Какво причинява термичен стрес в корпуса и тръба топлообменник s?

Кожухотръбните топлообменници се използват широко в системи за промишлено охлаждане, химическа обработка, производство на електроенергия, охлаждане и рекуперация на топлина. Те пренасят топлина между два флуида, като същевременно поддържат разделяне между веригите от страната на корпуса и от страната на тръбата.

Обаче пренасянето на топлина също кара металните компоненти вътре в обменника да се разширяват и свиват.

Когато черупката, тръбите, тръбните листове или други свързани компоненти изпитват различни температури, те може да се опитат да се разширят с различни количества. Ако тяхното движение е ограничено, могат да се развият механични напрежения.

Тези напрежения са особено важни при топлообменници с фиксирана тръбна пластина, където тръбите и корпусът са структурно свързани в двата края.

Повтарящите се температурни промени, бързото стартиране, внезапното изключване и необичайните работни условия могат да създадат допълнително термично натоварване.

С течение на времето прекомерният термичен стрес може да допринесе за изтичане на връзката между тръба и тръбна плоча, деформация, напукване от умора или други механични повреди.

Термичното напрежение не се определя само от работната температура. Зависи от разпределението на температурата, свойствата на материала, структурното ограничение и начина, по който работните условия се променят с времето.

Това ръководство обяснява какво причинява топлинен стрес в кожухотръбните топлообменници, къде може да възникне повреда, как различните конструкции на топлообменника поемат топлинното разширение и какво трябва да проверят инженерите и индустриалните купувачи, преди да изберат оборудване.

1. Какво е топлинно напрежение в черупка и тръба топлообменник ?

1.1 Разбиране на топлинното разширение

Повечето метални материали се разширяват при нагряване и се свиват при охлаждане.

За равномерна промяна на температурата, свободното топлинно разширение на прав компонент може да бъде приблизително изразено от:

ΔL = α × L × ΔT

където:

• ΔL = Промяна в дължината

• α = Коефициент на линейно термично разширение

• L = Оригинална дължина

• ΔT = Промяна в температурата на материала

Тази връзка описва промяната на дължината, която би настъпила, ако компонентът можеше свободно да се разширява.

Той сам по себе си не изчислява напрежението в пълен топлообменник.

1.2 Как термичното разширение се превръща в термичен стрес

Термичното разширение не създава автоматично прекомерно механично напрежение.

Ако метален компонент може да се разширява свободно, неговите размери могат да се променят, без да генерира същите ограничителни напрежения, свързани с фиксирана връзка.

Термично напрежение се развива, когато термичната деформация е предотвратена, частично ограничена или стане несъвместима с движението на свързани компоненти.

В кожухотръбен топлообменник корпусът, тръбите и тръбните листове образуват взаимосвързана механична структура.

Когато тези компоненти се опитват да се разширяват или свиват по различен начин, в техните връзки могат да се развият сили и моменти.

1.2.1 Термично напрежение срещу термично напрежение

Термичното напрежение описва деформацията, свързана с промяна на температурата.

Топлинният стрес описва вътрешната механична реакция, когато тази деформация е ограничена.

Компонент може да претърпи значително термично разширение без прекомерно напрежение, ако движението му е подходящо адаптирано.

Обратно, сравнително малко диференциално движение може да създаде значително локално напрежение в твърд, силно ограничен монтаж.

1.2.1.1 Защо едно малко движение може да има значение

По време на температурни промени тръбата може да се наложи да се разшири само с няколко милиметра.

Ако двата края са ограничени от фиксирани тръбни листове, това разширение не може да се случи независимо от околната структура.

Получените сили зависят от твърдостта и геометрията на тръбата, корпуса, тръбния лист и ставите.

Следователно, оценяването на допустимия микроимпулс е решаващ аспект на механичния дизайн.

1.3 Термичното напрежение е различно от напрежението под налягане

Стресът от налягане и термичният стрес имат различни физически причини.

Налягането се причинява от вътрешно или външно налягане, действащо върху границите на налягането на топлообменника.

Топлинният стрес се причинява от зависима от температурата деформация и ограничения.

И двете могат да съществуват едновременно.

Топлообменникът може да отговаря на изискванията за проектиране на налягането, но топлинното разширение и преходните температурни ефекти все още трябва да бъдат оценени отделно.

Окончателният механичен дизайн трябва да вземе предвид всички приложими комбинации от товари.

