Что такое трубная решетка теплообменника?

Трубная решетка представляет собой пластину, лист или переборку, в которой имеется ряд отверстий, предназначенных для приема труб или трубок. Эти листы используются для поддержки и изоляции трубок теплообменников и котлов или для поддержки фильтрующих элементов. В зависимости от применения трубная решетка может быть изготовлена ​​из различных металлов, композитов на основе смол или пластика. Листовая труба может быть покрыта плакирующим материалом, который служит барьером для коррозии и изолятором, а также может быть оснащена гальваническим анодом. Трубные решетки можно использовать попарно в теплообменных системах или по отдельности при опоре элементов в фильтре.

Пожалуй, наиболее известным применением трубных решеток являются опорные элементы в теплообменниках и котлах. Эти устройства состоят из плотного набора тонкостенных трубок, расположенных внутри закрытой трубчатой ​​оболочки. Трубы поддерживаются с обоих концов листами, которые просверлены по заданному шаблону, чтобы концы труб могли проходить сквозь лист. Концы трубок, проходящие через трубную решетку, расширяются, чтобы зафиксировать их на месте и образовать уплотнение.

Трубная система образует замкнутый блок между трубными решетками. Затем трубные решетки прикрепляются болтами к фланцам внутри корпуса. Оболочка выступает за пределы каждой трубной решетки и герметизируется, образуя тем самым две закрытые камеры на нетрубных концах трубных решеток. Это создает конструкцию, в которой теплообменник состоит из двух отдельных концевых камер, соединенных трубками, которые проходят через изолированное пространство между трубными решетками. Затем нагретая жидкость передается из одной концевой камеры в другую через трубы, где холодная жидкость в полости между трубными решетками поглощает тепловую энергию.

Проектирование трубных решеток – достаточно точный и сложный процесс; Необходимо установить точное количество трубок и рассчитать схему расположения отверстий, обеспечивающую их равномерное распределение по поверхности трубной решетки. В больших теплообменниках может проходить несколько тысяч трубок, собранных в точно рассчитанные группы или пучки. В наши дни проектирование и производство листов в значительной степени автоматизировано с помощью программного обеспечения для автоматизированного проектирования (САПР), выполняющего расчеты, а сверление трубных решеток выполняется на станках с числовым программным управлением (ЧПУ).

Трубные решетки, используемые в теплообменниках и котлах, часто покрываются изоляционным слоем, который также служит для защиты от коррозии. Для дополнительной защиты трубной решетки от ржавчины к поверхности листа можно также прикрепить расходуемый или гальванический анод. Трубные решетки также используются в фильтрующих устройствах картриджного типа для поддержки отдельных фильтрующих элементов. По конструкции они похожи на разновидности высокотемпературных котлов, за исключением того, что они обычно изготавливаются из композитных смол или пластика и обычно используются как отдельные блоки. Обычно в фильтре используется меньше трубок, хотя конструкция трубной решетки все равно должна быть тщательно рассчитана, чтобы обеспечить оптимальную производительность.

Конструкция с фиксированной трубной решеткой состоит из двух неподвижных трубных решеток, прикрепленных к корпусу. Пучок прямых трубок соединен между трубными решетками и содержит перегородки, направляющие поток вокруг трубок для создания необходимой теплопередачи. К каждой трубной решетке прикреплен головной узел.

Конструкция U-образной трубы состоит из прямых трубок, согнутых в U-образную форму, оба конца которых заканчиваются на трубной решетке. Пучок труб снабжен опорами или перегородками. Трубная решетка/пучок труб помещается в кожух и крепится болтами между фланцем головки и фланцем корпуса. Головка в сборе необходима для направления жидкости в пучок труб и из него. Такая конфигурация позволяет снимать весь пучок трубок.

Конструкция плавающей трубной решетки аналогична конструкции фиксированной трубной решетки, за исключением того, что одна трубная решетка может перемещаться в осевом направлении внутри корпуса, в то время как другая трубная решетка зафиксирована.

