أنابيب المبادلات الحرارية المستقيمة مقابل U-Bend: التصميم والمشتريات

تؤثر أنابيب المبادلات الحرارية المستقيمة والمنحنية على شكل حرف U على كيفية استيعاب المبادل للتمدد الحراري، وكيف يمكن تنظيف أسطحه، وكيف يتم فحص الأنابيب التالفة أو استبدالها.

توفر الأنابيب المستقيمة وصولاً مباشراً عبر التجويف ويمكن استخدامها في عدة تكوينات للمبادلات. توفر الأنابيب المنحنية على شكل حرف U مسار عودة مستمر وتسمح لحزمة الأنابيب باستيعاب التمدد الحراري التفاضلي ضمن تصميم تقليدي للأنابيب على شكل حرف U.

يعتمد الاختيار المناسب على ترتيب المبادل الكامل، وظروف التشغيل واستراتيجية الصيانة. بالنسبة للمشتريات، يجب ترجمة هذه المتطلبات إلى أبعاد واضحة، ومواصفات مواد، ومتطلبات تشكيل، ومعايير فحص.

يصف الأنبوب المستقيم شكل المكون. لا يحدد كيفية دعم حزمة الأنابيب أو كيفية استيعاب الحركة الحرارية.

يمكن تركيب الأنابيب المستقيمة في مبادلات ذات أنابيب ثابتة ورؤوس عائمة. في مبادل تقليدي على شكل حرف U، يحتوي كل أنبوب على ساقين مستقيمتين متصلتين بمنحنى عودة، مع انتهاء كلا الطرفين عند نفس لوحة الأنابيب.

يصف ASHRAE ترتيبات الأنابيب المستقيمة إما بحزم ثابتة أو قابلة للإزالة، بالإضافة إلى حزم الأنابيب على شكل حرف U القابلة للإزالة. هذا التمييز ضروري عند مقارنة الوصول للصيانة وسلوك التمدد الحراري.

تؤكد أدبيات اختيار الشركة المصنعة هذه الفروق العملية، بما في ذلك التنظيف المقيد لجانب الغلاف لتصميمات الأنابيب الثابتة والقيود على استبدال الأنبوب الفردي في حزم الأنابيب على شكل حرف U.

قد يعمل الغلاف والأنابيب في درجات حرارة مختلفة وقد يكون لهما أيضًا معاملات تمدد حراري مختلفة. لذلك يمكن أن يختلف نموهما الحر الحر.

في مبادل ذي أنابيب ثابتة، يمكن أن يؤدي تقييد هذه الحركة إلى توليد أحمال في الأنابيب والغلاف ولوحات الأنابيب والوصلات. يجب أن يقيم التصميم ظروف التشغيل العابرة ذات الصلة.

يسمح ترتيب الأنابيب التقليدي على شكل حرف U للطرف المنحني بالحركة مع تمدد الأنابيب وانكماشها. تحدد Xylem استيعاب التمدد التفاضلي بين الغلاف والأنابيب، وبين الأنابيب الفردية، كميزة لبناء الأنابيب على شكل حرف U.

هذه المرونة مفيدة بشكل خاص عندما تكون الحركة الحرارية مصدر قلق تصميمي كبير. لا يزال البدء والإيقاف والتسخين غير المتساوي يتطلبان التقييم.

لا يحدد شكل الأنبوب وحده تصنيف الضغط.

يعتمد تصميم الضغط على المادة ودرجة الحرارة والأبعاد والحد الأدنى للجدار المتاح وحالة التصنيع وقواعد البناء المطبقة. بالنسبة للأنابيب المنحنية على شكل حرف U، يجب أن يأخذ التقييم في الاعتبار هندسة المنحنى النهائي وأي ترقق للجدار تم إدخاله أثناء التشكيل.

الضغط الخارجي مهم أيضًا. قد يتعرض الأنبوب لضغط أعلى في الخارج منه في الداخل أثناء التشغيل أو الإيقاف أو الاختبار.

تتطلب كل من الأنابيب المستقيمة والمنحنية على شكل حرف U دعمًا مناسبًا ضد الاهتزاز الناتج عن التدفق.

بالنسبة لحزم الأنابيب على شكل حرف U، تستحق منطقة المنحنى اهتمامًا خاصًا لأن هندستها وترتيب دعمها يختلفان عن تلك الخاصة بالساقين المستقيمتين. تتضمن معايير TEMA أحكامًا تتعلق بالدعامات في منطقة المنحنى على شكل حرف U، مما يعزز الحاجة إلى التعامل مع هذه المنطقة كاعتبار تصميمي محدد.