За въведение в основните компоненти вижте Aidear кожухотръбни топлообменници Обяснен принцип на работа.

2. Какво причинява термичен стрес в корпуса и тръба топлообменник s?

2.1 Различни температури на метала от страната на черупката и тръба - от страната

Една от основните причини за топлинен стрес е разликата между температурите на корпуса и тръбния сноп.

Например, горещата технологична течност може да циркулира през тръбите, докато по-хладната течност тече през корпуса.

След това тръбите и обвивката могат да изпитат различни средни метални температури.

В резултат на това те се опитват да се разширят с различни количества.

При конструкциите с фиксирани тръбни листове това диференциално топлинно разширение е ограничено от връзките между корпуса, тръбите и тръбните листове.

Получените механични сили трябва да бъдат оценени по време на проектирането.

2.2 Различни коефициенти на топлинно разширение

Различните материали могат да имат различни коефициенти на топлинно разширение.

Например неръждаемата стомана и въглеродната стомана могат да се разширяват с различна скорост при една и съща температурна промяна.

Ако различни сплави са свързани към един и същ топлообменник, техните топлинни движения може да не съвпадат, дори ако температурните промени са подобни.

Следователно изборът на материал трябва да вземе предвид не само устойчивост на корозия и топлопроводимост.

Коефициентът на топлинно разширение, еластичните свойства, допустимото напрежение и работният температурен диапазон са еднакво важни.

2.3 Бързо стартиране и изключване

По време на стартиране някои компоненти на топлообменника могат да се нагреят много по-бързо от други.

Например, горещ флуид, навлизащ в преди това студен топлообменник, може бързо да повиши температурата на входната област и съседните тръби.

Междувременно черупката, отдалечените тръбни листове и поддържащите компоненти може да останат по-хладни.

Този временен температурен дисбаланс може да създаде локализирани топлинни напрежения.

По време на изключване едни и същи компоненти може да се охладят с различна скорост.

2.3.1 Защо преходният стрес може да надвиши стреса в стационарно състояние

След като топлообменникът достигне стабилно работно състояние, разпределението на температурата на метала става по-равномерно или показва предвидим модел.

По време на стартиране обаче температурното поле продължава да се променя.

Някои компоненти могат временно да претърпят големи температурни разлики или разширение.

Следователно най-голямото механично напрежение може да възникне преди топлообменникът да достигне нормални работни условия.

2.3.1.1 Защо проектните температури сами по себе си може да са недостатъчни

Купувачът може да посочи само нормалните температури на флуида на входа и изхода.

Тези стойности са полезни за термодинамичен избор, но може да не описват най-взискателните механични условия.

За приложения, включващи бързо нагряване или охлаждане, доставчикът може също така да изисква начална температура, скорост на промяна на температурата, работна последователност и други преходни условия.

2.4 Неравномерно разпределение на температурата вътре в обменника

Топлинният стрес може също да се развие, когато различни области на един и същ компонент работят при различни температури.

Потенциалните причини включват:

• Неравномерно разпределение на потока от страната на корпуса

• Неравномерен поток от страната на тръбата

• Локализирано замърсяване

• тръба запушване

• Неравномерно нагряване или охлаждане

• Неблагоприятни модели на входния поток

Тези условия могат да създадат локални горещи точки или студени региони.

Получените термични градиенти могат да причинят огъване, изкривяване и локализирани концентрации на напрежение.

2.5 Повтарящи се термични цикли

Някои промишлени процеси работят непрекъснато при относително стабилни условия.

Други изискват чести цикли на стартиране, изключване, отопление или охлаждане.

Повтарящите се температурни промени водят до многократна механична деформация.

Когато произтичащите диапазони на напрежение или деформация са достатъчно тежки, увреждането от умора може да се натрупа с течение на времето.

Това обикновено се описва като термична умора.

Рискът зависи от температурните цикли, свойствата на материала, геометрията, концентрациите на напрежение и историята на експлоатацията.

2.6 Ненормални условия на процеса

Необичайни работни събития могат да създадат температурни разпределения, които се различават значително от нормалната работа.

Примерите включват:

• Загуба на поток от страната на тръбата

• Загуба на поток от страната на черупката

• Внезапно прекъсване на охлаждащата вода

• Почистване с пара или изпаряване

• Бързо изключване на процеса

• Неочаквано въвеждане на горещ флуид

• Бързи промени в топлинния режим

Тези условия могат да изискват допълнителен термично-механичен анализ.

