Ý tưởng thiết kế bộ trao đổi nhiệt và những kiến ​​thức liên quan

1. Thiết kế bộ trao đổi nhiệt, người dùng cần cung cấp các điều kiện thiết kế sau (thông số quy trình):

① Áp suất vận hành của chương trình ống và vỏ (là một trong những điều kiện để xác định xem thiết bị có thuộc loại này hay không, phải được cung cấp)

② Nhiệt độ hoạt động của chương trình ống, vỏ (đầu vào/đầu ra)

③ Nhiệt độ thành kim loại (được tính toán bởi quy trình (do người dùng cung cấp))

④ Tên và đặc điểm vật liệu

⑤ Biên độ ăn mòn

⑥Số lượng chương trình

⑦ diện tích truyền nhiệt

⑧ Thông số kỹ thuật ống trao đổi nhiệt, bố trí (hình tam giác hoặc hình vuông)

⑨ Tấm gấp hoặc số lượng tấm đỡ

⑩ Vật liệu cách nhiệt và độ dày (để xác định chiều cao phần nhô ra của đế gắn nhãn)

(11) Sơn.

Ⅰ. Nếu người dùng có yêu cầu đặc biệt, vui lòng cung cấp nhãn hiệu và màu sắc.

II. Người dùng không có yêu cầu đặc biệt, chính các nhà thiết kế đã lựa chọn.

2. Một số điều kiện thiết kế chính

① Áp suất vận hành: là một trong những điều kiện để xác định xem thiết bị có được phân loại hay không, điều kiện này phải được đáp ứng.

② Đặc tính vật liệu: Nếu người dùng không cung cấp tên vật liệu thì phải cung cấp mức độ độc hại của vật liệu đó.

Vì độc tính của môi trường có liên quan đến việc giám sát không phá hủy thiết bị, xử lý nhiệt, mức độ rèn cho các thiết bị thuộc loại cao cấp, mà còn liên quan đến việc phân loại thiết bị:

a, Bản vẽ GB150 10.8.2.1 (f) chỉ ra rằng thùng chứa môi chất cực kỳ nguy hiểm hoặc rất nguy hiểm có độc tính 100% RT.

Hình b, mục 10.4.1.3 chỉ ra rằng các thùng chứa môi chất cực kỳ nguy hiểm hoặc rất nguy hiểm về độc tính cần được xử lý nhiệt sau khi hàn (các mối hàn bằng thép không gỉ austenit không được xử lý nhiệt).

c. Sản phẩm rèn. Việc sử dụng chất có độc tính trung bình cho các sản phẩm rèn cực kỳ nguy hiểm hoặc rất nguy hiểm cần đáp ứng các yêu cầu của Loại III hoặc IV.

③ Thông số kỹ thuật ống:

Thép cacbon thường dùng: φ19×2, φ25×2.5, φ32×3, φ38×5

Thép không gỉ φ19×2, φ25×2, φ32×2.5, φ38×2.5

Cách bố trí các ống trao đổi nhiệt: hình tam giác, tam giác góc, hình vuông, hình vuông góc.

★ Khi cần vệ sinh cơ học giữa các ống trao đổi nhiệt, nên sử dụng cách bố trí hình vuông.

1. Áp suất thiết kế, nhiệt độ thiết kế, hệ số mối hàn

2. Đường kính: Xi lanh DN < 400, sử dụng ống thép.

Xi lanh DN ≥ 400, sử dụng thép tấm cán.

Ống thép 16" ------ thảo luận với người dùng về việc sử dụng tấm thép cán.

3. Sơ đồ bố trí:

Dựa vào diện tích truyền nhiệt và thông số kỹ thuật của ống truyền nhiệt để lập sơ đồ bố trí, từ đó xác định số lượng ống truyền nhiệt.

Nếu người dùng cung cấp sơ đồ đường ống, đồng thời kiểm tra xem đường ống có nằm trong phạm vi giới hạn đường ống hay không.

★Nguyên lý lắp đặt đường ống:

(1) trong vòng giới hạn đường ống phải đầy ống.

② Số lượng ống đa hành trình nên cố gắng cân bằng với số hành trình.

③ Ống trao đổi nhiệt cần được bố trí đối xứng.

4. Vật liệu

Khi bản thân tấm ống có vai lồi và được nối với xi lanh (hoặc đầu), cần sử dụng phương pháp rèn. Do cấu trúc tấm ống như vậy thường được sử dụng trong các ứng dụng chịu áp suất cao, dễ cháy, nổ và độc hại, đặc biệt là trong các tình huống nguy hiểm cao, nên yêu cầu đối với tấm ống càng cao, do đó tấm ống càng dày. Để tránh hiện tượng tạo xỉ, tách lớp ở vai lồi và cải thiện điều kiện ứng suất thớ ở vai lồi, giảm lượng gia công, tiết kiệm vật liệu, người ta rèn trực tiếp vai lồi và tấm ống ra từ cùng một khối để chế tạo tấm ống.