يجب تحديد متطلبات الصيانة قبل اختيار تكوين الأنبوب.

توفر الأنابيب المستقيمة مسارًا مباشرًا لمعدات التنظيف المناسبة عندما يسمح ترتيب القناة أو الرأس بالوصول. يمكن أن يكون هذا ذا قيمة عندما تتطلب الرواسب إزالة ميكانيكية منتظمة.

لا يمكن لأداة التنظيف الصلبة اتباع منحنى على شكل حرف U. ومع ذلك، لا تقتصر الأنابيب على شكل حرف U عالميًا على التنظيف الكيميائي. يمكن لأنابيب التنظيف المرنة المناسبة وأدوات نفث الماء المتخصصة تنظيف هندسات معينة للأنابيب على شكل حرف U. تقدم StoneAge، على سبيل المثال، أدوات مخصصة لحزم الأنابيب على شكل حرف U والممرات ذات القطر الصغير التي تحتوي على منحنيات.

تعتمد تغطية التنظيف الممكنة على:

• القطر الداخلي للأنبوب.

• نصف قطر الانحناء الأدنى.

• أبعاد الأداة والخراطيم.

• نوع الرواسب وشدتها.

• الوصول عبر القناة.

• توافق عملية التنظيف مع مادة الأنبوب.

حدد طريقة التنظيف المقصودة وتأكد من أنها يمكن أن تصل إلى الأسطح المطلوبة.

يعتمد الوصول إلى جانب الغلاف بشكل أساسي على قابلية إزالة الحزمة، وتخطيط الأنبوب، والمساحة المتاحة بين الأنابيب.

يمكن لحزمة الأنابيب القابلة للإزالة على شكل حرف U توفير الوصول إلى الأسطح الخارجية للأنابيب. يمكن لحزمة الأنابيب ذات الرأس العائم المستقيمة أيضًا توفير هذا الوصول.

لكلا الترتيبين، قد يقيد التباعد الوثيق للأنابيب ومكونات الدعم أدوات التنظيف. لا تضمن إزالة الحزمة وحدها الوصول إلى كل سطح.

يعتمد الوصول للفحص عبر منحنى على شكل حرف U على المسبار وهندسة الأنبوب الفعلية.

تتوفر مجسات التيار الدوامي المرنة لفحص أنابيب على شكل حرف U المناسبة، بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي. يعني توفرها أن فحص المنحنى يمكن أن يكون ممكنًا، ولكن يجب تأكيد مرور المسبار وأداء الفحص للقطر ونصف القطر المختارين.

تحدد خطة الفحص المفيدة أي مناطق غير قابلة للوصول والطرق المستخدمة لتقييمها.

غالبًا ما توفر الأنابيب المستقيمة مسار استبدال أكثر مباشرة، رهناً بإنشاء الوصلة ومساحة السحب الكافية.

في حزم الأنابيب على شكل حرف U، يمكن للأنابيب المجاورة أن تعيق إزالة أنبوب فردي، خاصة في الصفوف الداخلية. يجب أن تعالج خطة الصيانة ما إذا كان يمكن استبدال الأنابيب التالفة، وما إذا كانت استراتيجية سد هندسية مقبولة، ومتى تصبح إزالة الحزمة ضرورية.

لا تضمن هندسة الأنابيب المستقيمة أو المنحنية على شكل حرف U أداءً حراريًا أفضل.

يجب أن تستخدم المقارنة الواجب المطلوب، وخصائص السائل، ومعدلات التدفق، وافتراضات الانسداد، وانخفاضات الضغط المسموح بها. تؤثر مساحة انتقال الحرارة، وسرعة جانب الأنبوب، وتوزيع تدفق جانب الغلاف، وترتيب الممرات على النتيجة.

يوفر الأنبوب التقليدي على شكل حرف U مسار تدفق خارجي وعائد. يمكن لمبادلات الأنابيب المستقيمة أيضًا استخدام ممرات متعددة لجانب الأنبوب من خلال ترتيب الرأس والتقسيم الخاص بها.

بالنسبة لتصميمات الأنابيب على شكل حرف U، يجب أن يشمل التقييم الهيدروليكي خسارة منحنى العودة وطول مسار التدفق الفعلي. قد يكون لصفوف المنحنيات المختلفة أيضًا أطوال مسارات مختلفة.

للمقارنات الشرائية، اطلب من كلا التصميمين المقترحين تلبية نفس حالات التشغيل ومعايير الأداء. القطر الخارجي المتساوي للأنبوب أو مساحة السطح الاسمية المتساوية لا يحدد أداء مبادل متساوي.

