Especificações do produto:

Material: aço inoxidável, liga de cobre, liga de alumínio

Tipo de revestimento de superfície: revestimento anti-corrosão

Faixa de tolerância: ±0,01mm

Método de processamento: fresagem, soldadura, tratamento térmico

Inspeção da qualidade: Inspeção por raios X, inspeção por ultra-sons, teste de pressão

 

1. Princípio estrutural do permutador de calor tubular
O permutador de calor tubular é constituído por um invólucro, um feixe tubular de transferência de calor, um lençol tubular, um deflector (baffle) e uma caixa de tubos. O invólucro é maioritariamente cilíndrico, com um feixe tubular no interior, e ambas as extremidades do feixe tubular são fixadas no lençol tubular. Os fluidos quentes e frios para troca de calor, um dos quais flui no tubo, é chamado de fluido do lado do tubo; o outro flui fora do tubo, chamado de fluido do lado da casca. A fim de melhorar o coeficiente de transferência de calor do fluido no exterior do tubo, são normalmente instalados vários deflectores no invólucro. O deflector pode aumentar a velocidade do fluido do lado do casco, forçando o fluido a passar pelo feixe tubular várias vezes ao longo de um percurso específico e aumentando a turbulência do fluido. Os tubos de permuta de calor podem ser dispostos num triângulo equilátero ou num quadrado no espelho tubular. O triângulo equilátero está disposto de forma compacta, a turbulência do fluido no exterior do tubo é elevada e o coeficiente de transferência de calor é grande. A disposição quadrada é conveniente para a limpeza no exterior do tubo e é adequada para fluidos propensos a incrustações.
2. Vantagens dos permutadores de calor tubulares
O permutador de calor tubular é fácil de fabricar, tem um baixo custo de produção, uma vasta gama de seleção de materiais, é fácil de limpar, tem uma forte adaptabilidade, uma grande capacidade de processamento, um funcionamento fiável e pode adaptar-se a altas temperaturas e altas pressões. Embora não possa ser comparado com os permutadores de calor de placas e de alhetas de placas em termos de estrutura compacta, transferência de calor leve e consumo unitário de metal, continua a ocupar uma posição de liderança em aplicações nas indústrias química, petrolífera e energética devido às vantagens acima mencionadas.
3. Princípios para selecionar a cabeça de um permutador de calor tubular: 1. se o lado do casco precisa de ser limpo; 2. se o feixe tubular precisa de ser movido; 3. se a expansão térmica precisa de ser considerada; Tipo de extremidade frontal: a, b, c, d, n Tipo de cabeça traseira: l, m, n, p, s, t, w As cabeças traseiras dividem-se em tipo fixo, tipo de cabeça flutuante e tubo em U. Em comparação com o tipo fixo, o tipo de cabeça flutuante tem um custo mais elevado, um diâmetro de concha maior e um efeito de permuta de calor inferior (devido à fuga C). A sua vantagem é que uma extremidade tem a liberdade de lidar com problemas de expansão térmica.

 

