Определение степени расширения теплообменных трубок и трубных решеток в кожухотрубных теплообменниках

Thread Content

Последний раз это сообщение редактировалось Yixin Mechanical and Electrical 27 апреля 2020 г., 13:38 Лю Минь (Dalian Freezer Co., Ltd., Далянь, Ляонин, 116033) Аннотация: Подробно обсуждается контроль скорости расширения труб, сравниваются методы расчета скорости расширения труб, тем самым предлагая диапазон регулирования скорости расширения труб из различных материалов; при этом обобщены факторы, влияющие на качество компенсатора. Ключевые слова: степень расширения трубы; расширение прочности; прилипающее расширение; метод контроля внутреннего диаметра * * В статьях 104 и 105 «Правил безопасности и технического надзора за сосудами под давлением», изданных Бюро по качеству и техническому надзору, в принципе оговариваются способ расширения и основные требования к компенсатору теплообменных труб и трубных решеток, но конкретных нормативов по степени расширения труб нет и в настоящее время нет. * * Стандартам можно следовать. Расширение является одним из важных процессов при производстве кожухотрубных теплообменников. Поэтому для обеспечения качества расширения особенно важно определить метод расширения и соответствующую скорость расширения трубы. 1 Метод расширения. Метод расширения теплообменных труб и трубных решеток включает механическое расширение и гибкое расширение (или равномерное расширение). Метод механического расширения - неравномерное расширение, которое, как правило, требует смазки в процессе расширения (из-за загрязнения маслом качество сварки и качество поверхности загрязненного компенсатора не может быть гарантировано после расширения), а механические шарики расширяют диаметр трубы при прокатке и создают большие напряжения холодной обработки, поэтому механическое расширение не способствует возникновению коррозии под напряжением. Однако благодаря простоте эксплуатации многие производители до сих пор широко используют его в компенсаторах средних и тонких трубных решеток. В этой статье основное внимание будет уделено представлению степени расширения теплообменных трубок из различных материалов с использованием механического расширения. 2 Определение степени расширения трубки. 2 1 Коэффициент расширения трубки. Чтобы обеспечить качество компенсационного соединения, необходимо определить соответствующую степень расширения трубки. Степень расширения трубки обычно выражается в процентах от степени расширения к исходному диаметру отверстия трубной пластины, внутреннему диаметру теплообменной трубки или толщине стенки теплообменной трубки. Степень расширения можно выразить формулой (1): H=ｄ12-ｄ11-ｂ(1) В формуле H————Степень расширения теплообменной трубки, мм d11, d12——внутренний диаметр теплообменной трубки до и после расширения, мм b——двусторонний зазор между теплообменной трубкой и отверстием трубной пластины до расширения, мм. Скорость расширения трубки выражается как процент герметичности расширения к внутреннему диаметру теплообменной трубки, диаметру отверстия трубной пластины или толщине стенки теплообменной трубки. 2.2 Коэффициенты расширения труб из распространенных материалов В таблице 1 приведены справочные значения коэффициентов расширения труб из распространенных материалов. Расширенный диапазон внутренних диаметров теплообменной трубки можно рассчитать по формуле (1). 　　Для определения степени расширения трубы, помимо метода расширения (степень расширения между прочностным расширением и расширением прилипания сильно различается), следует также учитывать такие факторы, как диапазон допуска отверстия трубной пластины, допуск наружного диаметра теплообменной трубки и толщины стенки. 2 3 Метод расчета коэффициента расширения трубы Существует множество способов расчета коэффициента расширения трубы. Ниже приведены несколько распространенных формул расчета в стране и за рубежом. В формуле К——Япония: степень утонения стенки трубы, %; бывший Советский Союз: относительный процент внутреннего диаметра отверстия трубной пластины, % D——диаметр отверстия трубной пластины, мм σ——толщина стенки трубы теплообменной трубы до расширения, мм b——величина двустороннего зазора между теплообменной трубкой и отверстием трубной пластины до расширения, мм, b=D-dw dw——Наружный диаметр теплообменной трубы до расширения, мм h——Относительный процент внутреннего диаметра трубы, % h0——Относительный процент величины расширения внутреннего диаметра трубы к