Дизайн, подходящ за стабилна работа, не е автоматично подходящ за всяко разстроено състояние.

3. Къде се развива топлинен стрес вътре в обменника?

3.1 тръба лист и връзки на Shell

Тръбният лист разделя течността от страната на черупката от тази от страната на тръбата и поддържа тръбния сноп.

При топлообменник с неподвижен тръбен лист и двата тръбни листа са свързани към корпуса, а тръбният сноп е фиксиран между двата тръбни листа.

Това разположение ограничава диференциалното разширение.

Получените механични натоварвания могат да доведат до огъване на тръбната плоча, аксиално напрежение върху тръбите и напрежение в кръстовището на корпуса и тръбата.

3.2 Съединения на лист тръба -към- тръба

Съединенията тръба - към тръбна плоча трябва да поддържат необходимата механична връзка и отделяне на течности.

Тези съединения могат да използват заваряване, механично разширение или подходяща комбинация, в зависимост от дизайна.

Повтарящото се диференциално движение или прекомерното механично натоварване може да повлияе на целостта на ставата.

Потенциалните последствия включват изтичане, локална деформация или повреда на връзката.

Изтичането обаче не е доказателство само за топлинен стрес.

Корозия, вибрации, производствени дефекти и други механизми могат да предизвикат подобни симптоми.

3.3 тръба Снопове и U-образни региони

Тръбите могат да бъдат подложени на аксиални натоварвания, огъване или локализирани температурни градиенти.

В U-тръбните топлообменници, огънатите тръби осигуряват гъвкавост за поемане на аксиално термично разширение.

Областта на U-образното огъване обаче не е напълно имунизирана срещу механични натоварвания.

Повтарящи се термични цикли, локализирани температурни разлики, вибрации, предизвикани от потока, и други условия на натоварване все още изискват оценка.

3.4 Корпус, заварки и дюзи

Термичното напрежение не е ограничено до тръбния сноп.

Черупката може да изпита термични градиенти по дължината си или през дебелината на стената си.

Заварените връзки и дюзи също могат да изпитват локални напрежения, причинени от термична деформация и външно ограничение на тръбите.

3.4.1 Защо трябва да се вземат предвид натоварванията на тръбопроводите

Ако свързаният тръбопровод ограничава движението на топлообменника или прехвърля прекомерни сили и моменти към неговите дюзи, механичното натоварване може да се увеличи.

Ефектът зависи от разположението на опорите, гъвкавостта на тръбопровода, топлинното разширение на свързаната система и конструкцията на топлообменника.

3.4.1.1 топлообменник Разширяването и разширяването на тръбопровода са различни проверки на дизайна

Вътрешните тръбни снопове и външните тръбопроводни системи може да имат различни изисквания за термично разширение и свиване.

Дори и с конструкция за компенсация на вътрешното разширение, топлообменникът все още може да изпитва прекомерни външни натоварвания на дюзите.

Ако е необходимо, механичният дизайн на топлообменника и анализът на гъвкавостта на тръбопровода трябва да бъдат координирани.

4. Защо фиксираните тръба листове топлообменник са чувствителни към термичен стрес?

4.1 Как фиксираната конструкция на листа тръба ограничава разширяването

Обменник с фиксирана тръбна решетка използва прави тръби, свързани между две тръбни решетки, като тръбните решетки са прикрепени към корпуса.

Фиксираните връзки ограничават независимото аксиално движение между тръбния сноп и корпуса.

Ако тръбите и обвивката се опитват да се разширят с различни количества, структурната система развива сили, за да поддържа деформационна съвместимост.

Ето защо диференциалното термично разширение е важно съображение при проектирането на конструкцията с фиксирана тръбна плоча.

4.2 Защо фиксираните тръба топлообменници все още се използват широко

Конструкциите с фиксирани тръбни листове предлагат практически предимства за много индустриални приложения.

В зависимост от конфигурацията те могат да включват:

• Сравнително проста конструкция

• Компактна механична подредба

• Удобен достъп за подходящо почистване от страната на тръбата

• Потенциално по-ниска производствена сложност в сравнение с някои дизайни на подвижни пакети

Те могат да бъдат подходящи, когато условията на топлинно и механично натоварване са приемливи.

Наличието на температурна разлика не прави автоматично топлообменник с фиксирана тръбна плоча неподходящ.

