Trocadores de calor são dispositivos de transferência de calor que transferem parte do calor de um líquido quente para um líquido frio. Eles são amplamente utilizados na vida cotidiana das pessoas, bem como nas indústrias de petróleo, química, energia, medicina, energia atômica e nuclear. Eles podem ser usados como dispositivos autônomos, como aquecedores, condensadores, resfriadores, etc. Eles também podem ser usados como parte de alguns equipamentos de processo, como trocadores de calor em alguns equipamentos químicos.
Principalmente na indústria química, com alto consumo de energia, o trocador de calor é um dispositivo indispensável no processo de troca e transferência de calor da produção química, sendo também responsável por uma proporção significativa do total de equipamentos de produção química.
Em termos da sua função, o permutador de calor é, por um lado, garantir a temperatura específica do meio necessária ao processo industrial, por outro lado, é também o dispositivo mais importante para melhorar a eficiência do uso de energia. Dependendo da estrutura, existem principalmente trocadores de calor de placas, trocadores de calor de cabeça flutuante, trocadores de calor de placas de tubo sólido e trocadores de calor de tubo em U. Além dos trocadores de calor de placas, os demais incluem trocadores de calor de feixe de tubos.
Como o trocador de calor de casco e tubo tem uma grande área de troca de calor por unidade de volume, bom efeito de troca de calor, estrutura robusta, alta adaptabilidade e processo de fabricação sofisticado, ele se tornou o trocador de calor típico mais comumente usado.
Em um trocador de calor casco e tubo, o tubo trocador de calor e a placa do tubo são a única barreira entre o lado do tubo e o lado do casco do trocador de calor. A estrutura e a qualidade da conexão entre o tubo trocador de calor e a placa do tubo determinam a qualidade e a vida útil do trocador de calor, que é um elo crucial no processo de fabricação do trocador de calor.
A maioria dos danos e falhas dos trocadores de calor ocorre na junta do tubo do trocador de calor e da chapa do tubo, e a qualidade dessa junta também afeta diretamente a segurança e a confiabilidade dos equipamentos e dispositivos químicos. Portanto, o processo de conexão do tubo do trocador de calor e da folha do tubo em um trocador de calor de casco e tubo tornou-se o elo de controle mais crítico no sistema de garantia de qualidade na fabricação de trocadores de calor. Atualmente, a conexão entre o tubo do trocador de calor e a folha do tubo no processo de fabricação do trocador de calor inclui principalmente soldagem, alargamento, alargamento mais soldagem e colagem mais alargamento.
Soldagem
Quando o tubo de troca de calor e a chapa tubular são conectados por soldagem, é o método de conexão mais comumente usado para tubos de troca de calor e chapas tubulares em trocadores de calor de casco e tubo devido aos requisitos mais baixos para processamento de chapas tubulares, processo de fabricação simples, bom vedação e soldagem conveniente, inspeção visual e manutenção.
Ao usar juntas soldadas, há soldagem de resistência para garantir a vedação e resistência à tração da junta soldada, e soldagem de vedação apenas para garantir a vedação da junta entre o tubo de troca de calor e a chapa do tubo. A soldagem por resistência tem desempenho limitado e é adequada apenas para casos com baixa vibração e sem corrosão intersticial.
Ao utilizar uma conexão soldada, a distância entre os tubos de troca de calor não deve ser muito pequena, caso contrário a qualidade da soldagem não pode ser garantida devido aos efeitos do calor. Ao mesmo tempo, deve haver uma certa distância entre as extremidades do tubo para reduzir a tensão de soldagem. O comprimento do tubo de troca de calor que se projeta da placa do tubo deve atender aos requisitos especificados para garantir sua capacidade de carga efetiva.
Em relação ao método de soldagem, de acordo com o material do tubo do trocador de calor e da chapa do tubo, podem ser utilizados métodos de soldagem como soldagem a arco de metal a gás, soldagem TIG e soldagem CO2. A soldagem TIG deve ser usada para trocadores de calor com altos requisitos para a conexão entre tubo e espelho, tais como: B. Trocadores de calor com alta pressão de projeto, alta temperatura de projeto, grandes flutuações de temperatura, trocadores de calor com cargas variáveis, trocadores de calor com tubos finos, etc.
