I. Clasificación del intercambiador de calor:
El intercambiador de calor de carcasa y tubos se puede dividir en las dos categorías siguientes según las características estructurales.
1. Estructura rígida del intercambiador de calor de carcasa y tubos: este intercambiador de calor se ha convertido en un tipo de placa y tubo fijo, generalmente se puede dividir en dos tipos: rango de un solo tubo y rango de tubos múltiples.Sus ventajas son una estructura simple y compacta, económica y ampliamente utilizada;La desventaja es que el tubo no se puede limpiar mecánicamente.
2. Intercambiador de calor de carcasa y tubos con dispositivo de compensación de temperatura: puede hacer que la parte calentada se expanda libremente.La estructura del formulario se puede dividir en:
① Intercambiador de calor de cabezal flotante: este intercambiador de calor se puede expandir libremente en un extremo de la placa del tubo, el llamado "cabezal flotante".Se aplica a la pared del tubo y la diferencia de temperatura de la pared de la carcasa es grande, el espacio del haz de tubos se limpia con frecuencia.Sin embargo, su estructura es más compleja, los costos de procesamiento y fabricación son mayores.
② Intercambiador de calor de tubos en forma de U: tiene solo una placa de tubos, por lo que el tubo puede expandirse y contraerse libremente cuando se calienta o se enfría.La estructura de este intercambiador de calor es simple, pero la carga de trabajo de fabricar el codo es mayor y debido a que el tubo necesita tener un cierto radio de curvatura, la utilización de la placa del tubo es deficiente, el tubo se limpia mecánicamente y es difícil de desmontar y reemplazar. Los tubos no son fáciles, por lo que es necesario que el fluido pase a través de ellos esté limpio.Este intercambiador de calor se puede utilizar para grandes cambios de temperatura, altas temperaturas o ocasiones de alta presión.
③ Intercambiador de calor tipo caja de empaque: tiene dos formas, una está en la placa de tubos al final de cada tubo tiene un sello de empaque separado para garantizar la libre expansión y contracción del tubo, cuando el número de tubos en el intercambiador de calor Es muy pequeño, antes del uso de esta estructura, pero la distancia entre el tubo que el intercambiador de calor general era una estructura grande y compleja.Otra forma se hace en un extremo del tubo y la estructura flotante de la carcasa, en el lugar flotante usando todo el sello de empaque, la estructura es más simple, pero esta estructura no es fácil de usar en el caso de un diámetro grande y alta presión.El intercambiador de calor tipo prensaestopas rara vez se utiliza ahora.
II.Revisión de condiciones de diseño:
1. Diseño del intercambiador de calor, el usuario debe proporcionar las siguientes condiciones de diseño (parámetros de proceso):
① tubo, presión de funcionamiento del programa de carcasa (como una de las condiciones para determinar si se debe proporcionar el equipo en la clase)
② tubo, temperatura de funcionamiento del programa de carcasa (entrada/salida)
③ temperatura de la pared metálica (calculada por el proceso (proporcionada por el usuario))
④Nombre y características del material
⑤Margen de corrosión
⑥El número de programas
⑦ área de transferencia de calor
⑧ especificaciones y disposición del tubo del intercambiador de calor (triangular o cuadrado)
⑨ placa plegable o el número de placa de soporte
⑩ material de aislamiento y espesor (para determinar la altura que sobresale del asiento de la placa de identificación)
(11) Pintura.
Ⅰ.Si el usuario tiene requisitos especiales, el usuario debe proporcionar marca, color
Ⅱ.Los usuarios no tienen requisitos especiales, los propios diseñadores seleccionaron
2. Varias condiciones de diseño clave
① Presión de funcionamiento: como una de las condiciones para determinar si el equipo está clasificado, se debe proporcionar.
② características del material: si el usuario no proporciona el nombre del material debe proporcionar el grado de toxicidad del material.
