Tuburi cu aripioare: tipuri, aplicații de fabricație și schimbător de căldură

Un  tub cu aripioare  este un tub schimbător de căldură prevăzut cu o suprafață exterioară extinsă - aripioare - pentru a crește dramatic suprafața disponibilă pentru transferul de căldură pe partea cu coeficientul de transfer de căldură mai slab. În aproape fiecare schimbător gaz-lichid, acea parte este partea de gaz sau aer, unde coeficientul peliculei poate fi cu unul până la două ordine de mărime mai mic decât lichidul din interiorul tubului. Adăugarea aripioarelor reechilibrează cele două părți, astfel încât tubul transferă mult mai multă căldură pentru aceeași lungime și întreaga unitate devine mai mică, mai ușoară și mai ieftină.

ZC Steel Pipe (ZHENCHENG Steel Co., Ltd.) furnizează țevi cu aripioare și țevi de bază goale la comandă pentru toate tipurile comune de aripioare și combinații de materiale - aluminiu, cupru, oțel carbon și aripioare inoxidabile pe tuburi de bază de carbon, aliaj, inoxidabil și cupru-nichel. Acest ghid explică tipurile de aripioare și limitele lor de temperatură, materialele, modul în care geometria aripioarelor conduce la eficiență, rutele de fabricație și cum să selectați tubul cu aripioare potrivit pentru schimbătoarele răcite cu aer, economizoare, HVAC și service de proces.

CUPRINS

1. Ce este un tub cu aripioare?

2. Tipuri de tuburi cu aripioare și limite de temperatură

3. Materiale pentru tuburi de bază și aripioare

4. Distanța dintre aripioare, înălțime și eficiență

5. Cum sunt fabricate tuburile cu aripioare

6. Aplicații și industrii

7. Cum să selectați și să specificați tuburile cu aripioare

8. Întrebări frecvente

1. Ce este un tub cu aripioare?

Într-un schimbător de căldură, căldura trebuie să treacă prin seria de rezistențe dintre cele două fluide: pelicula interioară, peretele tubului și pelicula exterioară. Cea mai mare rezistență controlează întregul transfer. Când un gaz curge în exterior și un lichid înăuntru, pelicula din partea de gaz este gâtul de sticlă - așa că mărirea suprafeței exterioare cu aripioare atacă rezistența care limitează de fapt performanța.

DEFINIȚIE — TUB CU ARITATE (SUPRAFAȚĂ EXTINSĂ) Un tub cu aripioare lipite de suprafața sa exterioară pentru a crește aria de transfer de căldură externă, utilizat în cazul în care coeficientul peliculei exterioare (de obicei, pe partea de gaz/aer) este mult mai mic decât în ​​interior. Cele trei funcții de bază sunt îmbunătățirea transferului de căldură, echilibrarea coeficienților din partea de gaz și partea de lichid și îmbunătățirea compactității și a economiei. Raportul aripioarelor (zonă exterioară/liberă) este de obicei între 10:1 și 25:1.

Deoarece aripioarele ajută doar dacă căldura poate ajunge la ea, calitatea legăturii aripioare-tub este la fel de importantă ca și zona aripioarelor. O legătură slăbită sau de înaltă rezistență înfometează aripioarele de căldură și prăbușește câștigul - motiv pentru care metoda de atașare, abordată în continuare, este prima decizie.

2. Tipuri de tuburi cu aripioare și limite de temperatură

Tuburile cu aripioare sunt clasificate în funcție de modul în care aripioarele sunt conectate la tub. Integritatea legăturii stabilește temperatura maximă de serviciu, deoarece nepotrivirea expansiunii termice și ciclul vor slăbi o îmbinare pur mecanică cu mult înainte ca metalul în sine să se defecteze.

Temperaturile sunt aproximative și depind de materialul aripioarelor și al tubului de bază. Aripioarele sudate oferă o legătură metalurgică permanentă limitată în principal de tubul de bază; aripioarele mecanice (învăluite) sunt limitate de slăbirea legăturii sub ciclul termic.

Critic — aripioarele L-picior se slăbesc sub ciclul termic.  O aripioară cu picior în L înfăşurată în tensiune se ţine numai prin prindere mecanică. Peste limita de temperatură sau sub cicluri repetate de pornire/oprire, expansiunea diferențială relaxează aderența, rezistența la contact crește, iar performanța transferului de căldură scade brusc - adesea cu mult înainte de orice deteriorare vizibilă. Pentru sistemele care pornesc și se opresc frecvent sau funcționează la cald, specificați aripioare încorporate sau sudate de tip G, nu picior L.

Pentru un schimbător care manipulează abur sau fluid de proces în interiorul tubului, calitatea tubului gol și standardul guvernează în continuare proiectarea presiunii; vedea tuburi schimbătoare de căldură →  pentru gama de materiale de bază-tub.

3. Materiale pentru tuburi de bază și aripioare

Două decizii de material se stivuiesc una peste alta: materialul aripioarelor (conductivitate și coroziune) și tubul de bază (presiune, temperatură, fluid pe partea tubului). Ele pot și adesea diferă - aripioarele de aluminiu pe un tub de oțel carbon sunt combinația clasică de răcire a aerului.