Devido ao espaço entre o tubo e a abertura do espelho, é fácil ocorrer corrosão em frestas e superaquecimento nos processos de soldagem tradicionais. Além disso, a tensão térmica criada na junta soldada pode causar corrosão sob tensão e danos, resultando em falha do trocador de calor.
Atualmente, a tecnologia de soldagem de furo interno é usada em trocadores de calor utilizados na indústria nuclear nacional, na indústria de energia elétrica e em outras indústrias. Este método de conexão substitui a soldagem final do tubo do trocador de calor e da chapa do tubo pela soldagem do furo interno do feixe de tubos e usa a forma de penetração total, que elimina a folga da soldagem final e melhora a resistência à corrosão em frestas e corrosão sob tensão.
Possui alta resistência à vibração e fadiga, pode suportar altas temperaturas e alta pressão e possui boas propriedades mecânicas da junta soldada. Testes internos não destrutivos da conexão podem ser realizados, a qualidade interna da solda pode ser controlada e a confiabilidade da solda pode ser melhorada.
No entanto, a montagem da tecnologia de soldagem de furo interno é difícil, os requisitos para a tecnologia de soldagem são altos, a fabricação e os testes são complexos e o custo de fabricação é relativamente alto. Com o desenvolvimento de trocadores de calor de alta temperatura, alta pressão e grande volume, os requisitos de qualidade de fabricação estão aumentando cada vez mais, e a tecnologia de soldagem de furo interno está se tornando cada vez mais amplamente utilizada.
Junta de expansão
As juntas de expansão são um método tradicional de conexão entre o tubo do trocador de calor e a placa do tubo, no qual a placa do tubo e o tubo são deformados elasticamente-plasticamente através do uso de dispositivos de expansão e se encaixam perfeitamente, formando uma conexão forte que é ao mesmo tempo vedante e anti-decapagem . No processo de fabricação de trocadores de calor, as juntas de dilatação são adequadas para situações sem fortes vibrações, oscilações excessivas de temperatura e corrosão sob tensão severa.
Atualmente, a tecnologia de expansão inclui principalmente expansão mecânica de rolos e expansão hidráulica. Se a conexão entre o tubo e o espelho falhar, será muito difícil repará-la expandindo o tubo. O conector de expansão hidráulica com bolsa de fluido é controlado por computador, o que permite alta precisão e garante a uniformidade da vedação do conector de expansão. A confiabilidade da conexão é melhor que a de um conector de expansão mecânica. No entanto, os requisitos de precisão de usinagem são rigorosos e é difícil garantir a expansão bem-sucedida de conexões densamente distribuídas. Se a conexão falhar, será difícil reparar.
Expansão e soldagem
Sob alta temperatura e alta pressão, bem como sob a ação de deformação térmica, choque térmico, corrosão térmica e pressão do fluido, a conexão entre o tubo do trocador de calor e o tubo é facilmente danificada, por isso é difícil atender à resistência da conexão e requisitos de desempenho de vedação por expansão ou soldagem. Atualmente, a soldagem por expansão é amplamente utilizada. A estrutura de soldagem por expansão pode efetivamente amortecer os danos causados pela vibração do feixe de tubos na solda, eliminar efetivamente a corrosão sob tensão e a corrosão em frestas e melhorar a resistência à fadiga da junta.
Isso melhora a vida útil do trocador de calor e a resistência e o desempenho de vedação são superiores aos da simples expansão ou soldagem de resistência. O trocador de calor comum geralmente usa a forma de “soldagem de expansão adesiva% de resistência”. No entanto, o trocador de calor com condições operacionais severas requer a forma de “soldagem de junta de resistência-expansão%”. De acordo com a ordem de expansão e soldagem, a expansão e a soldagem podem ser divididas em expansão antes da soldagem e expansão após a soldagem.
