I. Classificació dels intercanviadors de calor:
Els intercanviadors de calor de closca i tubs es poden dividir en les dues categories següents segons les característiques estructurals.
1. Estructura rígida de l'intercanviador de calor de closca i tubs: aquest intercanviador de calor s'ha convertit en un tipus de tub i placa fixos, que normalment es pot dividir en la gamma d'un sol tub i la gamma de diversos tubs. Els seus avantatges són una estructura senzilla i compacta, econòmica i àmpliament utilitzada; el desavantatge és que el tub no es pot netejar mecànicament.
2. Intercanviador de calor de carcassa i tubs amb dispositiu de compensació de temperatura: pot fer que la part escalfada s'expandeixi lliurement. L'estructura de la forma es pot dividir en:
① Intercanviador de calor de capçal flotant: aquest intercanviador de calor es pot expandir lliurement en un extrem de la placa tubular, l'anomenat "capçal flotant". Aplica una gran diferència de temperatura entre la paret del tub i la paret de la carcassa, cosa que fa que l'espai del feix de tubs es pugui netejar sovint. Tanmateix, la seva estructura és més complexa i els costos de processament i fabricació són més elevats.
② Intercanviador de calor de tubs en forma d'U: només té una placa tubular, de manera que el tub es pot expandir i contraure lliurement quan s'escalfa o es refreda. L'estructura d'aquest intercanviador de calor és senzilla, però la càrrega de treball de fabricació de la corba és més gran i, com que el tub ha de tenir un radi de curvatura determinat, la utilització de la placa tubular és deficient, el tub es neteja mecànicament i és difícil de desmuntar i substituir els tubs, per la qual cosa cal que el fluid passi pels tubs nets. Aquest intercanviador de calor es pot utilitzar per a grans canvis de temperatura, altes temperatures o altes pressions.
③ Intercanviador de calor tipus caixa d'embalatge: té dues formes, una està situada a la placa tubular al final de cada tub i té un segellat d'embalatge separat per garantir la lliure expansió i contracció del tub. Quan el nombre de tubs a l'intercanviador de calor és molt petit, abans de l'ús d'aquesta estructura, però la distància entre els tubs és més gran que la dels intercanviadors de calor generals, ja que l'estructura és més complexa. L'altra forma està feta en un extrem del tub i la carcassa d'una estructura flotant, al lloc flotant utilitzant tot el segellat d'embalatge, l'estructura és més senzilla, però aquesta estructura no és fàcil d'utilitzar en el cas de diàmetres grans i altes pressions. L'intercanviador de calor tipus caixa d'embalatge s'utilitza poques vegades actualment.
II. Revisió de les condicions de disseny:
1. Disseny de l'intercanviador de calor, l'usuari ha de proporcionar les següents condicions de disseny (paràmetres de procés):
① tub, pressió de funcionament del programa de closca (com una de les condicions per determinar si l'equip de la classe, s'ha de proporcionar)
② tub, temperatura de funcionament del programa de closca (entrada / sortida)
③ temperatura de la paret metàl·lica (calculada pel procés (proporcionada per l'usuari))
④Nom i característiques del material
⑤Marge de corrosió
⑥El nombre de programes
⑦ zona de transferència de calor
⑧ especificacions del tub intercanviador de calor, disposició (triangular o quadrada)
⑨ placa plegable o el nombre de plaques de suport
⑩ material d'aïllament i gruix (per determinar l'alçada que sobresurt del seient de la placa identificativa)
(11) Pintura.
Ⅰ. Si l'usuari té requisits especials, l'usuari ha de proporcionar la marca i el color.
Ⅱ. Els usuaris no tenen requisits especials, els mateixos dissenyadors els han seleccionat
2. Diverses condicions clau de disseny
① Pressió de funcionament: com a una de les condicions per determinar si l'equip està classificat, s'ha de proporcionar.
② Característiques del material: si l'usuari no proporciona el nom del material, ha de proporcionar el grau de toxicitat del material.
Com que la toxicitat del medi està relacionada amb el control no destructiu de l'equip, el tractament tèrmic, el nivell de forja per a la classe superior d'equips, però també està relacionada amb la divisió dels equips:
a, els dibuixos GB150 10.8.2.1 (f) indiquen que el recipient que conté un medi extremadament perillós o altament perillós amb una toxicitat del 100% RT.
