I. Clasificación de intercambiadores 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 tubular: Este intercambiador de calor es de tipo tubo-placa fijo y se divide generalmente en monotubo y multitubo. Sus ventajas son su estructura simple y compacta, su bajo costo y su amplio uso; su desventaja es que el tubo no se puede limpiar mecánicamente.
2. Intercambiador de calor tubular con dispositivo de compensación de temperatura: permite la expansión libre de la parte calentada. Su estructura se divide en:
1. Intercambiador de calor de cabezal flotante: Este intercambiador de calor se expande libremente en un extremo de la placa tubular (el llamado "cabezal flotante"). Se aplica cuando la diferencia de temperatura entre la pared del tubo y la pared de la carcasa es grande, por lo que el espacio del haz tubular se limpia con frecuencia. Sin embargo, su estructura es más compleja y los costos de procesamiento y fabricación son más altos.
② Intercambiador de calor tubular en forma de U: Con una sola placa tubular, el tubo puede expandirse y contraerse libremente al calentarse o enfriarse. Si bien su estructura es simple, la fabricación de la curvatura requiere mayor esfuerzo. Dado que el tubo requiere un radio de curvatura específico, el uso de la placa tubular es deficiente, la limpieza mecánica dificulta el desmontaje y la sustitución de los tubos es compleja, por lo que se requiere que el fluido pase a través de ellos limpio. Este intercambiador de calor se puede utilizar para grandes cambios de temperatura, altas temperaturas o altas presiones.
③ Intercambiador de calor tipo caja de empaquetadura: Tiene dos formas: una con placa tubular en el extremo de cada tubo, con un sello de empaquetadura independiente para garantizar la libre expansión y contracción del tubo. Antes de usar esta estructura, cuando el número de tubos era muy pequeño, la distancia entre los tubos era mayor que en los intercambiadores de calor generales, lo que resultaba en una estructura compleja. Otra forma es la de una estructura flotante con un extremo del tubo y la carcasa. En esta última, se usa un sello de empaquetadura completo. Esta estructura es más simple, pero no es fácil de usar en casos de gran diámetro y alta presión. Actualmente, el intercambiador de calor tipo caja de empaquetadura se utiliza con poca frecuencia.
II. Revisión de las condiciones de diseño:
1. En el diseño del intercambiador de calor, el usuario debe proporcionar las siguientes condiciones de diseño (parámetros del proceso):
1) Tubo, carcasa, programa de presión de funcionamiento (como una de las condiciones para determinar si el equipo pertenece a la clase, debe proporcionarse)
② Temperatura de funcionamiento del programa de tubo y carcasa (entrada/salida)
③ Temperatura de la pared metálica (calculada por el proceso (proporcionada por el usuario))
④Nombre y características del material
5. Margen de corrosión
⑥El número de programas
⑦ área de transferencia de calor
⑧ Especificaciones y disposición de los tubos del intercambiador de calor (triangular o cuadrado)
⑨ placa plegable o el número de placa de soporte
⑩ Material y espesor del aislamiento (para determinar la altura que sobresale del asiento de la placa de identificación)
(11) Pintura.
Ⅰ. Si el usuario tiene requisitos especiales, deberá proporcionar la marca y el color.
Ⅱ. Los usuarios no tienen requisitos especiales, los propios diseñadores los seleccionaron.
2. Varias condiciones clave de diseño
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 monitoreo no destructivo de los equipos, el tratamiento térmico, el nivel de forjados para la clase superior de equipos, pero también está relacionada con la división de los equipos:
a, GB150 10.8.2.1 (f) los dibujos indican que el contenedor que contiene un medio extremadamente peligroso o altamente peligroso de toxicidad 100% RT.
b, 10.4.1.3 Los dibujos indican que los contenedores que contienen medios extremadamente peligrosos o altamente peligrosos para la toxicidad deben recibir un tratamiento térmico posterior a la soldadura (las uniones soldadas de acero inoxidable austenítico no pueden recibir tratamiento térmico).
c. Forjados. El uso de materiales de toxicidad media para forjados de riesgo extremo o altamente peligrosos debe cumplir con los requisitos de la 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 requiere limpieza mecánica entre los tubos del intercambiador de calor, se debe utilizar una disposición cuadrada.
1. Presión de diseño, temperatura de diseño, coeficiente de unión de soldadura
2. Diámetro: DN < 400 cilindro, uso de tubería de acero.
Cilindro DN ≥ 400, utilizando chapa de acero laminada.
Tubo de acero de 16" ------ con el usuario para discutir el uso de placa de acero laminada.
3. Diagrama de disposición:
De acuerdo con el área de transferencia de calor, las especificaciones del tubo 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, pero también para revisar que la tubería esté dentro del círculo límite de tuberías.
