I. 熱交換器の分類:
シェルアンドチューブ熱交換器は構造上の特徴により次の2つに分類されます。
1.シェルアンドチューブ熱交換器の剛性構造：この熱交換器は固定チューブアンドプレートタイプになっており、通常は単管範囲と2種類の多管範囲に分けることができます。その利点は、シンプルでコンパクトな構造、安価で広く使用されていることです。欠点は、チューブを機械的に洗浄できないことです。
2. 温度補償装置を備えたシェルアンドチューブ熱交換器: 加熱部分を自由膨張させることができます。フォームの構造は次のように分類できます。
① フローティングヘッド型熱交換器：この熱交換器は管板の一端を自由に拡張することができ、いわゆる「フローティングヘッド」と呼ばれます。彼は、管壁とシェル壁の温度差が大きいため、管束空間を頻繁に洗浄します。ただし、構造が複雑なため、加工コストや製造コストが高くなります。
② U 字型チューブ熱交換器: チューブプレートが 1 枚しかないため、加熱または冷却時にチューブが自由に伸縮します。この熱交換器の構造は単純ですが、曲げ加工の負担が大きく、チューブに一定の曲げ半径を持たせる必要があるため、チューブプレートの利用率が悪く、チューブの機械的な洗浄が困難で、分解および交換が困難です。チューブは簡単ではないので、流体がきれいなチューブを通過する必要があります。温度変化が大きい場合、高温・高圧の場合に使用できる熱交換器です。
③パッキンボックス型熱交換器：2つの形式があり、1つは各チューブの端のチューブプレートにあり、熱交換器内のチューブの数が増えたときにチューブの自由な伸縮を保証するための個別のパッキンシールがあります。この構造を使用する前は非常に小さいですが、一般的な熱交換器よりもチューブ間の距離が大きく、複雑な構造になっています。別の形式は、チューブの一端とシェルをフローティング構造にし、パッキンシール全体を使用してフローティング場所に作成し、構造が単純ですが、この構造は大口径、高圧の場合に使用するのが容易ではありません。現在ではスタフィングボックス型熱交換器はほとんど使用されていません。
II.設計条件の見直し：
1. 熱交換器の設計では、ユーザーは次の設計条件 (プロセスパラメータ) を提供する必要があります。
① チューブ、シェルプログラムの動作圧力（クラスに装備するかどうかの条件の一つとして、必ず装備する必要があります）
②チューブ、シェルプログラム動作温度（入口・出口）
③金属壁温度（プロセスにより計算（ユーザー提供））
④材質名と特徴
⑤腐食代
⑥プログラム数
⑦伝熱エリア
⑧伝熱管の仕様、配置（三角or四角）
⑨ 折りたたみプレートまたはサポートプレートの数
⑩断熱材と厚み（銘板座の突出高さを決めるため）
(11) 塗装。
Ⅰ．ユーザーに特別な要件がある場合、ユーザーはブランド、色を提供します
Ⅱ．ユーザーには特別な要件はなく、デザイナー自身が選択します
2. いくつかの重要な設計条件
① 使用圧力：機器が分類されるかどうかを判断するための条件の 1 つとして、規定する必要があります。
② 材料特性：ユーザーが材料名を提供しない場合は、材料の毒性の程度を提供しなければなりません。
媒体の毒性は、機器の非破壊モニタリング、熱処理、上位クラスの機器の鍛造品のレベルに関連しているだけでなく、機器の分割にも関連しているためです。
a、GB150 10.8.2.1 (f) の図面は、容器が 100% RT の毒性の極めて危険または非常に危険な媒体を保持していることを示しています。
b、10.4.1.3 の図面は、非常に危険な媒体または毒性の非常に危険な媒体を入れた容器は溶接後に熱処理する必要があることを示しています (オーステナイト系ステンレス鋼の溶接接合部は熱処理できない場合があります)。
c.鍛造品。極度または非常に危険な鍛造品に中程度の毒性を使用する場合は、クラス III または IV の要件を満たす必要があります。