4.3 Кога може да се има предвид разширителна фуга

Компенсаторът на черупката може да осигури допълнителна гъвкавост в подходящ дизайн с фиксирана тръбна плоча.

Може да намали силите, свързани с диференциалното аксиално термично разширение.

Добавянето на разширителна фуга обаче въвежда други конструктивни съображения.

Те могат да включват:

• Натоварване под налягане

• Аксиално движение

• Живот на умора

• Механична стабилност

• Ограничения при инсталиране

• Изисквания за инспекция

• Външно натоварване

4.3.1 Защо разширителната фуга не е универсално решение

Компенсаторът може да помогне за приспособяване на аксиалното движение, но не решава независимо всеки проблем с термичния стрес.

Местните температурни градиенти, напрежението между тръбата и тръбната плоча, натоварванията под налягане и други механични ефекти могат да останат важни.

4.3.1.1 Какво трябва да се провери преди добавяне на разширителна фуга?

Проектантите трябва да оценят очакваното изместване, работното налягане, тягата под налягане, изискванията за умора, натоварванията на връзката и приложимите спецификации на механичния дизайн.

Изборът на компенсатори трябва да се основава на цялостна механична оценка и не трябва да се добавя произволно само защото топлообменникът работи при високи температури.

5. Фиксиран тръба лист срещу U- тръба срещу плаваща глава: Кое се справя по-добре с термичното разширение?

5.1 Фиксиран - тръба лист топлообменник s

Конструкциите с фиксирана тръбна плоча ограничават диференциалното аксиално движение между корпуса и правия тръбен сноп.

Това може да създаде термични напрежения, когато компонентите претърпят различни топлинни разширения.

Конструкцията все още може да бъде подходяща, ако комбинираните механични напрежения отговарят на приложимите изисквания.

5.2 U- тръба топлообменник s

U-тръбният топлообменник използва тръби, огънати в U-образна форма, като двата края са закрепени към обща тръбна пластина.

Извитата тръбна подредба позволява на тръбния сноп да поеме топлинно движение по различен начин от конструкцията с права тръба и фиксирана тръбна плоча.

Това може да намали аксиалното задържане, свързано с диференциалното разширение корпус-тръба.

Въпреки това, U-тръбите могат да създадат допълнителни предизвикателства за вътрешно механично почистване и определени операции по поддръжка.

Умората при U-образно огъване и локалните топлинни напрежения все още трябва да бъдат оценени, когато е приложимо.

5.3 Плаваща глава топлообменник s

Топлообменниците с плаваща глава позволяват на задния край на тръбния сноп да се движи спрямо корпуса.

Това приспособява вариациите в аксиалния коефициент на топлинно разширение.

В зависимост от конкретния дизайн, топлообменниците с плаваща глава също позволяват разглобяване на тръбен сноп за поддръжка.

Механичната структура на топлообменниците с плаваща глава обаче е по-сложна и може да изисква допълнителни уплътнителни устройства и мерки за поддръжка.

5.4 Сравнение на помещенията с топлинно разширение

Правилната конфигурация зависи от работните температури, свойствата на материала, изискванията за налягане, нуждите от почистване и разходите за жизнения цикъл.

U-образна тръба или обменник с плаваща глава могат да намалят определени напрежения при диференциално разширение, но нито един от двата дизайна не елиминира всички механизми на топлинно напрежение.

6. Инженерен пример: Колко диференциално разширение може да възникне?

6.1 Хипотетични топлообменник условия

Помислете за илюстративен топлообменник с права тръба със следните допускания:

Температурите са опростени единни средни стойности за илюстрация.

Коефициентите са приблизителни и не трябва да заместват зависимите от температурата свойства на материала в механичния дизайн.

6.2 Изчислете свободното топлинно разширение

За тръбния пакет:

тръба Разширение = 12 × 10⁻⁶ × 4 × 100

тръба Разширение = 0,0048 m = 4,8 mm

За черупката:

Разширяване на корпуса = 12 × 10⁻⁶ × 4 × 60

Разширение на корпуса = 0,00288 m = 2,88 mm

Разликата в свободното топлинно разширение е:

Диференциално разширение = 4,8 − 2,88 = 1,92 mm

При опростените предположения, тръбният сноп ще се опита да се разшири с приблизително 1,92 mm повече от черупката.

6.3 Защо 1,92 mm не определя директно напрежението

Изчисленото изместване представлява разликата между две хипотетични свободни топлинни разширения.