★Principio de tendido de tuberías:
(1) En el límite de la tubería el círculo debe estar lleno de tubería.
② El número de tubos de múltiples carreras debe intentar igualar el número de carreras.
③ El tubo del intercambiador de calor debe estar dispuesto simétricamente.
4. Material
Cuando la placa tubular presenta un hombro convexo y está conectada al cilindro (o cabezal), se recomienda el forjado. Debido a esta estructura, la placa tubular se utiliza generalmente para altas presiones, inflamabilidad, explosividad y toxicidad en situaciones extremas y altamente peligrosas. Los mayores requisitos de la placa tubular hacen que su espesor sea mayor. Para evitar la formación de escoria y delaminación en el hombro convexo, mejorar las condiciones de tensión de las fibras del hombro convexo, reducir el procesamiento y ahorrar materiales, el hombro convexo y la placa tubular se forjan directamente a partir del forjado general para su fabricación.
5. Conexión del intercambiador de calor y la placa tubular
El tubo en la conexión tubo-placa, en el diseño de intercambiadores de calor de carcasa y tubos, es una parte fundamental de la estructura. No solo procesa la carga de trabajo, sino que también debe realizar cada conexión durante el funcionamiento del equipo para garantizar la ausencia de fugas del medio y la capacidad de soportar la presión del mismo.
La conexión de tubos y placas de tubos se realiza principalmente de las siguientes tres formas: a) expansión; b) soldadura; c) soldadura por expansión.
La expansión de la carcasa y el tubo entre las fugas de medios no provocará consecuencias adversas, especialmente si el material tiene poca soldabilidad (como el tubo del 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, existe una tensión residual, con el aumento de la 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 el funcionamiento de las vibraciones no violentas, sin cambios excesivos de temperatura y sin corrosión por tensión significativa.
La conexión por soldadura ofrece las ventajas de una producción sencilla, alta eficiencia y una conexión fiable. Gracias a la soldadura, el tubo se integra mejor con la placa tubular; además, reduce los requisitos de procesamiento de los orificios de la tubería, ahorra tiempo de procesamiento y facilita el mantenimiento, entre otras ventajas, por lo que debe utilizarse con prioridad.
Además, cuando la toxicidad del medio es muy alta, la mezcla entre el medio y la atmósfera puede provocar explosiones. Si el medio es radiactivo, la mezcla de materiales dentro y fuera de la tubería tendrá un efecto adverso. Para asegurar el sellado de las juntas, también se suele utilizar el método de soldadura. Si bien este método ofrece muchas ventajas, no evita completamente la corrosión por grietas ni la corrosión bajo tensión en los nodos soldados, y dificulta una soldadura fiable entre paredes delgadas de tubería y placas gruesas.
El método de soldadura puede funcionar 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 y a la formación de espacios entre tubos y orificios, al ser sometida a medios corrosivos, lo que acelera el daño de la unión. Por lo tanto, se utilizan juntas de soldadura y expansión simultáneamente. Esto no solo mejora la resistencia a la fatiga de la unión, sino que también reduce la tendencia a la corrosión por grietas, lo que prolonga considerablemente su vida útil en comparación con la soldadura sola.
No existe un estándar uniforme para las ocasiones en que es adecuado implementar juntas de soldadura y expansión. Generalmente, cuando la temperatura no es demasiado alta, pero la presión es muy alta o el medio presenta fugas con facilidad, se utilizan soldaduras de expansión y sellado resistentes (la soldadura de sellado se refiere simplemente a la prevención de fugas y a la implementación de la soldadura, pero no garantiza la resistencia).
Cuando la presión y la temperatura son muy altas, se utiliza la soldadura por resistencia y la expansión de pasta. (La soldadura por resistencia se realiza incluso si la soldadura es firme, pero también para garantizar que la unión tenga una alta resistencia a la tracción; generalmente, se refiere a que la resistencia de la soldadura es igual a la resistencia de la tubería bajo carga axial durante la soldadura). La función principal de la expansión es eliminar la corrosión por grietas y mejorar la resistencia a la fatiga de la soldadura. Las dimensiones estructurales específicas se estipulan en la norma (GB/T151), por lo que no se detallarán 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 conectan por soldadura, el valor Ra de la rugosidad de la superficie del tubo no es mayor que 35 uM.
b, una sola conexión de expansión de tubo y placa de tubo de intercambiador de calor, el valor Ra de rugosidad de la superficie del orificio del tubo no es mayor que la conexión de expansión de 12,5 uM, la superficie del orificio del tubo no debe afectar la estanqueidad de la expansión de los defectos, como a través de la puntuación longitudinal o espiral.
