Rury wymienników ciepła: Przewodnik po wyborze materiałów, gatunków i rozmiarów

Rury wymiennika ciepła  to cienkościenne rury tworzące wiązkę płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła, skraplacza, parownika lub podgrzewacza wody zasilającej — powierzchnię, przez którą ciepło przepływa pomiędzy dwoma płynami. Wybór rury jest równowagą trzech rzeczy jednocześnie: przewodności cieplnej, wytrzymałości mechanicznej w temperaturze i odporności na korozję  zarówno  płynów po stronie rury, jak i płaszcza. Jeśli źle dobierzesz materiał, wiązka zacznie przeciekać; źle dobierzesz ścianę lub tolerancję, co spowoduje brak uszczelnienia w arkuszu sitowym.

ZC Steel Pipe (ZHENCHENG Steel Co., Ltd.) to chiński producent dostarczający na zamówienie rury do wymienników ciepła i skraplaczy w pełnym zakresie materiałów — stal węglowa, stop Cr-Mo, stal austenityczna i stal dupleksowa, miedź-nikiel, stop niklu i tytan — zgodnie z normami ASTM, ASME, EN, DIN, JIS i GB. W tym przewodniku podano obowiązujące normy, zweryfikowane przez ASME właściwości mechaniczne gatunków stali, zakresy wymiarowe oraz jasną logikę doboru materiałów dla zastosowań w energetyce, rafineriach, petrochemii, HVAC i przemyśle morskim.

ZAWARTOŚĆ

1. Czym są rury wymienników ciepła?

2. Rodziny materiałów rur

3. Normy i zweryfikowane właściwości mechaniczne

4. Rozmiary, grubość ścianki i tolerancje

5. Konfiguracje rur i złącza arkuszy rur

6. Wybór materiału przez usługę

7. Jak określić rury wymiennika ciepła (lista kontrolna PO)

8. Często zadawane pytania

1. Czym są rury wymienników ciepła?

Rura wymiennika ciepła przenosi jeden płyn przez swój otwór, podczas gdy drugi płyn przepływa przez jego zewnętrzną powierzchnię w płaszczu. Ciepło przenika przez ściankę rury, więc rura jest powierzchnią roboczą całego urządzenia. Ponieważ w jednej wiązce mogą znajdować się setki lub tysiące rur, każda z nich jest rozciągana lub zespawana w arkusz rurowy na obu końcach, konsystencja średnicy zewnętrznej, ścianki i prostoliniowość mają tak samo znaczenie jak gatunek.

DEFINICJA — WYMIENNIK CIEPŁA / RURKA SKRAPLACZA Cienkościenna, bezszwowa lub spawana rura stosowana w płaszczowo-rurowych wymiennikach ciepła, skraplaczach, parownikach i podgrzewaczach wody zasilającej do przenoszenia ciepła pomiędzy dwoma płynami. Regulowane przez normy dotyczące rur (np. ASTM A179, A213, A249, B111, B338) – a nie normy dotyczące rur – ponieważ akceptacja opiera się na kontroli ścian, wykończeniu powierzchni i integralności złącza arkusza rury, a nie na zabezpieczeniu ciśnienia w rurociągu.

To rozróżnienie rura-rura jest najczęstszym błędem specyfikacji przy zamawianiu wymienników ciepła i ma wpływ na resztę tego przewodnika.

2. Rodziny materiałów rur

ZC dostarcza pięć rodzin materiałów do zastosowań w wymiennikach ciepła. Właściwą rodzinę ustala się najpierw na podstawie środowiska korozyjnego i temperatury, a następnie zawęża się ją na podstawie kosztu i przewodności.

Stal węglowa i C-Mo

Dane techniczne:  A179, A192, A210, A214

Zastosowanie:  Kocioł, woda zasilająca, chłodnica oleju

Limit:  płyny niekorozyjne

Stal stopowa Cr-Mo

Specyfikacja:  A213 T11 / T12 / T22 / T91

Zastosowanie:  Przegrzewacz, wysokotemperaturowy HX

Limit:  pełzanie w podwyższonej temperaturze

Stal nierdzewna / Duplex

Specyfikacja:  A213 / A249; 2205

Gatunki:  TP304/L, TP316/L

Zastosowanie:  Kwasy, chlorki, higiena

Miedź / Cu-Ni

Specyfikacja:  ASTM B111

Gatunki:  90/10, 70/30 Cu-Ni

Zastosowanie:  HVAC, skraplacze morskie

Stop niklu

Gatunki:  Inconel 600/625

Także:  Hastelloy C276, Monel 400

Zastosowanie:  Ekstremalna korozja/ciepło

Tytan

Stopnie:  Gr.2, Gr.5 (B338)