Porque la toxicidad del medio está relacionada con el control no destructivo del equipo, el tratamiento térmico, el nivel de forjado para la clase superior de equipos, pero también con la división de los equipos:
a, los dibujos GB150 10.8.2.1 (f) indican que el contenedor que contiene un medio de toxicidad extremadamente peligroso o altamente peligroso 100% RT.
b, 10.4.1.3 los dibujos indican que los contenedores que contienen medios extremadamente peligrosos o altamente peligrosos por su toxicidad deben recibir un tratamiento térmico posterior a la soldadura (las uniones soldadas de acero inoxidable austenítico no pueden recibir tratamiento térmico)
C.Forjas.El uso de toxicidad media para piezas forjadas extremas o altamente peligrosas debe cumplir con los requisitos de Clase III o IV.
③ Especificaciones de la tubería:
Acero al carbono de uso común φ19×2, φ25×2,5, φ32×3, φ38×5
Acero inoxidable φ19×2, φ25×2, φ32×2,5, φ38×2,5
Disposición de los tubos del intercambiador de calor: triángulo, triángulo de esquina, cuadrado, cuadrado de esquina.
★ Cuando se requiera limpieza mecánica entre los tubos del intercambiador de calor, se debe utilizar una disposición cuadrada.
1. Presión de diseño, temperatura de diseño, coeficiente de junta de soldadura
2. Diámetro: cilindro DN <400, uso de tubería de acero.
Cilindro DN ≥ 400, utilizando chapa de acero laminada.
Tubería de acero de 16" ------ con el usuario para discutir el uso de placa de acero laminada.
3. Diagrama de diseño:
De acuerdo con el área de transferencia de calor, las especificaciones de los tubos de transferencia de calor para dibujar el diagrama de diseño para determinar la cantidad de tubos de transferencia de calor.
Si el usuario proporciona un diagrama de tuberías, también debe revisar que las tuberías estén dentro del círculo límite de tuberías.
★Principio del tendido de tuberías:
(1) en el círculo límite de la tubería debe estar lleno de tubería.
② el número de tuberías de varios recorridos debe intentar igualar el número de recorridos.
③ El tubo del intercambiador de calor debe estar dispuesto simétricamente.
4. Materiales
Cuando la placa del tubo tiene un hombro convexo y está conectada con el cilindro (o la culata), se debe utilizar forjado.Debido al uso de dicha estructura, la placa de tubo se usa generalmente para presiones más altas, inflamables, explosivas y tóxicas para ocasiones extremas y altamente peligrosas; cuanto más altos son los requisitos para la placa de tubo, la placa de tubo también es más gruesa.Para evitar que el hombro convexo produzca escoria, delaminación y mejorar las condiciones de tensión de la fibra del hombro convexo, reduzca la cantidad de procesamiento, ahorrando materiales, el hombro convexo y la placa del tubo se forjan directamente a partir de la forja general para fabricar la placa del tubo. .
5. Intercambiador de calor y conexión de placa de tubos.
El tubo en la conexión de la placa del tubo, en el diseño del intercambiador de calor de carcasa y tubos, es una parte más importante de la estructura.No solo procesa la carga de trabajo, sino que debe realizar cada conexión en la operación del equipo para garantizar que el medio no tenga fugas y resista la capacidad de presión del medio.
La conexión del tubo y la placa del tubo se realiza principalmente de las tres formas siguientes: expansión;b soldadura;c soldadura de expansión
La expansión de la carcasa y el tubo entre las fugas de medios no causará consecuencias adversas de la situación, especialmente porque la soldabilidad del material es pobre (como el tubo intercambiador de calor de acero al carbono) y la carga de trabajo de la planta de fabricación es demasiado grande.
Debido a la expansión del extremo del tubo en la deformación plástica de soldadura, hay una tensión residual, con el aumento de temperatura, la tensión residual desaparece gradualmente, de modo que el extremo del tubo reduce la función de sellado y unión. por lo que la expansión de la estructura por las limitaciones de presión y temperatura, generalmente aplicable a la presión de diseño ≤ 4Mpa, el diseño de la temperatura ≤ 300 grados, y en la operación de las vibraciones no violentas, sin cambios excesivos de temperatura y sin corrosión por tensión significativa .
La conexión por soldadura tiene las ventajas de una producción sencilla, alta eficiencia y una conexión confiable.A través de la soldadura, el tubo a la placa del tubo tiene un mejor papel en el aumento;y también puede reducir los requisitos de procesamiento de orificios de tubería, ahorrando tiempo de procesamiento, fácil mantenimiento y otras ventajas, debe usarse como una cuestión de prioridad.
