Ребристые трубы: типы, производство и применение теплообменников

Ребристая  трубка  — это трубка теплообменника, оснащенная расширенной внешней поверхностью — ребрами — для значительного увеличения площади, доступной для теплопередачи на стороне с более низким коэффициентом теплопередачи. Почти в каждом газожидкостном теплообменнике этой стороной является сторона газа или воздуха, где коэффициент пленки может быть на один-два порядка ниже, чем у жидкости внутри трубки. Добавление ребер балансирует две стороны, поэтому трубка передает гораздо больше тепла при той же длине, и весь блок становится меньше, легче и дешевле.

Компания ZC Steel Pipe (ZHENCHENG Steel Co., Ltd.) поставляет на заказ оребренные трубы и трубы с голым основанием для распространенных типов ребер и комбинаций материалов — ребра из алюминия, меди, углеродистой стали и нержавеющей стали на углеродистых, легированных, нержавеющих и медно-никелевых базовых трубах. В этом руководстве объясняются типы ребер и их температурные пределы, материалы, как геометрия ребер влияет на эффективность, маршруты производства и как выбрать правильную ребристую трубку для теплообменников с воздушным охлаждением, экономайзеров, систем отопления, вентиляции и кондиционирования и технологического обслуживания.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Что такое ребристая труба?

2. Типы оребренных труб и температурные ограничения

3. Материалы плавников и опорных трубок

4. Расстояние между ребрами, высота и эффективность

5. Как изготавливаются оребренные трубы

6. Приложения и отрасли

7. Как выбрать и указать оребренные трубы

8. Часто задаваемые вопросы

1. Что такое ребристая труба?

В теплообменнике тепло должно проходить через ряд сопротивлений между двумя жидкостями: внутренней пленкой, стенкой трубки и внешней пленкой. Наибольшее сопротивление контролирует всю передачу. Когда газ течет снаружи, а жидкость внутри, пленка со стороны газа является узким местом, поэтому увеличение внешней поверхности с помощью ребер снижает сопротивление, что фактически ограничивает производительность.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ — ТРУБКА С оребрением (с РАСШИРЕННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ) Трубка с ребрами, прикрепленными к ее внешней поверхности для увеличения внешней площади теплопередачи, используемая там, где коэффициент внешней пленки (обычно со стороны газа/воздуха) намного ниже, чем внутри. Тремя основными функциями являются улучшение теплопередачи, балансировка коэффициентов на стороне газа и жидкости, а также повышение компактности и экономичности. Соотношение плавников (внешняя/голая площадь) обычно составляет от 10:1 до 25:1.

Поскольку ребро помогает только в том случае, если к нему может достигать тепла, качество соединения ребра с трубкой так же важно, как и площадь ребра. Неплотное соединение или соединение с высоким сопротивлением лишает ребро тепла и разрушает усиление, поэтому метод крепления, описанный ниже, является первым решением.

2. Типы оребренных труб и температурные ограничения

Ребристые трубы классифицируются по способу соединения ребра с трубкой. Целостность соединения определяет максимальную рабочую температуру, поскольку несоответствие теплового расширения и циклическое циклическое соединение приведут к ослаблению чисто механического соединения задолго до того, как выйдет из строя сам металл.

Температуры являются приблизительными и зависят от материала ребер и основной трубы. Сварные ребра обеспечивают постоянное металлургическое соединение, ограниченное в основном основной трубкой; механические (намотанные) ребра ограничены ослаблением связей при термоциклировании.

Критично — ребра L-образной ножки ослабляются при термоциклировании.  Ласты L-образной формы с натяжной обмоткой удерживаются только за счет механической ручки. При превышении температурного предела или при повторяющихся циклах пуска/останова дифференциальное расширение ослабляет сцепление, контактное сопротивление возрастает, а эффективность теплопередачи резко падает — часто задолго до появления каких-либо видимых повреждений. Для систем, которые часто включаются и выключаются или перегреваются, используйте встроенные или приварные ребра G-типа, а не L-образные ножки.

Для теплообменника, обрабатывающего пар или технологическую жидкость внутри трубы, марка и стандарт незащищенной трубы по-прежнему определяют расчет давления; видеть Трубки теплообменника →  для материала основной трубы.

3. Материалы ребер и базовой трубки

Два материальных решения накладываются друг на друга: материал ребра (проводимость и коррозия) и основная трубка (давление, температура, жидкость на стороне трубки). Они могут различаться, и часто действительно различаются: алюминиевые ребра на трубке из углеродистой стали представляют собой классическую комбинацию воздухоохладителя.

Алюминиевый плавник

Проводимость:  k ~205 Вт/м·К

Температура:  до ~180°C

Почему:  высочайшая эффективность, низкая стоимость.