Одним из наиболее распространенных теплообменников, используемых в промышленных процессах, являются «теплообменники с трубчатыми решетками». Они доступны во многих формах и размерах и используются в промышленности более 150 лет. В эту группу теплообменников входят различные типы подконструкций: фиксированные, U-образные и с плавающей пластиной. Вариации всех могут обозначаться как тип «E», «F», «G», «H», «J», «K» или «X». Основные области применения – там, где ключевым фактором является высокое давление/температура. В общих чертах, общие конструкции состоят из внешней оболочки, в которой находится пучок труб (они могут быть ребристыми, гладкими и т. д.), запечатанными на каждом конце трубной решеткой, которая изолирует трубы и внешнюю оболочку.

Трубчатые теплообменники способны передавать большое количество тепла при меньших затратах. В принципе, это связано как с простотой конструкции, так и с эффективностью – большая поверхность трубки позволяет уменьшить вес, объем жидкости и, что немаловажно, занимаемую площадь.

Несмотря на широкий выбор, некоторые ключевые компоненты во всех схожи. К трубным решеткам прикреплены трубки внутри корпуса или «оболочки» теплообменника. Трубки позволяют перемещать данную среду (газ/жидкость) через камеру оболочки, предотвращая ее смешивание со второй жидкой средой, находящейся вне этих трубок. Пока между ними существует разница температур, они фактически протекают мимо друг друга, обмениваясь теплом, даже не смешиваясь. Трубные решетки могут быть фиксированными или плавающими в зависимости от применения, для которого предназначен теплообменник.

Трубные решетки являются важнейшим компонентом окончательного проекта. Существует множество материалов, из которых они могут быть изготовлены. Выбор материала производится после тщательного рассмотрения, поскольку он контактирует с обеими средами. Поэтому он должен обладать необходимой коррозионной стойкостью, электромеханическими и металлургическими свойствами, соответствующими данной рабочей среде.

В самих трубных решетках просверлены отверстия. Это в заданной, очень специфической конструктивной конфигурации, в очень точных местах с критическими допусками. Количество отверстий может варьироваться от нескольких до тысяч. Эти узорные или «шаговые» отверстия расположены относительно друг друга внутри кожуха. Этот шаг изменяет расстояние между трубками, угол и направление потока. Эти параметры были изменены для максимизации эффективности теплопередачи.

Большим преимуществом использования кожухотрубных теплообменников является то, что их часто легко обслуживать, особенно в моделях, в которых доступен плавающий пучок труб, в котором трубные пластины не приварены к внешнему корпусу. Теплообменники с фиксированной трубной решеткой, используемые в теплообменниках с фиксированной трубной решеткой.

Трубчато-листовые теплообменники – правильный выбор материалов, их также можно использовать для охлаждения или нагрева других сред, таких как вода в бассейне или наддувочный воздух. Теплообменники с фиксированными трубчатыми пластинами — идеальное решение для охлаждения для широкого спектра применений. Одним из наиболее распространенных применений является охлаждение гидравлической жидкости и масла в двигателях, трансмиссиях и гидравлических агрегатах.

Использование трубной решетки теплообменника

Трубная решетка теплообменника выполняет несколько важных функций.

Во-первых, он удерживает трубки на месте и обеспечивает для них надежную точку крепления. Это помогает гарантировать, что трубы не смещаются и не перемещаются во время работы, что может привести к повреждению или утечке теплообменника.

Во-вторых, трубная решетка обеспечивает поверхность уплотнения для заменяемой жидкости. Это помогает предотвратить утечки между трубками и корпусом, которые могут привести к снижению эффективности или даже повреждению теплообменника.

Наконец, трубная решетка спроектирована так, чтобы выдерживать давление и температуру заменяемых жидкостей. Это имеет решающее значение для обеспечения безопасности и надежности теплообменника, а также его общей производительности.

В некоторых случаях трубная решетка может быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечить простоту обслуживания и ремонта. Например, он может быть сконструирован таким образом, чтобы при необходимости его можно было легко снять и заменить или обеспечить легкий доступ к трубкам для очистки или проверки.

В целом, трубная решетка теплообменника является важнейшим компонентом кожухотрубных теплообменников, и ее правильная конструкция, изготовление и техническое обслуживание имеют важное значение для обеспечения безопасной и эффективной работы этих устройств.

Используемый материал трубной решетки теплообменника

Трубные решетки теплообменника обычно изготавливаются из высокопрочных материалов, способных выдерживать давление и температуру заменяемых жидкостей. Обычные материалы, используемые для трубных решеток, включают углеродистую сталь, нержавеющую сталь, титан и никелевые сплавы.