Els dibuixos de la secció b, 10.4.1.3, indiquen que els recipients que contenen medis extremadament perillosos o altament perillosos per la seva toxicitat han de ser sotmesos a un tractament tèrmic posterior a la soldadura (les unions soldades d'acer inoxidable austenític no poden ser tractades tèrmicament).
c. Forjades. L'ús de forjades de toxicitat mitjana per a forjades extremes o altament perilloses ha de complir els requisits de la classe III o IV.
③ Especificacions de la canonada:
Acer al carboni d'ús comú φ19 × 2, φ25 × 2,5, φ32 × 3, φ38 × 5
Acer inoxidable φ19×2, φ25×2, φ32×2,5, φ38×2,5
Disposició dels tubs de l'intercanviador de calor: triangle, triangle de cantonada, quadrat, quadrat de cantonada.
★ Quan calgui netejar mecànicament entre els tubs de l'intercanviador de calor, s'ha d'utilitzar una disposició quadrada.
1. Pressió de disseny, temperatura de disseny, coeficient de soldadura de la unió
2. Diàmetre: DN < 400 cilindre, ús de canonada d'acer.
Cilindre DN ≥ 400, utilitzant xapa d'acer laminada.
Tub d'acer de 16" ------ amb l'usuari per discutir l'ús de xapa d'acer laminada.
3. Diagrama de disseny:
Segons la zona de transferència de calor, les especificacions del tub de transferència de calor han de dibuixar el diagrama de disseny per determinar el nombre de tubs de transferència de calor.
Si l'usuari proporciona un diagrama de canonades, també revisa si la canonada està dins del cercle límit de la canonada.
★Principi de col·locació de canonades:
(1) el cercle límit de la canonada ha d'estar ple de canonades.
② el nombre de canonades multicarrera ha d'intentar igualar el nombre de curses.
③ El tub de l'intercanviador de calor ha d'estar disposat simètricament.
4. Material
Quan la placa tubular té una espatlla convexa i està connectada amb el cilindre (o el capçal), s'ha d'utilitzar forja. A causa de l'ús d'aquesta estructura, la placa tubular s'utilitza generalment per a pressions més altes, inflamables, explosius i toxicitat per a ocasions extremes i altament perilloses. Com més alts siguin els requisits per a la placa tubular, més gruixuda serà. Per evitar que l'espatlla convexa produeixi escòria i delaminació, i millorar les condicions d'estrès de la fibra de l'espatlla convexa, es redueix la quantitat de processament i s'estalvien materials. L'espatlla convexa i la placa tubular es forgen directament del forjat general per fabricar la placa tubular.
5. Connexió de l'intercanviador de calor i la placa tubular
La connexió entre tubs i placa tubular és una part important de l'estructura en el disseny d'un intercanviador de calor de closca i tubs. No només requereix càrrega de treball de processament, sinó que també ha de fer cada connexió durant el funcionament de l'equip per garantir que el medi no tingui fuites i que suporti la capacitat de pressió del medi.
La connexió de tubs i plaques tubulars es fa principalment de les tres maneres següents: a expansió; b soldadura; c soldadura per expansió
L'expansió de la carcassa i el tub entre les fuites del medi no causarà conseqüències adverses, especialment si la soldabilitat del material és deficient (com ara el tub d'intercanviador de calor d'acer al carboni) i la càrrega de treball de la planta de fabricació és massa gran.
A causa de l'expansió de l'extrem del tub durant la deformació plàstica de la soldadura, hi ha una tensió residual. Amb l'augment de la temperatura, la tensió residual desapareix gradualment, de manera que l'extrem del tub redueix la funció de segellat i unió. Per tant, l'expansió de l'estructura per les limitacions de pressió i temperatura s'aplica generalment a una pressió de disseny ≤ 4Mpa, una temperatura de disseny ≤ 300 graus, i durant el funcionament no hi ha vibracions violentes, canvis de temperatura excessius ni corrosió per tensió significativa.
La connexió per soldadura té els avantatges d'una producció senzilla, una alta eficiència i una connexió fiable. Mitjançant la soldadura, el tub a la placa tubular té un paper millor en l'augment; i també pot reduir els requisits de processament del forat de la canonada, estalviant temps de processament, fàcil manteniment i altres avantatges, s'hauria d'utilitzar com a qüestió prioritària.
