ท่อแลกเปลี่ยนความร้อนแบบตรง vs U-Bend: การออกแบบและการจัดซื้อ

ท่อแลกเปลี่ยนความร้อนแบบตรงและแบบ U-bend มีอิทธิพลต่อวิธีการที่เครื่องแลกเปลี่ยนรองรับการขยายตัวทางความร้อน วิธีการทำความสะอาดพื้นผิว และวิธีการตรวจสอบหรือเปลี่ยนท่อที่เสียหาย

ท่อตรงให้การเข้าถึงโดยตรงผ่านรู และสามารถใช้ในการกำหนดค่าเครื่องแลกเปลี่ยนได้หลายแบบ ท่อ U-bend ให้เส้นทางการไหลกลับอย่างต่อเนื่อง และช่วยให้ชุดท่อรองรับการขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกันภายในดีไซน์ U-tube แบบมาตรฐาน

การเลือกที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับการจัดเรียงเครื่องแลกเปลี่ยนทั้งหมด สภาวะการทำงาน และกลยุทธ์การบำรุงรักษา สำหรับการจัดซื้อ ข้อกำหนดเหล่านี้จะต้องถูกแปลงเป็นขนาดที่ชัดเจน ข้อกำหนดวัสดุ ข้อกำหนดการขึ้นรูป และเกณฑ์การตรวจสอบ

ท่อตรงอธิบายรูปร่างของส่วนประกอบ ไม่ได้ระบุว่าชุดท่อได้รับการรองรับอย่างไร หรือการเคลื่อนที่ทางความร้อนได้รับการรองรับอย่างไร

ท่อตรงสามารถติดตั้งได้ทั้งในเครื่องแลกเปลี่ยนแบบ fixed-tubesheet และแบบ floating-head ในเครื่องแลกเปลี่ยน U-tube แบบมาตรฐาน ท่อแต่ละเส้นมีขาตรงสองขาเชื่อมต่อกันด้วยข้อต่อโค้ง โดยปลายทั้งสองข้างสิ้นสุดที่ tubesheet เดียวกัน

ASHRAE อธิบายการจัดเรียงท่อตรงที่มีชุดท่อแบบ fixed หรือ removable รวมถึงชุดท่อ U-tube แบบ removable ความแตกต่างนี้มีความสำคัญเมื่อเปรียบเทียบการเข้าถึงการบำรุงรักษาและพฤติกรรมการขยายตัวทางความร้อน

เอกสารข้อมูลผู้ผลิตยืนยันความแตกต่างที่ใช้งานได้จริงเหล่านี้ รวมถึงการทำความสะอาดด้านเปลือกที่จำกัดสำหรับการออกแบบ fixed-tubesheet และข้อจำกัดในการเปลี่ยนท่อแต่ละเส้นในชุดท่อ U-tube

เปลือกและท่ออาจทำงานที่อุณหภูมิต่างกัน และอาจมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ต่างกัน ดังนั้นการเติบโตทางความร้อนอย่างอิสระของพวกมันจึงอาจแตกต่างกัน

ในเครื่องแลกเปลี่ยนแบบ fixed-tubesheet การจำกัดการเคลื่อนที่นี้สามารถสร้างแรงในท่อ เปลือก tubesheets และข้อต่อ การออกแบบต้องประเมินสภาวะการทำงานและสภาวะชั่วคราวที่เกี่ยวข้อง

การจัดเรียง U-tube แบบมาตรฐานช่วยให้ปลายที่โค้งงอเคลื่อนที่ได้เมื่อท่อขยายตัวและหดตัว Xylem ระบุว่าการรองรับการขยายตัวที่แตกต่างกันระหว่างเปลือกและท่อ และระหว่างท่อแต่ละเส้น เป็นคุณสมบัติของการก่อสร้าง U-tube