1. Углеродистая сталь является популярным выбором для изготовления трубных решеток благодаря своей прочности, долговечности и экономичности. Однако он подвержен коррозии и может потребовать нанесения защитных покрытий или других мер для предотвращения коррозии.

2. Нержавеющая сталь является еще одним популярным выбором для трубных решеток, особенно в тех случаях, когда важна коррозионная стойкость. Он обладает высокой устойчивостью к коррозии и выдерживает высокие температуры и давления.

3. Титан часто используется там, где решающими факторами являются вес и коррозионная стойкость. Он обладает высокой устойчивостью к коррозии и легким весом, что делает его идеальным для использования в теплообменниках в аэрокосмической и морской промышленности.

4. Никелевые сплавы, такие как инконель и монель, также широко используются для изготовления трубных решеток в высокотемпературных и агрессивных средах. Эти сплавы обладают высокой устойчивостью к коррозии и могут выдерживать экстремальные температуры и давления.

В целом выбор материала трубной решетки теплообменника будет зависеть от множества факторов, включая конкретное применение, условия эксплуатации, а также стоимость и доступность материалов.

Стандарт проверки трубной решетки теплообменника 

Проверка трубных решеток теплообменника является важной частью обеспечения безопасной и эффективной работы теплообменника. Существует несколько стандартов и руководств, регулирующих проверку трубных решеток теплообменников, в том числе:

1. Нормы ASME по котлам и сосудам под давлением – Раздел VIII, Раздел 1: Этот свод правил содержит рекомендации по проектированию, изготовлению и проверке сосудов под давлением, включая теплообменники. Он определяет требования к контролю трубных решеток, включая визуальный осмотр, неразрушающий контроль и измерения размеров.

2. API 570 — Правила проверки трубопроводов. Этот стандарт содержит рекомендации по проверке, ремонту и модификации находящихся в эксплуатации трубопроводных систем, включая трубные решетки теплообменников. Он включает рекомендации по визуальному осмотру, ультразвуковому контролю, радиографическому контролю и другим методам неразрушающего контроля.

3. ASTM E446 — Стандартные эталонные рентгенограммы для стальных отливок толщиной до 2 дюймов (50,8 мм): Этот стандарт предоставляет эталонные рентгенограммы для использования при оценке качества стальных отливок, включая трубные решетки. Он включает рентгенограммы различного уровня качества: от приемлемого до неприемлемого.

4. NACE MR0175/ISO 15156 – Нефтяная, нефтехимическая и газовая промышленность. Материалы для использования в средах, содержащих H2S, при добыче нефти и газа: Этот стандарт содержит рекомендации по выбору, производству и проверке материалов в средах, содержащих сероводород (H2S). , что может вызвать коррозию и другие повреждения трубных решеток теплообменника.

В целом, проверка трубных решеток теплообменника должна выполняться квалифицированным персоналом с использованием соответствующих методов испытаний и оборудования. Конкретные требования к проверке будут зависеть от конкретной конструкции теплообменника, условий эксплуатации и применимых норм и стандартов.

Размер и форма трубной решетки теплообменника 

Трубные решетки теплообменников бывают различных размеров и форм, в зависимости от конкретной конструкции и применения теплообменника. Размер и форма трубной решетки обычно определяются количеством и размером трубок, а также размерами корпуса теплообменника.

Размер трубных решеток может варьироваться от нескольких дюймов в диаметре для теплообменников меньшего размера до нескольких футов в диаметре для более крупных промышленных теплообменников. Толщина трубной решетки будет зависеть от давления и температуры заменяемых жидкостей, а также от используемого материала.

По форме трубные решетки обычно имеют круглую или прямоугольную форму с просверленными или перфорированными отверстиями для размещения трубок. Расположение трубок и расстояние между ними будут зависеть от конкретной конструкции и применения теплообменника.

Некоторые трубные решетки могут также иметь дополнительные элементы, такие как канавки или углубления для улучшения потока жидкостей или фланцы для облегчения соединений с другими частями теплообменника.

В целом, размер и форма трубной решетки теплообменника будут определяться конкретным применением и условиями эксплуатации и будут разработаны для оптимизации производительности и эффективности теплообменника.

Трубчатые теплообменники, Трубчатые теплообменники,Трубные пластины