③パイプ仕様：
常用炭素鋼 φ19×2、φ25×2.5、φ32×3、φ38×5
ステンレス φ19×2、φ25×2、φ32×2.5、φ38×2.5
熱交換器チューブの配置: 三角形、コーナー三角形、正方形、コーナー正方形。
★ 熱交換器チューブ間の機械的洗浄が必要な場合は、正方形の配置を使用する必要があります。
1. 設計圧力、設計温度、溶接継手係数
2. 直径: DN < 400 シリンダー、鋼管の使用。
DN≧400シリンダー、圧延鋼板使用。
16"鋼管 ------- 圧延鋼板の使用についてはお客様とご相談ください。
3. レイアウト図:
伝熱面積に応じて伝熱管仕様を作成し、配置図を作成し伝熱管の本数を決定します。
ユーザーが配管図を提供する場合は、配管が配管限界円内にあることも確認します。
★パイプ敷設の原理：
(1) 配管限界円内は配管で満たされている必要があります。
② 多ストロークパイプのストローク数は均等になるように努めてください。
③ 伝熱管は左右対称に配置してください。
4. 材質
管板自体が凸肩を持ち、シリンダー（またはヘッド）と接続する場合は鍛造品を使用してください。このような構造の管板を使用するため、一般に高圧、可燃性、爆発性、毒性の極めて危険な用途に使用され、管板に対する要求が高く、管板の厚さも厚くなります。凸状肩部によるスラグ、デラミネーションの発生を回避し、凸状肩部の繊維応力状態を改善するため、加工量を削減し材料を節約し、全体鍛造品から凸状肩部と管板を直接鍛造して管板を製造する。 。
5. 熱交換器と管板の接続
シェルアンドチューブ熱交換器の設計において、チューブプレート接続におけるチューブは構造のより重要な部分です。彼はワークロードを処理するだけでなく、機器の動作時に各接続を作成して、媒体に漏れがなく、媒体圧力容量に耐えられるようにする必要があります。
チューブとチューブプレートの接続には主に次の 3 つの方法があります。b 溶接。c 拡張溶接
媒体漏れの間のシェルとチューブの膨張は、特に溶接性が劣る材料 (炭素鋼熱交換器チューブなど) や製造工場の作業負荷が大きすぎる場合には、状況による悪影響を引き起こすことはありません。
溶接塑性変形におけるチューブ端の膨張により残留応力が発生しますが、温度の上昇とともに残留応力は徐々に消失し、チューブ端のシールや接着の役割が低下します。したがって、圧力と温度の制限による構造の膨張は、一般に設計圧力 ≤ 4Mpa、温度 ≤ 300 度の設計に適用され、動作中に激しい振動、過度の温度変化、重大な応力腐食がありません。 。
溶接接続には、製造が簡単、効率が高く、接続の信頼性が高いという利点があります。溶接により、チューブとチューブプレートの接合部分がより良くなります。また、パイプ穴の加工要件が軽減され、加工時間の節約、メンテナンスの容易さなどの利点が得られるため、優先的に使用する必要があります。
また、媒質の毒性が非常に大きい場合、媒質と大気が混合し、爆発しやすい媒質が放射性物質であったり、配管内外の材質が混合したりすることにより、接続部の密閉性を確保するために悪影響を及ぼしますが、溶接法もよく使われます。溶接法には多くの利点がありますが、応力腐食の「隙間腐食」や溶接節を完全に回避することはできないため、薄いパイプ壁と厚いパイプ板の間で信頼性の高い溶接を行うのは困難です。
溶接方法は膨張よりも高温になる可能性がありますが、高温の繰り返し応力の作用下では、腐食性媒体にさらされると溶接部に疲労亀裂、チューブとチューブの穴の隙間が非常に発生しやすくなり、接合部の損傷が促進されます。そのため、溶接と伸縮継手を併用する場合があります。これにより、接合部の耐疲労性が向上するだけでなく、隙間腐食の傾向も軽減されるため、溶接のみを使用した場合よりも耐用年数が大幅に長くなります。