Медный плавник

Проводимость:  Очень высокая

Температура:  умеренная

Почему:  HVAC, устойчивость к коррозии

Ребро из углеродистой стали

Сила:  Высокая

Температура:  >250°C (сварной)

Почему:  Высокотемпературный дымовой газ

Нержавеющий плавник

Коррозия:  Высокая

Температура:  повышенная

Почему:  Коррозионное + горячее обслуживание

Базовые трубы соответствуют тем же стандартам, что и голые трубы теплообменника: углеродистая сталь (ASTM A179, A192, A210), сплав Cr-Mo (A213 T11/T22), аустенитная и дуплексная нержавеющая сталь (A213/A249) и медно-никелевая сталь для морского применения. Сварные ребра из углеродистой стали допускают эффективность ребер примерно 0,65–0,75 в обмен на их способность работать при высоких температурах.

Инженерное понимание — подбирайте материал ребер в соответствии с окружающей средой, а не только с температурой.  Вблизи побережья или в море гальваническая пара на стыке L-образных опор алюминий-сталь подвергается коррозии, и связь ухудшается. Исправление представляет собой экструдированный биметаллический плавник, в котором алюминий полностью покрывает основную трубку и нет открытых щелей из разнородного металла. Проводимость имеет значение, но в морской атмосфере важнее сохранение связи.

4. Расстояние между ребрами, высота и эффективность

Геометрия ребер — расстояние (расстояние между ребрами на дюйм или метр), высота и толщина — определяет как получаемую площадь поверхности, так и штраф за падение давления на воздушной стороне. Именно здесь многие теплообменники с оребренными трубками спроектированы слишком или недостаточно.

Эффективность плавников падает с увеличением высоты, поскольку температура кончика плавника приближается к температуре воздуха; более высокие плавники увеличивают площадь, но каждая единица площади выполняет меньшую работу.

Малое расстояние между ребрами выглядит привлекательно на бумаге, поскольку оно увеличивает площадь, но в условиях пыльной или загрязненной эксплуатации зазоры закрываются, перепад давления на стороне воздуха возрастает, мощность вентилятора возрастает, а реальная производительность падает ниже значения чистой конструкции. Правильное расстояние — это то, которое выдерживает фактическую загрузку пыли и интервал очистки, а не то, которое имеет наибольшую площадь поверхности.

Примечание. Повышение температуры на выходе технологического процесса является первым признаком загрязнения ребер.  Сравните входное/выходное отверстие технологического процесса с паспортом ввода в эксплуатацию и посмотрите ток двигателя вентилятора. Когда выпускное отверстие поднимается вверх и вентилятор работает сильнее, ребра со стороны воздуха засоряются раньше, чем что-либо еще выходит из строя. Проектирование с реалистичным, очищаемым расстоянием между ребрами и базовым уровнем обслуживания позволяет сохранить значение U гораздо дольше, чем погоня за максимальной площадью поверхности при сборке.

5. Как изготавливаются оребренные трубы

Маршрут изготовления напрямую зависит от типа плавника:

Сварные ребра, особенно сваренные лазером, обеспечивают почти 100%-ную степень соединения с небольшой зоной термического воздействия, создавая прочную трубку, устойчивую к абразивной золе и саже при работе с дымовыми газами. Экструдированные трубки полностью защищают базовую трубку и подходят для агрессивных сред. Перед доставкой каждый маршрут проверяется на целостность соединения, размеры и шаг ребер.

6. Приложения и отрасли

Ребристые трубы появляются там, где тепло должно эффективно перемещаться между потоком газа/воздуха и жидкостью или технологической средой при компактных размерах:

Теплообменники с воздушным охлаждением и оребренные трубы в этих системах обычно изготавливаются в соответствии с требованиями API 661 и ASME. Информацию о выборе марки неизолированной трубы для выполнения этих обязанностей см. в нашей Руководство по маркам котловых труб и температурным ограничениям →

7. Как выбрать и указать оребренные трубы

Выбор происходит в следующем порядке: определите базовую трубку в зависимости от давления/температуры/жидкости на стороне трубки, затем тип ребра в зависимости от рабочей температуры и окружающей среды, затем геометрию ребра в зависимости от нагрузки на воздушной стороне и режима очистки.

Engineering Insight — необходимые элементы ПО для ребристых труб

• Базовая труба:  стандартная, класс, наружный диаметр, настенная (например, A179/A213 TP316L, 25,4 мм).

• Тип плавника:  L/LL/KL/G-врезной/экструдированный/HF-сварной.

• Материал ребер:  алюминий, медь, углеродистая сталь, нержавеющая сталь.

• Геометрия плавников:  плотность (FPI/м), высота, толщина, сплошные или зубчатые.

• Эксплуатация:  максимальная температура, термоциклирование, коррозия/морская среда, загрязнение/пыль.