طلب مثل "أنبوب على شكل حرف U بقياس 19.05 مم، بطول 6 أمتار" يترك عدة أبعاد غير محددة.

يجب أن يميز الرسم طول الساق المستقيمة، والغلاف الكلي، وطول الأنبوب المطوّر.

بالنسبة لمنحنى دائري مثالي مستوٍ بزاوية 180 درجة مع ساقين متوازيتين:

تباعد خطوط وسط الساقين = 2R

الطول المطوّر الهندسي = L₁ + L₂ + πR

نصف قطر الانحناء الداخلي أصغر من نصف قطر خط الوسط بمقدار نصف القطر الخارجي للأنبوب. يجب تحديد تعريفات نصف القطر هذه بوضوح على الرسم.

افترض:

• القطر الخارجي للأنبوب: 19.05 مم.

• نصف قطر خط الوسط للمنحنى: 75 مم.

• طول الساق المستقيمة من كل نهاية قطع إلى نقطة المماس الخاصة بها: 6,000 مم.

• ساقان متساويتان مع نهاياتهما المقطوعة في نفس المستوى.

أنبوب بساقين مستقيمتين بطول 6 أمتار له بالتالي طول مطوّر هندسي يبلغ حوالي 12.236 م.

يجب على الشركة المصنعة تحديد طول القطعة الخامة الفعلية، بما في ذلك سماحات القطع والعملية. يصف الحساب أعلاه الهندسة المثالية وليس تعليمات القطع أو تحملات التشكيل.

بالنسبة للحزمة التي تحتوي على عدة أنصاف أقطار، قم بتوفير جدول منحنيات يوضح كل صف ونصف القطر وطول الساق والكمية.

تشمل مواصفات أنابيب المبادلات الحرارية الشائعة من الفولاذ المقاوم للصدأ:

تتضمن A213 الحد الأدنى للجدار، وعند الطلب، التوريد بالجدار المتوسط. تستخدم A249 أساس الجدار الاسمي في نطاقها. تعالج A688 أنابيب سخانات التغذية على وجه التحديد. يجب اختيار هذه المواصفات وفقًا للمنتج والخدمة بدلاً من التعامل معها كملصقات قابلة للتبديل.

اذكر رمز البناء الحاكم بشكل منفصل. يعالج قسم ASME BPVC VIII تصميم الأوعية المضغوطة وتصنيعها وفحصها واختبارها ضمن نطاقه. قد تنطبق أيضًا متطلبات TEMA و API 660 عند تحديدها للمبادل والصناعة المعنية.

يجب أن يحدد أمر الشراء الإصدارات المطبقة ويحدد كيفية حل المتطلبات المتضاربة.

تعتمد المعالجة الحرارية بعد الانحناء على درجة المادة، وكمية التشكيل على البارد، وظروف الخدمة والمتطلبات الحاكمة.

حقيقة أن الأنبوب المبدئي تم توريده في حالة ملدنة لا تحدد الحالة المطلوبة بعد الانحناء. وبالمثل، فإن مصطلح "أنبوب على شكل حرف U" وحده لا يحدد دورة معالجة حرارية إلزامية واحدة.

تقدم الشركات المصنعة علاجات مختلفة وفقًا للمواصفات والدرجة. تسرد Alleima التلدين بالحل، وتخفيف الإجهاد، والتثبيت ضمن قدرات معالجة الأنابيب على شكل حرف U؛ وبالمثل، يميز TPS خيارات المعالجة حسب المادة.

عندما تكون المعالجة مطلوبة، حدد:

• حالة المادة النهائية المطلوبة.

• منطقة المنحنى والساقين المجاورتين المراد معالجتهما.

• إجراء التسخين والتبريد المعتمد.

• حماية السطح والتنظيف اللاحق.

• سجلات درجات الحرارة المطلوبة واختبارات التحقق.

يجب أن تدعم المصطلحات مثل "ملدن بعد الانحناء" إجراءً قابلاً للتحديد.

يخدم فحص الأنبوب المبدئي وقبول الأنبوب النهائي على شكل حرف U أغراضًا مختلفة.

تحدد سجلات المواد المبدئية هوية الأنبوب المورد وامتثاله. يجب أن يعالج فحص المكون النهائي التغييرات التي تم إدخالها عن طريق الانحناء والمعالجة الحرارية والقطع والتنظيف.

يجب أن تحدد خطة الفحص أخذ العينات، ومواقع القياس، وحدود القبول. حتى المصطلحات مثل "البيضاويّة" و "التسطيح" تحتاج إلى تحديد طريقة الحساب، لأن المستندات المختلفة قد تستخدم تعريفات مختلفة.