溶接および伸縮継手の導入および方法がどのような場合に適しているかについては、統一された基準がありません。通常、温度はそれほど高くありませんが、圧力が非常に高い場合、または媒体が非常に漏れやすい場合、強度拡張とシーリング溶接が使用されます（シーリング溶接は単に漏れを防ぎ、溶接の実施を保証するものではありません）強さ）。
圧力と温度が非常に高い場合、強度溶接とペースト拡張が使用されます（強度溶接は、溶接がしっかりしていても、接合部の引張強度が大きいことを保証します。通常、接合部の強度を指します）。溶接部の強度は、溶接時の軸方向荷重下でのパイプの強度に等しい）。拡張の役割は主に、隙間腐食を除去し、溶接部の耐疲労性を向上させることです。規格 (GB/T151) の具体的な構造寸法は規定されていますが、ここでは詳しく説明しません。
パイプ穴の表面粗さの要件については、次のとおりです。
a、熱交換器のチューブとチューブプレートを溶接接続する場合、チューブの表面粗さRa値は35μM以下です。
b、単一の熱交換器チューブとチューブプレートの拡張接続、チューブの穴の表面粗さRa値は12.5μM以下の拡張接続、チューブの穴の表面は、長手方向またはスパイラルなどの欠陥の拡張気密性に影響を与えてはなりません得点。
Ⅲ．設計計算
1. シェル肉厚の計算（パイプボックスの短いセクション、ヘッド、シェルプログラムシリンダーの肉厚計算を含む）パイプ、シェルプログラムシリンダーの肉厚はGB151の最小肉厚を満たす必要があります。炭素鋼および低合金鋼の場合は最小肉厚に準拠します。 C2 が 1mm を超える場合の腐食マージン C2 = 1mm を考慮すると、それに応じてシェルの最小肉厚を増やす必要があります。
2. 開穴補強の計算
スチールチューブシステムを使用したシェルの場合は、全体を補強する（シリンダーの壁の厚さを増やすか、厚肉のチューブを使用する）ことをお勧めします。全体の経済性を考慮して、大きな穴に厚いチューブボックスを使用します。
他の補強材はいくつかの点の要件を満たす必要があります。
① 設計圧力 ≤ 2.5Mpa;
② 隣接する 2 つの穴の中心距離は、2 つの穴の直径の合計の 2 倍以上である必要があります。
③ レシーバーの公称直径 ≤ 89mm;
④ 引き継ぎ肉厚は表 8-1 の要求事項（腐食代 1mm を引き継ぎ）とする。
3. フランジ
標準フランジを使用する機器フランジは、フランジとガスケット、締結具の一致に注意する必要があります。そうでない場合は、フランジを計算する必要があります。たとえば、標準規格のタイプ A 平溶接フランジと、非金属製ソフト ガスケットに適合するガスケットが付属しています。フランジに巻線ガスケットの使用を再計算する必要がある場合。
4. パイププレート
次の問題に注意する必要があります。
① 管板の設計温度: GB150 および GB/T151 の規定に従って、部品の金属温度以上に取る必要がありますが、管板の計算では管シェルのプロセス媒体の役割を保証できません。管板の金属温度は計算が難しいため、一般に管板の設計温度よりも高い側に設定されます。
② 多管式熱交換器：配管面積の範囲内で、スペーサ溝とタイロッド構造を設置する必要があるため、熱交換器面積 Ad: GB/T151 式ではサポートできません。
③管板の有効厚さ
管板の有効厚さとは、隔壁溝底部の管路間隔から管板の厚さから次の2つのものの合計を引いたものを指します。
a、配管範囲隔壁溝部の深さの深さを超える配管腐食代
b、2つの最大のプラントの溝の深さの構造のシェルプログラム側のシェルプログラムの腐食マージンとチューブプレート
5. 伸縮継手セット
固定チューブアンドプレート熱交換器では、チューブコース内の流体とチューブコース流体の温度差により、熱交換器とシェルとチューブプレートが固定接続されているため、使用状態ではシェルがシェルとチューブの間には、軸方向の荷重に対するチューブの膨張差が存在します。シェルと熱交換器の損傷、熱交換器の不安定化、管板からの熱交換器チューブの抜けを避けるために、シェルと熱交換器の軸方向荷重を軽減するために伸縮継手を設置する必要があります。