Това не е измерена деформация на сглобен обменник.

При конструкция с фиксирана тръбна ламарина крайните сили и напрежения зависят от твърдостта и геометрията на цялата свързана конструкция.

Важните фактори включват брой тръби, дебелина на стената на тръбата, твърдост на корпуса, твърдост на тръбния лист, свойства на материала, натоварвания под налягане и действително разпределение на температурата.

6.3.1 Защо простото изчисление със свободно разширение е полезно

Това изчисление показва, че диференциалното изместване трябва да бъде оценено дори ако и двата компонента използват един и същ номинален материал.

Той помага да се идентифицира важността на относителните температурни промени и ефективната дължина на компонентите.

Той обаче не може да определи дали топлообменникът е безопасен.

6.3.1.1 Какво е необходимо за оценка на механичното напрежение?

Оценката на механичния дизайн може да изисква:

• Действителни размери на корпуса и тръбата

• тръба геометрия на листа

• Температурно зависими свойства на материала

• Работно и проектно налягане

• Средни температури на метала

• Диференциално топлинно разширение

• Съответни условия за задържане и поддържане

• Необходими работни и преходни случаи на натоварване

След това трябва да се извърши изчисление на базата на код или подходящ подробен анализ.

6.4 Какво става, ако тръба и материалите на черупката са различни?

Когато материалите се различават, опростена разлика в свободното аксиално разширение може да се изрази като:

Диференциално разширение = L × (αt × ΔTt − αs × ΔTs)

където:

• αt = тръба коефициент на разширение на материала

• αs = Коефициент на разширение на материала на корпуса

• ΔTt = Промяна в средната температура на метала на тръбата

• ΔTs = промяна в средната температура на метала на корпуса

Този израз предполага обща референтна дължина и опростени равномерни температурни промени.

В реалните топлообменници геометрията и температурните промени по компонентите може да изискват по-подробно изчисление.

Уравнението не трябва да се третира като цялостна оценка на напрежението на тръбния лист или съд под налягане.

7. Как стартирането, изключването и топлинният цикъл влияят на умората?

7.1 Бързи температурни промени и термичен шок

Термичният шок се отнася до ефектите от бързите температурни промени и произтичащите от това температурни градиенти.

Например, бързото инжектиране на високотемпературен флуид в нискотемпературен топлообменник може да доведе до нагряване на входната област много по-бързо от други компоненти.

Това може да генерира значително локализирано топлинно напрежение, преди температурата на метала да се стабилизира.

7.2 Повтарящи се цикли и повреда от умора

Термичната умора възниква, когато повтарящото се нагряване и охлаждане генерира циклично напрежение или деформация.

Въпреки че броят на циклите е важен, интензивността на тези цикли е също толкова важна.

Системите, подложени на малки, постепенни температурни промени, могат да се държат много по-различно от системите, подложени на чести, драстични температурни преходи.

7.3 Специални оперативни събития, които изискват преглед

Някои събития могат да бъдат по-взискателни от нормалната производствена операция.

Тези механизми изискват специфична за проекта оценка, а не универсален оперативен лимит.

7.4 Как да намалим риска от топлинен цикъл

Възможните подходи включват:

• Определяне на контролирани последователности при стартиране и изключване

• Координиране на въвеждането на течност и температурните промени

• Преглед на честотата и тежестта на термичните цикли

• Избор на механично подходяща конфигурация на топлообменника

• Мониторинг на необичайни температури и условия на потока

• Инспектиране на известни места, чувствителни към стрес

Промените в процедурите за стартиране или изключване трябва да бъдат прегледани от квалифициран инженерен персонал.

Подходящата последователност зависи от процеса и изискванията за безопасност на оборудването под налягане.

8. Как инженерите могат да оценят и намалят термичния стрес?

8.1 Преглед на всички съответни дизайн и работни условия

Термично-механичната оценка трябва да вземе предвид повече от една нормална работна точка.

Задължителните условия могат да включват:

• Нормална работа при пълно натоварване

• Работа с минимално натоварване

• Стартиране и изключване

• Максимална температурна разлика

• Максимално и минимално налягане

• Процедури за почистване и запарване

• Сценарии за загуба на поток

• Съответни условия на нарушение на процеса

Най-сериозният случай на термичен стрес може да не съвпада с максималното проектно налягане или нормалната работна температура.