(1) O óleo lubrificante utilizado antes da soldagem penetra na folga da junta e é muito sensível às trincas e poros da soldagem, o que piora ainda mais a ocorrência de defeitos. O óleo que penetrou na lacuna é difícil de remover. Portanto, não é adequado usar soldagem por expansão mecânica em vez de soldagem por expansão. Isso pode eliminar a lacuna entre o tubo e o orifício da placa do tubo, de modo que a vibração do feixe de tubos na parte de soldagem da abertura do tubo possa ser efetivamente amortecida.
No entanto, o método tradicional de expansão manual ou mecânica não pode atender aos requisitos de expansão uniforme da colagem, enquanto o método de expansão do saco de líquido controlado por computador pode atender de maneira fácil e uniforme aos requisitos de expansão da colagem. Durante a soldagem, o gás na lacuna é aquecido pela influência do metal fundido em alta temperatura e se expande rapidamente. Quando esses gases vazam com alta temperatura e alta pressão, eles afetam até certo ponto o desempenho da vedação.
(2) Ao soldar antes do alargamento, o primeiro problema é controlar a precisão e a conformidade dos furos do tubo e do espelho. Se a folga entre o tubo e a chapa do tubo for pequena o suficiente, a qualidade da junta soldada não será afetada. No entanto, a capacidade da junta soldada de suportar a força de cisalhamento é relativamente baixa. Se o controle da resistência da solda não atender aos requisitos, poderá resultar em falha de estiramento excessivo ou danos à junta soldada.
Durante o processo de fabricação, uma grande lacuna é criada entre o diâmetro externo do tubo de troca de calor e a abertura da placa do tubo, e a lacuna entre o diâmetro externo de cada tubo de troca de calor e a abertura da placa do tubo é irregular na direção axial. Quando a junta de expansão é concluída após a soldagem, a linha central do tubo deve coincidir com a linha central da abertura do tubo da placa do tubo para garantir a qualidade da conexão. Se a folga for grande, devido à maior rigidez do tubo, a deformação excessiva do alongamento danificará a junta soldada e até mesmo causará a quebra da junta soldada.
Colagem e expansão
O processo de ligação e expansão é útil para resolver o problema de vazamento e vazamento na junção do tubo de troca de calor e da folha do tubo no trocador de calor. É importante selecionar o adesivo correto de acordo com as condições de trabalho das peças coladas. Na implementação do processo, os parâmetros do processo devem ser selecionados de acordo com a estrutura e tamanho do trocador de calor, incluindo pressão de cura, temperatura de cura, força de expansão, etc., e estritamente controlados no processo de produção. Este processo é simples, fácil de usar e confiável. Foi reconhecido no uso real das empresas e tem valor publicitário.
Resumo
- (1) No método de conexão entre o tubo de troca de calor e a folha do tubo de um trocador de calor de casco e tubo, é difícil garantir a resistência da conexão e os requisitos de vedação necessários apenas por soldagem tradicional ou juntas de expansão.
- (2) O método de expansão e soldagem é vantajoso para garantir a resistência da conexão e vedação entre o tubo de troca de calor e a folha do tubo e melhorar a vida útil do trocador de calor.
- (3) O método de colagem e expansão é útil para resolver os problemas de vazamento e vazamento quando o tubo de troca de calor está conectado à placa do tubo. O processo é simples e confiável.
- (4) Como um processo de soldagem de penetração total, a tecnologia de soldagem de furo interno tem boa resistência à corrosão em frestas, corrosão sob tensão, fadiga vibratória e propriedades mecânicas de juntas soldadas. A qualidade interna da solda pode ser controlada, o que melhora a confiabilidade da solda. Em primeiro lugar, é mais adequado para promoção e aplicação em produtos de alta qualidade.
Fonte: China Fabricante de tubos – Indústria de Tubos Yaang (www.epowermetals.com)
(Yang Pipe Industry é um fabricante e fornecedor líder de produtos de liga de níquel e aço inoxidável, incluindo flanges de aço inoxidável super duplex, flanges de aço inoxidável, acessórios para tubos de aço inoxidável e tubos de aço inoxidável. Os produtos Yaang são amplamente utilizados na construção naval, energia nuclear, construção naval, indústrias petrolíferas e químicas, mineração, tratamento de águas residuais, indústrias de gás natural e vasos de pressão e outras indústrias.)
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