一般に、シェルと熱交換器の壁の温度差は大きいため、管板の計算で、計算されたさまざまな共通条件 σt、σc、q の間の温度差に応じて、伸縮継手の設定を考慮する必要があります。そのうちの 1 つが不適格です。 、伸縮継手を増やす必要があります。
σt - 伝熱管の軸応力
σc - シェルプロセスシリンダーの軸応力
q--熱交換器のチューブとチューブプレートの引き抜き力の接続
IV.構造設計
1.パイプボックス
(1) パイプボックスの長さ
ａ．最小内部深さ
① 管箱の単管路の開口部まで、開口部中心の最小深さは受器内径の1/3以上であること。
② パイプコースの内外の深さは、2 つのコース間の最小循環面積が 1 コースあたりの伝熱管の循環面積の 1.3 倍以上であることを確保する必要があります。
b、最大内部深さ
特に小型のマルチチューブ熱交換器の呼び径の場合、内部部品を溶接して清掃するのが便利かどうかを検討してください。
(2) プログラムパーティションを分割する
GB151 の表 6 および図 15 による隔壁の厚さと配置。隔壁の厚さが 10 mm を超える場合は、シール面を 10 mm にトリミングする必要があります。チューブ熱交換器の場合、仕切りは引き裂き穴（ドレン穴）に設置する必要があります。ドレン穴の直径は通常6mmです。
2. シェルとチューブの束
①管束レベル
Ⅰ、Ⅱレベルのチューブバンドルは、炭素鋼、低合金鋼の熱交換器チューブの国内規格のみに対応しており、まだ「上位レベル」と「通常レベル」が開発されています。家庭用伝熱管が使用できるようになると、「高級」鋼管、炭素鋼、低合金鋼の伝熱管束をⅠとⅡのレベルに分ける必要はありません。
Ⅰ、Ⅱ管束の違いは主に熱交換器管の外径にあり、肉厚の偏差が異なり、対応する穴のサイズと偏差が異なります。
高精度要件のグレード Ⅰ チューブバンドル、ステンレス鋼製熱交換器チューブの場合、Ⅰ チューブバンドルのみ。一般的に使用される炭素鋼熱交換器チューブ用
②管板
a、チューブ穴寸法偏差
Ⅰ、Ⅱレベルのチューブバンドルの違いに注意してください
b、プログラムパーティションの溝
Ⅰ スロットの深さは通常4mm以上です
Ⅱサブプログラムパーティションスロット幅：炭素鋼12mm。ステンレス鋼 11mm
Ⅲ微小レンジ隔壁スロットの角の面取りは一般に45度で、面取り幅bは微小レンジガスケットの角の半径Rとほぼ等しくなります。
③折りたたみプレート
ａ．パイプ穴サイズ: バンドルレベルによって区別
b、船首折りたたみプレートのノッチ高さ
ノッチの高さは、流体がノッチの高さと同様の管束を横切る流量でギャップを通過するようにする必要があります。一般に、ノッチは、中心の下のパイプ列にカットされます。小さなブリッジの間に 2 列のパイプ穴を並べるか、切り込みを入れます (パイプを装着しやすくするため)。
c.ノッチの向き
一方向のクリーン流体、ノッチ上下配置。
少量の液体を含む気体は、折り畳みプレートの最下部に向かって上向きに切り込まれ、液体ポートが開きます。
微量のガスを含む液体で、折り畳みプレートの上部に向かって切り込みを入れて通気口を開きます。
気液共存または液体中に固形物が含まれる場合、左右に切り欠きを配置し、最下位に液体ポートを開口します。
d.折りたたみプレートの最小厚さ。サポートされていない最大スパン
e.チューブ束の両端の折り畳みプレートは、シェルの入口および出口の受け部に可能な限り近くに配置されます。
④タイロッド
a、タイロッドの直径と本数
タイロッドの径と本数を前提として、表 6-33 に示すタイロッドの断面積以上となるように、表 6-32、6-33 に従って径と本数を選定してください。ロッドの交換は可能ですが、直径は10mm以上、本数は4本以上となります。
