aço carbono e aço de baixa liga a espessura mínima da parede é de acordo com a margem de corrosão C2 = 1 mm, considerações para o caso de C2 maior que 1 mm, a espessura mínima da parede do casco deve ser aumentada de acordo.
2. Cálculo da armadura de furo aberto
Para o casco que utiliza sistema de tubo de aço, recomenda-se usar todo o reforço (aumentar a espessura da parede do cilindro ou usar tubo de parede grossa); para a caixa de tubo mais grosso no furo grande, deve-se considerar a economia geral.
Nenhum outro reforço deve atender aos requisitos de vários pontos:
① pressão de projeto ≤ 2,5Mpa;
② A distância central entre dois furos adjacentes não deve ser menor que o dobro da soma do diâmetro dos dois furos;
③ Diâmetro nominal do receptor ≤ 89 mm;
④ assumir a espessura mínima da parede deve ser os requisitos da Tabela 8-1 (assumir a margem de corrosão de 1 mm).
3. Flange
Para flanges de equipamentos que utilizam flanges padrão, deve-se atentar para a compatibilidade entre flange e junta, e os fixadores devem ser compatíveis; caso contrário, o flange deve ser calculado. Por exemplo, flanges de soldagem plana tipo A, conforme o padrão, devem ser equipadas com juntas correspondentes para juntas macias não metálicas; ao utilizar juntas de enrolamento, o cálculo deve ser feito novamente para o flange.
4. Placa de tubo
É preciso prestar atenção às seguintes questões:
① Temperatura de projeto da placa do tubo: De acordo com as disposições de GB150 e GB/T151, deve ser tomada não menos que a temperatura do metal do componente, mas no cálculo da placa do tubo não é possível garantir que o papel da mídia de processo do invólucro do tubo, e a temperatura do metal da placa do tubo é difícil de calcular, geralmente é tomada no lado mais alto da temperatura de projeto para a temperatura de projeto da placa do tubo.
2 Trocador de calor multitubo: na faixa da área de tubulação, devido à necessidade de configurar a ranhura espaçadora e a estrutura da barra de direção e não conseguiu ser suportado pela área do trocador de calor Anúncio: fórmula GB/T151.
③A espessura efetiva da placa do tubo
A espessura efetiva da placa do tubo refere-se à separação da faixa do tubo da parte inferior da espessura da ranhura da antepara da placa do tubo menos a soma das duas coisas a seguir
a, margem de corrosão do tubo além da profundidade da parte da ranhura da partição do intervalo do tubo
b, margem de corrosão do programa de shell e placa de tubo no lado do programa de shell da estrutura da profundidade do sulco das duas maiores plantas
5. Conjunto de juntas de dilatação
No trocador de calor de tubo e placa fixo, devido à diferença de temperatura entre o fluido no curso do tubo e o fluido no curso do tubo, e a conexão fixa entre o trocador de calor e a placa do casco e do tubo, ocorre uma diferença de expansão entre o casco e o tubo, resultando na carga axial entre o casco e o tubo. Para evitar danos ao casco e ao trocador de calor, desestabilização do trocador de calor e desprendimento do tubo do trocador de calor da placa do tubo, devem ser instaladas juntas de expansão para reduzir a carga axial do casco e do trocador de calor.
Geralmente, a diferença de temperatura na parede do casco e do trocador de calor é grande, sendo necessário considerar a configuração da junta de expansão. No cálculo da placa do tubo, de acordo com a diferença de temperatura entre as várias condições comuns calculadas σt, σc, q, uma das quais não se qualifica, é necessário aumentar a junta de expansão.
σt - tensão axial do tubo do trocador de calor
σc - tensão axial do cilindro do processo de casca
q--A conexão do tubo do trocador de calor e da placa do tubo da força de tração
IV. Projeto Estrutural
1. Caixa de tubos
(1) Comprimento da caixa de tubos
a. Profundidade interna mínima
① para a abertura do curso de tubo único da caixa de tubos, a profundidade mínima no centro da abertura não deve ser inferior a 1/3 do diâmetro interno do receptor;
② a profundidade interna e externa do curso do tubo deve garantir que a área mínima de circulação entre os dois cursos não seja inferior a 1,3 vezes a área de circulação do tubo do trocador de calor por curso;
b, a profundidade interna máxima
Considere se é conveniente soldar e limpar as peças internas, especialmente para o diâmetro nominal do trocador de calor multitubos menor.