Además, cuando la toxicidad del medio es muy grande, el medio y la atmósfera se mezclan. Fácil de explotar, el medio es radiactivo o la mezcla del material dentro y fuera de la tubería tendrá un efecto adverso, para garantizar que las juntas estén selladas, pero También se suele utilizar el método de soldadura.El método de soldadura, aunque tiene muchas ventajas, porque no puede evitar por completo la "corrosión por grietas" y la corrosión por tensión en los nodos soldados, y es difícil conseguir una soldadura confiable entre paredes delgadas de tuberías y placas de tuberías gruesas.
El método de soldadura puede ser a temperaturas más altas que la expansión, pero bajo la acción de tensiones cíclicas de alta temperatura, la soldadura es muy susceptible a grietas por fatiga, huecos en el tubo y el orificio del tubo, cuando se somete a medios corrosivos, para acelerar el daño de la junta.Por lo tanto, se utiliza soldadura y juntas de expansión al mismo tiempo.Esto no sólo mejora la resistencia a la fatiga de la unión, sino que también reduce la tendencia a la corrosión por grietas y, por tanto, su vida útil es mucho más larga que cuando se utiliza únicamente soldadura.
En qué ocasiones es adecuado la implementación de soldaduras y juntas de dilatación y métodos, no existe una norma uniforme.Por lo general, la temperatura no es demasiado alta pero la presión es muy alta o el medio es muy fácil de filtrar, el uso de soldadura de expansión y sellado de fuerza (soldadura de sellado se refiere simplemente a evitar fugas e implementación de la soldadura, y no garantiza la fuerza).
Cuando la presión y la temperatura son muy altas, se utiliza soldadura por resistencia y expansión de pasta (la soldadura por resistencia es incluso si la soldadura está apretada, pero también para garantizar que la junta tenga una gran resistencia a la tracción, generalmente se refiere a la resistencia de la La soldadura es igual a la resistencia de la tubería bajo carga axial cuando se realiza la soldadura).La función de la expansión es principalmente eliminar la corrosión por grietas y mejorar la resistencia a la fatiga de la soldadura.Las dimensiones estructurales específicas del estándar (GB/T151) han sido estipuladas, no entraremos en detalles aquí.
Para los requisitos de rugosidad de la superficie del orificio de la tubería:
a, cuando el tubo del intercambiador de calor y la placa del tubo se sueldan, el valor Ra de rugosidad de la superficie del tubo no es superior a 35 uM.
b, un solo tubo intercambiador de calor y una conexión de expansión de placa de tubo, el valor Ra de rugosidad de la superficie del orificio del tubo no es mayor que 12,5 uM de conexión de expansión, la superficie del orificio del tubo no debe afectar la estanqueidad de expansión de los defectos, como a través del longitudinal o en espiral puntuación.
III.Cálculo de diseño
1. Cálculo del espesor de la pared de la carcasa (incluida la sección corta de la caja de la tubería, la cabeza y el cálculo del espesor de la pared del cilindro del programa de la carcasa). La tubería y el espesor de la pared del cilindro del programa de la carcasa deben cumplir con el espesor mínimo de pared en GB151, para acero al carbono y acero de baja aleación, el espesor mínimo de pared es de acuerdo Considerando el margen de corrosión C2 = 1 mm, para el caso de C2 mayor que 1 mm, el espesor mínimo de pared de la carcasa debe aumentarse en consecuencia.
2. Cálculo del refuerzo en agujero abierto.
Para la carcasa que utiliza un sistema de tubos de acero, se recomienda utilizar todo el refuerzo (aumentar el espesor de la pared del cilindro o utilizar tubos de paredes gruesas);para la caja de tubo más gruesa en el orificio grande para considerar la economía general.
Ningún otro refuerzo debe cumplir los requisitos de varios puntos:
① presión de diseño ≤ 2,5 Mpa;
② La distancia central entre dos orificios adyacentes no debe ser inferior al doble de la suma del diámetro de los dos orificios;
③ Diámetro nominal del receptor ≤ 89 mm;
④ asumir el espesor mínimo de pared debe ser los requisitos de la Tabla 8-1 (asumir el margen de corrosión de 1 mm).