b、タイロッドは、管束の外縁にできるだけ均一に配置する必要があります。大口径の熱交換器の場合、パイプ領域または折り畳みプレートの隙間の近くに、適切な数のタイロッドを配置する必要があります。プレートは少なくとも 3 つの支持点が必要です
c.タイロッドナット、一部のユーザーは以下のナットとフォールディングプレートの溶接を必要とします
⑤フラッシュ防止プレート
ａ．アンチフラッシュプレートの設定は、流体の不均一な分布と熱交換器チューブ端の侵食を軽減することを目的としています。
b.流れ落ち防止板の固定方法
固定ピッチ管内または第 1 折板の管板付近にできる限り固定し、シェル入口が管板側の非固定ロッドにある場合、スクランブル防止板を溶接することができます。シリンダーボディに
(6) 伸縮継手の設置
ａ．折りたたみプレートの両側の間に位置します
縦型熱交換器の場合、必要に応じてライナーチューブ内側の伸縮継手の流体抵抗を低減するために、ライナーチューブを流体の流れ方向にシェルに溶接する必要があります。流体の流れ方向は上向きで、ライナーチューブ排出穴の下端に設置する必要があります
b.輸送過程や不良品の引っ張り使用を防止するための保護装置の拡張継手
(vii) 管板とシェルとの接続
ａ．エクステンションはフランジを兼ねます
b.フランジなしパイププレート (GB151 付録 G)
3. パイプフランジ:
① 設計温度が 300 度以上の場合は、突合せフランジを使用する必要があります。
②熱交換器の場合は、インターフェースを引き継いで排出することはできません。チューブ内、ブリーダーのシェルコースの最高点、排出ポートの最低点、最小呼び径に設定する必要があります。 20mm。
③縦型熱交換器にはオーバーフローポートを設置可能です。
4. サポート：第 5.20 条の規定に基づく GB151 種。
5. その他の付属品
①リフティングラグ
30Kgを超える品質の正規ボックスとパイプボックスカバーはラグをセットする必要があります。
②トップワイヤー
パイプボックスの分解を容易にするために、パイプボックスカバーは公式ボードにセットされ、パイプボックスカバー上部のワイヤーが必要です。
V. 製造、検査要件
1.パイププレート
① 100% 光線検査または UT 用の接合管プレート突合せ継手、認定レベル: RT: Ⅱ UT: Ⅰ レベル。
② ステンレス鋼に加えて、接合パイププレートの応力除去熱処理。
③管板穴ブリッジ幅偏差：穴ブリッジ幅の計算式による：B = (S - d) - D1
穴ブリッジの最小幅: B = 1/2 (S - d) + C;
2.管箱の熱処理：
応力溶接の適用において、パイプボックスの分割範囲の仕切りを溶接した炭素鋼、低合金鋼、およびシリンダーパイプボックスの内径の1/3を超える横開口部のパイプボックス緩和熱処理、フランジおよび隔壁シール面は熱処理後に処理する必要があります。
3. 圧力試験
シェルプロセス設計圧力がチューブプロセス圧力より低い場合、熱交換器チューブとチューブプレートの接続の品質をチェックするために
① シェルプログラム圧力を高めて、油圧試験と一致するパイププログラムで試験圧力を高め、パイプ継手の漏れがないかどうかを確認します。（ただし、水圧試験時のシェルの一次皮膜応力が0.9ReLΦ以下であることを確認する必要があります）
② 上記の方法が適切でない場合は、シェルの通過後に元の圧力に応じて水圧試験を行った後、シェルのアンモニア漏れ試験またはハロゲン漏れ試験を行うことができます。
VI.チャート上で注目すべきいくつかの問題
1. チューブ束のレベルを示します
2. 熱交換器チューブにはラベル番号を記入する必要があります
3. 閉太実線の外側の管板配管等高線
4. 組立図には、折りたたみプレートのギャップ方向をラベル付けする必要があります。
5. 標準の伸縮継手の排出穴、パイプ継手の排気穴、パイププラグは画像からはみ出す必要があります。
投稿日時: 2023 年 10 月 11 日