• Длина и форма:  прямой или U-образный; длина ребер по сравнению с голыми концами.

• Код и испытания:  API 661/ASME, испытание на сцепление, проверка размеров и шага ребер, MTR.

ZC производит оребренные и голые трубы на заказ, подбирая тип, материал и геометрию оребрения в соответствии с техническими данными вашего теплообменника. Посмотреть ассортимент теплообменных трубок →  или наш бесшовная стальная труба →  и бесшовная нержавеющая сталь →  варианты с базовой трубой.

8. Часто задаваемые вопросы

Что такое оребренная труба и для чего она используется?

Ребристая трубка — это трубка теплообменника с расширенной внешней поверхностью — ребрами, добавленными для увеличения площади теплопередачи на стороне с более низким коэффициентом теплопередачи, обычно на стороне газа или воздуха. Поскольку сопротивление пленки со стороны газа преобладает при обмене газ-жидкость, добавление ребер может увеличить эффективную внешнюю поверхность в несколько раз, что делает теплообменник намного более компактным и экономичным, чем конструкция с голыми трубками.

Каковы основные типы оребренных труб?

Основные типы классифицируются по способу крепления плавника: L-лапка с натяжной намоткой, LL-лапка и KL-лапка с накаткой; встроенный G-тип, где ребро находится в выточенной канавке; экструдированный (биметаллический), где алюминиевая втулка выдавливается в ребра поверх базовой трубы; и спиральные ребра, сваренные высокочастотной сваркой (сплошные или зубчатые). Шипованные, продольные и встроенные трубы с низкими ребрами также используются для особых задач.

Какую температуру выдерживают оребренные трубы?

Максимальная рабочая температура зависит от крепления ребер. Для плавников L-образной ножки с натяжной обмоткой температура ограничена примерно 130–150 ° C, поскольку циклическое термоциклирование ослабляет механическую связь; Ребра KL с накаткой достигают температуры около 250°C; экструдированные биметаллические ребра около 280–300°C; встроенный тип G до температуры примерно до 300°C с алюминиевыми ребрами и до 400°C со стальными ребрами; и самые высокие приварные ребра, ограниченные в основном базовой трубой. Они являются приблизительными и зависят от материала ребер и трубок.

В чем разница между экструдированными и сварными ребристыми трубками?

Экструдированные ребристые трубки образуют алюминиевые ребра из втулки, натянутой на базовую трубку, полностью закрывая и защищая ее — идеальное решение для агрессивных, морских и морских сред. Приваренные ребристые трубы соединяют стальную полосу с трубкой с помощью высокочастотной или лазерной сварки, образуя прочное металлургическое соединение, выдерживающее самые высокие температуры и абразивные условия работы с дымовыми газами, за счет открытой стальной поверхности.

Как расстояние между ребрами влияет на эффективность теплообменника?

Уменьшение расстояния между ребрами (больше ребер на дюйм) увеличивает поверхность теплопередачи, но также увеличивает перепад давления на стороне воздуха и задерживает загрязнения, что может снизить реальную производительность и увеличить мощность вентилятора. Более широкое расстояние уменьшает площадь, но остается чище и проще в обслуживании. Оптимальное расстояние уравновешивает площадь поверхности от падения давления и загрязнения для конкретной жидкости, загрузки пыли и режима очистки.

Где используются оребренные трубы?

Ребристые трубы используются в теплообменниках с воздушным охлаждением (ребристые вентиляторы), сухих охладителях, экономайзерах и рекуператорах отходящего тепла, змеевиках HVAC и технологических нагревателях на нефте- и газоперерабатывающих, нефтехимических, энергетических и морских объектах — везде, где тепло должно эффективно и компактно перемещаться между потоком газа или воздуха и жидкостью или технологической жидкостью.

Источник оребренных труб из стальной трубы ZC

ZHENCHENG Steel Co., Ltd. (ZC Steel Pipe) производит на заказ оребренные и голые теплообменные трубы — L-образные, KL, G-образные, экструдированные биметаллические и высокочастотно сваренные ребра из алюминия, меди, углеродистой стали и нержавеющей стали, на трубах из углеродистой, легированной, нержавеющей и медно-никелевой основы в соответствии с ASTM, ASME и API 661. Строгий контроль качества: целостность соединения, проверка шага и размеров плавников, неразрушающий контроль и полная прослеживаемость. Проекты реализованы в Африке, на Ближнем Востоке и в Южной Америке.

Электронная почта: Мэнди. w@zcsteelpipe.com   | Ватсап: +86-139-1579-1813

→ Запросить цену

Связанный: Трубки теплообменника  · Марки котельных труб  · Бесшовные трубы из нержавеющей стали  · Бесшовная стальная труба