(2) Partição de programa separada
Espessura e disposição da partição de acordo com GB151 Tabela 6 e Figura 15, para espessuras maiores que 10 mm da partição, a superfície de vedação deve ser aparada para 10 mm; para o trocador de calor de tubo, a partição deve ser configurada no furo de ruptura (furo de drenagem), o diâmetro do furo de drenagem é geralmente de 6 mm.
2. Feixe de casco e tubos
①Nível do feixe tubular
Conjunto de tubos de nível II e II, apenas para tubos de trocadores de calor de aço carbono e aço de baixa liga de acordo com os padrões nacionais, ainda existem os de "nível superior" e "nível comum". Uma vez que o tubo de trocador de calor doméstico pode ser usado, o conjunto de tubos de aço "superior", de aço carbono e aço de baixa liga, não precisa ser dividido em níveis II e II!
Ⅰ, Ⅱ a diferença do feixe de tubos reside principalmente no diâmetro externo do tubo do trocador de calor, o desvio da espessura da parede é diferente, o tamanho do furo correspondente e o desvio são diferentes.
Feixe de tubos de grau I com requisitos de precisão mais elevados, para tubos de trocador de calor de aço inoxidável, apenas feixe de tubos I; para tubos de trocador de calor de aço carbono comumente usados
2 Placa de tubo
a, desvio do tamanho do furo do tubo
Observe a diferença entre o feixe de tubos de nível Ⅰ e Ⅱ
b, o sulco de partição do programa
Ⅰ a profundidade da ranhura geralmente não é inferior a 4 mm
Ⅱ Largura do slot de partição do subprograma: aço carbono 12 mm; aço inoxidável 11 mm
O chanfro de canto do slot de partição de intervalo de Ⅲ minutos é geralmente de 45 graus, a largura do chanfro b é aproximadamente igual ao raio R do canto da junta de intervalo de minutos.
③Prato dobrável
a. Tamanho do furo do tubo: diferenciado pelo nível do feixe
b, altura do entalhe da placa dobrável do arco
A altura do entalhe deve ser tal que o fluido através da abertura com a taxa de fluxo através do feixe de tubos semelhante à altura do entalhe é geralmente tomada 0,20-0,45 vezes o diâmetro interno do canto arredondado, o entalhe é geralmente cortado na fileira de tubos abaixo da linha central ou cortado em duas fileiras de furos de tubos entre a ponte pequena (para facilitar a conveniência de usar um tubo).
c. Orientação do entalhe
Fluido limpo unidirecional, arranjo de entalhe para cima e para baixo;
Gás contendo uma pequena quantidade de líquido, entalhe para cima em direção à parte mais baixa da placa dobrável para abrir a porta do líquido;
Líquido contendo uma pequena quantidade de gás, entalhe para baixo em direção à parte mais alta da placa dobrável para abrir a porta de ventilação
Coexistência gás-líquido ou o líquido contém materiais sólidos, entalhe arranjo esquerdo e direito e abra a porta de líquido no local mais baixo
d. Espessura mínima da chapa dobrável; vão máximo sem suporte
e. As placas dobráveis em ambas as extremidades do feixe tubular estão o mais próximo possível dos receptores de entrada e saída do casco.
④Barra de direção
a, o diâmetro e o número de tirantes
Diâmetro e número de acordo com a Tabela 6-32, seleção 6-33, a fim de garantir que maior ou igual à área da seção transversal da barra de direção dada na Tabela 6-33 sob a premissa do diâmetro e número de barras de direção podem ser alteradas, mas seu diâmetro não deve ser inferior a 10 mm, o número de não menos que quatro
b, a barra de direção deve ser disposta o mais uniformemente possível na borda externa do feixe de tubos, para trocadores de calor de grande diâmetro, na área do tubo ou perto da abertura da placa dobrável deve ser disposta em um número apropriado de barras de direção, qualquer placa dobrável não deve ter menos de 3 pontos de apoio
c. Porca da barra de direção, alguns usuários exigem o seguinte: uma porca e soldagem de placa dobrável
⑤ Placa anti-descarga
a. A configuração da placa anti-descarga é para reduzir a distribuição irregular do fluido e a erosão da extremidade do tubo do trocador de calor.