Autor: Academia Baolan
Ligação: https://zhuanlan.zhihu.com/p/694081093
Fonte: Zhihu
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1. Como são classificados os equipamentos de permuta de calor?
Resposta: De acordo com o "Catálogo de Classificação de Equipamentos da Petrochemical Corporation", pode ser dividido em:
(1) Permutador de calor de casco e tubo
(2) Permutador de calor tubular
(3) Permutador de calor imerso em água
(4) Permutador de calor por pulverização
(5) Permutador de calor rotativo (serpentina)
(6) Permutador de calor de placas
(7) Permutador de calor de alhetas
(8) Permutador de calor de barbatana tubular
(9) Caldeira de calor residual
(10) Outros
2. Como é que o permutador de calor transfere calor?
Resposta: No permutador de calor de parede mais comum, os principais métodos de transferência de calor são a condução e a convecção. O fluido quente transfere primeiro o calor para um lado da parede do tubo por convecção, depois transfere o calor de um lado da parede do tubo para o outro lado por condução e, finalmente, o outro lado da parede do tubo transfere o calor para o fluido frio por convecção, completando assim o processo de transferência de calor do permutador de calor.
3. Qual é o efeito do caudal do meio no efeito de troca de calor?
Resposta: Quanto maior for o caudal do meio no permutador de calor, maior será o seu coeficiente de transferência de calor. Por conseguinte, o aumento do caudal do meio no permutador de calor pode melhorar consideravelmente o efeito de permuta de calor, mas o impacto negativo do aumento do caudal é que aumenta a queda de pressão através do permutador de calor e aumenta o consumo de energia da bomba, pelo que deve existir um determinado intervalo adequado.
4. Qual é o efeito da estrutura da superfície do tubo de permuta de calor no efeito de permuta de calor?
Resposta: A utilização de estruturas de superfície de tubos de permuta de calor especialmente concebidas, tais como tubos com alhetas, tubos com cabeça de prego, tubos roscados, etc., aumenta, por um lado, a área de transferência de calor e, por outro lado, a turbulência da superfície especial aumenta consideravelmente a turbulência do fluido no exterior do tubo. Ambos os aspectos podem melhorar o efeito global de troca de calor do permutador de calor, pelo que estas estruturas de superfície são melhores do que o desempenho da superfície do tubo nu.
5. Quais são os métodos normalmente utilizados para descalcificar a superfície dos tubos de permuta de calor?
Resposta: Os métodos comuns para descalcificar a superfície dos tubos de permuta de calor são:
Descalcificação mecânica: descalcificação manual com cinzéis de aço, descalcificação com água pressurizada
Descalcificação química
6. Que métodos existem para evitar a formação de incrustações na superfície dos tubos de permuta de calor?
Resposta: (1) Niquelagem com fósforo
(2) Revestimento químico, 847 revestimento
7. Quais são os métodos mais comuns para melhorar a transferência de calor num equipamento de permuta de calor?
Resposta: Os principais métodos para melhorar a transferência de calor em equipamentos de permuta de calor
A primeira é utilizar uma estrutura que aumente a superfície de transferência de calor, como por exemplo
1) Utilização de tubos com alhetas, tubos com cabeça de prego, tubos roscados, foles, etc.
2) Tratamento mecânico da superfície do tubo: tubos com anel em espiral, tubos com ranhura em espiral, tubos roscados, etc.
3) A utilização de tubos de pequeno diâmetro pode aumentar o número de tubos na mesma área de chapa de tubos e aumentar a área de transferência de calor
A segunda é aumentar o caudal do fluido no permutador de calor, o que pode melhorar consideravelmente o seu coeficiente de transferência de calor, como por exemplo:
1) Acrescentar spoilers, tais como inserir tiras em espiral no tubo, colocar deflectores e tubos falsos fora do tubo, etc.
2) Aumentar o número de passagens de tubos ou de cascas
Além disso, a utilização de materiais com boa condutividade térmica para fabricar permutadores de calor, a adoção de medidas anti-corrosão e anti-incrustantes para os permutadores de calor e a limpeza atempada das incrustações são meios para melhorar o efeito de transferência de calor.
8. Na revisão de um permutador de calor de casco e tubos, quais são os requisitos para o número de tubos bloqueados?
Resposta: A corrosão e a perfuração de tubos individuais no feixe tubular podem ser bloqueadas com um êmbolo de metal processado com uma conicidade de 3 a 5°. Geralmente, na mesma passagem de tubos, o número de tubos bloqueados não excede 10% do número total de tubos, mas pode ser adequadamente aumentado de acordo com os requisitos do processo.