III. Cálculo del diseño
1. Cálculo del espesor de la pared de la carcasa (incluida la sección corta de la caja de la tubería, la cabeza, el cálculo del espesor de la pared del cilindro del programa de la carcasa) La tubería, el espesor de la pared del cilindro del programa de la carcasa debe cumplir con el espesor de pared mínimo en GB151, para acero al carbono y acero de baja aleación, el espesor de pared mínimo es de acuerdo con el margen de corrosión C2 = 1 mm consideraciones para el caso de C2 mayor a 1 mm, el espesor de pared mínimo de la carcasa debe incrementarse en consecuencia.
2. Cálculo del refuerzo de 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 tubos más gruesos en el orificio grande, se debe 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 menor que el doble de la suma del diámetro de los dos orificios;
③ Diámetro nominal del receptor ≤ 89 mm;
4. El espesor mínimo de la pared debe ser el requerido en la Tabla 8-1 (el margen de corrosión debe ser de 1 mm).
3. Brida
Al usar bridas estándar, se debe verificar la compatibilidad entre la brida, la junta y los sujetadores; de lo contrario, se debe calcular la brida. Por ejemplo, una brida de soldadura plana tipo A estándar con su junta correspondiente para una junta blanda no metálica; si se usa una junta de bobinado, se debe recalcular 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, debe tomarse no 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 más alto de la temperatura de diseño para la temperatura de diseño de la placa del tubo.
② Intercambiador de calor de múltiples tubos: 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 Ad: Fórmula GB/T151.
③El espesor efectivo de la placa del tubo
El espesor efectivo de la placa del tubo se refiere a la separación del rango de tubería de la parte inferior de la ranura del mamparo del espesor 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 profundidad de la parte de 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. Juego de juntas de expansión
En los intercambiadores de calor de tubos y placas fijos, debido a la diferencia de temperatura entre el fluido en el recorrido del tubo y el fluido en el recorrido del tubo, y a la conexión fija entre el intercambiador y la carcasa y la placa tubular, se produce una diferencia de expansión entre la carcasa y el tubo, lo que provoca una carga axial en ambos. Para evitar daños en la carcasa y el intercambiador, su desestabilización y la separación del tubo de la placa tubular, se deben instalar juntas de expansión para reducir la carga axial en la carcasa y el intercambiador.
Generalmente, la diferencia de temperatura entre la carcasa y la pared del intercambiador de calor es grande, es necesario considerar el ajuste de 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 expansión.
σt - tensión axial del tubo del intercambiador de calor
σc - tensión axial del cilindro del proceso de capa
q--La conexión entre el tubo del intercambiador de calor y la placa tubular de la fuerza de extracción
IV. Diseño estructural
1. Caja de tuberías
(1) Longitud de la caja de tubería
a. Profundidad interior mínima
① Para la apertura del tramo de tubería única de la caja de tubos, la profundidad mínima en el centro de la apertura no debe ser inferior a 1/3 del diámetro interior del receptor;
② La profundidad interior y exterior de la hilera de tuberías debe garantizar que el área de circulación mínima entre las dos hileras no sea inferior a 1,3 veces el área de circulación del tubo del intercambiador de calor por hilera;
b, la profundidad interior máxima
Considere si es conveniente soldar y limpiar las partes internas, especialmente para el diámetro nominal del intercambiador de calor multitubo más pequeño.
(2) Partición de programa separada
Espesor y disposición de la partición de acuerdo con GB151 Tabla 6 y Figura 15, para un espesor mayor a 10 mm de la partición, la superficie de sellado debe recortarse a 10 mm; para el intercambiador de calor de tubo, la partición debe instalarse en el orificio de desgarro (orificio de drenaje), el diámetro del orificio de drenaje es generalmente de 6 mm.
2. Haz de carcasa y tubos
①Nivel del haz de tubos
Haz de tubos de nivel I y II: solo para tubos de intercambiadores de calor de acero al carbono y de baja aleación, según las normas nacionales. Se han desarrollado los de "nivel superior" y "nivel normal". Una vez que los tubos de intercambiadores de calor domésticos se puedan utilizar con tubos de acero de "nivel superior", los haces de tubos de intercambiadores de calor de acero al carbono y de baja aleación no necesitan dividirse en niveles I y II.
Ⅰ, Ⅱ La diferencia entre los haces de tubos 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 de intercambiadores de calor de acero inoxidable, solo haz de tubos Ⅰ; para el tubo de 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.
Ancho de ranura de partición del subprograma II: acero al carbono 12 mm; acero inoxidable 11 mm
El biselado de la esquina de la ranura de partición de rango de minutos es generalmente de 45 grados, el ancho del biselado b es aproximadamente igual al radio R de la esquina de la junta de rango de minutos.
③Placa plegable
a. Tamaño del orificio de la tubería: se diferencia según 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 la velocidad de flujo a través del haz de tubos similar a la altura de la muesca generalmente se toma de 0,20 a 0,45 veces el diámetro interior de la esquina redondeada, la muesca generalmente se corta en la fila de tubería debajo de la línea central o se corta en dos filas de orificios de tubería 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 en 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 de gas y 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
e. 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.