3. Brida
La brida del equipo que utiliza una brida estándar debe prestar atención a la brida y la junta, los sujetadores coinciden; de lo contrario, se debe calcular la brida.Por ejemplo, la brida de soldadura plana tipo A en la norma con su junta correspondiente para junta blanda no metálica;cuando se debe recalcular el uso de junta de bobinado para la brida.
4. Placa de tubería
Es necesario prestar atención a las siguientes cuestiones:
① temperatura de diseño de la placa del tubo: De acuerdo con las disposiciones de GB150 y GB/T151, no se debe tomar menos que la temperatura del metal del componente, pero en el cálculo de la placa del tubo no se puede garantizar que el papel del medio de proceso de la carcasa del tubo, y La temperatura del metal de la placa del tubo es difícil de calcular; generalmente se toma en el lado superior de la temperatura de diseño para la temperatura de diseño de la placa del tubo.
② Intercambiador de calor de tubos múltiples: en el rango del área de tuberías, debido a la necesidad de configurar la ranura espaciadora y la estructura de la barra de acoplamiento y no pudo ser soportado por el área del intercambiador de calor Anuncio: Fórmula GB/T151.
③El espesor efectivo de la placa del tubo.
El espesor efectivo de la placa del tubo se refiere al rango de tubería, separación de la parte inferior del mamparo, espesor de la ranura de la placa del tubo menos la suma de las dos cosas siguientes
a, margen de corrosión de la tubería más allá de la profundidad de la parte de la ranura de partición del rango de la tubería
b, margen de corrosión del programa de carcasa y placa de tubo en el lado del programa de carcasa de la estructura de la profundidad de la ranura de las dos plantas más grandes
5. Conjunto de juntas de dilatación
En el intercambiador de calor de placas y tubos fijos, debido a la diferencia de temperatura entre el fluido en el recorrido del tubo y el fluido del recorrido del tubo, y el intercambiador de calor y la conexión fija de carcasa y placa de tubos, de modo que en el uso del estado, la carcasa y existe una diferencia de expansión del tubo entre la carcasa y el tubo, la carcasa y el tubo ante la carga axial.Para evitar daños a la carcasa y al intercambiador de calor, la desestabilización del intercambiador de calor y el desprendimiento del tubo del intercambiador de calor de la placa de tubos, se deben instalar juntas de expansión para reducir la carga axial de la carcasa y del intercambiador de calor.
Generalmente, la diferencia de temperatura entre la carcasa y la pared del intercambiador de calor es grande, es necesario considerar configurar la junta de expansión, en el cálculo de la placa del tubo, de acuerdo con la diferencia de temperatura entre las diversas condiciones comunes calculadas σt, σc, q, una de las cuales no califica , es necesario aumentar la junta de dilatación.
σt - tensión axial del tubo del intercambiador de calor
σc - tensión axial del cilindro del proceso de carcasa
q--El tubo del intercambiador de calor y la conexión de la placa de tubos de la fuerza de extracción
IV.Diseño estructural
1. Caja de tuberías
(1) Longitud de la caja de tuberías
a.Profundidad interior mínima
① en la abertura del tramo de tubería única de la caja de tubos, la profundidad mínima en el centro de la abertura no debe ser inferior a 1/3 del diámetro interior del receptor;
② la profundidad interior y exterior del recorrido de la tubería debe garantizar que el área de circulación mínima entre los dos recorridos no sea inferior a 1,3 veces el área de circulación del tubo del intercambiador de calor por recorrido;
b, la profundidad interior máxima
Considere si es conveniente soldar y limpiar las piezas internas, especialmente para el diámetro nominal del intercambiador de calor multitubular más pequeño.
(2) Partición de programa separada
Espesor y disposición de la partición según GB151 Tabla 6 y Figura 15, para espesores superiores a 10 mm de la partición, la superficie de sellado debe recortarse a 10 mm;Para el intercambiador de calor de tubos, la partición debe instalarse en el orificio de drenaje (orificio de drenaje), el diámetro del orificio de drenaje generalmente es de 6 mm.