8.2 Прилагане на подходящи правила за механичен дизайн

В зависимост от проекта, юрисдикцията и конструкцията на приложимото оборудване, съответните инженерни справки може да включват:

• ASME Код за котли и съдове под налягане, раздел VIII

• Приложими разпоредби на част UHX за кожухотръбни топлообменници

• стандарти TEMA

• EN 13445 за приложими ненагорещени съдове под налягане

• Други специфични за проекта кодове или спецификации

Тези препратки нямат идентични обхвати.

Купувачът и доставчикът трябва да се споразумеят за приложимия код, издание, основа за механичен дизайн и изисквания за документация.

Използването на признат стандарт в изчислението не установява автоматично сертифициране или щамповане на код.

8.3 Използвайте заедно топлинен и структурен анализ

Термичният анализ се използва за определяне на температурата и поведението на топлообмен вътре в топлообменника.

Структурният анализ се използва за оценка на получената деформация, сили и напрежения.

За сложни преходни условия инженерите могат да използват температурни изчисления, променящи се във времето, и анализ на крайните елементи.

Тези методи помагат за идентифициране на локализирани концентрации на напрежение или критични условия за стартиране.

Въпреки това, точността на резултатите зависи от подходящи гранични условия, свойства на материала, геометрия и валидиране.

8.4 Изберете подходяща механична конфигурация

Потенциалните дизайнерски подходи включват:

• Запазване на конструкция с фиксирана тръбна плоча, когато механичната проверка е задоволителна

• Обмисляне на разширителна фуга, когато е подходящо

• Оценяване на U-тръбна конструкция

• Оценяване на конструкцията с плаваща глава

• Коригиране на материали или структурни детайли, когато е оправдано

• Преглед на подпорите и тръбопроводите

• Промяна на оперативните процедури, когато е възможно

Няма отделен метод, подходящ за всеки обменник.

8.5 Включете инспекция и планиране на поддръжката

При работещо оборудване инспекциите трябва да се съсредоточат върху места, свързани с действителния механизъм на повреда и оперативна история.

Съответните дейности могат да включват проверка за течове, проверка на връзките на тръбните листове, изследване на достъпните заварки, преглед на оперативните тенденции и извършване на подходящо безразрушително изпитване (NDT), ако е необходимо.

Възможните техники за проверка зависят от дизайна на топлообменника, материалите, достъпността и предполагаемата повреда.

Случайните течове трябва да се изследват, а не просто да се приписват на топлинен стрес.

9. Какви са предупредителните знаци за увреждане от термичен стрес?

9.1 тръба -to- тръба лист Теч

Теч в близост до съединенията тръба-тръбна плоча може да означава загуба на целостта на съединението.

Топлинното натоварване може да бъде един възможен фактор.

Трябва обаче да се вземат предвид и други механизми, включително корозия, вибрации, ерозия и производствени дефекти.

9.2 Напукване в близост до заварени съединения

Пукнатини могат да се появят на места, подложени на силен, повтарящ се стрес.

Заваръчните пръсти, геометричните прекъсвания и други области на концентрация на напрежение може да изискват специално внимание.

Самото наличие на пукнатина е недостатъчно, за да се определи нейната основна причина; необходимо е правилно разследване.

9.3 Деформация на листа тръба или тръба

Неочакваната деформация може да показва, че механичните натоварвания са надхвърлили очакваното поведение на конструкцията.

Потенциалните фактори включват диференциално топлинно разширение, натоварване под налягане, външни сили или комбинации от тези ефекти.

9.4 Повтарящи се повреди след стартиране или изключване

Ако течове или повреда се появят отново след стартиране, изключване или други специфични оперативни събития, времето на тези събития може да предостави полезна диагностична информация.

Операторите трябва да поддържат записи на температурата, налягането и дебита преди и след тези събития.

Разследванията на неизправности трябва да сравняват действителните работни условия с допусканията на механичния дизайн.

9.5 Как да различим термичното увреждане от други проблеми

Необходим е квалифициран анализ на повредата, преди да изберете ремонт или модификация на дизайна.

10. Какво трябва да посочат купувачите, за да намалят риска от топлинен стрес?

10.1 Предоставяне на пълни термични работни данни

Доставчикът трябва да получи работни условия както от страната на корпуса, така и от страната на тръбата.

Данните трябва да съответстват на цялостния дизайн на процеса.