A més, quan la toxicitat del medi és molt gran, el medi i l'atmosfera es barregen fàcilment, ja que el medi és radioactiu o la barreja de materials dins i fora de la canonada tindrà un efecte advers, per tal d'assegurar que les unions estiguin segellades, però també s'utilitza sovint el mètode de soldadura. El mètode de soldadura, tot i que té molts avantatges, ja que no pot evitar completament la "corrosió en esquerdes" i la corrosió sota esforç dels nodes soldats, i és difícil obtenir una soldadura fiable entre la paret prima de la canonada i la placa gruixuda de la canonada.
El mètode de soldadura pot ser a temperatures més altes que l'expansió, però sota l'acció d'una tensió cíclica d'alta temperatura, la soldadura és molt susceptible a esquerdes per fatiga, tub i forat del tub, i quan se sotmet a medis corrosius, accelera el dany de la unió. Per tant, s'utilitzen juntes de soldadura i expansió alhora. Això no només millora la resistència a la fatiga de la unió, sinó que també redueix la tendència a la corrosió per esquerdes, i per tant la seva vida útil és molt més llarga que quan s'utilitza la soldadura sola.
En quines ocasions és adequat per a la implementació de juntes i mètodes de soldadura i expansió, no hi ha un estàndard uniforme. Normalment, si la temperatura no és massa alta, però la pressió és molt alta o el medi és molt fàcil de filtrar, s'utilitza la força d'expansió i soldadura de segellat (la soldadura de segellat es refereix simplement a evitar fuites i implementar la soldadura, i no garanteix la resistència).
Quan la pressió i la temperatura són molt elevades, s'utilitza soldadura per força i expansió de pasta (la soldadura per força és fins i tot si la soldadura té una estanquitat, però també per garantir que la unió tingui una gran resistència a la tracció, generalment es refereix a la resistència de la soldadura que és igual a la resistència de la canonada sota càrrega axial quan es solda). La funció de l'expansió és principalment eliminar la corrosió per esquerdes i millorar la resistència a la fatiga de la soldadura. S'han estipulat dimensions estructurals específiques de la norma (GB/T151), no entrarem en detalls aquí.
Per als requisits de rugositat de la superfície del forat de la canonada:
a, quan el tub de l'intercanviador de calor i la placa del tub es connecten per soldadura, el valor de rugositat superficial del tub Ra no és superior a 35 μM.
b, una connexió d'expansió de tub i placa de tub d'intercanviador de calor únic, el valor de rugositat de la superfície del forat del tub Ra no és superior a 12,5 μM connexió d'expansió, la superfície del forat del tub no ha d'afectar l'estanquitat d'expansió dels defectes, com ara a través de la ratlladura longitudinal o en espiral.
III. Càlcul de disseny
1. Càlcul del gruix de la paret de la carcassa (incloent-hi la secció curta de la caixa de la canonada, el capçal, el càlcul del gruix de la paret del cilindre del programa de carcassa): el gruix de la paret de la canonada i el cilindre del programa de carcassa han de complir amb el gruix mínim de paret de la norma GB151. Per a l'acer al carboni i l'acer de baix aliatge, el gruix mínim de la paret és segons les consideracions del marge de corrosió C2 = 1 mm. Per al cas que C2 sigui superior a 1 mm, el gruix mínim de la paret de la carcassa s'ha d'augmentar en conseqüència.
2. Càlcul de l'armadura en forats oberts
Per a la carcassa amb sistema de tubs d'acer, es recomana utilitzar tot el reforç (augmentar el gruix de la paret del cilindre o utilitzar tubs de paret gruixuda); per a la caixa de tubs més gruixuda del forat gran, cal tenir en compte l'economia general.
Cap altre reforç hauria de complir els requisits de diversos punts:
① pressió de disseny ≤ 2,5 MPa;
② La distància central entre dos forats adjacents no ha de ser inferior al doble de la suma del diàmetre dels dos forats;
③ Diàmetre nominal del receptor ≤ 89 mm;
④ El gruix mínim de la paret ha de complir els requisits de la Taula 8-1 (respectar el marge de corrosió d'1 mm).