Zastosowanie:  Woda morska, odsalanie

Siła:  Lekka, odporna na chlorki

3. Normy i zweryfikowane właściwości mechaniczne

Poniższa tabela podaje normę dotyczącą rur i minimalne właściwości mechaniczne ASME Sekcja II-A dla gatunków stali węglowej i stopowej. Wartości pochodzą ze specyfikacji ASME BPVC II-A i nie są szacunkowe.

Źródło: ASME BPVC sekcja II-A (SA-179, SA-192, SA-210, SA-214, SA-213). A179 i A214 nie przechodzą obowiązkowej próby rozciągania w korpusie standardowym i są akceptowane pod względem twardości; wartości rozciągania pokazane dla A179/A192 są wartościami obliczeniowymi z objaśnień.

Krytyczny — T91 NIE jest gatunkiem stali nierdzewnej.  ASTM A213 obejmuje zarówno rury ferrytyczne, jak i austenityczne, a T91 (9Cr-1Mo-V) należy do rodziny  ferrytyczno-martenzytycznych  , a nie do rodziny stali austenitycznych. Nie grupuj T91 z TP304 / TP316 w tabeli korozji lub procedurze spawania. Jego wytrzymałość na pełzanie w wysokiej temperaturze jest doskonała, ale jego właściwości korozyjne i spawalność (podgrzewanie wstępne, PWHT) są zupełnie inne niż w przypadku stali austenitycznej.

W przypadku rur wymienników ciepła ze stali austenitycznej właściwymi normami są  ASTM A213 (bez szwu)  i  ASTM A249 (spawane)  w gatunkach TP304/304L i TP316/316L; pakiety dupleksowe wykorzystują numer 2205 (UNS S31803/S32205). Rury skraplacza ze stopu miedzi są zgodne z normą ASTM B111, a rury tytanowe są zgodne z normą ASTM B338. Potwierdź dokładne minimalne wartości mechaniczne dla tych gatunków innych niż stal w odniesieniu do obowiązującej normy i kodu projektowego.

Nota przetargowa — „A312” w zapytaniu dotyczącym wymiennika ciepła to czerwona flaga.  ASTM A312 to specyfikacja  rur ze stali nierdzewnej  . Ma takie same nazwy gatunków TP304/TP316, więc łatwo jest przez pomyłkę skopiować je do zapytania o rurę — ​​ale rurę wymiennika ciepła należy zamówić w klasie A213 (bez szwu) lub A249 (spawana), które spełniają specyficzne dla rury wymagania dotyczące wymiarów, spłaszczania, rozszerzania i prądu wirowego, których faktycznie potrzebuje pakiet. Określ standard tuby, a otrzymasz odpowiedni produkt.

Gatunki węgla i Cr-Mo w tym przypadku w dużym stopniu pokrywają się z praktyką dotyczącą rur kotłowych; Aby zapoznać się ze szczegółami dotyczącymi ograniczeń temperatury i gatunku dla A192 / A210 / A213, zobacz nasze przewodnik po gatunkach rur kotłowych → , a dla rodziny stali nierdzewnej, wyjaśniono rurę bez szwu ze stali austenitycznej →

4. Rozmiary, grubość ścianki i tolerancje

Rura wymiennika ciepła jest kontrolowana wymiarowo znacznie ściślej niż rura przewodowa, ponieważ współczynnik folii po stronie rury i rozszerzalność arkusza rury zależą od stałej średnicy zewnętrznej i ścianki. Poniżej znajdują się standardowe asortymenty ZC; rozmiary niestandardowe są robione na zamówienie.

Engineering Insight — Średnia ściana w porównaniu z minimalną ścianą zmienia cenę i projekt.  Rurę można zamówić z tolerancją średniej lub minimalnej ściany. Minimalna ścianka gwarantuje najcieńszy punkt, ale kosztuje więcej i średnio działa ciężej; średnia ściana jest lżejsza i tańsza, ale pozwala na powstawanie cienkich plam w granicach tolerancji. Obliczenia dotyczące projektowania ciśnieniowego i pocieniania za pomocą zagięcia w kształcie litery U muszą opierać się na faktycznie zamówionej podstawie — należy to wyraźnie określić, zamiast pozostawiać domyślne ustawienia walcarki.