расширению внутренний диаметр отверстия трубной пластины, % hd — — Относительный процент величины расширения внутреннего диаметра трубки к внутреннему диаметру трубки, % hs — — Относительный процент величины расширения внутреннего диаметра трубки к толщине стенки трубки, % 2.4 Определение степени расширения трубы методом контроля внутреннего диаметра Независимо от того, какой метод расчета используется, полученная степень расширения трубы в основном является контролем величины утонения толщины стенки теплообменной трубы. Ниже используется метод контроля внутреннего диаметра для проверки определения коэффициента расширения трубки для расширения по интенсивности и расширения прилипания. Уравнение (8) представляет собой формулу расчета скорости расширения трубы при методе контроля внутреннего диаметра: где Hn — степень расширения трубы, % d1 — измеренный внутренний диаметр теплообменной трубки после расширения, мм t — измеренная толщина стенки теплообменной трубки до расширения, мм d — измеренный диаметр отверстия трубной пластины до расширения, мм 2.4.1 Пример 1 степени расширения трубы при сильном расширении: Известно, что материал теплообменной трубки — Т2, спецификация: Внешний диаметр 19,05 мм, толщина стенки 1,3 мм; материал трубной решетки Q235-B, толщина трубной решетки 42 мм, диаметр отверстий трубной решетки 19,25 мм, отверстия трубной решетки расположены в виде равностороннего треугольника, открыты две уплотнительные канавки. Требуется, чтобы теплообменная трубка и трубная доска были соединены в виде прочного компенсатора. В соответствии с известными условиями фактические измеренные данные диаметра теплообменных трубок и отверстий трубных пластин следующие (от 5 до 10 теплообменных трубок проверяются случайным образом и от 5 до 10 отверстий трубных решеток проверяются случайным образом в разных положениях): (1) Теплообменная трубка: внешний диаметр: Φ19,05~ Φ19,03ｍｍ, среднее Φ19,04ｍｍ; толщина стенки: 1,35～1,25ｍｍ, в среднем 1,3 мм; внутренний диаметр: Φ16,55～Φ16,35 мм, средний Φ16,45 мм. (2) Диаметр отверстия трубной пластины: Φ19,35～ Φ19,25 мм, средний Φ19,3 мм. По формуле (1) и таблице 1 первоначально определяют значение внутреннего диаметра теплообменной трубки после расширения. Посмотрите Таблицу 1. Степень расширения труб из меди или медного сплава и стальных трубных решеток составляет H = от 5% до 8%. Возьмите среднее значение H=65% и округлите его H=7%. Подставьте в уравнение (1), чтобы найти диаметр теплообменной трубки после расширения. H=ｄd12-ｄ11-b Где b=Ｄ-ｄｗ=19 3-19 04=0 26ｍｍ Тогда d12=Ｈ+ｄ11+ｽb=16 78ｍｍ Таким образом, трехшариковый расширитель трубки выбирается на основе расширенного внутреннего диаметра теплообменной трубки Φ16,78 мм. Его минимальный внешний диаметр составляет 15,6 мм, максимальный диаметр — 17,8 мм, а длина шарика — 38 мм. После пробного расширения эффект очень хороший. Фактические измеренные данные расширенного размера теплообменной трубки следующие: (1) Наружный диаметр: 19,25–19,30 мм, средний 19,28 мм; (2) Толщина стенки: 1,2–1,22 мм, в среднем 1,21 мм. При расчете по японской формуле степень утончения стенки трубы составляет 5–8%; (3) Внутренний диаметр: Φ16,87～Φ16,85ｍｍ, средний Φ16,86ｍｍ, расширен на 0,41 мм по сравнению с Φ16,45ｍｍ до расширения. Подставьте измеренное среднее значение теплообменной трубки после расширения в уравнение (9), чтобы определить степень расширения ее трубки: Пример 2: Известно, что материал теплообменной трубки - сталь 20, технические характеристики - Φ38ｍｍ, толщина стенки - 3 мм, материал трубной пластины - 16ＭｎＲ, толщина - 48 мм, диаметр отверстия трубной пластины - Φ38,5 мм, отверстия трубной доски расположены равносторонним треугольником и открыты две уплотнительные канавки. Форма соединения теплообменной трубки и отверстия трубной пластины должна быть прочным компенсатором. В соответствии с известными условиями диаметры теплообменных трубок и отверстий трубных пластин измерялись случайным образом в пределах от 3% до 5% в разных положениях. Измеренные данные следующие: (1) Теплообменная трубка: внешний диаметр: Φ38,2～ Φ37,8ｍｍ, средний Φ38ｍｍ; толщина стенки: 3 1～3 3ｍｍ, в среднем 3 2мм; внутренний диаметр: Φ31,4～ Φ31,8ｍｍ, средний Φ31,6ｍｍ. (2) Диаметр отверстия трубной пластины: Φ38,65～Φ38,4 мм, среднее значение Φ38,53 мм. Найдите показатель расширительной трубки H=10% в таблице 1 и подставьте его в уравнение (1), чтобы найти расширенный диаметр теплообменной трубки: H=d12-d11-b, где b=D-dw=38,53-38=0,53 мм, затем d12=H+d11+b=32,23 мм. После испытательного расширения фактическое измеренное значение внутреннего диаметра теплообменной трубки после расширения составляет 32,82–32,84 мм со средним значением 32,83 мм. Подставьте измеренное среднее значение теплообменной трубки после расширения в уравнение (8), чтобы определить степень расширения ее трубки: В соответствии с приведенным выше примером теплообменные трубки Φ57×3 1Cr18Ni9Ti и Φ19×2 HAL77-2 (морская медь) были протестированы на расширение и расчеты, и степень расширения трубки была определена как 0,87% и 1,56% соответственно. 