أفكار تصميم المبادلات الحرارية والمعلومات ذات الصلة

1. تصميم المبادل الحراري، يجب على المستخدم توفير شروط التصميم التالية (معلمات العملية):

① ضغط تشغيل برنامج الأنبوب والغلاف (كأحد الشروط لتحديد ما إذا كان يجب توفير المعدات من الفئة المطلوبة)

٢- درجة حرارة تشغيل برنامج الأنبوب والغلاف (المدخل / المخرج)

③ درجة حرارة الجدار المعدني (محسوبة بواسطة العملية (مقدمة من المستخدم))

④ اسم المادة وخصائصها

⑤ هامش التآكل

⑥ عدد البرامج

⑦ منطقة نقل الحرارة

⑧ مواصفات أنابيب المبادل الحراري، وترتيبها (مثلث أو مربع)

⑨ لوحة قابلة للطي أو عدد لوحات الدعم

⑩ مادة العزل وسمكها (لتحديد ارتفاع بروز مقعد لوحة الاسم)

(11) الطلاء.

أولاً: إذا كانت لدى المستخدم متطلبات خاصة، فعليه تحديد العلامة التجارية واللون.

ثانيًا: لا توجد متطلبات خاصة لدى المستخدمين، فقد اختارها المصممون أنفسهم.

2. عدة شروط تصميم رئيسية

① ضغط التشغيل: كأحد الشروط لتحديد ما إذا كان الجهاز مصنفًا، يجب توفيره.

② خصائص المادة: إذا لم يقدم المستخدم اسم المادة، فيجب عليه تقديم درجة سمية المادة.

لأن سمية الوسط مرتبطة بالمراقبة غير المدمرة للمعدات، والمعالجة الحرارية، ومستوى عمليات التشكيل للمعدات من الفئة العليا، ولكنها مرتبطة أيضًا بتقسيم المعدات:

أ، تشير الرسومات GB150 10.8.2.1 (و) إلى أن الحاوية التي تحتوي على وسط شديد الخطورة أو شديد الخطورة من حيث السمية 100٪ RT.

ب، 10.4.1.3 تشير الرسومات إلى أنه يجب معالجة الحاويات التي تحتوي على مواد شديدة الخطورة أو شديدة الخطورة من حيث السمية حرارياً بعد اللحام (لا يجوز معالجة وصلات اللحام المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي حرارياً).

ج. المشغولات المطروقة. يجب أن يفي استخدام المواد متوسطة السمية للمشغولات المطروقة شديدة الخطورة أو الخطرة للغاية بمتطلبات الفئة الثالثة أو الرابعة.

③ مواصفات الأنابيب:

الفولاذ الكربوني شائع الاستخدام بأقطار φ19×2، φ25×2.5، φ32×3، φ38×5

فولاذ مقاوم للصدأ φ19×2، φ25×2، φ32×2.5، φ38×2.5

ترتيب أنابيب المبادل الحراري: مثلث، مثلث الزاوية، مربع، مربع الزاوية.

★ عند الحاجة إلى التنظيف الميكانيكي بين أنابيب المبادل الحراري، يجب استخدام الترتيب المربع.

1. ضغط التصميم، درجة حرارة التصميم، معامل وصلة اللحام

2. القطر: DN < 400 أسطوانة، استخدام أنبوب فولاذي.

أسطوانة بقطر اسمي ≥ 400، باستخدام صفيحة فولاذية مدرفلة.

أنبوب فولاذي مقاس 16 بوصة ------ مع المستخدم لمناقشة استخدام الألواح الفولاذية المدرفلة.

3. مخطط التخطيط:

وفقًا لمنطقة نقل الحرارة، يتم تحديد مواصفات أنابيب نقل الحرارة لرسم مخطط التخطيط لتحديد عدد أنابيب نقل الحرارة.

إذا قام المستخدم بتوفير مخطط الأنابيب، فيجب أيضًا مراجعة ما إذا كانت الأنابيب تقع ضمن دائرة حدود الأنابيب.

★مبدأ مدّ الأنابيب:

(1) يجب أن تكون دائرة حدود الأنابيب ممتلئة بالأنابيب.

② يجب أن يحاول عدد الأنابيب متعددة الأشواط معادلة عدد الأشواط.

③ يجب ترتيب أنابيب المبادل الحراري بشكل متناظر.

4. المواد

عندما تحتوي صفيحة الأنبوب نفسها على كتف محدب وتتصل بالأسطوانة (أو الرأس)، يُفضل استخدام التشكيل بالحدادة. ونظرًا لأن استخدام هذا النوع من صفائح الأنابيب يُستخدم عادةً في ظروف الضغط العالي، والاشتعال، والانفجار، والسمية، وفي البيئات الخطرة للغاية، فإن متطلبات صفيحة الأنبوب تزداد، وبالتالي تكون أكثر سمكًا. ولتجنب تكوّن الخبث والتقشر في الكتف المحدب، وتحسين ظروف إجهاد ألياف الكتف المحدب، وتقليل كمية المعالجة، وتوفير المواد، يتم تشكيل الكتف المحدب وصفيحة الأنبوب مباشرةً من قطعة واحدة من المعدن المطروق لتصنيع صفيحة الأنبوب.