10.2 Опишете преходни и необичайни условия

За смислен преглед на топлинния стрес, купувачите трябва също да идентифицират:

• Независимо дали топлообменникът стартира студен или вече топъл

• Очаквани скорости на отопление и охлаждане

• Честота на нормално стартиране и изключване

• Възможност за внезапна загуба на поток

• Почистване с пара или други специални почистващи операции

• Аварийни сценарии за работа

• Очакван експлоатационен живот и термичен цикъл

• Съответни мерки за контрол и защита

Когато не са налични точни данни за преходна температура, доставчикът трябва да идентифицира предположенията, които изискват потвърждение.

10.3 Потвърдете механичния дизайн и обхвата на документацията

Купувачите трябва да попитат доставчика дали предложеният топлообменник изисква подробна оценка на диференциалното топлинно разширение или умора.

В зависимост от проекта може да се наложи техническото предложение да идентифицира:

• Предложена конструкция на топлообменника

• Степени на обвивките и тръбите

• Приложим дизайнерски код и издание

• Съответен дизайн и работни кутии

• тръба изисквания за механичен дизайн на листа

• Изисквания за разширителни фуги, ако е приложимо

• Външна дюза и опорни товари

• Задължителен преглед и тестване

• Изисквания към чертежно-изчислителната документация

Наличието на подробни изчисления трябва да бъде договорено като част от техническия и търговски обхват.

10.4 Готов за употреба списък за RFQ за топлинен стрес

Приложение на проекта: Индустриална охлаждане / Химическа обработка / Възстановяване на топлина / Друго

топлообменник Тип: Фиксиран тръба лист / U- тръба / Плаваща глава / Препоръка на доставчик

Топлинно натоварване: [ kW ]

Течност от страната на корпуса: [Посочете]

тръба -Странична течност: [Посочете]

Температури на входа и изхода от страната на корпуса: [ °C ]

тръба -Странични входни и изходящи температури: [ °C ]

Дебит от страната на корпуса: [Посочете]

тръба - Страничен дебит: [Посочете]

Работно и проектно налягане: [двете страни]

Максимални и минимални температури на флуида: [двете страни]

Очаквана честота на стартиране и изключване: [Посочете]

Отопление и охлаждане Тарифи: [Ако е известно]

Ненормални работни сценарии: [Посочете]

Изисквания за почистване с пара или термично почистване: [ако е приложимо]

Изисквания за черупката и тръба материалите: [Посочете / поискайте препоръка]

Приложим проектен код: [Посочете]

Очакван живот на оборудването и термичен цикъл: [Посочете]

Необходим механичен анализ: [Посочете / поискайте препоръка]

Изисквания за натоварване на тръбите и дюзите: [Посочете]

Изисквания за инсталиране и поддръжка: [Посочете]

Необходими технически документи: [Посочете]

Количество и място за доставка: [Посочете]

Производителят трябва да идентифицира предположенията и неизвестната информация, преди да финализира механичния дизайн.

11. Често задавани въпроси относно термичния стрес на корпуса и тръба

11.1 Каква е основната причина за топлинен стрес в черупка и тръба топлообменник ?

Основната причина е, че разликата в коефициентите на топлинно разширение на свързващите компоненти по време на работа при различни температури на метала се потиска.

Други важни причини включват бързи температурни промени, локални термични градиенти, материални разлики и повтарящи се топлинни цикли.

11.2 По-голямата температурна разлика винаги ли означава по-висок термичен стрес?

Не е задължително.

Напрежението също зависи от структурното ограничение, твърдостта на компонентите, свойствата на материала, локалното разпределение на температурата и историята на експлоатацията.

Гъвкавата конструкция може да поеме значителна температурна разлика по-ефективно от силно ограничен дизайн.

11.3 Защо фиксираните- тръба топлообменници са по-чувствителни към диференциално разширение?

Техните тръби и черупки са свързани с неподвижни тръбни платна в двата края.

Това ограничава способността им да се разширяват независимо и когато коефициентите на топлинно разширение на обвивката и тръбните снопове се различават, се генерират аксиални сили и напрежения на тръбния лист.

11.4 Може ли U- тръба топлообменник да елиминира термичния стрес?

не

Конструкцията на U-образен завой побира определени аксиални топлинни движения, но местните температурни градиенти, натоварването на U-образния завой, умората, напреженията на налягането и други механични ефекти все още изискват внимание.

11.5 Предотвратява ли разширителната фуга всички щети от топлинен стрес?