2.4.2 Сверка с отечественными и зарубежными нормами расширения труб. После испытательного расширения, чтобы сформулировать правильный процесс компенсатора, были рассчитаны несколько скоростей расширения труб, определенных методом контроля внутреннего диаметра, с учетом скоростей расширения труб, используемых в Японии, бывшем Советском Союзе и других отечественных отраслях. 　　 (1) Расчет с учетом скорости расширения японской трубы. В Таблице 2 показан коэффициент расширения труб, распространенный в Японии, а в Таблице 3 показан коэффициент расширения труб, рассчитанный по японской формуле (формула (2)). (2) Расчет с учетом скорости расширения труб бывшего Советского Союза. В Таблице 4 показана скорость расширения труб бывшего Советского Союза, а в Таблице 5 показана скорость расширения труб, рассчитанная по формуле бывшего Советского Союза (формула (3)). (3) Содержание расчетных формул (1) и (7), формул (3) и (5) и формул (4) и (6) для коэффициентов расширения труб других отраслей отечественной промышленности одинаковое. Другими словами, расчеты и моделирование коэффициентов расширения труб других отечественных отраслей также основаны на Японии и бывшем Советском Союзе. Здесь относительный процент внутреннего диаметра трубы, используемый в бытовых котлах, используется для проверки технологических параметров скорости расширения трубы, полученных с помощью метода контроля внутреннего диаметра. Степень расширения труб в котельной промышленности составляет h=0,8% ~ 1,2%. В Таблице 6 показана скорость расширения труб, рассчитанная по общепринятой формуле (Формула 4) в бытовой котельной промышленности. 2.4.3 Степень расширения расширительных трубок. Степень расширения и герметичности расширительных трубок требует только того, чтобы теплообменные трубы и отверстия трубных досок были соединены через компенсаторы. В настоящее время не существует конкретных требований к степени расширения и герметичности внутри страны и за рубежом. Основываясь на многолетнем опыте процесса расширения теплообменных труб из углеродистой и нержавеющей стали, обычно степень расширения труб составляет от 0,1% до 0,3%. 3 Факторы, влияющие на качество компенсаторов (1) Твердость материала трубной доски выше, чем твердость материала теплообменной трубки. Когда твердость теплообменной трубки превышает твердость трубной пластины, следует провести обработку отжигом. Как правило, длина отожженного конца трубы должна быть не менее 100 мм и как минимум на 15–30 мм толще толщины трубной пластины. (2) Зазор между отверстием трубной пластины и внешним диаметром теплообменной трубки должен строго контролироваться. (3) Метод компенсатора делится на три типа в зависимости от типа конструкции: прочностное расширение плюс герметизирующая сварка, прочностная сварка плюс прилипающее расширение и прочностное расширение плюс прочная сварка. Для этих трех методов следует обратить внимание на порядок раскрытия. Вообще говоря, если труба полностью расширена, сначала следует использовать процесс расширения, а затем сварку. Если на расстоянии 15 мм от конца трубы расширения нет, сначала следует использовать процесс сварки, а затем расширение. 4 Вывод (1) Когда материалом теплообменной трубки является медь, медный сплав и нержавеющая сталь, степень расширения трубки обычно контролируется в диапазоне от 0,5% до 1,2%; (2) Когда материал теплообменной трубки представляет собой сталь 10 или 20, степень расширения трубки обычно контролируется в диапазоне от 0,7% до 2,1%; (3) Если материалом теплообменной трубки является латунь (темно-синяя медь HAL77-2), степень расширения трубки обычно контролируется в диапазоне от 1% до 1,8%. После определения вышеупомянутого коэффициента расширения трубы нет необходимости каждый раз проводить пробное расширение для аналогичных изделий, главное, чтобы оно осуществлялось по установленному процессу расширения.