Трубки теплообменника: руководство по выбору материалов, марок и размеров

Трубки теплообменника  — это тонкостенные трубки, образующие связку кожухотрубного теплообменника, конденсатора, испарителя или подогревателя питательной воды — поверхность, по которой тепло передается между двумя жидкостями. Выбор трубки – это баланс трех факторов одновременно: теплопроводности, механической прочности при температуре и коррозионной стойкости к жидкостям  как  со стороны трубки, так и со стороны корпуса. Возьмите материал неправильно, и пакет потечет; ошибитесь со стенкой или допуском, и трубная решетка не будет герметично закреплена.

ZC Steel Pipe (ZHENCHENG Steel Co., Ltd.) — китайский производитель, поставляющий на заказ теплообменные и конденсаторные трубы из всего спектра материалов — углеродистой стали, сплавов Cr-Mo, аустенитной и дуплексной нержавеющей стали, медно-никелевых, никелевых сплавов и титана — в соответствии с ASTM, ASME, EN, DIN, JIS и GB. В этом руководстве представлены руководящие стандарты, проверенные ASME механические свойства марок стали, диапазоны размеров и четкая логика выбора материалов для энергетики, нефтепереработки, нефтехимии, систем отопления, вентиляции и кондиционирования, а также морской эксплуатации.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Что такое трубки теплообменника?

2. Семейства материалов труб

3. Стандарты и проверенные механические свойства

4. Размеры, толщина стенок и допуски

5. Конфигурации труб и соединения трубных решеток

6. Выбор материала по услуге

7. Как указать трубки теплообменника (контрольный список заказа на поставку)

8. Часто задаваемые вопросы

1. Что такое трубки теплообменника?

Трубка теплообменника пропускает одну жидкость через свое отверстие, в то время как вторая жидкость течет по ее внешней поверхности в кожухе. Теплопередача осуществляется через стенку трубки, поэтому трубка является рабочей поверхностью всего агрегата. Поскольку в одном пучке могут быть сотни или тысячи труб, каждая из которых расширена или сварена в трубную решетку с обоих концов, постоянство внешнего диаметра, стенок и прямолинейности имеет такое же значение, как и марка.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ — ТЕПЛООБМЕННИК / КОНДЕНСАТОРНАЯ ТРУБКА Тонкостенная бесшовная или сварная трубка, используемая в кожухотрубных теплообменниках, конденсаторах, испарителях и нагревателях питательной воды для передачи тепла между двумя жидкостями. Регулируется стандартами, специфичными для труб (например, ASTM A179, A213, A249, B111, B338), а не стандартами для труб, поскольку приемка строится на контроле стенок, отделке поверхности и целостности соединения трубной решетки, а не на сдерживании линейного давления.

Это различие между трубами и трубами является единственной наиболее распространенной ошибкой в ​​спецификации при покупке теплообменника, и она лежит в основе остальной части этого руководства.

2. Семейства материалов труб

ZC поставляет пять семейств материалов для теплообменников. Правильное семейство сначала определяется коррозионной средой и температурой, а затем сужается по стоимости и проводимости.

Углеродистая и C-Mo сталь

Характеристики:  A179, A192, A210, A214.

Применение:  Котел, питательная вода, масляный радиатор.

Ограничение:  неагрессивные жидкости.

Легированная сталь Cr-Mo

Характеристики:  A213 T11/T12/T22/T91

Применение:  пароперегреватель, высокотемпературный HX.

Ограничение:  ползучесть при повышенной температуре.

Нержавеющая сталь / Дуплекс

Характеристики:  А213/А249; 2205

Марки:  TP304/L, TP316/L

Применение:  Кислоты, хлориды, гигиена.

Медь / Cu-Ni

Спецификации:  АСТМ Б111

Марки:  90/10, 70/30 Cu-Ni.

Применение:  HVAC, морские конденсаторы.

Никелевый сплав

Марки:  Инконель 600/625

Также:  Хастеллой C276, Монель 400.

Использование:  Экстремальная коррозия/нагрев.

Титан

Классы:  Гр.2, Гр.5 (В338)

Использование:  морская вода, опреснение.

Прочность:  Легкая, устойчивая к хлоридам.

3. Стандарты и проверенные механические свойства.

В таблице ниже приведены основные стандарты труб и минимальные механические свойства раздела II-A ASME для углеродистых и легированных марок стали. Значения взяты из спецификаций ASME BPVC II-A и не являются приблизительными.

Источник: ASME BPVC, раздел II-A (SA-179, SA-192, SA-210, SA-214, SA-213). А179 и А214 не подвергаются обязательным испытаниям на растяжение в стандартном корпусе и принимаются по твердости; Показатели прочности на растяжение, указанные для А179/А192, являются расчетными значениями из пояснительных примечаний.