3. Brida
Si s'utilitza una brida estàndard, cal tenir en compte que la brida i la junta coincideixin amb els elements de fixació; en cas contrari, cal calcular la brida. Per exemple, si es tracta d'una brida de soldadura plana tipus A estàndard, la junta corresponent és per a una junta tova no metàl·lica; quan s'utilitza una junta de bobinatge, s'ha de recalcular la brida.
4. Placa de canonada
Cal parar atenció a les qüestions següents:
① Temperatura de disseny de la placa tubular: d'acord amb les disposicions de GB150 i GB/T151, no s'ha de prendre com a mínim una temperatura del metall del component, però en el càlcul de la placa tubular no es pot garantir que la carcassa del tub actuï com a medi de procés, i la temperatura del metall de la placa tubular és difícil de calcular, generalment es pren com a temperatura de disseny la temperatura superior a la temperatura de disseny de la placa tubular.
② Intercanviador de calor multitub: en el rang de la zona de la canonada, a causa de la necessitat de configurar la ranura separadora i l'estructura de la vareta d'acoblament i no va ser suportat per la zona de l'intercanviador de calor. Fórmula GB/T151.
③El gruix efectiu de la placa tubular
El gruix efectiu de la placa tubular es refereix a la separació del rang de canonades de la part inferior del gruix de la ranura del mampara de la placa tubular menys la suma de les dues coses següents
a, marge de corrosió de la canonada més enllà de la profunditat de la part de la ranura de partició de la gamma de canonades
b, marge de corrosió del programa de closca i placa tubular al costat del programa de closca de l'estructura de la profunditat del solc de les dues plantes més grans
5. Conjunt de juntes de dilatació
En un intercanviador de calor de plaques i tubs fixos, a causa de la diferència de temperatura entre el fluid que hi ha al tub i el fluid que hi ha al tub, i entre la connexió fixa entre l'intercanviador de calor i la carcassa i la placa tubular, durant l'ús hi ha una diferència d'expansió entre la carcassa i el tub, que sotmet la carcassa i el tub a una càrrega axial. Per evitar danys a la carcassa i a l'intercanviador de calor, la desestabilització de l'intercanviador de calor i la separació del tub de l'intercanviador de calor de la placa tubular, cal instal·lar juntes d'expansió per reduir la càrrega axial de la carcassa i l'intercanviador de calor.
Generalment, si la diferència de temperatura entre la carcassa i la paret de l'intercanviador de calor és gran, cal tenir en compte la configuració de la junta de dilatació. En el càlcul de la placa tubular, segons la diferència de temperatura entre les diverses condicions comunes calculades σt, σc i q, si una de les dues no es qualifica, cal augmentar la junta de dilatació.
σt - tensió axial del tub de l'intercanviador de calor
σc - tensió axial del cilindre del procés de closca
q -- La connexió del tub de l'intercanviador de calor i la placa del tub de la força d'arrencada
IV. Disseny estructural
1. Caixa de canonades
(1) Longitud de la caixa de canonades
a. Profunditat interior mínima
① a l'obertura del tub únic de la caixa de tubs, la profunditat mínima al centre de l'obertura no ha de ser inferior a 1/3 del diàmetre interior del receptor;
② la profunditat interior i exterior del curs de la canonada ha de garantir que la superfície mínima de circulació entre els dos cursos no sigui inferior a 1,3 vegades la superfície de circulació del tub intercanviador de calor per curs;
b, la profunditat interior màxima
Considereu si és convenient soldar i netejar les parts internes, especialment per al diàmetre nominal de l'intercanviador de calor multitubular més petit.
(2) Partició de programa separada
Gruix i disposició de la partició segons la taula 6 i la figura 15 de GB151, per a un gruix de partició superior a 10 mm, la superfície de segellat s'ha de retallar a 10 mm; per a l'intercanviador de calor de tubs, la partició s'ha de configurar sobre el forat de drenatge (forat de drenatge), el diàmetre del forat de drenatge és generalment de 6 mm.