5. وصلة المبادل الحراري ولوحة الأنابيب

يُعدّ توصيل الأنابيب بألواح الأنابيب جزءًا بالغ الأهمية في تصميم المبادل الحراري الأنبوبي. فهو لا يقتصر دوره على معالجة الأحمال فحسب، بل يجب أن يضمن سلامة كل وصلة أثناء تشغيل الجهاز، بحيث لا يحدث أي تسريب للوسط المغذي، وأن يتحمل ضغط الوسط المغذي.

تتمثل طرق توصيل الأنابيب وألواح الأنابيب بشكل رئيسي في الطرق الثلاث التالية: أ- التمدد؛ ب- اللحام؛ ج- لحام التمدد

لن يؤدي التمدد في الغلاف والأنبوب بين تسرب الوسائط إلى عواقب سلبية للوضع، خاصة إذا كانت قابلية لحام المواد ضعيفة (مثل أنبوب المبادل الحراري المصنوع من الفولاذ الكربوني) وكان عبء العمل في مصنع التصنيع كبيرًا جدًا.

نتيجة لتمدد طرف الأنبوب أثناء عملية اللحام والتشوه البلاستيكي، ينشأ إجهاد متبقٍ، ومع ارتفاع درجة الحرارة، يختفي هذا الإجهاد تدريجيًا، مما يقلل من دور طرف الأنبوب في منع التسرب والربط. لذا، فإن تمدد الهيكل يخضع لقيود الضغط ودرجة الحرارة، وينطبق ذلك عمومًا على ضغط التصميم ≤ 4 ميجا باسكال، ودرجة حرارة التصميم ≤ 300 درجة مئوية، مع ضمان عدم وجود اهتزازات عنيفة أو تغيرات مفرطة في درجة الحرارة أو تآكل إجهادي كبير أثناء التشغيل.

تتميز وصلات اللحام بسهولة الإنتاج، والكفاءة العالية، والموثوقية. يُحسّن اللحام من تماسك الأنابيب مع صفائحها، كما يُقلل من متطلبات معالجة ثقوب الأنابيب، مما يوفر وقت المعالجة، ويُسهّل الصيانة، وغيرها من المزايا، لذا يُنصح باستخدامه على وجه الخصوص.

بالإضافة إلى ذلك، عندما تكون سمية الوسط عالية جدًا، فإن اختلاط الوسط مع الغلاف الجوي قد يؤدي إلى انفجار الوسط المشع أو اختلاط المواد داخل وخارج الأنابيب، مما قد يكون له تأثير سلبي. ولضمان إحكام إغلاق الوصلات، غالبًا ما تُستخدم طريقة اللحام. ورغم مزاياها العديدة، إلا أن طريقة اللحام لا تمنع تمامًا تآكل الشقوق وتآكل نقاط اللحام، كما يصعب الحصول على لحام موثوق بين جدار الأنبوب الرقيق ولوح الأنبوب السميك.

يمكن أن تتحمل طريقة اللحام درجات حرارة أعلى من التمدد، ولكن تحت تأثير الإجهاد الدوري الناتج عن درجات الحرارة العالية، يكون اللحام عرضةً لتشققات الإجهاد، وتزداد الفجوة بين الأنبوب وفتحة الأنبوب عند تعرضه للمواد المسببة للتآكل، مما يُسرّع من تلف الوصلة. لذلك، تُستخدم وصلات اللحام والتمدد معًا. هذا لا يُحسّن مقاومة الوصلة للإجهاد فحسب، بل يُقلل أيضًا من ميلها للتآكل الشقوقي، وبالتالي يُطيل عمرها الافتراضي بشكل كبير مقارنةً باستخدام اللحام وحده.

لا توجد معايير موحدة لتحديد الحالات المناسبة لاستخدام وصلات اللحام والتمدد. عادةً، في درجات الحرارة المنخفضة نسبيًا، ولكن في الضغط المرتفع جدًا أو عندما يكون الوسط عرضة للتسرب، يُنصح باستخدام وصلات التمدد والمانعة للتسرب (يشير مصطلح "مانع التسرب" هنا إلى منع التسرب فقط، ولا يضمن قوة اللحام).

عند ارتفاع الضغط ودرجة الحرارة، يُستخدم لحام التقوية وتمدد المعجون (يُقصد بلحام التقوية ضمان إحكام اللحام وزيادة مقاومة الشد للوصلة، حيث تُعادل مقاومة اللحام عادةً مقاومة الأنبوب تحت الحمل المحوري أثناء اللحام). أما التمدد، فيُستخدم أساسًا لمنع تآكل الشقوق وتحسين مقاومة اللحام للإجهاد. وقد تم تحديد الأبعاد الهيكلية المحددة في المعيار (GB/T151)، ولن نتطرق إلى تفاصيلها هنا.

متطلبات خشونة سطح فتحة الأنبوب:

أ، عند وصلة اللحام بين أنبوب المبادل الحراري ولوحة الأنبوب، لا تتجاوز قيمة خشونة سطح الأنبوب Ra 35 ميكرومتر.

ب، أنبوب مبادل حراري واحد ووصلة تمدد لوحة الأنبوب، قيمة خشونة سطح فتحة الأنبوب Ra لا تزيد عن 12.5 ميكرومتر، وصلة التمدد، يجب ألا يؤثر سطح فتحة الأنبوب على إحكام التمدد للعيوب، مثل الخدوش الطولية أو الحلزونية.