Как выбрать правильную конструкцию компенсатора для корпуса теплообменника из ПТФЭ с фиксированной трубной решеткой?
Оставить сообщение
Теплообменник с фиксированной-трубной решеткой из ПТФЭ механически прост и часто экономически привлекателен, но в его конструкции возникает основной тепловой конфликт. Трубки из ПТФЭ сильно расширяются при повышении температуры, но окружающая их стальная оболочка расширяется очень незначительно. Если движение ограничено, несоответствие может вызвать огромное осевое напряжение. Некоторая часть теплообменника должна прогнуться, чтобы поглотить это дифференциальное расширение. Ответом является металлический сильфонный компенсатор, приваренный к корпусу - гибкий сегмент, похожий на гармошку-, который расширяется и сжимается, поскольку пучок труб из ПТФЭ нагревается во время работы.
Узел сильфона является наиболее важным механическим компонентом во всей системе теплообменника для любого теплообменника из ПТФЭ с фиксированной трубной решеткой.
Зачем нужны компенсаторы на теплообменниках из ПТФЭ
Чрезвычайное тепловое расширение ПТФЭ
Коэффициент теплового расширения ПТФЭ намного выше, чем у углеродистой стали или нержавеющей стали. Трубки из ПТФЭ могут расширяться в несколько раз больше, чем конструкция оболочки вокруг них, при изменении рабочей температуры.
Без гибкой системы вознаграждения могут возникнуть существенные проблемы:
Искажения в трубной решетке
Разрыв трубки
Чрезмерные осевые силы
Растрескивание оболочки
Усталость сварного шва
Утечки
Компенсатор является зоной контролируемых перемещений и не допускает концентрации термических напряжений в корпусе теплообменника.
Сильфоны как гибкая граница давления
Сильфоны представляют собой металлические легкие теплообменника, вдыхающие и выдыхающие при каждом термическом цикле, сохраняющие при этом целостность барьера давления. При наличии достаточной гибкости пучок труб из ПТФЭ может естественным образом расширяться и сжиматься, не-перегружая корпус.
Эту адаптивность необходимо разрабатывать сознательно, а не имитировать с помощью обычного трубопроводного оборудования.
Ключевые проектные критерии выбора компенсаторов
Полный ход по осям
Наиболее важным параметром при выборе размера компенсатора является возможность перемещения в осевом направлении. Сильфон должен надежно выдерживать общее расчетное тепловое расширение трубок из ПТФЭ во всем диапазоне рабочих температур.
Типовые проектные расчеты учитывают:
Длина трубки
Коэффициент термического расширения ПТФЭ
Разница температур запуска
Сокращение при выключении
Ситуация нарушения процесса
Максимальная расчетная температура (MDT)
Слишком короткий путь может привести к чрезмерному растяжению сильфона или выходу его из строя из-за усталости от сжатия.
Почему нам нравятся толстые-одностенные-сильфоны
Требования к устойчивости к давлению
В теплообменниках с фиксированной-трубной решеткой из ПТФЭ сильфоны подвергаются внутреннему давлению корпуса, но также могут перемещаться. Тонкие многослойные-сильфоны, которые часто используются в трубопроводных системах низкого давления, могут оказаться недостаточно прочными для этой цели.
По этой причине часто применяются конструкции с толстыми-однослойными-сильфонами.
Преимущества включают в себя:
Повышенная прочность конструкции
Лучшее сдерживание давления
Повышенный допуск на коррозию
Улучшенная устойчивость к повреждениям
Меньшая склонность к расслоению слоев
Сильфонный узел — это не просто гибкий соединитель. Это часть сосуда под давлением, которая одновременно подвергается тепловым, давлением и усталостным нагрузкам.
Выбор материала сильфона
Почему нержавеющая сталь 316L так распространена
Самым популярным материалом для изготовления сильфонов кожуха теплообменника является нержавеющая сталь 316L, поскольку она сочетает в себе:
Устойчивость к коррозии
Навыки сварки
Усталостные характеристики
Доступность:
Механическая гибкость
Устойчивость к атмосферной коррозии является решающим фактором, поскольку сильфоны обычно находятся на внешней стороне корпуса, а не в прямом контакте с агрессивными химическими средами процесса.
Опасности внешней коррозии
Среда предприятия, в которой расположены сильфоны, может подвергать их воздействию:
Кислотные пары
Соль-сильная влажность
Смывать химикаты
* Процедура разливов
Загрязнение хлоридом
В частности, очень вредны следовые количества хлоридов, поскольку они могут вызвать коррозионное растрескивание сильфонов из нержавеющей стали под внешним напряжением под действием растягивающего напряжения.