2. Haz de carcasa y tubos
①Nivel del haz de tubos
Paquete de tubos de nivel Ⅰ, Ⅱ, solo para los estándares nacionales de tubos de intercambiador de calor de acero al carbono y acero de baja aleación, todavía se han desarrollado "nivel superior" y "nivel ordinario".Una vez que se puede utilizar el tubo del intercambiador de calor doméstico, no es necesario dividir el haz de tubos del intercambiador de calor de acero "superior", acero al carbono y acero de baja aleación en niveles Ⅰ y Ⅱ.
La diferencia entre los haces de tubos Ⅰ y Ⅱ radica principalmente en el diámetro exterior del tubo del intercambiador de calor, la desviación del espesor de la pared es diferente, el tamaño del orificio correspondiente y la desviación son diferentes.
Haz de tubos de grado Ⅰ con requisitos de mayor precisión, para tubos intercambiadores de calor de acero inoxidable, solo haz de tubos Ⅰ;para el tubo intercambiador de calor de acero al carbono de uso común
② Placa de tubo
a, desviación del tamaño del orificio del tubo
Tenga en cuenta la diferencia entre el haz de tubos de nivel Ⅰ y Ⅱ
b, la ranura de partición del programa
Ⅰ la profundidad de la ranura generalmente no es inferior a 4 mm
Ⅱ ancho de la ranura de partición del subprograma: acero al carbono 12 mm;acero inoxidable 11mm
El bisel de la esquina de la ranura de la partición del rango de minutos Ⅲ es generalmente de 45 grados, el ancho del biselado b es aproximadamente igual al radio R de la esquina de la junta del rango de minutos.
③Placa plegable
a.Tamaño del orificio de la tubería: diferenciado por el nivel del haz
b, altura de la muesca de la placa plegable del arco
La altura de la muesca debe ser tal que el fluido a través del espacio con un caudal a través del haz de tubos similar a la altura de la muesca generalmente se toma entre 0,20 y 0,45 veces el diámetro interior de la esquina redondeada; la muesca generalmente se corta en la fila de tuberías debajo del centro. alinee o corte dos filas de orificios para tuberías entre el puente pequeño (para facilitar la comodidad de usar una tubería).
C.Orientación de la muesca
Fluido limpio unidireccional, disposición con muescas hacia arriba y hacia abajo;
Gas que contiene una pequeña cantidad de líquido, haga una muesca hacia arriba, hacia la parte más baja de la placa plegable, para abrir el puerto de líquido;
Líquido que contiene una pequeña cantidad de gas, haga una muesca hacia la parte más alta de la placa plegable para abrir el puerto de ventilación.
Coexistencia gas-líquido o el líquido contiene materiales sólidos, haga una muesca en la disposición izquierda y derecha y abra el puerto de líquido en el lugar más bajo
d.Espesor mínimo de la placa plegable;luz máxima sin soporte
mi.Las placas plegables en ambos extremos del haz de tubos están lo más cerca posible de los receptores de entrada y salida de la carcasa.
④Tirante
a, el diámetro y el número de tirantes
Diámetro y número de acuerdo con la selección de la Tabla 6-32, 6-33, para garantizar que sea mayor o igual al área de la sección transversal del tirante indicada en la Tabla 6-33 bajo la premisa del diámetro y número de tirantes. Las varillas se pueden cambiar, pero su diámetro no será inferior a 10 mm, el número de no menos de cuatro.
b, el tirante debe estar dispuesto lo más uniformemente posible en el borde exterior del haz de tubos, para intercambiadores de calor de gran diámetro, en el área de la tubería o cerca del espacio de la placa plegable debe disponerse en un número apropiado de tirantes, cualquier plegado La placa debe tener al menos 3 puntos de apoyo.
C.Tuerca de tirante, algunos usuarios requieren lo siguiente: tuerca y placa plegable para soldar
⑤ Placa antidescarga
a.La configuración de la placa anti-descarga tiene como objetivo reducir la distribución desigual del fluido y la erosión del extremo del tubo del intercambiador de calor.
b.Método de fijación de la placa anti-lavado.