تحدد الشركات المصنعة الفحص البعدي، وفحوصات جدار المنحنى، واختبار التسرب، والفحص بالصبغة المتغلغلة، وفحوصات المرور ضمن ضوابط الأنابيب على شكل حرف U المتاحة. يجب تحديد المزيج المطلوب في الطلب.

يتحقق اختبار المرور من أن مقياسًا محددًا يمكن أن يمر عبر الأنبوب. لا يحدد سلامة الجدار. وبالمثل، يعالج اختبار الصبغة المؤشرات التي تخترق السطح ولا يحل محل الفحص الحجمي المطلوب.

عندما يكون اختبار الضغط أو التسرب بعد الانحناء مطلوبًا، حدد الإجراء ومعايير القبول ومتطلبات الإبلاغ بوضوح.

يجب أن يسمح طلب عرض أسعار كامل تقنيًا للموردين بتسعير نفس المكون النهائي.

أنبوب واحد نهائي على شكل حرف U له ساقان وطرفان مفتوحان.

على سبيل المثال، طلب 200 أنبوب نهائي على شكل حرف U يمثل 400 طرف أنبوب. يجب أن يميز أمر الشراء وجدول المنحنيات وقائمة التعبئة باستمرار القطع النهائية عن الساقين والنهايات وإجمالي الأمتار المطوّرة.

يجب أن تدعم تعبئة الأنابيب على شكل حرف U الساقين المستقيمتين وتحمي المنحنيات من التشوه وتلف التلامس.

يساعد فرز الأنابيب حسب نصف القطر أو الصف في فحص الاستلام والتجميع. تصف TPS التعبئة القائمة على نصف القطر مع دعامات تثبت الأنابيب وتسمح بالإزالة بترتيب التجميع.

اتفق على تحديد يبقى قابلاً للقراءة بعد فك التعبئة. احمِ نهايات الأنبوب وحافظ على النظافة الداخلية المحددة أثناء النقل والتخزين.

قد يشمل عرض أسعار الأنبوب النهائي على شكل حرف U التشكيل، والفحص الإضافي، والمعالجة الحرارية، والفرز، والتعبئة المتخصصة.

على مستوى المبادل، يمكن لتصميم الأنبوب التقليدي على شكل حرف U تبسيط بناء الطرف الخلفي، بينما قد يوفر ترتيب الأنبوب المستقيم مزايا الصيانة.

قارن التصنيع، والتركيب، والوصول للفحص، والتنظيف، وخيارات الإصلاح، ووقت التوقف المتوقع إلى جانب سعر الشراء الأولي.

يعتمد الاختيار على التمدد الحراري التفاضلي، وقدرة المادة، والضغط، والدورات، ومتطلبات الصيانة. لا تحدد درجة الحرارة العالية وحدها ترتيب الأنابيب المفضل.

يمكن تنظيف بعضها باستخدام معدات مرنة مناسبة أو أدوات نفث الماء المتخصصة. قم بتأكيد المرور عبر التجويف الفعلي ونصف قطر الانحناء الأدنى، جنبًا إلى جنب مع القدرة على إزالة الرواسب المتوقعة.

لا يوجد نصف قطر أدنى واحد ينطبق على كل مادة وقطر وسمك جدار وعملية تشكيل. يجب أن يلبي نصف القطر المحدد متطلبات التصميم وقدرة الشركة المصنعة المثبتة مع تلبية حدود الجدار النهائي والشكل.

نعم، إذا تم تحديد الأنابيب المبدئية لعملية التشكيل المخطط لها. قم بتأكيد طول البداية الكافي، وسماح الجدار، وحالة المادة، والتتبع، والمسؤولية عن المعالجة والفحص بعد الانحناء قبل الشراء.

يعتمد الاستبدال على موقعه، والأنابيب المجاورة، والدعامات، وإنشاء الوصلة. يمكن أن تكون أنابيب الصف الداخلي صعبة الإزالة بشكل خاص، لذلك يجب تحديد استراتيجية الصيانة أثناء اختيار المبادل.

اختر ترتيب المبادل حول الحركة الحرارية، والانسداد، والوصول للفحص، ومتطلبات الإصلاح. ثم حدد هندسة الأنبوب، وحالة المادة، ومعايير القبول اللازمة لدعم هذا الاختيار.

بالنسبة لمشتريات الأنابيب على شكل حرف U، فإن الرسم المعتمد وجدول المنحنيات لكل صف قيّم بشكل خاص. جنبًا إلى جنب مع الفحص المحدد بعد التشكيل والتعبئة الواقية، فإنها تجعل التحقق من الأنابيب النهائية وتركيبها أسهل.