ストレート熱交換器チューブと U ベンド熱交換器チューブ: 設計と調達

ストレートチューブとUベンド熱交換器チューブは、熱膨張の許容、表面の清掃方法、損傷したチューブの検査または交換方法に影響を与えます。

ストレートチューブはボアを通る直接アクセスを提供し、いくつかの熱交換器構成で使用できます。Uベンドチューブは連続的な戻り経路を提供し、チューブバンドルが従来のUチューブ設計内で熱膨張差を許容できるようにします。

適切な選択は、完全な熱交換器配置、運転条件、および保守戦略によって異なります。調達のためには、これらの要件を明確な寸法、材料仕様、成形要件、および検査基準に変換する必要があります。

ストレートチューブはコンポーネントの形状を説明します。チューブバンドルの支持方法や熱移動の許容方法を特定するものではありません。

ストレートチューブは、固定チューブシートとフローティングヘッドの両方の熱交換器に取り付けることができます。従来のUチューブ熱交換器では、各チューブは戻りベンドで接続された2つのストレート脚を持ち、両端が同じチューブシートに終端します。

ASHRAEは、固定または取り外し可能なバンドル、および取り外し可能なUチューブバンドルを備えたストレートチューブ配置を説明しています。保守アクセスと熱膨張挙動を比較する際には、この区別が不可欠です。

メーカー選択の文献は、固定チューブシート設計でのシェル側清掃の制限やUチューブバンドルでの個々のチューブ交換の制限を含む、これらの実際的な区別を確認しています。

シェルとチューブは異なる温度で動作する可能性があり、熱膨張係数も異なる場合があります。したがって、それらの自由な熱膨張は異なる可能性があります。

固定チューブシート熱交換器では、この動きの拘束は、チューブ、シェル、チューブシート、および接合部に負荷を発生させる可能性があります。設計は、関連する運転条件および過渡条件を評価する必要があります。

従来のUチューブ配置は、チューブが膨張および収縮するにつれてベンド端が移動することを可能にします。Xylemは、シェルとチューブ間、および個々のチューブ間の熱膨張差の許容を、そのUチューブ構造の特徴として特定しています。

この柔軟性は、熱移動が重要な設計上の懸念事項である場合に特に役立ちます。起動、シャットダウン、および不均一な加熱は依然として評価が必要です。

チューブ形状だけでは圧力定格は確立されません。

圧力設計は、材料、温度、寸法、最小利用可能壁厚、製造条件、および適用可能な製造規則に依存します。Uベンドチューブの場合、評価は、仕上げられたベンド形状と成形中に導入された可能性のある壁厚の減少を考慮する必要があります。

外部圧力も重要です。チューブは、運転中、シャットダウン中、または試験中に内部よりも外部で高い圧力にさらされる可能性があります。

ストレートチューブとUベンドチューブの両方に、流体誘起振動に対する適切な支持が必要です。

Uチューブバンドルの場合、ベンド領域はその形状と支持配置がストレート脚とは異なるため、特に注意が必要です。TEMA規格には、Uベンド領域の支持に関する規定が含まれており、この領域を特定の設計上の考慮事項として扱う必要性を強化しています。

チューブ構成が選択される前に、保守要件を確立する必要があります。

ストレートチューブは、チャネルまたはヘッド配置がアクセスを許可する場合、適切な清掃装置に直接的な経路を提供します。これは、堆積物が定期的な機械的除去を必要とする場合に価値があります。

硬質清掃ツールはUベンドをたどることができません。しかし、Uチューブは普遍的に化学清掃に限定されるわけではありません。適切な柔軟なランスと特殊なウォータージェットツールは、特定のUチューブ形状を清掃できます。例えば、StoneAgeはUチューブバンドルやベンドを含む小径通路を対象としたツールを提供しています。

達成可能な清掃範囲は、以下に依存します：

• チューブの内径。

• 最小ベンド半径。

• ツールとホースの寸法。

• 堆積物の種類と重症度。

• チャネルを通じたアクセス。

• 清掃プロセスとチューブ材料との互換性。

意図された清掃方法を指定し、それが要求される表面に到達できることを確認してください。

シェル側アクセスは、主にバンドルの取り外し可能性、チューブレイアウト、およびチューブ間の利用可能なスペースに依存します。

取り外し可能なUチューブバンドルは、外部チューブ表面へのアクセスを提供できます。ストレートチューブのフローティングヘッドバンドルもこのアクセスを提供できます。

どちらの配置でも、チューブの間隔が狭い場合や支持部品がある場合、清掃ツールが制限される可能性があります。バンドルの取り外しだけでは、すべての表面へのアクセスを保証するものではありません。