Критично: T91 НЕ является маркой нержавеющей стали.  ASTM A213 охватывает как ферритные, так и аустенитные трубы, а T91 (9Cr-1Mo-V) относится к  ферритно-мартенситному  семейству, а не к аустенитному семейству нержавеющей стали. Не группируйте T91 с TP304/TP316 в таблице коррозии или процедуре сварки. Ее сопротивление ползучести при высоких температурах превосходно, но ее коррозионное поведение и свариваемость (предварительный нагрев, PWHT) полностью отличаются от аустенитной нержавеющей стали.

Для трубок теплообменника из аустенитной нержавеющей стали правильными стандартами являются  ASTM A213 (бесшовные)  и  ASTM A249 (сварные)  марок TP304/304L и TP316/316L; в дуплексных связках используется 2205 (UNS S31803/S32205). Трубки конденсатора из медного сплава соответствуют ASTM B111, а титановые трубки — ASTM B338. Подтвердите точные механические минимальные требования для этих несталейных марок в соответствии с применимым стандартом и вашими нормами проектирования.

Примечание о закупке: «A312» в запросе на теплообменник является красным флажком.  ASTM A312 — это спецификация  труб из нержавеющей стали  . Он имеет одинаковые названия марок TP304/TP316, поэтому его легко скопировать в запрос на трубку по ошибке, но следует заказывать трубку теплообменника A213 (бесшовная) или A249 (сварная), которые соответствуют требованиям к размерам, сплющиванию, развальцовке и вихревым токам, специфичным для конкретной трубки, которые действительно необходимы для пакета. Укажите стандарт трубки, и вы получите нужный продукт.

Марки углерода и Cr-Mo здесь во многом совпадают с практикой котловых труб; подробную информацию о предельных температурах и классах A192/A210/A213 см. в нашей Руководство по маркам котловых труб → , а для семейства нержавеющей стали: объяснение бесшовных труб из аустенитной нержавеющей стали →

4. Размеры, толщина стенок и допуски

Размер трубы теплообменника контролируется гораздо более строго, чем линейная труба, поскольку коэффициент пленки на стороне трубы и расширение трубной решетки зависят от постоянного наружного диаметра и стенки. Стандартные диапазоны ZC приведены ниже; нестандартные размеры изготавливаются под заказ.

Инженерное понимание — средняя стена по сравнению с минимальной стеной меняет цену и дизайн.  Трубу можно заказать со средним или минимальным допуском на стенку. Минимальная стенка гарантирует самую тонкую точку, но стоит дороже и в среднем работает тяжелее; средняя стенка легче и дешевле, но допускает появление тонких пятен в пределах допуска. Расчет давления и расчеты утонения U-образного изгиба должны использовать основу, которую вы фактически заказали — укажите ее явно, а не оставляйте по умолчанию для стана.

5. Конфигурации труб и соединения трубных решеток

Помимо марки и размера, заказ труб определяют три варианта конфигурации: геометрия пучка, обработка концов труб и то, является ли поверхность гладкой или ребристой.

Стандартные серии ZC. Более узкий внешний диаметр/стенка и соотношение средней стенки к минимальной стенке должны быть указаны в заказе, чтобы соответствовать конструкции теплообменника.

Концы труб соединяются с трубной решеткой с помощью роликового расширения, сварки или того и другого (раскатная сварка с уплотнением) для обеспечения большей целостности. U-образные изгибы приводят к утончению стенок по внешнему радиусу и могут потребовать снятия напряжений на определенных сортах, поэтому размер U-образных трубок следует указывать при заказе. Информацию о сварном шве трубы с трубной решеткой и более широком контексте соединения см. обзор типов подключения →

Критический инженерный момент. Коррозия со стороны трубы и со стороны корпуса — это две разные проблемы.  Трубка может пройти внутри и выйти из строя снаружи. Охлаждающая вода внутри трубы из аустенитной нержавеющей стали может вызвать хлоридное коррозионное растрескивание в канале, в то время как тот же пучок в порядке со стороны корпуса. Всегда оценивайте коррозионную активность  обеих  жидкостей при рабочей температуре, прежде чем закреплять материал трубки.

6. Выбор материала по услуге

Приведенный ниже путь принятия решения сопоставляет наиболее распространенные условия эксплуатации с исходным материалом трубки. Окончательный выбор должен быть подтвержден соответствием паспорту процесса, нормам проектирования и химическому составу обеих жидкостей.

Только выбор начальной точки. Проверьте соответствие парциального давления, содержания хлоридов, температуры и скорости для фактического режима работы.

7. Как выбрать трубки теплообменника (контрольный список заказа на поставку)

Engineering Insight — необходимые компоненты для труб теплообменника

• Стандарт и марка трубы:  например, ASTM A213 TP316L (бесшовная) — не соответствует спецификации трубы.

• Внешний диаметр и стена:  с учетом допусков (средняя стенка против минимальной стенки).

• Длина и форма:  прямая или U-образная (с радиусом изгиба/пределом утонения).