④Tira de acoplamiento
a, el diámetro y el número de tirantes
Diámetro y número de acuerdo con la selección de la Tabla 6-32, 6-33, con el fin de garantizar que sea mayor o igual al área de la sección transversal de la barra de acoplamiento dada en la Tabla 6-33 bajo la premisa del diámetro y el número de barras de acoplamiento se puede cambiar, pero su diámetro no debe ser inferior a 10 mm, el número de no menos de cuatro
b, la barra de unión debe estar dispuesta 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 se debe disponer una cantidad adecuada de barras de unión, cualquier placa plegable no debe tener menos de 3 puntos de apoyo
c. Tuerca de la barra de acoplamiento, algunos usuarios requieren lo siguiente: una tuerca y una placa plegable soldada
⑤ Placa antidescarga
a. La instalación de la placa antidescarga tiene como finalidad reducir la distribución desigual del fluido y la erosión del extremo del tubo del intercambiador de calor.
b. Método de fijación de la placa antidesgaste
En la medida de lo posible, fijada en el tubo de paso fijo o cerca de la placa del tubo de la primera placa plegable, cuando la entrada de la carcasa está ubicada en la varilla no fija en el lado de la placa del tubo, la placa anti-alteración se puede soldar al cuerpo del cilindro.
(6) Colocación de juntas de expansión
a. Ubicado entre los dos lados de la placa plegable.
Para reducir la resistencia del 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 del fluido, para intercambiadores de calor verticales, cuando la dirección del flujo del fluido es 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 se tire del mal durante el transporte o el uso.
(vii) la conexión entre la placa tubular y la carcasa
a. La extensión funciona también como brida.
b. Placa de tubería sin brida (GB151 Apéndice G)
3. Brida de tubería:
① Si la temperatura de diseño es mayor o igual a 300 grados, se debe utilizar brida a tope.
② Para el intercambiador de calor que no se puede utilizar para hacerse cargo de la interfaz para renunciar y descargar, debe establecerse en el tubo, el punto más alto del curso de la carcasa del purgador, el punto más bajo del puerto de descarga, el diámetro nominal mínimo de 20 mm.
③ El intercambiador de calor vertical se puede configurar con un puerto de desbordamiento.
4. Soporte: Especie GB151 de acuerdo a lo dispuesto en el Artículo 5.20.
5. Otros accesorios
① Orejetas de elevación
Calidad mayor a 30Kg caja oficial y tapa de caja de tubería se deben fijar con orejetas.
② cable superior
Para facilitar el desmontaje de la caja de tuberías, la tapa de la caja de tuberías se debe fijar en el tablero oficial, el cable superior de la tapa de la caja de tuberías.
V. Fabricación, requisitos de inspección
1. Placa de tubería
① Uniones a tope de placas de tubos empalmadas para inspección por rayos al 100 % o UT, nivel calificado: RT: Ⅱ UT: Ⅰ nivel;
② Además del acero inoxidable, tratamiento térmico de alivio de 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 la caja de tubos:
Acero al carbono, acero de baja aleación soldado con una partición de rango dividido de la caja de la tubería, así como la caja de la tubería de las aberturas laterales de más de 1/3 del diámetro interior de la caja de la tubería del cilindro, en la aplicación de soldadura para tratamiento térmico de alivio de tensión, brida y La superficie de sellado de la partición debe procesarse después del tratamiento térmico.
3. Prueba de presión
Cuando la presión de diseño del proceso de carcasa es menor que la presión del proceso de tubos, para verificar la calidad de las conexiones de los tubos del intercambiador de calor y las placas de tubos.
1. La presión del programa de la carcasa debe aumentarse según el programa de la tubería, de acuerdo con la prueba hidráulica, para verificar si hay fugas en las juntas de la tubería. (Sin embargo, es necesario asegurar que la tensión primaria de la película de la carcasa durante la prueba hidráulica sea ≤ 0,9 ReLΦ).
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 una prueba de fuga de amoníaco o de fuga de halógeno.
VI. Algunas cuestiones a tener en cuenta en los gráficos
1. Indicar el nivel del haz de tubos.
2. El tubo del intercambiador de calor debe tener escrito el número de etiqueta.
3. Línea de contorno de la tubería de la placa de tubo fuera de la línea sólida gruesa cerrada
4. Los planos de montaje deben etiquetarse como orientación del espacio entre las placas plegables.
5. Los orificios de descarga de la junta de expansión estándar, los orificios de escape en las juntas de las tuberías y los tapones de las tuberías deben quedar fuera de la imagen.
Hora de publicación: 11 de octubre de 2023