En la medida de lo posible fijada en el tubo de paso fijo o cerca de la placa tubular de la primera placa plegable, cuando la entrada de la carcasa está ubicada en la varilla no fija en el lado de la placa tubular, la placa anti-codificación se puede soldar al cuerpo del cilindro
(6) Colocación de juntas de dilatación.
a.Situado entre los dos lados de la placa plegable.
Para reducir la resistencia al fluido de la junta de expansión, si es necesario, en la junta de expansión en el interior de un tubo de revestimiento, el tubo de revestimiento debe soldarse a la carcasa en la dirección del flujo de fluido, para intercambiadores de calor verticales, cuando La dirección del flujo de fluido hacia arriba, debe configurarse en el extremo inferior de los orificios de descarga del tubo de revestimiento.
b.Juntas de expansión del dispositivo de protección para evitar que el equipo en el proceso de transporte o el uso de tirar del mal
(vii) la conexión entre la placa del tubo y la carcasa
a.La extensión funciona como brida
b.Placa de tubería sin brida (GB151 Apéndice G)
3. Brida de tubería:
① temperatura de diseño mayor o igual a 300 grados, se debe utilizar brida a tope.
② para el intercambiador de calor no se puede utilizar para hacerse cargo de la interfaz para ceder y descargar, se debe configurar en el tubo, el punto más alto del recorrido de la carcasa del purgador, el punto más bajo del puerto de descarga, el diámetro nominal mínimo de 20 mm.
③ Se puede configurar un intercambiador de calor vertical con un puerto de desbordamiento.
4. Soporte: especie GB151 según lo establecido en el artículo 5.20.
5. Otros accesorios
① Orejas de elevación
Para calidades superiores a 30Kg caja oficial y tapa de caja de tuberías se deberán fijar orejetas.
② cable superior
Para facilitar el desmontaje de la caja de tuberías, la cubierta de la caja de tuberías debe colocarse en el tablero oficial y el cable superior de la cubierta de la caja de tuberías.
V. Requisitos de fabricación e inspección.
1. Placa de tubería
① juntas a tope de placa de tubo empalmadas para inspección por rayos 100% o UT, nivel calificado: RT: Ⅱ UT: Ⅰ nivel;
② Además del acero inoxidable, tratamiento térmico para aliviar la tensión de la placa de tubería empalmada;
③ Desviación del ancho del puente del orificio de la placa del tubo: según la fórmula para calcular el ancho del puente del orificio: B = (S - d) - D1
Ancho mínimo del puente del agujero: B = 1/2 (S - d) + C;
2. Tratamiento térmico de caja de tubos:
Acero al carbono, acero de baja aleación soldado con una partición de rango dividido de la caja de tubería, así como la caja de tubería de las aberturas laterales de más de 1/3 del diámetro interior de la caja de tubería del cilindro, en la aplicación de soldadura por tensión. El tratamiento térmico de alivio, la brida y la superficie de sellado de la partición deben procesarse después del tratamiento térmico.
3. Prueba de presión
Cuando la presión de diseño del proceso de la carcasa es menor que la presión del proceso del tubo, para verificar la calidad de las conexiones del tubo del intercambiador de calor y de la placa del tubo.
① Presión del programa Shell para aumentar la presión de prueba con el programa de tuberías de acuerdo con la prueba hidráulica, para verificar si hay fugas en las juntas de las tuberías.(Sin embargo, es necesario garantizar que la tensión de la película primaria de la carcasa durante la prueba hidráulica sea ≤0,9ReLΦ)
② Cuando el método anterior no es apropiado, la carcasa puede someterse a una prueba hidrostática de acuerdo con la presión original después de pasar, y luego a la carcasa para una prueba de fuga de amoníaco o una prueba de fuga de halógeno.
VI.Algunas cuestiones a tener en cuenta en los gráficos.
1. Indique el nivel del haz de tubos.
2. En el tubo del intercambiador de calor se debe escribir el número de etiqueta.
3. Línea de contorno de la tubería de la placa del tubo fuera de la línea sólida gruesa cerrada
4. Los planos de montaje deben estar etiquetados como orientación del espacio de la placa plegable.
5. Los orificios de descarga de las juntas de expansión estándar, los orificios de escape en las juntas de las tuberías y los tapones de las tuberías deben estar fuera de escena.
Hora de publicación: 11 de octubre de 2023