Ống trao đổi nhiệt: Hướng dẫn lựa chọn vật liệu, cấp độ và kích cỡ

Các ống trao đổi nhiệt  là các ống có thành mỏng tạo thành bó của bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi hoặc bộ làm nóng nước cấp - bề mặt mà nhiệt truyền qua giữa hai chất lỏng. Lựa chọn ống là sự cân bằng của ba yếu tố cùng một lúc: độ dẫn nhiệt, độ bền cơ học ở nhiệt độ và khả năng chống ăn mòn đối với  cả  chất lỏng phía ống và phía vỏ. Lấy sai vật liệu và bó bị rò rỉ; làm sai thành hoặc dung sai và nó không thể bịt kín trong tấm ống.

Ống thép ZC (ZHENCHENG Steel Co., Ltd.) là nhà sản xuất Trung Quốc cung cấp các ống trao đổi nhiệt và ống ngưng tụ theo đơn đặt hàng trên toàn bộ phạm vi vật liệu - thép carbon, hợp kim Cr-Mo, austenit và thép không gỉ song, đồng-niken, hợp kim niken và titan - theo tiêu chuẩn ASTM, ASME, EN, DIN, JIS và GB. Hướng dẫn này cung cấp các tiêu chuẩn quản lý, các đặc tính cơ học đã được ASME xác minh cho các loại thép, phạm vi kích thước và logic lựa chọn vật liệu rõ ràng cho năng lượng, nhà máy lọc dầu, hóa dầu, HVAC và nhiệm vụ hàng hải.

NỘI DUNG

1. Ống trao đổi nhiệt là gì?

2. Nhóm vật liệu ống

3. Tiêu chuẩn & Tính chất cơ học đã được xác minh

4. Kích thước, độ dày và dung sai của tường

5. Cấu hình ống & Mối nối tấm ống

6. Lựa chọn vật liệu theo dịch vụ

7. Cách chỉ định ống trao đổi nhiệt (Danh sách kiểm tra PO)

8. Câu hỏi thường gặp

1. Ống trao đổi nhiệt là gì?

Một ống trao đổi nhiệt mang một chất lỏng qua lỗ khoan của nó trong khi chất lỏng thứ hai chảy qua bề mặt bên ngoài của nó trong vỏ. Nhiệt truyền qua thành ống nên ống là bề mặt làm việc của toàn bộ thiết bị. Bởi vì có thể có hàng trăm hoặc hàng nghìn ống trong một bó, mỗi bó được mở rộng hoặc hàn thành một tấm ống ở cả hai đầu, tính nhất quán của OD, thành và độ thẳng cũng quan trọng như cấp độ.

ĐỊNH NGHĨA - BỘ TRAO ĐỔI NHIỆT / ỐNG NGƯNG TỤ Một ống liền mạch hoặc hàn có thành mỏng được sử dụng trong các bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi và bộ gia nhiệt nước cấp để truyền nhiệt giữa hai chất lỏng. Được quản lý bởi các tiêu chuẩn dành riêng cho ống (ví dụ: ASTM A179, A213, A249, B111, B338) — không phải theo tiêu chuẩn đường ống — vì sự chấp nhận được xây dựng dựa trên việc kiểm soát thành, hoàn thiện bề mặt và tính toàn vẹn của mối nối ống ống thay vì ngăn chặn áp suất đường ống.

Sự khác biệt giữa ống và ống là lỗi thông số kỹ thuật phổ biến nhất trong việc mua sắm bộ trao đổi nhiệt và nó dẫn đến phần còn lại của hướng dẫn này.

2. Nhóm vật liệu ống

ZC cung cấp năm dòng vật liệu cho nhiệm vụ trao đổi nhiệt. Dòng phù hợp trước tiên được cố định bởi môi trường ăn mòn và nhiệt độ, sau đó được thu hẹp bởi chi phí và độ dẫn điện.