5. Konfiguracje rur i złącza arkuszy rur

Oprócz gatunku i rozmiaru, kolejność rur kształtują trzy możliwości konfiguracji: geometria wiązki, wykończenie końca rury oraz to, czy powierzchnia jest gładka czy żebrowana.

Standardowe zakresy ZC. W zamówieniu należy określić mniejszą średnicę zewnętrzną/ścianę oraz średnicę ściany w porównaniu z minimalną ścianką, aby dopasować ją do projektu wymiennika.

Końce rur są łączone z arkuszem sitowym poprzez rozciąganie walcowe, spawanie lub jedno i drugie (rozciąganie i spawanie uszczelniające) w celu zapewnienia większej integralności. Łuki U powodują pocienienie ścianki na promieniu zewnętrznym i w przypadku niektórych gatunków mogą wymagać odprężania, dlatego w zamówieniu należy podać harmonogram U-rurek. Informacje na temat spoiny rura-arkusz rury i szerszy kontekst połączeń można znaleźć w artykule przegląd typów połączeń →

Krytyczny punkt inżynieryjny — Korozja po stronie rury i po stronie płaszcza to dwa różne problemy.  Rura może przejść wewnątrz i zawieść na zewnątrz. Woda chłodząca wewnątrz rury ze stali austenitycznej może powodować pękanie spowodowane korozją naprężeniową chlorków w otworze, podczas gdy ten sam pakiet jest w porządku po stronie płaszcza. należy zawsze ocenić korozyjność  obu płynów w temperaturze roboczej. Przed zamocowaniem materiału rury

6. Wybór materiału przez usługę

Poniższa ścieżka decyzyjna odwzorowuje najczęstsze środowiska usługowe na wyjściowy materiał rury. Ostateczny wybór musi zostać potwierdzony na podstawie arkusza danych procesu, kodu projektowego i obu składów chemicznych cieczy.

Tylko wybór punktu początkowego. Potwierdź na podstawie ciśnień cząstkowych, zawartości chlorków, temperatury i prędkości dla rzeczywistego obciążenia.

7. Jak określić rury wymiennika ciepła (lista kontrolna PO)

Engineering Insight — Niezbędne rurki wymiennika ciepła PO

• Standard i gatunek rury:  np. ASTM A213 TP316L (bez szwu) — nie jest to specyfikacja rury.

• OD i ściana:  z podstawą tolerancji (średnia ściana vs minimalna ściana).

• Długość i kształt:  prosta lub rurka w kształcie litery U (z promieniem zgięcia/ograniczeniem pocienienia).

• Obróbka cieplna/stan:  wyżarzanie, obróbka przesycająca; PWHT dla gatunków stopów.

• Powierzchnia i czystość:  trawiona, wyżarzana na połysk, wykończenie ID/OD.

• NDT:  badania prądami wirowymi (ET), ultradźwiękowe (UT), hydrostatyczne, rozszerzanie/spłaszczanie.

• Certyfikaty:  PMI, EN 10204 3.1/3.2 MTR, pełna identyfikowalność.

Jako producent na zamówienie, ZC produkuje rury zgodnie z arkuszem danych wymiennika – konkretny gatunek, podstawa tolerancji, długość i harmonogram zaginania w kształcie litery U – zamiast narzucać zadanie do magazynu. Zobacz rurki do wymienników ciepła strona produktowa → , lub nasza bez szwu ze stali nierdzewnej →  i spawana stal nierdzewna →  zakresy.

8. Często zadawane pytania

Z jakiego materiału wykonane są rury wymienników ciepła?

Rury wymienników ciepła wykonane są ze stali węglowej (ASTM A179, A192, A214), stali stopowej Cr-Mo (A213 T11/T22), stali nierdzewnej austenitycznej i duplex (bez szwu A213 / spawana A249, gatunki TP304/304L, TP316/316L, 2205), miedzi i stopów miedzi i niklu (ASTM B111, 90/10 i 70/30 Cu-Ni), stopy niklu (Inconel, Hastelloy, Monel) i tytanu (Gr.2, Gr.5). Materiał dobiera się na podstawie temperatury roboczej, ciśnienia i korozyjności płynów po stronie rury i płaszcza.