9. Porque é que as juntas de ambos os lados do espelho tubular têm de ser feitas do mesmo material?
Resposta: Uma vez que os parafusos de fixação da flange em ambos os lados do espelho tubular são os mesmos parafusos, a pressão específica aplicada às juntas em ambos os lados do espelho tubular é a mesma.
Se forem selecionados materiais diferentes para as juntas de ambos os lados, é inevitável que a pressão específica de um lado da junta seja insuficiente, resultando em falha de vedação, ou que a pressão específica do outro lado da junta seja demasiado grande, resultando em falha de vedação. Por conseguinte, as juntas de ambos os lados do espelho tubular devem ser feitas do mesmo material.
10. Porque é que o permutador de calor da água de arrefecimento produz incrustações?
Resposta: A incrustação é formada pela cristalização de sais dissolvidos na água e adere à parede do tubo do permutador de calor. Caracteriza-se por ser densa e dura, firmemente aderida e difícil de remover.
Um grande número de partículas suspensas na água pode tornar-se sementes de cristal. Outros iões de impureza, bactérias, superfícies metálicas rugosas, etc., têm um forte efeito catalítico no processo de cristalização, reduzindo consideravelmente a supersaturação necessária para a cristalização. Por conseguinte, a incrustação é facilmente produzida em permutadores de calor de água de arrefecimento.
11. Quais são os principais componentes dos permutadores de calor de cabeça flutuante?
Resposta: Os principais componentes são: feixe tubular, deflector, placa anticolisão, tirante, tubo de distância fixa, invólucro, caixa de tubos, chapa de tubos, flange de entrada, flange de saída, chapa de tubos flutuante, flange da cabeça flutuante, tampa da cabeça flutuante, anel de gancho da cabeça flutuante, junta da cabeça flutuante, flange da tampa da cabeça exterior, flange lateral da tampa da cabeça exterior, tampa da cabeça exterior, junta da tampa da cabeça exterior, ventilação, drenagem, flange da caixa de tubos, flange lateral da caixa de tubos, junta da caixa de tubos, junta lateral da caixa de tubos, sela fixa, sela móvel.
12. Quais são os principais componentes dos permutadores de calor de placas tubulares fixas?
Resposta: Os principais componentes são: feixe tubular, deflector, tirante, tubo de afastamento, invólucro, caixa de tubos (tampa superior), chapa de tubos, flange de entrada, flange de saída, flange da caixa de tubos, junta da caixa de tubos, sela fixa, sela móvel, suporte de orelha, junta de dilatação.
13. Quais são os principais componentes do permutador de calor de tubo em U?
Resposta: Os principais componentes são: Feixe de tubos em U, deflector, placa anti-impacto (tubo guia interior), tirante, tubo de afastamento, invólucro, caixa de tubos, chapa de tubos, flange de entrada, flange de saída, flange da caixa de tubos, flange lateral da caixa de tubos, junta da caixa de tubos, junta lateral da caixa de tubos, sela fixa, sela móvel.
14. Quais são os principais componentes do permutador de calor de casco e tubo?
Resposta: Os principais componentes do permutador de calor de casco e tubo são: tubo interior, tubo exterior, cotovelo de retorno
15. Quais são os principais componentes do permutador de calor imerso em água?
Resposta: Os principais componentes do permutador de calor imerso em água são: tubo de entrada, tubo de saída, coletor, serpentina, tanque de água de arrefecimento.
16. Quais são os principais componentes do permutador de calor por pulverização?
Resposta: Os principais componentes do permutador de calor por pulverização são: feixe tubular, ventilador, bocal de água, tubo de drenagem, bomba de água.
17. Quais são as caraterísticas do permutador de calor de chapa tubular fixa, do permutador de calor de tubo em U e do permutador de calor de cabeça flutuante?
Resposta: As caraterísticas do permutador de calor de chapa tubular fixa são a estrutura compacta, simples, de baixo custo, o maior número de tubos com o mesmo diâmetro de invólucro, a substituição e manutenção convenientes de um único tubo, a limpeza conveniente no interior do tubo, mas a limpeza difícil no exterior do tubo e a grande diferença de temperatura entre o tubo e o invólucro.
As caraterísticas do permutador de calor de tubo em U são uma estrutura simples, sem problemas de tensão de diferença de temperatura, elevado caudal de fluido, baixo consumo de metal, adequado para fluido a alta temperatura e alta pressão, o feixe de tubos pode ser retirado para facilitar a limpeza da casca e do tubo, mas o cotovelo no interior do tubo não é fácil de limpar, o número de tubos na folha de tubos é pequeno, o espaçamento dos tubos é grande, existe um espaço no centro do feixe de tubos e o fluido no exterior do tubo é fácil de curto-circuitar.