Thép Cacbon & C-Mo

Thông số kỹ thuật:  A179, A192, A210, A214

Sử dụng:  Nồi hơi, nước cấp, bộ làm mát dầu

Giới hạn:  Chất lỏng không ăn mòn

Thép hợp kim Cr-Mo

Thông số kỹ thuật:  A213 T11/T12/T22/T91

Sử dụng:  Bộ siêu nhiệt, HX nhiệt độ cao

Giới hạn:  Nhiệt độ tăng cao

Không gỉ / song công

Thông số kỹ thuật:  A213/A249; 2205

Lớp:  TP304/L, TP316/L

Công dụng:  Axit, clorua, vệ sinh

Đồng / Cu-Ni

Thông số kỹ thuật:  ASTM B111

Lớp:  90/10, 70/30 Cu-Ni

sử dụng:  HVAC, bình ngưng biển

Hợp kim niken

Lớp:  Inconel 600/625

Ngoài ra:  Hastelloy C276, Monel 400

sử dụng:  Ăn mòn / nhiệt cực cao

Titan

Lớp:  Lớp 2, Lớp 5 (B338)

sử dụng:  Nước biển, khử muối

Sức mạnh:  Nhẹ, chống clorua

3. Tiêu chuẩn & đặc tính cơ học đã được xác minh

Bảng dưới đây cung cấp tiêu chuẩn ống điều chỉnh và các đặc tính cơ học tối thiểu ASME Phần II-A cho các loại thép cacbon và thép hợp kim. Các giá trị được lấy từ thông số kỹ thuật ASME BPVC II-A, không phải ước tính.

Nguồn: ASME BPVC Phần II-A (SA-179, SA-192, SA-210, SA-214, SA-213). A179 và A214 không thực hiện kiểm tra độ bền kéo bắt buộc trong thân tiêu chuẩn và được chấp nhận về độ cứng; số liệu độ bền kéo được hiển thị cho A179/A192 là các giá trị thiết kế từ các ghi chú giải thích.

Quan trọng - T91 KHÔNG phải là loại không gỉ.  ASTM A213 bao gồm cả ống ferritic và austenit, và T91 (9Cr-1Mo-V) nằm trong họ  ferritic-martensitic  , không phải họ thép không gỉ austenitic. Không nhóm T91 với TP304 / TP316 trong bảng ăn mòn hoặc quy trình hàn. Độ bền rão ở nhiệt độ cao của nó là tuyệt vời, nhưng đặc tính ăn mòn và khả năng hàn (làm nóng trước, PWHT) của nó hoàn toàn khác với thép không gỉ austenit.

Đối với ống trao đổi nhiệt không gỉ austenit, tiêu chuẩn chính xác là  ASTM A213 (liền mạch)  và  ASTM A249 (hàn)  ở các cấp TP304/304L và TP316/316L; gói song công sử dụng 2205 (UNS S31803/S32205). Ống ngưng tụ hợp kim đồng theo tiêu chuẩn ASTM B111 và ống titan theo tiêu chuẩn ASTM B338. Xác nhận mức tối thiểu cơ học chính xác cho các loại phi thép này so với tiêu chuẩn hiện hành và mã thiết kế của bạn.

Ghi chú Mua sắm - 'A312' trong yêu cầu trao đổi nhiệt là một lá cờ đỏ.  ASTM A312 là một đặc điểm kỹ thuật  ống không gỉ  . Nó có chung tên cấp TP304/TP316, do đó rất dễ bị sao chép nhầm vào yêu cầu về ống — nhưng ống trao đổi nhiệt phải được đặt hàng theo A213 (liền mạch) hoặc A249 (hàn), đáp ứng các yêu cầu về kích thước, độ phẳng, độ loe và dòng điện xoáy dành riêng cho ống mà một bó thực sự cần. Chỉ định tiêu chuẩn ống và sản phẩm phù hợp sẽ theo sau.

Các loại carbon và Cr-Mo ở đây trùng lặp nhiều với phương pháp sử dụng ống nồi hơi; để biết chi tiết về giới hạn nhiệt độ và cấp độ trên A192 / A210 / A213, hãy xem hướng dẫn phân loại ống nồi hơi → , và đối với dòng sản phẩm không gỉ, giải thích về ống liền mạch không gỉ austenit →

4. Kích thước, độ dày và dung sai của tường

Ống trao đổi nhiệt được kiểm soát kích thước chặt chẽ hơn nhiều so với ống dẫn, bởi vì hệ số màng bên ống và độ giãn nở của mâm ống đều phụ thuộc vào đường kính ngoài và thành ống nhất quán. Dưới đây là phạm vi tiêu chuẩn của ZC; kích thước tùy chỉnh được thực hiện để đặt hàng.

Thông tin chi tiết về kỹ thuật - Tường trung bình so với tường tối thiểu sẽ thay đổi giá cả và thiết kế.  Ống có thể được đặt hàng theo dung sai tường trung bình hoặc tường tối thiểu. Thành tối thiểu đảm bảo điểm mỏng nhất nhưng chi phí cao hơn và trung bình nặng hơn; tường trung bình nhẹ hơn và rẻ hơn nhưng cho phép các điểm mỏng trong phạm vi dung sai. Thiết kế áp suất và tính toán độ mỏng uốn cong chữ U phải sử dụng cơ sở mà bạn thực sự yêu cầu - nêu rõ điều đó thay vì để mặc định theo mặc định của nhà máy.