2. Feix de carcassa i tubs
①Nivell del feix de tubs
Feix de tubs de nivell Ⅰ i Ⅱ, només per a tubs d'intercanvi de calor d'acer al carboni i acer de baix aliatge segons els estàndards domèstics, encara hi ha desenvolupats els de "nivell superior" i els de "nivell ordinari". Un cop es pot utilitzar un tub d'intercanvi de calor domèstic, no cal dividir el feix de tubs d'intercanvi de calor d'acer al carboni i acer de baix aliatge en nivells Ⅰ i Ⅱ!
La diferència entre els feix de tubs Ⅰ i Ⅱ rau principalment en el diàmetre exterior del tub de l'intercanviador de calor, la desviació del gruix de la paret és diferent, la mida del forat corresponent i la desviació són diferents.
Feix de tubs de grau Ⅰ amb requisits de precisió més alts, per a tubs d'intercanviador de calor d'acer inoxidable, només feix de tubs Ⅰ; per al tub d'intercanviador de calor d'acer al carboni d'ús comú
② Placa de tubs
a, desviació de la mida del forat del tub
Tingueu en compte la diferència entre el feix de tubs de nivell Ⅰ i Ⅱ.
b, el solc de la partició del programa
La profunditat de la ranura Ⅰ generalment no és inferior a 4 mm
Ⅱ Amplada de la ranura de la partició del subprograma: acer al carboni 12 mm; acer inoxidable 11 mm
El bisellatge de la cantonada de la ranura de la partició de rang de minuts és generalment de 45 graus, l'amplada del bisellatge b és aproximadament igual al radi R de la cantonada de la junta del rang de minuts.
③Placa plegable
a. Mida del forat de la canonada: diferenciada per nivell del feix
b, alçada de l'osca de la placa plegable de l'arc
L'alçada de l'osca ha de ser tal que el fluid a través de l'espai amb un cabal a través del feix de tubs similar a l'alçada de l'osca es pren generalment de 0,20 a 0,45 vegades el diàmetre interior de la cantonada arrodonida, l'osca generalment es talla a la fila de canonades per sota de la línia central o es talla en dues files de forats de canonades entre el pont petit (per facilitar la comoditat de portar una canonada).
c. Orientació de l'osca
Fluid net unidireccional, disposició d'osques amunt i avall;
Gas que conté una petita quantitat de líquid, feu una osca cap amunt cap a la part més baixa de la placa plegable per obrir el port de líquid;
Líquid que conté una petita quantitat de gas, feu una osca cap avall cap a la part més alta de la placa plegable per obrir el port de ventilació
Coexistència gas-líquid o el líquid conté materials sòlids, disposició d'osques a l'esquerra i a la dreta i obre el port de líquid al lloc més baix
d. Gruix mínim de la placa plegable; llum màxima sense suport
e. Les plaques plegables a tots dos extrems del feix de tubs estan tan a prop com sigui possible dels receptors d'entrada i sortida de la carcassa.
④Varreta d'acoblament
a, el diàmetre i el nombre de tirants
Diàmetre i nombre segons la Taula 6-32, selecció 6-33, per tal de garantir que sigui més gran o igual a l'àrea de la secció transversal de la vareta d'acoblament indicada a la Taula 6-33 sota la premissa del diàmetre i el nombre de varetes d'acoblament es pot canviar, però el seu diàmetre no ha de ser inferior a 10 mm, el nombre no ha de ser inferior a quatre
b, la vareta d'acoblament s'ha de disposar el més uniformement possible a la vora exterior del feix de tubs, per a intercanviadors de calor de gran diàmetre, a la zona del tub o a prop de l'espai de la placa plegable s'ha de disposar un nombre adequat de varetes d'acoblament, qualsevol placa plegable no ha de tenir menys de 3 punts de suport
c. Rosca de la vareta d'acoblament, alguns usuaris requereixen la soldadura següent d'una rosca i una placa plegable
⑤ Placa anti-descàrrega
a. La configuració de la placa anti-fluix és per reduir la distribució desigual del fluid i l'erosió de l'extrem del tub de l'intercanviador de calor.
b. Mètode de fixació de la placa anti-rentada
En la mesura que sigui possible, fixat al tub de pas fix o a prop de la placa tubular de la primera placa plegable, quan l'entrada de la carcassa es troba a la vareta no fixa del costat de la placa tubular, la placa anti-desviació es pot soldar al cos del cilindre.