Uベンドを通じた検査アクセスは、プローブと実際のチューブ形状に依存します。

オーステナイト系ステンレス鋼を含む適切なUベンドチューブを検査するための柔軟な渦電流プローブが利用可能です。それらの利用可能性は、ベンド検査が可能であることを意味しますが、プローブの通過と検査性能は、選択されたボアと半径に対して確認する必要があります。

有用な検査計画は、アクセス不可能な領域とそれらを評価する方法を特定します。

ストレートチューブは、接合部の構造と十分な引き抜きスペースがあれば、しばしばより直接的な交換ルートを提供します。

Uチューブバンドルでは、隣接するチューブが個々のチューブの取り外しを妨げる可能性があり、特に内側の列ではそうです。保守計画では、損傷したチューブを交換できるか、工学的なプラグ戦略が許容されるか、いつバンドル交換が必要になるかを検討する必要があります。

ストレートまたはUベンドの形状のどちらも、より優れた熱性能を保証するものではありません。

比較は、要求されるデューティ、流体特性、流量、ファウリングの仮定、および許容圧力損失を使用して行う必要があります。熱伝達面積、チューブ側速度、シェル側流体分布、およびパス配置はすべて結果に影響します。

従来のUチューブは、外向きと戻りの両方の流れ経路を提供します。ストレートチューブ熱交換器は、ヘッドとパーティション配置を通じて複数のチューブ側パスを使用することもできます。

Uチューブ設計の場合、油圧評価には戻りベンド損失と実際の流れ経路長を含める必要があります。異なるベンド列も異なる経路長を持つ場合があります。

調達比較の場合、両方の提案された設計に同じ運転ケースと性能基準を満たすように要求してください。等しいチューブ外径または等しい公称表面積は、等しい熱交換器性能を確立するものではありません。

「19.05 mm Uチューブ、長さ6 m」のような要求は、いくつかの寸法を未定義のままにします。

図面は、ストレート脚の長さ、全体のエンベロープ、および展開されたチューブ長を区別する必要があります。

理想的な平面180°半円ベンドで平行な脚の場合：

脚の中心間隔 = 2R

幾何学的展開長 = L₁ + L₂ + πR

内側ベンド半径は、中心線半径よりもチューブ外径の半分だけ小さいです。これらの半径の定義は、図面で明確に識別する必要があります。

仮定：

• チューブ外径：19.05 mmです。

• 中心線ベンド半径：75 mmです。

• 各切断端から接線点までのストレート脚の長さ：6,000 mmです。

• 同じ平面にある切断端を持つ等しい脚。

したがって、長さ6 mのストレート脚を2本持つチューブの幾何学的展開長は約12.236 mです。

製造業者は、トリミングとプロセス許容範囲を含む実際の開始ブランク長を決定する必要があります。上記の計算は理想的な形状を表しており、切断指示や成形公差ではありません。

複数の半径を含むバンドルの場合、各列、半径、脚長、数量を示すベンドスケジュールを提供してください。

一般的なステンレス鋼熱交換器チューブ仕様には以下が含まれます：

A213には最小壁厚供給が含まれ、注文時には平均壁厚供給も含まれます。A249はその範囲で公称壁厚基準を使用します。A688は給水ヒーターチューブを特別に扱います。これらの仕様は、交換可能なラベルとして扱われるのではなく、製品とサービスに従って選択する必要があります。

管轄する製造コードを別途指定してください。ASME BPVC Section VIIIは、その範囲内で圧力容器の設計、製造、検査、および試験を扱います。TEMA要件およびAPI 660も、熱交換器および関連する産業に対して指定された場合に適用される場合があります。

発注書は、適用される版を特定し、競合する要件がどのように解決されるかを確立する必要があります。

ベンド後の熱処理は、材料グレード、冷間加工量、サービス条件、および管轄要件に依存します。

開始チューブが焼きなまし状態で供給されたという事実だけでは、ベンド後の必要な状態は確立されません。同様に、「Uベンド」という用語だけでは、必須の熱処理サイクルは確立されません。