5. Cấu hình ống & Mối nối tấm ống

Ngoài cấp độ và kích thước, ba lựa chọn cấu hình sẽ định hình thứ tự ống: hình dạng bó, độ hoàn thiện ở đầu ống và bề mặt trơn hay có gờ.

Phạm vi tiêu chuẩn ZC OD/tường chặt chẽ hơn và cơ sở tường trung bình so với tường tối thiểu phải được chỉ định theo thứ tự để phù hợp với thiết kế bộ trao đổi nhiệt.

Các đầu ống được nối với tấm ống bằng cách giãn nở con lăn, bằng cách hàn hoặc bằng cả hai (mở rộng và hàn kín) để có tính toàn vẹn cao hơn. Uốn cong làm mỏng tường ở bán kính bên ngoài và có thể yêu cầu giảm ứng suất ở một số cấp nhất định, do đó, lịch trình của ống chữ U phải được nêu rõ trong đơn đặt hàng. Để biết mối hàn giữa ống với tấm ống và bối cảnh kết nối rộng hơn, hãy xem tổng quan về các loại kết nối →

Điểm kỹ thuật quan trọng - Ăn mòn phía ống và phía vỏ là hai vấn đề khác nhau.  Một ống có thể đi vào bên trong và hỏng ở bên ngoài. Nước làm mát bên trong ống không gỉ austenit có thể gây ra vết nứt do ăn mòn ứng suất clorua từ lỗ khoan, trong khi bó tương tự vẫn ổn ở mặt vỏ. Luôn đánh giá độ ăn mòn của  cả hai  chất lỏng ở nhiệt độ vận hành trước khi cố định vật liệu ống.

6. Lựa chọn vật liệu theo dịch vụ

Đường dẫn quyết định bên dưới ánh xạ các môi trường dịch vụ phổ biến nhất tới vật liệu ống ban đầu. Lựa chọn cuối cùng phải được xác nhận dựa trên bảng dữ liệu quy trình, mã thiết kế và cả hóa chất lỏng.

Chỉ lựa chọn điểm bắt đầu. Xác nhận áp suất riêng phần, hàm lượng clorua, nhiệt độ và vận tốc cho chế độ làm việc thực tế.

7. Cách chỉ định ống trao đổi nhiệt (Danh sách kiểm tra PO)

Thông tin chi tiết về kỹ thuật - Ống trao đổi nhiệt PO phải có

• Tiêu chuẩn và cấp độ của ống:  ví dụ: ASTM A213 TP316L (liền mạch) - không phải thông số kỹ thuật của ống.

• OD & tường:  với cơ sở dung sai (tường trung bình so với tường tối thiểu).

• Chiều dài & hình dạng:  thẳng hoặc ống chữ U (có bán kính uốn cong/giới hạn độ mỏng).

• Xử lý nhiệt/điều kiện:  ủ, xử lý bằng dung dịch; PWHT cho các loại hợp kim.

• Bề mặt & độ sạch:  ngâm, ủ sáng, hoàn thiện ID/OD.

• NDT:  kiểm tra dòng điện xoáy (ET), siêu âm (UT), thủy tĩnh, bùng phát/làm phẳng.

• Chứng chỉ:  PMI, EN 10204 3.1/3.2 MTR, truy xuất nguồn gốc đầy đủ.

Với tư cách là nhà sản xuất theo đơn đặt hàng, ZC sản xuất các ống cho bảng dữ liệu bộ trao đổi của bạn — cấp cụ thể, cơ sở dung sai, chiều dài và lịch trình uốn cong chữ U — thay vì buộc công việc phải lưu kho. Xem Trang sản phẩm ống trao đổi nhiệt → , hoặc của chúng tôi liền mạch không gỉ →  và hàn không gỉ →  phạm vi.

8. Câu hỏi thường gặp

Ống trao đổi nhiệt được làm bằng vật liệu gì?

Ống trao đổi nhiệt được làm từ thép cacbon (ASTM A179, A192, A214), thép hợp kim Cr-Mo (A213 T11/T22), thép không gỉ austenit và song công (A213 liền mạch / hàn A249, cấp TP304/304L, TP316/316L, 2205), hợp kim đồng và đồng-niken (ASTM B111, 90/10 và 70/30 Cu-Ni), hợp kim niken (Inconel, Hastelloy, Monel) và titan (Gr.2, Gr.5). Vật liệu được chọn theo nhiệt độ vận hành, áp suất và độ ăn mòn của cả chất lỏng phía ống và phía vỏ.