As caraterísticas do permutador de calor de cabeça flutuante são que o feixe de tubos pode mover-se livremente, não há problema de tensão de diferença de temperatura, o feixe de tubos pode ser livremente puxado para fora, e é fácil de limpar o exterior do tubo e do feixe de tubos, mas a estrutura da cabeça flutuante é complexa, o custo é elevado, os requisitos de vedação na cabeça flutuante são rigorosos, e a cabeça flutuante é fácil de vazar durante a operação e não é fácil de verificar e encontrar.
18. Para onde são adequados os permutadores de calor de placas tubulares fixas?
Resposta: Os permutadores de calor de placas tubulares fixas são adequados para meios do lado do casco que são limpos, não são fáceis de escalar e a diferença de temperatura média é relativamente pequena.
19. Para onde são adequados os permutadores de calor de tubos em U?
Resposta: Os permutadores de calor de tubo em U são adequados para ocasiões de alta temperatura e alta pressão com grande diferença de temperatura entre as paredes do tubo e do invólucro e meio limpo no tubo
20. Para onde são adequados os permutadores de calor de cabeça flutuante?
Resposta: Os permutadores de calor de cabeça flutuante são adequados para ocasiões com grande diferença de temperatura entre o tubo e o casco, meio não limpo e limpeza frequente.
21. A disposição dos permutadores de calor de casco e tubos inclui uma disposição triangular e uma disposição quadrada com um ângulo de rotação de 45°. Porquê?
Resposta: A disposição triangular e a disposição em ângulo de 45° com rotação quadrada têm as suas próprias vantagens e desvantagens. As vantagens da disposição triangular são a compacidade, a elevada eficiência de transferência de calor e o maior número de tubos na mesma área de chapa de tubo, cerca de 15% mais do que a disposição quadrada, mas não é fácil limpar a superfície exterior do tubo; enquanto a disposição quadrada com um ângulo de 45° é mais conveniente para limpar a superfície exterior do tubo, mas o número de tubos é muito inferior ao da disposição triangular.
22. Quais são os materiais normalmente utilizados nos tubos dos permutadores de calor de casco e tubo?
Resposta: Os materiais de tubo normalmente utilizados são: 10#, 20#, 12CrMo, 15CrMo, 0Cr13, 1Cr13, 1Cr5Mo, 0Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni9Ti, tubo de titânio, 410, 321, etc.
23. Nos permutadores de calor de casco e tubo, porque é que os diâmetros dos tubos são selecionados como φ32, φ25, φ19 e φ16, respetivamente?
Resposta: O tamanho do diâmetro do tubo afectará diretamente o desempenho do permutador de calor. Quanto menor for o diâmetro do tubo, maior será o coeficiente de transferência de calor e maior será a área efectiva de transferência de calor no mesmo volume. Isto pode tornar a estrutura compacta e poupar materiais. No entanto, se o diâmetro do tubo for demasiado pequeno, também terá efeitos adversos. Para fluidos com o mesmo caudal, quanto mais pequeno for o diâmetro do tubo, maior será a resistência durante o fluxo e a perda de pressão aumentará em conformidade. Além disso, os tubos demasiado finos são facilmente bloqueados por sujidade, dificultando a limpeza. Por conseguinte, o diâmetro do tubo do permutador de calor é geralmente de 16 mm a 32 mm.
24. Por que razão existem orifícios para parafusos redondos e redondos compridos no suporte do permutador de calor?
Resposta: Os orifícios dos parafusos no suporte fixo são redondos, para que o casco possa ser firmemente fixado na fundação. Os orifícios dos parafusos no suporte móvel são compridos e redondos, para que o casco possa ser expandido e contraído livremente quando a temperatura muda, evitando grandes tensões para proteger o equipamento.
25. Quais são as juntas do permutador de calor normalmente utilizadas?
Resposta: As juntas do permutador de calor normalmente utilizadas incluem almofadas de amianto resistentes ao óleo, almofadas revestidas a ferro, almofadas onduladas e almofadas metálicas.
26. A que se deve prestar atenção ao selecionar pequenos parafusos de cabeça flutuante para permutadores de calor de cabeça flutuante?
(1) Comprimento
(2) Corrosão sob tensão H2S húmida
(3) Temperatura
27. Qual é a função da placa deflectora (haste deflectora) no permutador de calor de casco e tubo?
R: A placa deflectora (haste deflectora) no permutador de calor pode alterar a direção do fluxo do fluido no lado do casco, aumentar a taxa de fluxo do fluido no lado do casco, aumentar a turbulência do meio, melhorar a eficiência da transferência de calor e apoiar o feixe tubular.