(6) Col·locació de juntes de dilatació
a. Situat entre els dos costats de la placa plegable
Per tal de reduir la resistència al fluid de la junta de dilatació, si cal, a la junta de dilatació a l'interior d'un tub de revestiment, el tub de revestiment s'ha de soldar a la carcassa en la direcció del flux de fluid, per a intercanviadors de calor verticals, quan la direcció del flux de fluid és cap amunt, s'ha de configurar a l'extrem inferior dels forats de descàrrega del tub de revestiment.
b. Juntes de dilatació del dispositiu de protecció per evitar que l'equip es mogui durant el procés de transport o que s'utilitzi per estirar el malament
(vii) la connexió entre la placa tubular i la carcassa
a. L'extensió també serveix com a brida
b. Placa de canonada sense brida (GB151 Apèndix G)
3. Brida de canonada:
① Si la temperatura de disseny és superior o igual a 300 graus, s'ha d'utilitzar una brida de culata.
② perquè l'intercanviador de calor no es pugui utilitzar per prendre el control de la interfície per renunciar i descarregar, s'ha de fixar al tub, el punt més alt del recorregut de la carcassa del purgador, el punt més baix del port de descàrrega, el diàmetre nominal mínim de 20 mm.
③ L'intercanviador de calor vertical es pot configurar amb un port de sobreeiximent.
4. Suport: espècies GB151 d'acord amb les disposicions de l'article 5.20.
5. Altres accessoris
① Ungles d'elevació
La caixa oficial de qualitat superior a 30 kg i la tapa de la caixa de canonades s'han de fixar amb orelletes.
② cable superior
Per facilitar el desmuntatge de la caixa de canonades, la coberta de la caixa de canonades s'ha de col·locar a la placa oficial, amb el cable superior de la coberta de la caixa de canonades.
V. Requisits de fabricació i inspecció
1. Placa de canonada
① Unions a topall de plaques de tubs empalmades per a inspecció de raigs al 100% o UT, nivell qualificat: RT: Ⅱ UT: Ⅰ nivell;
② A més de l'acer inoxidable, la placa de tub empalmat es sotmet a un tractament tèrmic per alleujar la tensió;
③ Desviació de l'amplada del pont del forat de la placa del tub: segons la fórmula per calcular l'amplada del pont del forat: B = (S - d) - D1
Amplada mínima del pont del forat: B = 1/2 (S - d) + C;
2. Tractament tèrmic de la caixa de tubs:
L'acer al carboni, l'acer de baix aliatge soldat amb una partició de rang dividit de la caixa de canonades, així com la caixa de canonades de les obertures laterals de més d'1/3 del diàmetre interior de la caixa de canonades del cilindre, en l'aplicació de soldadura per al tractament tèrmic d'alleujament de tensions, la superfície de segellat de la brida i la partició s'ha de processar després del tractament tèrmic.
3. Prova de pressió
Quan la pressió de disseny del procés de la closca és inferior a la pressió del procés del tub, per tal de comprovar la qualitat de les connexions del tub i la placa del tub de l'intercanviador de calor
① Programar la pressió de la carcassa per augmentar la pressió de prova amb el programa de canonades d'acord amb la prova hidràulica, per comprovar si hi ha fuites a les unions de les canonades. (Tanmateix, cal assegurar-se que la tensió de la pel·lícula primària de la carcassa durant la prova hidràulica sigui ≤0.9ReLΦ)
② Quan el mètode anterior no és apropiat, la carcassa es pot sotmetre a una prova hidrostàtica segons la pressió original després de passar-la, i després la carcassa a una prova de fuita d'amoníac o una prova de fuita d'halogen.
VI. Alguns aspectes a tenir en compte als gràfics
1. Indiqueu el nivell del feix de tubs
2. El tub de l'intercanviador de calor ha de tenir el número d'etiquetatge escrit
3. Línia de contorn de la canonada de la placa de tubs fora de la línia sòlida gruixuda tancada
4. Els dibuixos de muntatge han d'estar etiquetats amb l'orientació de l'espai entre plaques plegables.
5. Els forats de descàrrega de les juntes de dilatació estàndard, els forats d'escapament a les unions de les canonades i els taps de les canonades han d'estar fora de la imatge.
Data de publicació: 11 d'octubre de 2023