Jaka jest różnica między rurami ASTM A179 i A192?

A179 to ciągniona na zimno bezszwowa rura ze stali niskowęglowej do wymienników ciepła i skraplaczy pracujących przy niższym ciśnieniu; nie podlega obowiązkowej próbie rozciągania i jest akceptowany w przypadku twardości (maksymalnie 72 HRBW). A192 to bezszwowa rura kotłowa ze stali węglowej do pracy pod wysokim ciśnieniem, z kontrolowaną maksymalną zawartością krzemu wynoszącą 0,25% i granicą twardości 137 HBW. Obydwa mają wspólne minimalne wartości projektowe wynoszące 47 ksi (325 MPa) wytrzymałości na rozciąganie i 26 ksi (180 MPa) wydajności.

Jaka jest różnica między ASTM A213 i A249?

A213 obejmuje rury kotłowe, przegrzewacze i wymienniki ciepła bez szwu ze stali stopowej ferrytycznej i austenitycznej; A249 obejmuje spawany odpowiednik stali austenitycznej. W przypadku rur wymienników ciepła ze stali nierdzewnej A213 to trasa bez szwu, a A249 to trasa spawana. Należy pamiętać, że A312 to specyfikacja rury, a nie właściwa specyfikacja rury, mimo że ma takie samo oznaczenie gatunku jak TP304/TP316.

Jakie rozmiary mają rury wymienników ciepła?

Typowe średnice zewnętrzne rur wymienników ciepła wahają się od około 6 mm do 50 mm dla rur bez szwu i do około 150 mm dla rur spawanych, o grubości ścianki od 0,5 mm do 10 mm i długościach od 1 m do 12 m. Cienkie ścianki i wąskie tolerancje średnicy zewnętrznej/ściany są typowe, ponieważ przenoszenie ciepła po stronie rury i rozszerzalność rury do arkusza rury zależą od kontroli wymiarów.

Który materiał rur wymiennika ciepła jest najlepszy dla skraplaczy wody morskiej i morskiej?

Do pracy w wodzie morskiej i skraplaczach morskich zwykle wybiera się stopy miedzi i niklu (90/10 lub 70/30 Cu-Ni) zapewniające dobrą przewodność cieplną i odporność na biozanieczyszczenia, lub tytan klasy 2, gdzie występują poważne wżery chlorkowe i korozja erozyjna. Standardowa stal węglowa i stal nierdzewna 304 na ogół nie nadają się do surowej wody morskiej ze względu na atak chlorków.

Czy rury wymiennika ciepła są bezszwowe czy spawane?

Obydwa są używane. Rury bez szwu (A179, A192, A213) są preferowane w przypadku pracy pod wyższym ciśnieniem i w wyższych temperaturach i pozwalają uniknąć szwów spawalniczych. Rura spawana (stal węglowa A214, stal nierdzewna A249) jest opłacalna w przypadku dużych wiązek w warunkach niskiego ciśnienia i jest dostarczana ze strefą spawania w pełni poddaną obróbce cieplnej i przetestowaną. Wybór zależy od ciśnienia, temperatury, płynu i budżetu.

Źródło rur wymiennika ciepła z rury stalowej ZC

ZHENCHENG Steel Co., Ltd. (ZC Steel Pipe) produkuje na zamówienie rury do wymienników ciepła i skraplaczy według ASTM, ASME, EN, DIN, JIS i GB — stal węglowa (A179/A192/A210/A214), stop Cr-Mo (A213 T11/T22/T91), stal austenityczna i stal dupleksowa (A213/A249, 2205), miedź-nikiel, stop niklu i tytan. Ścisła kontrola jakości: analiza chemiczna, badania mechaniczne i hydrostatyczne, badania nieniszczące metodą prądów wirowych i ultradźwiękowych oraz PMI. Projekty realizowane na terenie Afryki, Bliskiego Wschodu i Ameryki Południowej.

E-mail: Mandy. w@zcsteelpipe.com   | WhatsApp: +86-139-1579-1813

→ Poproś o wycenę

Powiązany: Rury wymienników ciepła (produkt)  · Gatunki rur kotłowych  · Austenityczna stal nierdzewna bez szwu  · Bezszwowa rura ze stali nierdzewnej  · Spawana rura ze stali nierdzewnej