b. Método de fixação da placa anti-lavagem
Na medida do possível, fixada no tubo de passo fixo ou próximo à placa do tubo da primeira placa dobrável, quando a entrada do casco estiver localizada na haste não fixa na lateral da placa do tubo, a placa anti-embaralhamento pode ser soldada ao corpo do cilindro
(6) Colocação de juntas de dilatação
a. Localizado entre os dois lados da placa dobrável
Para reduzir a resistência do fluido da junta de expansão, se necessário, na junta de expansão no interior de um tubo de revestimento, o tubo de revestimento deve ser soldado ao casco na direção do fluxo do fluido, para trocadores de calor verticais, quando a direção do fluxo do fluido é para cima, deve ser configurado na extremidade inferior dos orifícios de descarga do tubo de revestimento
b. Juntas de dilatação do dispositivo de proteção para evitar que o equipamento no processo de transporte ou o uso de puxar o mau
(vii) a ligação entre a placa do tubo e a carcaça
a. A extensão funciona também como flange
b. Placa de tubo sem flange (GB151 Apêndice G)
3. Flange do tubo:
① temperatura de projeto maior ou igual a 300 graus, deve ser usado flange de topo.
② para o trocador de calor não pode ser usado para assumir a interface para desistir e descarregar, deve ser definido no tubo, o ponto mais alto do curso da concha do sangrador, o ponto mais baixo da porta de descarga, o diâmetro nominal mínimo de 20 mm.
3 O trocador de calor vertical pode ser configurado com porta de transbordamento.
4. Suporte: espécies GB151 de acordo com as disposições do Artigo 5.20.
5. Outros acessórios
① Olhais de elevação
Qualidade superior a 30Kg caixa oficial e tampa da caixa de cachimbo devem ser fixadas com olhais.
2 fio superior
Para facilitar a desmontagem da caixa de tubos, a tampa da caixa de tubos deve ser colocada na placa oficial, com o fio superior da tampa da caixa de tubos.
V. Requisitos de fabricação e inspeção
1. Placa de tubo
① juntas de topo de placas de tubos emendados para inspeção de raio 100% ou UT, nível qualificado: RT: Ⅱ UT: Ⅰ nível;
② Além do aço inoxidável, tratamento térmico de alívio de tensão da placa de tubo emendado;
3 Desvio da largura da ponte do furo da placa do tubo: de acordo com a fórmula para calcular a largura da ponte do furo: B = (S - d) - D1
Largura mínima da ponte do furo: B = 1/2 (S - d) + C;
2. Tratamento térmico da caixa de tubos:
Aço carbono, aço de baixa liga soldado com uma partição de intervalo dividido da caixa de tubos, bem como a caixa de tubos das aberturas laterais mais de 1/3 do diâmetro interno da caixa de tubos do cilindro, na aplicação de soldagem para tratamento térmico de alívio de tensão, flange e superfície de vedação da partição devem ser processadas após tratamento térmico.
3. Teste de pressão
Quando a pressão de projeto do processo do casco for menor que a pressão do processo do tubo, para verificar a qualidade das conexões do tubo e da placa do trocador de calor
① Programar a pressão do casco para aumentar a pressão de teste com o programa do tubo consistente com o teste hidráulico, para verificar se há vazamento nas juntas do tubo. (No entanto, é necessário garantir que a tensão primária da película do casco durante o teste hidráulico seja ≤0,9ReLΦ)
② Quando o método acima não for apropriado, o casco pode ser submetido a um teste hidrostático de acordo com a pressão original após a passagem e, em seguida, submetido a um teste de vazamento de amônia ou de halogênio.
VI. Algumas questões a serem observadas nos gráficos
1. Indique o nível do feixe tubular
2. O tubo do trocador de calor deve ter o número de etiqueta escrito
3. Linha de contorno da tubulação da placa do tubo fora da linha sólida espessa fechada
4. Os desenhos de montagem devem ser rotulados com a orientação da folga da placa dobrável
5. Os orifícios de descarga da junta de expansão padrão, os orifícios de exaustão nas juntas dos tubos e os plugues dos tubos devem estar fora da imagem
Horário da postagem: 11 de outubro de 2023