• Термическая обработка/состояние:  отожженный, обработанный раствором; PWHT для марок сплавов.

• Поверхность и чистота:  травление, яркий отжиг, внутренняя/наружная отделка.

• НК:  вихретоковый (ЭТ), ультразвуковой (УЗ), гидростатический, развальцовочный/сплющивание.

• Сертификаты:  PMI, EN 10204 3.1/3.2 MTR, полная отслеживаемость.

Являясь производителем на заказ, ZC производит трубы в соответствии с техническими данными вашего теплообменника — с указанием марки, допуском, длиной и графиком U-образного изгиба — вместо того, чтобы форсировать работу на складе. Посмотреть Страница продукта теплообменных трубок → или наш бесшовная нержавеющая сталь →  и сварная нержавеющая →  диапазоны.

8. Часто задаваемые вопросы

Из какого материала изготовлены трубки теплообменника?

Трубы теплообменника изготавливаются из углеродистой стали (ASTM A179, A192, A214), хромомолибденовой стали (A213 T11/T22), аустенитной и дуплексной нержавеющей стали (A213 бесшовная/A249 сварная, марок TP304/304L, TP316/316L, 2205), меди и медно-никелевых сплавов (ASTM B111, 90/10 и 70/30 Cu-Ni), никелевые сплавы (Inconel, Hastelloy, Monel) и титан (Gr.2, Gr.5). Материал выбирается с учетом рабочей температуры, давления и коррозионной активности жидкостей как со стороны трубы, так и со стороны корпуса.

В чем разница между трубками ASTM A179 и A192?

A179 — это холоднотянутая бесшовная труба из низкоуглеродистой стали для теплообменников и конденсаторов, работающих при низком давлении; он не проходит обязательных испытаний на растяжение и принимается по твердости (макс. 72 HRBW). A192 представляет собой бесшовную котельную трубу из углеродистой стали для работы под высоким давлением с контролируемым максимальным содержанием кремния 0,25% и пределом твердости 137 HBW. Оба имеют минимальные расчетные значения прочности на растяжение 47 фунтов на квадратный дюйм (325 МПа) и текучести 26 фунтов на квадратный дюйм (180 МПа).

В чем разница между ASTM A213 и A249?

A213 охватывает бесшовные котлы, пароперегреватели и теплообменники из ферритных и аустенитных легированных сталей; A249 соответствует сварному эквиваленту из аустенитной нержавеющей стали. Для трубок теплообменника из нержавеющей стали A213 представляет собой бесшовную трубку, а A249 — сварную. Обратите внимание, что A312 — это спецификация трубы, а не правильная спецификация трубы, хотя она имеет обозначения марок TP304/TP316.

Каких размеров бывают трубы теплообменника?

Обычный наружный диаметр труб теплообменника составляет от 6 до 50 мм для бесшовных труб и примерно до 150 мм для сварных труб, с толщиной стенок от 0,5 мм до 10 мм и длиной от 1 м до 12 м. Типичными являются тонкие стенки и жесткие допуски по наружному диаметру/стенке, поскольку теплообмен со стороны трубы и расширение между трубами и трубной решеткой зависят от контроля размеров.

Какой материал трубок теплообменника лучше всего подходит для морской воды и морских конденсаторов?

Для морской воды и морских конденсаторов обычно выбирают медно-никелевые сплавы (90/10 или 70/30 Cu-Ni) для хорошей теплопроводности и устойчивости к биообрастанию или титан класса 2, где хлоридная точечная коррозия и эрозия-коррозия являются сильными. Стандартная углеродистая сталь и нержавеющая сталь 304 обычно не подходят для сырой морской воды из-за воздействия хлоридов.

Трубы теплообменника бесшовные или сварные?

Оба используются. Бесшовные трубы (A179, A192, A213) предпочтительны для работы при более высоких давлениях и температурах и позволяют избежать сварных швов. Сварные трубы (углеродистая сталь A214, нержавеющая сталь A249) экономически эффективны для больших связок, работающих при низком давлении, и поставляются с полностью термообработанной и проверенной зоной сварки. Выбор зависит от давления, температуры, жидкости и бюджета.

Трубы теплообменника источника из стальной трубы ZC

ZHENCHENG Steel Co., Ltd. (ZC Steel Pipe) производит на заказ теплообменники и конденсаторные трубы по стандартам ASTM, ASME, EN, DIN, JIS и GB — углеродистая сталь (A179/A192/A210/A214), хромомолибденовый сплав (A213 T11/T22/T91), аустенитная и дуплексная нержавеющая сталь (A213/A249, 2205), медно-никелевый, никелевый сплав и титан. Строгий контроль качества: химический анализ, механические и гидростатические испытания, вихретоковый и ультразвуковой неразрушающий контроль и PMI. 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 (продукт)  · Марки котельных труб  · Аустенитная нержавеющая сталь бесшовная  · Бесшовные трубы из нержавеющей стали  · Сварная нержавеющая труба