ความยืดหยุ่นนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อการเคลื่อนที่ทางความร้อนเป็นข้อกังวลในการออกแบบที่สำคัญ การสตาร์ทอัพ การปิดระบบ และการให้ความร้อนที่ไม่เท่ากันยังคงต้องได้รับการประเมิน

รูปร่างท่อเพียงอย่างเดียวไม่ได้กำหนดระดับแรงดัน

การออกแบบแรงดันขึ้นอยู่กับวัสดุ อุณหภูมิ ขนาด ความหนาผนังขั้นต่ำ สภาพการผลิต และกฎการก่อสร้างที่ใช้บังคับ สำหรับท่อ U-bend การประเมินต้องคำนึงถึงรูปทรงข้อต่อสำเร็จรูปและการลดลงของผนังที่เกิดขึ้นระหว่างการขึ้นรูป

แรงดันภายนอกก็มีความสำคัญเช่นกัน ท่ออาจประสบแรงดันภายนอกสูงกว่าภายในระหว่างการทำงาน การปิดระบบ หรือการทดสอบ

ทั้งท่อตรงและท่อ U-bend ต้องการการรองรับที่เหมาะสมต่อการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไหล

สำหรับชุดท่อ U-tube บริเวณข้อต่อควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ เนื่องจากรูปทรงและการจัดเรียงการรองรับแตกต่างจากขาตรง มาตรฐาน TEMA มีข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องกับการรองรับในบริเวณ U-bend ซึ่งตอกย้ำความจำเป็นในการปฏิบัติต่อบริเวณนี้ในฐานะข้อควรพิจารณาในการออกแบบเฉพาะ

ควรกำหนดข้อกำหนดการบำรุงรักษาก่อนเลือกการกำหนดค่าท่อ

ท่อตรงให้เส้นทางโดยตรงสำหรับอุปกรณ์ทำความสะอาดที่เหมาะสมเมื่อการจัดเรียงช่องหรือหัวอนุญาตให้เข้าถึงได้ สิ่งนี้มีประโยชน์เมื่อการสะสมของตะกอนต้องการการกำจัดเชิงกลเป็นประจำ

เครื่องมือทำความสะอาดแบบแข็งไม่สามารถตามข้อต่อ U-bend ได้ อย่างไรก็ตาม U-tubes ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงการทำความสะอาดด้วยสารเคมีเท่านั้น ก้านที่ยืดหยุ่นได้และเครื่องมือฉีดน้ำแรงดันสูงแบบพิเศษสามารถทำความสะอาดรูปทรง U-tube บางอย่างได้ ตัวอย่างเช่น StoneAge นำเสนอเครื่องมือสำหรับชุดท่อ U-tube และช่องขนาดเล็กที่มีข้อต่อ

ความครอบคลุมของการทำความสะอาดที่ทำได้ขึ้นอยู่กับ:

• เส้นผ่านศูนย์กลางภายในท่อ

• รัศมีข้อต่อขั้นต่ำ

• ขนาดเครื่องมือและสายยาง

• ประเภทและความรุนแรงของตะกอน

• การเข้าถึงผ่านช่อง

• ความเข้ากันได้ของกระบวนการทำความสะอาดกับวัสดุท่อ

ระบุวิธีการทำความสะอาดที่ตั้งใจไว้และยืนยันว่าสามารถเข้าถึงพื้นผิวที่ต้องการได้

การเข้าถึงด้านเปลือกขึ้นอยู่กับการถอดชุดท่อออกเป็นหลัก การจัดเรียงท่อ และพื้นที่ว่างระหว่างท่อ

ชุดท่อ U-tube แบบถอดได้สามารถให้การเข้าถึงพื้นผิวด้านนอกของท่อได้ ชุดท่อ floating-head แบบท่อตรงก็สามารถให้การเข้าถึงนี้ได้เช่นกัน