5. Bộ trao đổi nhiệt và kết nối tấm ống

Trong thiết kế bộ trao đổi nhiệt dạng ống lồng, mối nối giữa ống và tấm là một phần quan trọng hơn cả về cấu trúc. Nó không chỉ chịu tải trọng mà còn phải đảm bảo mỗi mối nối trong quá trình vận hành thiết bị không bị rò rỉ môi chất và chịu được áp suất môi chất cho phép.

Việc nối ống và tấm ống chủ yếu được thực hiện theo ba cách sau: a) giãn nở; b) hàn; c) hàn giãn nở.

Sự giãn nở của ống và vỏ giữa các khe hở môi chất sẽ không gây ra hậu quả bất lợi, đặc biệt là đối với các vật liệu có khả năng hàn kém (như ống trao đổi nhiệt bằng thép carbon) và khối lượng công việc của nhà máy sản xuất quá lớn.

Do sự giãn nở của đầu ống trong quá trình biến dạng dẻo khi hàn, sẽ xuất hiện ứng suất dư. Khi nhiệt độ tăng, ứng suất dư này dần biến mất, làm giảm vai trò làm kín và liên kết của đầu ống. Vì vậy, sự giãn nở của cấu trúc bị giới hạn bởi áp suất và nhiệt độ, thường áp dụng cho áp suất thiết kế ≤ 4Mpa, nhiệt độ thiết kế ≤ 300 độ, và trong quá trình vận hành không có rung động mạnh, không có sự thay đổi nhiệt độ quá mức và không có hiện tượng ăn mòn do ứng suất đáng kể.

Mối nối hàn có ưu điểm là sản xuất đơn giản, hiệu quả cao và kết nối đáng tin cậy. Thông qua hàn, ống và tấm ống có vai trò tăng cường tốt hơn; đồng thời có thể giảm yêu cầu gia công lỗ ống, tiết kiệm thời gian gia công, dễ bảo trì và các ưu điểm khác, do đó nên được ưu tiên sử dụng.

Ngoài ra, khi độ độc hại của môi trường rất lớn, môi trường và không khí trộn lẫn dễ gây nổ; môi trường phóng xạ hoặc vật liệu bên trong và bên ngoài đường ống trộn lẫn sẽ gây ảnh hưởng xấu; để đảm bảo các mối nối được kín, người ta thường sử dụng phương pháp hàn. Phương pháp hàn, mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng không thể hoàn toàn tránh được hiện tượng "ăn mòn khe hở" và ăn mòn ứng suất tại các mối hàn, và khó có thể tạo được mối hàn chắc chắn giữa thành ống mỏng và tấm ống dày.

Phương pháp hàn có thể sử dụng nhiệt độ cao hơn so với phương pháp giãn nở, nhưng dưới tác động của ứng suất chu kỳ ở nhiệt độ cao, mối hàn rất dễ bị nứt do mỏi, khe hở giữa các ống và lỗ ống, và khi tiếp xúc với môi trường ăn mòn, sẽ làm tăng tốc độ hư hỏng của mối nối. Do đó, người ta sử dụng đồng thời cả phương pháp hàn và phương pháp giãn nở. Điều này không chỉ cải thiện khả năng chống mỏi của mối nối mà còn giảm xu hướng ăn mòn khe hở, nhờ đó tuổi thọ sử dụng dài hơn nhiều so với chỉ sử dụng phương pháp hàn đơn thuần.

Không có tiêu chuẩn thống nhất nào về việc trong những trường hợp nào thích hợp để thực hiện hàn và các mối nối giãn nở. Thông thường, trong điều kiện nhiệt độ không quá cao nhưng áp suất rất cao hoặc môi chất dễ bị rò rỉ, người ta sử dụng mối hàn giãn nở và hàn kín (hàn kín chỉ đơn giản là để ngăn ngừa rò rỉ và thực hiện mối hàn, chứ không đảm bảo độ bền).

Khi áp suất và nhiệt độ rất cao, cần sử dụng phương pháp hàn tăng cường và giãn nở bằng keo dán (hàn tăng cường là phương pháp đảm bảo mối hàn chắc chắn, đồng thời đảm bảo mối nối có độ bền kéo lớn, thường đề cập đến độ bền của mối hàn bằng với độ bền của ống dưới tải trọng dọc trục khi hàn). Vai trò của việc giãn nở chủ yếu là để loại bỏ ăn mòn khe hở và cải thiện khả năng chống mỏi của mối hàn. Kích thước cấu trúc cụ thể đã được quy định trong tiêu chuẩn (GB/T151), nên sẽ không đi vào chi tiết ở đây.

Đối với các yêu cầu về độ nhám bề mặt lỗ ống:

a, khi hàn mối nối ống trao đổi nhiệt và tấm ống, giá trị độ nhám bề mặt ống Ra không được lớn hơn 35uM.

b, kết nối giãn nở giữa ống trao đổi nhiệt đơn và tấm ống, giá trị độ nhám bề mặt lỗ ống Ra không lớn hơn 12,5 µM, bề mặt lỗ ống không được có các khuyết tật ảnh hưởng đến độ kín giãn nở, chẳng hạn như các vết xước dọc hoặc xoắn ốc.