Aripa din aluminiu

Conductivitate:  k ~205 W/m·K

Temperatura:  până la ~180°C

De ce:  cea mai mare eficiență, cost redus

Aromă de cupru

Conductivitate:  Foarte mare

Temp:  moderată

De ce:  HVAC, rezistență la coroziune

Aripioare din oțel carbon

Puterea:  mare

Temperatura:  >250°C (sudat)

De ce:  gaze de ardere la temperatură ridicată

Aripa inoxidabil

Coroziune:  mare

Temp:  ridicat

De ce:  Corosiv + serviciu fierbinte

Tuburile de bază respectă aceleași standarde ca și tubul schimbător de căldură gol: oțel carbon (ASTM A179, A192, A210), aliaj Cr-Mo (A213 T11/T22), inoxidabil austenitic și duplex (A213/A249) și cupru-nichel pentru serviciu maritim. Aripioarele sudate din oțel carbon acceptă o eficiență a aripioarelor de aproximativ 0,65–0,75 în schimbul capacității lor la temperatură ridicată.

Engineering Insight — Potriviți materialul aripioarelor cu mediul înconjurător, nu doar cu temperatura.  Aproape de coastă sau în larg, cuplul galvanic de la o interfață aluminiu-oțel cu picior în L se corodează, iar legătura se degradează. Remedierea este o aripioară bimetală extrudată, în care aluminiul învelește complet tubul de bază și nu există nicio fisură metalică diferită expusă. Conductivitatea contează, dar într-o atmosferă marină, supraviețuirea legăturii contează mai mult.

4. Distanța dintre aripioare, înălțime și eficiență

Geometria aripioarelor - distanța (ariotoare pe inch sau pe metru), înălțimea și grosimea - stabilește atât suprafața câștigată, cât și penalitatea plătită în căderea de presiune din partea aerului. Aici multe schimbătoare cu tuburi cu aripioare sunt supraproiectate sau subproiectate.

Eficiența aripioarelor scade pe măsură ce înălțimea crește, deoarece vârful aripioarelor se apropie de temperatura aerului; aripioarele mai înalte câștigă suprafață, dar fiecare unitate de zonă lucrează mai puțin.

Distanța strânsă a aripioarelor arată atractivă pe hârtie, deoarece maximizează suprafața, dar în cazul serviciului cu praf sau murdărie, golurile se sting, scăderea presiunii din partea aerului crește, puterea ventilatorului crește și performanța reală scade sub valoarea designului curat. Distanța potrivită este cea care supraviețuiește intervalului real de încărcare cu praf și curățare - nu cea cu cea mai mare suprafață.

Notă de teren — O creștere a temperaturii de ieșire a procesului este primul semn al murdării aripioarelor.  Comparați intrarea/ieșirea procesului cu fișa de date de punere în funcțiune și urmăriți curentul motorului ventilatorului. Când ieșirea se strecoară în sus și ventilatorul trage mai tare, aripioarele din partea de aer se murdăresc înainte ca orice altceva să se defecteze. Proiectarea la o distanță realistă a aripioarelor care poate fi curățată – și o linie de bază de întreținere – păstrează valoarea U mult mai mult decât urmărirea suprafeței maxime la construcție.

5. Cum sunt fabricate tuburile cu aripioare

Calea de fabricație urmează direct din tipul de aripioare:

Aripioarele sudate, în special sudate cu laser, oferă o rată de aderență de aproape 100% cu o zonă mică afectată de căldură, producând un tub dur care rezistă cenușii abrazive și funinginei de gaze de ardere. Tuburile extrudate protejează complet tubul de bază și se potrivesc atmosferelor corozive. Fiecare traseu este inspectat pentru integritatea legăturii, dimensiunile și pasul aripioarelor înainte de livrare.

6. Aplicații și industrii

Tuburile cu aripioare apar oriunde căldura trebuie să se deplaseze eficient între un curent de gaz/aer și un lichid sau fluid de proces într-o amprentă compactă:

Schimbătoarele răcite cu aer și cu tuburi cu aripioare din aceste servicii sunt de obicei construite conform cerințelor API 661 și ASME. Pentru selecția calității tubului gol de sub aceste sarcini, consultați ghidul calităților tuburilor cazanului și limitelor de temperatură →

7. Cum să selectați și să specificați tuburile cu aripioare

Selecția se desfășoară în această ordine: fixați tubul de bază de la presiune/temperatură/fluidul din partea tubului, apoi tipul de aripioare din temperatura de serviciu și mediu, apoi geometria aripioarelor din regimul de funcționare și de curățare pe partea de aer.

Engineering Insight — Elemente obligatorii de PO cu tuburi cu aripioare

• Tub de bază:  standard, grad, OD, perete (ex. A179 / A213 TP316L, 25,4 mm).

• Tip de aripioare:  L / LL / KL / încorporat în G / extrudat / sudat HF.

• Material aripioare:  aluminiu, cupru, oțel carbon, inoxidabil.

• Geometria aripioarelor:  densitate (FPI / per m), înălțime, grosime, plin sau zimțat.