не

Правилно проектираната компенсаторна фуга може да намали специфичните натоварвания при диференциално разширение, но въвежда собствени изисквания за налягане, движение, умора и механичен дизайн.

Той не елиминира всеки механизъм на топлинен стрес.

11.6 Може ли топлинният стрес да причини тръба теч?

да

Прекомерното термично натоварване може да допринесе за повреда или загуба на целостта на съединенията тръба-тръбна решетка.

Течът обаче може да има няколко други причини и е необходимо правилно разследване на повреда.

11.7 Трябва ли стартирането и изключването да бъдат включени в механичния дизайн?

Да, когато тези условия създават съответно термично или механично натоварване.

Преходната работа може да генерира нива на напрежение, които не са представени от нормални стационарни условия.

Необходимият анализ зависи от конструкцията на топлообменника, условията на процеса и приложимите правила за проектиране.

11.8 Каква информация трябва да предоставят купувачите, преди да поискат оферта?

Купувачите трябва да предоставят температури на флуида, скорости на потока, работни и проектни налягания, изисквания за материали, условия за стартиране и изключване, очаквания за топлинни цикли и всякакви необичайни работни сценарии.

Това позволява на доставчика да определи кои механични проверки са подходящи.

12. Заключение: Термичният стрес трябва да бъде оценен като част от топлообменник дизайна

Термичното напрежение е важно механично съображение при проектирането на кожухотръбен топлообменник, особено когато кожухотръбният сноп изпитва различни температури или повтарящи се работни промени.

Основните му причини включват диференциално термично разширение, структурно ограничение, бързи температурни преходни процеси, локализирани температурни градиенти и топлинни цикли.

Последствията могат да засегнат тръбните листове, връзките между тръбите и тръбните листове, заварените съединения и други механични компоненти.

Топлообменниците с фиксирана тръбна плоча изискват специално внимание, тъй като кожухът и правите тръби не могат да се разширяват независимо.

Устройствата с U-тръба и плаваща глава осигуряват алтернативни начини за приспособяване на диференциалното движение, въпреки че те също въвеждат свои собствени съображения за дизайн и поддръжка.

За инженерите и индустриалните купувачи ключовите действия са:

• Дефинирайте както нормалните, така и необичайните работни температури.

• Оценете относителното топлинно разширение на свързаните компоненти.

• Помислете за стартиране, изключване и повтарящи се термични цикли.

• Изберете подходяща конструкция на топлообменника.

• Приложете подходящите изисквания за механичен дизайн.

• Прегледайте разширителните фуги, опорите и натоварванията на външните тръбопроводи, където е приложимо.

• Поискайте необходимите механични изчисления и документация.

Целта не е да се елиминира цялото термично разширение. Целта е да се гарантира, че топлообменникът може да поеме очакваното топлинно движение и свързаните с това натоварвания в рамките на приложимите граници на механичния дизайн.

12.1 Разгледайте Shell-and- тръба топлообменник решения от Aidear

Changzhou Aidear Refrigeration Technology Co., Ltd. доставя решения за кожухотръбни топлообменници за промишлено отопление, охлаждане, охлаждане и свързани приложения за пренос на топлина.

Различните проекти може да изискват различни материали за тръби, разположение на тръбните листове, конфигурации на корпуса и работни условия.

За приложения, включващи значителни температурни разлики или чести топлинни цикли, изборът на оборудване трябва да включва подходяща механична оценка в допълнение към изчисленията на топлинните характеристики.

Разгледайте Aidear кожухотръбни топлообменници , за да научите повече за наличните продуктови конфигурации.

Пригодността на конкретна конструкция, разширителна фуга, комбинация от материали или изискване за механичен дизайн трябва да бъде потвърдено за всеки проект.

12.2 Поискайте персонализирана оферта за Shell-and- тръба топлообменник

Избирате ли кожухотръбен топлообменник за процес с високи работни температури, значителни температурни разлики или чести цикли на стартиране и изключване?

Споделете вашето термично натоварване, работни условия от страната на корпуса и тръбата, изисквания за материали и очаквани температурни вариации с Aidear .

Нашият екип може да прегледа предоставената информация и да обсъди подходящи конфигурации на продукта, в зависимост от техническата оценка и наличността на продукта.

Поискайте персонализирана оферта — обсъдете вашите Shell-and- тръба топлообменник работни условия с Aidear .