Sự khác biệt giữa ống ASTM A179 và A192 là gì?

A179 là ống thép carbon thấp liền mạch được kéo nguội dùng cho các bộ trao đổi nhiệt và bình ngưng trong dịch vụ áp suất thấp hơn; nó không có bài kiểm tra độ bền kéo bắt buộc và được chấp nhận ở độ cứng (tối đa 72 HRBW). A192 là ống nồi hơi bằng thép carbon liền mạch dành cho dịch vụ áp suất cao, với lượng silicon được kiểm soát tối đa là 0,25% và giới hạn độ cứng là 137 HBW. Cả hai đều có chung giá trị thiết kế tối thiểu là độ bền kéo 47 ksi (325 MPa) và năng suất 26 ksi (180 MPa).

Sự khác biệt giữa ASTM A213 và A249 là gì?

A213 bao gồm nồi hơi bằng thép hợp kim ferritic và austenit liền mạch, ống siêu nhiệt và ống trao đổi nhiệt; A249 bao gồm các mối hàn tương đương bằng thép không gỉ austenit. Đối với các ống trao đổi nhiệt không gỉ, A213 là tuyến liền mạch và A249 là tuyến hàn. Lưu ý rằng A312 là thông số kỹ thuật của ống, không phải thông số kỹ thuật chính xác của ống, mặc dù nó có chung ký hiệu cấp TP304/TP316.

Ống trao đổi nhiệt có những kích cỡ nào?

Đường kính ngoài của ống trao đổi nhiệt thông thường dao động từ khoảng 6 mm đến 50 mm đối với ống liền mạch và lên đến khoảng 150 mm đối với ống hàn, với độ dày thành từ 0,5 mm đến 10 mm và chiều dài từ 1 m đến 12 m. Thành mỏng và dung sai OD/thành ống chặt là điển hình vì sự truyền nhiệt phía ống và sự giãn nở từ ống sang mâm ống đều phụ thuộc vào việc kiểm soát kích thước.

Vật liệu ống trao đổi nhiệt nào tốt nhất cho bình ngưng nước biển và biển?

Đối với nhiệm vụ ngưng tụ nước biển và nước biển, các lựa chọn thông thường là hợp kim đồng-niken (90/10 hoặc 70/30 Cu-Ni) để dẫn nhiệt tốt và chống bám bẩn sinh học, hoặc titan Cấp 2 trong đó rỗ clorua và ăn mòn xói mòn nghiêm trọng. Thép carbon tiêu chuẩn và thép không gỉ 304 thường không phù hợp với nước biển thô do bị clorua tấn công.

Ống trao đổi nhiệt có liền mạch hay hàn không?

Cả hai đều được sử dụng. Ống liền mạch (A179, A192, A213) được ưa thích cho dịch vụ áp suất cao hơn và nhiệt độ cao hơn và tránh đường hàn. Ống hàn (thép carbon A214, thép không gỉ A249) tiết kiệm chi phí cho các bó lớn trong dịch vụ áp suất thấp hơn và được cung cấp cùng với vùng hàn được xử lý nhiệt và thử nghiệm hoàn toàn. Sự lựa chọn phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, chất lỏng và ngân sách.

Nguồn ống trao đổi nhiệt từ ống thép ZC

Công ty TNHH Thép ZHENCHENG (ZC Steel Pipe) sản xuất các ống trao đổi nhiệt và ống ngưng tụ theo đơn đặt hàng theo tiêu chuẩn ASTM, ASME, EN, DIN, JIS và GB — thép cacbon (A179/A192/A210/A214), hợp kim Cr-Mo (A213 T11/T22/T91), thép không gỉ austenit và song công (A213/A249, 2205), đồng-niken, hợp kim niken và titan. QC nghiêm ngặt: phân tích hóa học, thử nghiệm cơ học và thủy tĩnh, NDT dòng điện xoáy và siêu âm, và PMI. Các dự án được thực hiện trên khắp Châu Phi, Trung Đông và Nam Mỹ.

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

→ Yêu cầu báo giá

Có liên quan: Ống trao đổi nhiệt (sản phẩm)  · Các loại ống nồi hơi  · Thép không rỉ Austenitic  · Ống thép không gỉ liền mạch  · Ống thép không gỉ hàn