メーカーは、仕様とグレードに応じて異なる処理を提供します。Alleimaは、Uベンド処理能力の中に溶液焼きなまし、応力除去、および安定化をリストしており、TPSも同様に材料によって処理オプションを区別しています。

処理が必要な場合は、以下を定義してください：

• 要求される最終材料状態。

• 処理されるベンドおよび隣接する脚領域。

• 承認された加熱および冷却手順。

• 表面保護およびその後の清掃。

• 要求される温度記録および検証試験。

「ベンド後に焼きなまし」などの用語は、識別可能な手順によって裏付けられる必要があります。

開始ストレートチューブの検査と完成したUチューブの受け入れは、異なる目的を果たします。

開始材料の記録は、供給されたチューブの識別と適合性を確立します。完成したコンポーネントの検査は、ベンド、熱処理、切断、および清掃によって導入された変更に対処する必要があります。

検査計画は、サンプリング、測定場所、および受け入れ限度を定義する必要があります。「楕円度」や「平坦化」などの用語でさえ、異なる文書が異なる定義を使用する可能性があるため、計算方法を指定する必要があります。

メーカーは、寸法検査、ベンド壁チェック、漏れ試験、浸透探傷検査、および通過チェックを、利用可能なUチューブ制御の中で特定しています。要求される組み合わせは、注文で確立する必要があります。

通過試験は、指定されたゲージがチューブ内を移動できることを検証します。壁の完全性を確立するものではありません。同様に、浸透探傷検査は表面に開いた指示に対処し、要求される体積検査を置き換えるものではありません。

ベンド後の圧力または漏れ試験が要求される場合は、手順、受け入れ基準、および報告要件を明示的に特定してください。

技術的に完全なRFQにより、サプライヤーは同じ完成したコンポーネントに価格を付けることができます。

完成したUチューブ1本には、2本の脚と2つの開いた端があります。

例えば、完成したUチューブ200本の注文は、400本のチューブ端を意味します。発注書、ベンドスケジュール、および梱包リストは、完成品と脚、端部、および総展開メートルを一貫して区別する必要があります。

Uチューブの梱包は、ストレート脚を支持し、ベンドの歪みや接触損傷から保護する必要があります。

半径または列ごとにチューブをソートすると、受け入れ検査と組み立てが容易になります。TPSは、チューブを固定し、組み立て順序で取り外しを可能にする支持体を備えた半径ベースの梱包を説明しています。

開梱後も読み取り可能な識別について合意してください。輸送中および保管中に、チューブ端を保護し、指定された内部清浄度を維持してください。

完成したUチューブの見積もりには、成形、追加検査、熱処理、ソート、および特殊梱包が含まれる場合があります。

熱交換器レベルでは、従来のUチューブ設計は後部構造を簡素化できますが、ストレートチューブ配置は保守上の利点を提供する可能性があります。

製造、設置、検査アクセス、清掃、修理オプション、および予想されるダウンタイムを、初期購入価格と並べて比較してください。

選択は、熱膨張差、材料能力、圧力、サイクル、および保守要件に依存します。高温だけでは、好ましいチューブ配置は決まりません。

適切な柔軟な機器または特殊なウォータージェットツールを使用して清掃できるものもあります。実際のボアと最小ベンド半径を通過できること、および予想される堆積物を除去できることを確認してください。

すべての材料、直径、壁厚、および成形プロセスに適用される単一の最小半径はありません。指定された半径は、設計要件と製造業者の実証された能力を満たし、完成壁厚と形状の制限を満たす必要があります。

はい、開始チューブが計画された成形操作用に指定されている場合。購入前に、十分な開始長、壁厚許容範囲、材料状態、トレーサビリティ、およびベンド後の処理と検査の責任を確認してください。

交換は、その位置、隣接するチューブ、支持体、および接合部の構造に依存します。内側の列のチューブは取り外しが特に困難な場合があるため、熱交換器の選択中に保守戦略を確立する必要があります。

熱移動、ファウリング、検査アクセス、および修理要件を中心に熱交換器の配置を選択します。次に、その選択をサポートするために必要なチューブ形状、材料状態、および受け入れ基準を指定します。

Uベンド調達の場合、承認された図面と列ごとのベンドスケジュールは特に価値があります。定義された成形後の検査と保護梱包と組み合わせることで、完成したチューブの検証と設置が容易になります。