สำหรับการจัดเรียงทั้งสองแบบ การจัดเรียงท่อที่ชิดกันและส่วนประกอบรองรับอาจจำกัดเครื่องมือทำความสะอาด การถอดชุดท่อออกเพียงอย่างเดียวไม่ได้รับประกันการเข้าถึงทุกพื้นผิว

การเข้าถึงการตรวจสอบผ่านข้อต่อ U-bend ขึ้นอยู่กับหัววัดและรูปทรงท่อจริง

มีหัววัดกระแสไหลวนแบบยืดหยุ่นสำหรับตรวจสอบท่อ U-bend ที่เหมาะสม รวมถึงสแตนเลสออสเทนนิติก การมีอยู่ของสิ่งเหล่านี้หมายความว่าการตรวจสอบข้อต่อสามารถทำได้ แต่ต้องยืนยันการผ่านของหัววัดและประสิทธิภาพการตรวจสอบสำหรับรูและรัศมีที่เลือก

แผนการตรวจสอบที่เป็นประโยชน์จะระบุบริเวณที่ไม่สามารถเข้าถึงได้และวิธีการที่ใช้ในการประเมิน

ท่อตรงมักจะให้เส้นทางการเปลี่ยนที่ตรงกว่า ขึ้นอยู่กับการก่อสร้างข้อต่อและพื้นที่ถอนที่เพียงพอ

ในชุดท่อ U-tube ท่อที่อยู่ติดกันอาจกีดขวางการถอดท่อแต่ละเส้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแถวใน การวางแผนการบำรุงรักษาควรกำหนดว่าท่อที่เสียหายสามารถเปลี่ยนได้หรือไม่ กลยุทธ์การอุดที่ออกแบบไว้เป็นที่ยอมรับหรือไม่ และเมื่อใดที่การเปลี่ยนชุดท่อจะจำเป็น

ทั้งรูปทรงท่อตรงและ U-bend ไม่ได้รับประกันประสิทธิภาพความร้อนที่ดีกว่า

การเปรียบเทียบต้องใช้ภาระงานที่ต้องการ คุณสมบัติของไหล อัตราการไหล สมมติฐานการอุดตัน และการตกของแรงดันที่ยอมรับได้ พื้นที่ถ่ายเทความร้อน ความเร็วของของไหลด้านท่อ การกระจายการไหลด้านเปลือก และการจัดเรียงช่องทางไหล ล้วนมีอิทธิพลต่อผลลัพธ์

U-tube แบบมาตรฐานให้เส้นทางการไหลออกและกลับ เครื่องแลกเปลี่ยนท่อตรงก็สามารถใช้ช่องทางการไหลหลายช่องผ่านการจัดเรียงหัวและพาร์ติชันได้เช่นกัน

สำหรับการออกแบบ U-tube การประเมินทางไฮดรอลิกควรรวมถึงการสูญเสียที่ข้อต่อโค้งและความยาวเส้นทางการไหลจริง แถวข้อต่อที่แตกต่างกันอาจมีความยาวเส้นทางที่แตกต่างกันด้วย

สำหรับการเปรียบเทียบการจัดซื้อ กำหนดให้ทั้งสองดีไซน์ที่เสนอต้องเป็นไปตามกรณีการทำงานและเกณฑ์ประสิทธิภาพเดียวกัน เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกท่อที่เท่ากันหรือพื้นที่ผิวที่เท่ากันไม่ได้กำหนดประสิทธิภาพเครื่องแลกเปลี่ยนที่เท่ากัน

คำขอเช่น “U-tube ขนาด 19.05 มม. ยาว 6 ม.” ทิ้งขนาดไว้หลายอย่างที่ไม่ได้ระบุ

แบบควรแยกความยาวขาตรง ขอบเขตโดยรวม และความยาวท่อที่พัฒนาแล้ว

สำหรับข้อต่อครึ่งวงกลมระนาบในอุดมคติ 180°:

ระยะห่างกึ่งกลางขา = 2R

ความยาวที่พัฒนาทางเรขาคณิต = L₁ + L₂ + πR

รัศมีข้อต่อภายในจะเล็กกว่ารัศมีกึ่งกลางครึ่งหนึ่งของเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกท่อ ควรระบุคำจำกัดความรัศมีเหล่านี้ให้ชัดเจนในแบบ

สมมติ:

• เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกท่อ: 19.05 มม..