Поэтому при выборе материала необходимо учитывать как рабочий процесс, так и воздействие на окружающую среду вокруг установки теплообменника.
Проектирование усталостной жизни и свертки
Роль геометрии свертки
Извилины — это гофры, которые сжимаются и расширяются под действием тепла, обеспечивая гибкость сильфона.
Проект должен состоять из:
Количество извилин
Высота свертки
Форма шага
Толщина стен
Осевая жесткость пружины
Слишком малое количество витков может привести к слишком большой жесткости, а слишком большое количество витков может привести к снижению устойчивости к давлению и усталостной прочности.
Проблемы с термическим циклом
Теплообменники, которые подвергаются многочисленным запускам-, остановкам или периодическим процессам, подвергаются повторяющимся температурным циклам, вызывающим циклическую нагрузку на материал сильфона.
Для применений с высокими-циклами необходимы конструкции с усталостными сильфонами.
Другие инженерные меры могут включать:
Оптимизированная форма свертки
Уменьшение зон концентрации стресса
Улучшенный контроль качества сварки
Ограничения на передвижение
Секции усиленных воротников
Усталостное разрушение обычно происходит постепенно за счет возникновения трещин в сильно напряженных корнях извилины.
Соответствие стандартам EJMA и ASME
Критерии проектирования EJMA
Компенсаторы в корпусах теплообменников, удерживающих давление, должны проектироваться в соответствии с критериями, установленными Ассоциацией производителей компенсаторов (EJMA).
Подход EJMA предоставляет предложения относительно:
Расчет напряжения
Анализ усталости
Номинальное давление
Ограничения на передвижение
Прогнозирование силы пружины
Прогнозирование жизненного цикла
Приложение 26 ASME
При использовании сосудов под давлением Приложение 26 ASME также может служить руководством по проектированию сильфонов и оценке допустимых напряжений.
Использование установленных норм проектирования помогает гарантировать, что компенсатор считается полностью спроектированным компонентом, работающим под давлением, а не вспомогательным элементом.
Защита сильфона от механических повреждений
Значение внешних кожухов
Внешние механические повреждения витков сильфона от инструментов, пешеходов, падающих предметов или работ по техническому обслуживанию могут привести к уязвимости.
Поэтому сильфонная группа должна быть оснащена внешним защитным кожухом.
Кожух защищает от:
Урон от удара
Случайная деформация
Накопление мусора
Воздействие погоды
Контакт с персоналом.
Физическая защита жизненно важна для долгосрочной надежности, поскольку небольшие вмятины или деформации могут значительно снизить усталостную долговечность.
Почему выключенные-компенсаторы-полки не работают
Инженерные требования по индивидуальному заказу
Фиксированный-теплообменник из ПТФЭ с трубчатыми решетками приводит к очень специфическим условиям загрузки:
Высокая тепловая деформация
Давление "
Циклическая загрузка
Воздействие агрессивной среды
Механическое встряхивание
Вне--компенсаторы трубопроводов редко пригодны для эксплуатации, поскольку они не предназначены для удовлетворения комбинированных требований к движению и давлению, предъявляемых при эксплуатации теплообменника из ПТФЭ.
Вместо этого каждый сильфонный узел должен быть сконструирован так, чтобы соответствовать геометрии теплообменника и условиям эксплуатации.
Краткое содержание
Компенсатор — это оригинально сконструированное гибкое звено, позволяющее решить основную дилемму тепловых напряжений с помощью теплообменника с фиксированной-трубной решеткой из ПТФЭ. Сильфон безопасно компенсирует большую разницу температур между трубками из ПТФЭ и окружающей стальной оболочкой и предотвращает повреждение теплообменника от механической нагрузки, сохраняя при этом целостность давления.
Выбор теплообменника из ПТФЭ с фиксированной трубной решеткой и компенсатором соответствующего размера является результатом тщательного рассмотрения возможностей осевого перемещения, толщины стенки, геометрии гофры, усталостной прочности, коррозионной стойкости и соответствия стандартам проектирования EJMA или ASME. Не менее важными для долгосрочного-срока службы являются надлежащая внешняя защита и совместимость с окружающей средой.
Одной из самых надежных машин в тепловом оборудовании зачастую является та, которая изящно приспосабливается к собственному внутреннему движению, а не жестко ему сопротивляется.\\