28. Porque é que existem tubos de passagem única, de duas passagens, de quatro passagens, de seis passagens e de oito passagens no permutador de calor de casco e tubos?
R: Quando o número total de tubos no permutador de calor é o mesmo, aumentar o número de passagens de tubos pode aumentar o caudal em cada passagem de tubo, aumentando assim o coeficiente de transferência de calor e reduzindo a área de transferência de calor necessária. No entanto, também aumenta a queda de pressão e impede que o fluido troque totalmente o calor em contracorrente, e a estrutura do permutador de calor torna-se mais complicada. Por conseguinte, o número de passagens de tubo geralmente utilizado não é inferior a 2 nem superior a 8, devendo o número específico ser selecionado de acordo com os requisitos reais do processo.
29. Quais são as causas das fugas internas nos permutadores de calor de casco e tubo?
Resposta: As seguintes razões podem ser as causas de fugas internas no permutador de calor:
Perfuração por corrosão ou rutura do tubo de permuta de calor
Corrosão e afinamento da boca do tubo causando fugas
Afrouxamento da junta de dilatação entre o tubo de permuta de calor e o espelho tubular
Fissuras, poros ou perfurações por corrosão no ponto de soldadura entre o tubo de permuta de calor e o espelho tubular
Afrouxamento ou quebra do pequeno parafuso de cabeça flutuante
Danos na junta da cabeça pequena flutuante
Danos na vedação da pequena cabeça flutuante ou da chapa do tubo flutuante
30. Porque é que é necessário testar a pressão da água após a revisão do permutador de calor?
Resposta: O objetivo de testar a pressão da água após a revisão do permutador de calor é verificar se o permutador de calor tem a capacidade de suportar com segurança a pressão de projeto (ou seja, a resistência à pressão), a estanquidade, a qualidade da interface ou da junta, a qualidade da soldadura e a estanquidade da estrutura de vedação. Além disso, a deformação residual das soldaduras do material de base do reservatório e da tubagem após a pressão pode ser observada para descobrir prontamente problemas com o material.
31. Porque é que alguns permutadores de calor de casco e tubo são instalados verticalmente e outros horizontalmente (horizontalmente)?
Resposta: Alguns permutadores de calor de casco e tubo são verticais e outros são horizontais. As principais considerações são as seguintes:
①Requisitos do processo de produção: Por exemplo, alguns reboilers requerem uma certa altura de nível médio de líquido. Se for utilizado um permutador de calor horizontal, o requisito de altura do nível de líquido não pode ser cumprido, pelo que deve ser selecionado um permutador de calor vertical;
②Grande escala: Se uma unidade de processo requer uma área de troca de calor de vários milhares de metros quadrados, se um trocador de calor horizontal com um comprimento de tubo de calor de 6 metros for selecionado, vários trocadores de calor podem ser necessários, o que ocupa uma grande área e não é propício para o layout espacial eficaz do dispositivo. Se for selecionado um permutador de calor vertical com um comprimento de tubo de permuta de calor de 12 metros, uma unidade pode resolver o problema;
③Reduzir a queda de pressão: Alguns processos de produção exigem a minimização da queda de pressão no processo de transporte do meio. Escolha um trocador de calor vertical e organize-o em paralelo com a torre para encurtar a tubulação de conexão com a torre e reduzir a queda de pressão.
32. Porque é que alguns locais escolhem permutadores de calor de casco e tubo e permutadores de calor imersos em água, enquanto outros escolhem permutadores de calor de casco e tubo?
R: Atualmente, os equipamentos de permuta de calor selecionados pelos equipamentos de refinação de petróleo e de produção química são, na sua maioria, permutadores de calor de casco e tubo, mas em alguns equipamentos de produção ainda existe um pequeno número de permutadores de calor de casco e tubo e de permutadores de calor imersos em água. Embora o permutador de calor de casco e tubo tenha uma estrutura compacta e uma elevada eficiência de permuta de calor, é fácil causar bloqueios se for utilizado em meios que contenham partículas sólidas devido aos pequenos tubos de permuta de calor. Por conseguinte, em locais onde o meio contém partículas sólidas, são geralmente selecionados os permutadores de calor de casco e tubo ou os permutadores de calor imersos em água.

 

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