• รัศมีข้อต่อกึ่งกลาง: 75 มม..

• ความยาวขาตรงจากปลายตัดแต่ละข้างไปยังจุดสัมผัส: 6,000 มม..

• ขาเท่ากันโดยมีปลายตัดอยู่ในระนาบเดียวกัน

ท่อที่มีขาตรง 2 ข้างยาว 6 ม. จึงมีความยาวที่พัฒนาทางเรขาคณิตประมาณ 12.236 ม..

ผู้ผลิตจะต้องกำหนดความยาวของวัสดุเริ่มต้นจริง รวมถึงการตัดแต่งและการเผื่อกระบวนการ การคำนวณข้างต้นอธิบายรูปทรงในอุดมคติและไม่ใช่คำแนะนำในการตัดหรือความคลาดเคลื่อนในการขึ้นรูป

สำหรับชุดท่อที่มีรัศมีหลายค่า ให้จัดทำตารางข้อต่อที่แสดงแต่ละแถว รัศมี ความยาวขา และปริมาณ

ข้อกำหนดท่อแลกเปลี่ยนความร้อนสแตนเลสทั่วไป ได้แก่:

A213 รวมถึงผนังขั้นต่ำ และเมื่อสั่งซื้อ จะเป็นการจัดหาผนังเฉลี่ย A249 ใช้พื้นฐานผนังปกติในขอบเขต A688 จัดการกับท่อป้อนน้ำเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนโดยเฉพาะ ข้อกำหนดเหล่านี้ควรเลือกตามผลิตภัณฑ์และบริการ แทนที่จะถือว่าเป็นป้ายที่ใช้แทนกันได้

ระบุรหัสการก่อสร้างที่ควบคุมแยกต่างหาก ASME BPVC Section VIII จัดการกับการออกแบบ การผลิต การตรวจสอบ และการทดสอบภาชนะรับแรงดันภายในขอบเขตของมัน ข้อกำหนด TEMA และ API 660 อาจนำมาใช้ได้เช่นกันเมื่อระบุสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนและอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง

ใบสั่งซื้อควรกำหนดฉบับที่ใช้บังคับและกำหนดวิธีการแก้ไขข้อกำหนดที่ขัดแย้งกัน

การอบชุบด้วยความร้อนหลังการดัดโค้งขึ้นอยู่กับเกรดวัสดุปริมาณการทำงานเย็น สภาวะการใช้งาน และข้อกำหนดที่ควบคุม

ข้อเท็จจริงที่ว่าท่อเริ่มต้นถูกจัดหาในสภาพอบอ่อนไม่ได้กำหนดสภาวะที่จำเป็นหลังจากการดัดโค้ง ในทำนองเดียวกัน คำว่า “U-bend” เพียงอย่างเดียวไม่ได้กำหนดรอบการอบชุบด้วยความร้อนที่จำเป็นเพียงรอบเดียว

ผู้ผลิตเสนอการบำบัดที่แตกต่างกันตามข้อกำหนดและเกรด Alleima แสดงรายการการอบอ่อนแบบโซลูชัน การคลายความเค้น และการทำให้เสถียรในบรรดาสมรรถนะการบำบัด U-bend ของตน TPS ก็แยกตัวเลือกการบำบัดตามวัสดุเช่นกัน

ในกรณีที่ต้องการการบำบัด ให้กำหนด:

• สภาวะวัสดุสุดท้ายที่ต้องการ

• บริเวณข้อต่อและขาที่อยู่ติดกันที่จะต้องได้รับการบำบัด

• ขั้นตอนการให้ความร้อนและระบายความร้อนที่ได้รับอนุมัติ

• การป้องกันพื้นผิวและการทำความสะอาดภายหลัง

• บันทึกอุณหภูมิที่ต้องการและการทดสอบการยืนยัน

คำศัพท์เช่น “อบอ่อนหลังการดัดโค้ง” ควรได้รับการสนับสนุนโดยขั้นตอนที่สามารถระบุได้

การตรวจสอบท่อเริ่มต้นและการยอมรับ U-tube สำเร็จรูปมีวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน

บันทึกวัสดุเริ่มต้นกำหนดเอกลักษณ์และการปฏิบัติตามข้อกำหนดของท่อที่จัดหา การตรวจสอบส่วนประกอบสำเร็จรูปต้องจัดการกับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากการดัดโค้ง การอบชุบด้วยความร้อน การตัด และการทำความสะอาด

แผนการตรวจสอบควรกำหนดการสุ่มตัวอย่าง ตำแหน่งการวัด และขีดจำกัดการยอมรับ แม้แต่คำศัพท์เช่น “รูปทรงวงรี” และ “แบน” ก็จำเป็นต้องระบุวิธีการคำนวณ เนื่องจากเอกสารที่แตกต่างกันอาจใช้คำจำกัดความที่แตกต่างกัน

ผู้ผลิตระบุการตรวจสอบขนาด การตรวจสอบผนังข้อต่อ การทดสอบการรั่ว การตรวจสอบสารแทรกซึม และการตรวจสอบการผ่านของช่องสัญญาณในบรรดาการควบคุม U-tube ที่มีอยู่ การรวมกันที่ต้องการจะต้องถูกกำหนดในคำสั่งซื้อ

การทดสอบการผ่านของช่องสัญญาณยืนยันว่าเกจที่ระบุสามารถเคลื่อนที่ผ่านท่อได้ ไม่ได้กำหนดความสมบูรณ์ของผนัง ในทำนองเดียวกัน การทดสอบสารแทรกซึมจะจัดการกับข้อบ่งชี้ที่แตกหักบนพื้นผิวและไม่สามารถทดแทนการตรวจสอบปริมาตรที่ต้องการได้

ในกรณีที่ต้องการการทดสอบแรงดันหรือการรั่วหลังการดัดโค้ง ให้ระบุขั้นตอน เกณฑ์การยอมรับ และข้อกำหนดการรายงานอย่างชัดเจน

RFQ ที่สมบูรณ์ทางเทคนิคควรช่วยให้ซัพพลายเออร์สามารถกำหนดราคาของส่วนประกอบสำเร็จรูปเดียวกันได้

U-tube สำเร็จรูปหนึ่งชิ้นมีสองขาและสองปลายเปิด

ตัวอย่างเช่น คำสั่งซื้อ U-tube สำเร็จรูป 200 ชิ้น หมายถึงปลายท่อ 400 ปลาย ใบสั่งซื้อ ตารางข้อต่อ และรายการบรรจุหีบห่อควรแยกแยะชิ้นสำเร็จรูปออกจากขา ปลาย และความยาวที่พัฒนาทั้งหมดอย่างสม่ำเสมอ

การบรรจุหีบห่อ U-tube ควรมีการรองรับขาตรงและปกป้องข้อต่อจากการบิดเบี้ยวและความเสียหายจากการสัมผัส

การจัดเรียงท่อตามรัศมีหรือแถวช่วยในการตรวจสอบขาเข้าและการประกอบ TPS อธิบายการบรรจุหีบห่อตามรัศมีพร้อมตัวรองรับที่ยึดท่อและอนุญาตให้ถอดออกตามลำดับการประกอบ

ตกลงในการระบุที่ยังคงอ่านได้หลังจากการแกะกล่อง ปกป้องปลายท่อและรักษาความสะอาดภายในที่ระบุไว้ระหว่างการขนส่งและการจัดเก็บ