• Serviciu:  temperatura maximă, ciclu termic, coroziune/marin, murdărire/praf.

• Lungime și formă:  drept sau îndoit în U; lungime cu aripioare vs capete goale.

• Cod și teste:  API 661 / ASME, test de aderență, inspecție dimensională și pas a aripioarelor, MTR.

ZC produce tuburi cu aripioare și goale la comandă, potrivind tipul, materialul și geometria aripioarelor cu fișa tehnică a schimbătorului dumneavoastră. Vizualizați tuburi schimbătoare de căldură gama →  sau noastre teava de otel fara sudura →  si inox fără sudură →  opțiuni pentru tub de bază.

8. Întrebări frecvente

Ce este un tub cu aripioare și de ce este folosit?

Un tub cu aripioare este un tub schimbător de căldură cu o suprafață exterioară extinsă - aripioare - adăugată pentru a crește zona de transfer de căldură pe partea cu coeficient de transfer de căldură mai scăzut, de obicei partea de gaz sau aer. Deoarece rezistența filmului pe partea de gaz domină în schimbul gaz-lichid, adăugarea aripioarelor poate multiplica de mai multe ori suprafața exterioară efectivă, făcând schimbătorul mult mai compact și mai economic decât un design cu tub liber.

Care sunt principalele tipuri de tuburi cu aripioare?

Principalele tipuri sunt clasificate în funcție de modul în care este atașată aripioarele: picior în L cu întindere, picior LL și picior KL moletat; tip G încorporat, unde aripioarele se află într-o canelură prelucrată; extrudat (bimetalic), unde un manșon de aluminiu este extrudat în aripioare peste tubul de bază; și aripioare elicoidale sudate de înaltă frecvență (solide sau zimțate). Tuburile cu aripioare joase, longitudinale și integrale sunt folosite și pentru sarcini specifice.

La ce temperatură pot rezista tuburile cu aripioare?

Temperatura maximă de serviciu depinde de atașarea aripioarelor. Aripioarele L-picior înfăşurate la tensionare sunt limitate la aproximativ 130–150°C, deoarece ciclul termic slăbeşte legătura mecanică; Aripioarele moletate KL ajung la aproximativ 250°C; aripioare bimetalice extrudate în jur de 280–300°C; tip G încorporat până la aproximativ 300°C cu aluminiu și 400°C cu aripioare din oțel; iar aripioarele sudate cele mai înalte dintre toate, limitate în principal de tubul de bază. Acestea sunt aproximative și variază în funcție de materialul aripioarelor și tubului.

Care este diferența dintre tuburile cu aripioare extrudate și sudate?

Tuburile de aripioare extrudate formează aripioare de aluminiu dintr-un manșon extrudat peste tubul de bază, acoperind și protejând complet - ideal pentru medii corozive, marine și offshore. Tuburile cu aripioare sudate leagă o bandă de aripioare de oțel de tub prin sudare de înaltă frecvență sau cu laser, oferind o îmbinare metalurgică permanentă care tolerează cele mai înalte temperaturi și gaze de ardere abrazive, cu prețul unei suprafețe expuse din oțel.

Cum afectează distanța dintre aripioare eficiența schimbătorului de căldură?

Distanța mai strânsă a aripioarelor (mai multe aripioare pe inch) adaugă suprafață de transfer de căldură, dar crește și căderea de presiune pe partea aerului și prinde murdăria, ceea ce poate reduce performanța reală și poate crește puterea ventilatorului. Distanța mai mare reduce suprafața, dar rămâne mai curată și este mai ușor de întreținut. Distanța optimă echilibrează suprafața împotriva căderii de presiune și murdăririi pentru regimul specific de curățare, încărcare cu praf și fluid.

Unde se folosesc tuburile cu aripioare?

Tuburile cu aripioare sunt utilizate în schimbătoare de căldură răcite cu aer (ventilator cu aripioare), răcitoare uscate, economizoare și recuperarea căldurii reziduale, serpentine HVAC și încălzitoare de proces în rafinarea petrolului și gazelor, petrochimice, generarea de energie și instalațiile offshore - oriunde căldura trebuie să se deplaseze între un flux de gaz sau aer și un lichid sau fluid de proces eficient și într-o amprentă compactă.

Sursă țevi cu aripioare de la ZC Steel Pipe

ZHENCHENG Steel Co., Ltd. (ZC Steel Pipe) produce la comandă tuburi schimbătoare de căldură cu aripioare și goale - picior L, KL, G încorporat, bimetalice extrudate și aripioare sudate de înaltă frecvență, din aluminiu, cupru, oțel carbon și inoxidabil, pe tub de carbon, aliaj, inoxidabil și cupru-nichel, bază ASTMC6 și ASTMC6 Q. integritatea legăturii, pasul aripioarelor și inspecția dimensională, NDT și trasabilitate completă. Proiecte livrate în Africa, Orientul Mijlociu și America de Sud.

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

→ Solicitați o cotație

Înrudit: Tuburi schimbătoare de căldură  · Clasele tuburilor cazanului  · Teava inoxidabil fara sudura  · Țeavă de oțel fără sudură