ใบเสนอราคา U-tube สำเร็จรูปอาจรวมถึงการขึ้นรูป การตรวจสอบเพิ่มเติม การอบชุบด้วยความร้อน การคัดแยก และการบรรจุหีบห่อแบบพิเศษ

ในระดับเครื่องแลกเปลี่ยน การออกแบบ U-tube แบบมาตรฐานสามารถทำให้โครงสร้างส่วนท้ายง่ายขึ้น ในขณะที่การจัดเรียงท่อตรงอาจให้ข้อได้เปรียบในการบำรุงรักษา

เปรียบเทียบการผลิต การติดตั้ง การเข้าถึงการตรวจสอบ การทำความสะอาด ตัวเลือกการซ่อมแซม และเวลาหยุดทำงานที่คาดว่าจะได้รับ ควบคู่ไปกับราคาซื้อเริ่มต้น

การเลือกขึ้นอยู่กับการขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกัน ความสามารถของวัสดุ แรงดัน การหมุนเวียน และข้อกำหนดการบำรุงรักษา อุณหภูมิสูงเพียงอย่างเดียวไม่ได้กำหนดการจัดเรียงท่อที่ต้องการ

บางส่วนสามารถทำความสะอาดได้โดยใช้อุปกรณ์ที่ยืดหยุ่นได้เหมาะสมหรือเครื่องมือฉีดน้ำแรงดันสูงแบบพิเศษ ยืนยันการผ่านรูจริงและรัศมีข้อต่อขั้นต่ำ ควบคู่ไปกับความสามารถในการกำจัดตะกอนที่คาดว่าจะเกิดขึ้น

ไม่มีรัศมีขั้นต่ำเดียวที่ใช้ได้กับทุกวัสดุ เส้นผ่านศูนย์กลาง ความหนาผนัง และกระบวนการขึ้นรูป รัศมีที่ระบุต้องเป็นไปตามข้อกำหนดการออกแบบและความสามารถที่ได้รับการพิสูจน์ของผู้ผลิต ในขณะที่ยังคงเป็นไปตามข้อจำกัดของผนังสำเร็จรูปและรูปทรง

ใช่ หากท่อเริ่มต้นถูกระบุสำหรับการดำเนินการขึ้นรูปที่วางแผนไว้ ยืนยันความยาวเริ่มต้นที่เพียงพอ ค่าเผื่อผนัง สภาวะวัสดุ การตรวจสอบย้อนกลับ และความรับผิดชอบสำหรับการบำบัดหลังการดัดโค้งและการตรวจสอบก่อนทำการซื้อ

การเปลี่ยนขึ้นอยู่กับตำแหน่ง ท่อที่อยู่ติดกัน ตัวรองรับ และการก่อสร้างข้อต่อ ท่อแถวในอาจถอดยากเป็นพิเศษ ดังนั้นกลยุทธ์การบำรุงรักษาควรกำหนดไว้ในระหว่างการเลือกเครื่องแลกเปลี่ยน

เลือกการจัดเรียงเครื่องแลกเปลี่ยนตามการเคลื่อนที่ทางความร้อน การอุดตัน การเข้าถึงการตรวจสอบ และข้อกำหนดการซ่อมแซม จากนั้นระบุรูปทรงท่อ สภาวะวัสดุ และเกณฑ์การยอมรับที่จำเป็นเพื่อสนับสนุนการเลือกนั้น

สำหรับการจัดซื้อ U-bend แบบสั่งทำ แบบที่ได้รับอนุมัติและตารางข้อต่อแบบแยกแถวมีค่าอย่างยิ่ง เมื่อรวมกับการตรวจสอบหลังการขึ้นรูปที่กำหนดและการบรรจุหีบห่อป้องกัน จะทำให้ท่อสำเร็จรูปตรวจสอบและติดตั้งได้ง่ายขึ้น