Технология сборки трубного пучка

Очистка поверхностей теплообменника

Извлечение трубных пучков

Монтаж и демонтаж резьбовых соединений

Демонтаж и монтаж резьбовых соединений производится с помощью гаечных ключей. Снижение трудоёмкости работ по монтажу и демонтажу резьбовых соединений достигается применением пневматических и гидравлических гайковёртов.

Извлекать трубные пучки можно только из теплообменников с плавающей головкой и U-образными трубками. Извлечение трубного пучка является весьма трудоёмкой операцией.

В большинстве случаев для снижения трудоёмкости работ используются экстракторы, т. е. приспособления для захвата трубного пучка в сочетании с грузоподъёмным механизмом. Применяются следующие способы:

1) с помощью лебёдки и автомобильного крана (см.рис.);

2) с помощью лебёдки и стационарного монорельса (см.рис.), на монорельсе размещаются два тельфера, что позволяет без затруднений проводить демонтаж и монтаж трубного пучка;

3) с помощью лебёдки и передвижного монорельса (см.рис.), с помощью неподвижного монорельса можно обслуживать несколько параллельно стоящих теплообменника;

4) с помощью лебёдки и передвижной тележки (см.рис.).

Извлечение трубного пучка из вертикальных теплообменников проще, чем из горизонтальных, и осуществляется принципиально теми же способами.

Для очистки теплообменных поверхностей (внутренних и наружных поверхностей трубок) используются следующие методы:

— специальные методы очистки.

Химическая очистка выполняется без вскрытия и разборки теплообменника.

Для очистки от накипи применяют 5-15% раствор соляной кислоты с добавками ингибиторов.

Очистку от твёрдых отложений проводят путём заполнения теплообменника на сутки 5% раствором соляной кислоты с добавкой жидкого стекла. Твёрдый осадок разрыхляется в этом растворителе и потом легко смывается водой.

Для очистки от органических отложений (масла, мазута и т. п.) используют углеводородные растворители.

Достоинства метода – нет необходимости в разборке теплообменника, можно чистить межтрубное пространство.

Недостаток – необходимость утилизации отработанных продуктов.

Механическая очистка осуществляется при помощи шомполов, свёрл, щёток, резцов, буров с подачей воды или воздуха для удаления продуктов очистки.

Простейшим приспособлением является стальной пруток с ершом из стальной проволоки, приваренным к прутку.

Для механизации процесса механической очистки используются приспособления, состоящие из пневмо- или электродрели, полого вала и бура. После первичной обработки трубок буром их подвергают окончательной очистке стальным ершом.

Недостатки механической очистки: трудоёмкость и отсутствие возможности очистки межтрубного пространства.

Гидромеханическая очистка осуществляется с помощью воды, подаваемой под высоким давлением (от 15 до 70 МПа) в полую штангу, на конус которой установлено сопло с несколькими отверстиями. Струи воды при выходе из сопла режут и отрывают отложения от стенок очищаемых поверхностей. Время очистки трубы составляет 10-15 с. Широкий диапазон изменения давления (от 15 до 70 МПа) даёт возможность удалять отложения практически любой твёрдости.

Достоинства метода: высокая степень очистки; возможность очистки поверхности трубок на месте установки аппарата.

Недостаток: требуемое высокое давление предъявляет высокие требования к охране труда.

Гидропневматическая очистка осуществляется с помощью воды и воздуха. В загрязнённую трубку одновременно подаётся вода и сжатый воздух. Сжатый воздух, расширяясь, резко увеличивает скорость движения воды, которая начинает перемещаться по трубке последовательными водяными «пробками» с интенсивными завихрениями. Совместное движение воды и воздуха быстро разрушает отложения на стенках трубок, очищая их.

Одновременная подача в трубку воды и воздуха осуществляется при помощи воздушного «пистолета». Воздух под давлением 0,7-0,8 МПа и вода под давлением 0,5-0,6 МПа при соотношении 1:1 подаются шлангами.

Гидропневматическая очистка позволяет сократить время очистки по сравнению с механической в 8-10 раз, значительно реже подвергать очистке теплообменники, повысить производительность труда.

Пескоструйная очистка позволяет добиться наиболее полной очистки труб, в результате чего коэффициент теплопередачи восстанавливается до значений, соответствующих отсутствию термических сопротивлений, обусловленных загрязнениями. Сущность пескоструйной очистки заключается в обработке очищаемой поверхности взвесью песка в воздухе или воде, подаваемой с большой скоростью. Засасывание песка осуществляется эжекционными установками.

К специальным методам относится ультразвуковая очистка. Ультразвуковые преобразователи через посредство головок с вибраторами, устанавливаемыми в жидкости (воде) внутри очищаемого объёма, позволяют полностью удалить твёрдые отложения, разрушаемые под действием ультразвуковых колебаний и вымываемые звукопередающей средой.

Теплообменники с U-образными трубами (тип У)

В кожухотрубчатых аппаратах этой конструкции обеспечивается свободное удлинение труб, что исключает возможность возникновения температурных напряжений.

Такие аппараты (рис. 1.9) состоят из кожуха 2 и трубного пучка, имеющего одну трубную решетку 3 и U-образные трубы 1. Трубная решетка вместе с распределительной камерой 4 крепится к кожуху аппарата на фланце.

Рис. 1.9. Теплообменник с U-образными трубами

Для обеспечения раздельного ввода и вывода циркулирующего по трубам теплоносителя в распределительной камере предусмотрена перегородка 5.

Теплообменники типа У являются двухходовыми по трубному пространству и одно- или двухходовыми по межтрубному пространству. В последнем случае (рис. 1.10) в аппарате установлена продольная перегородка 2, извлекаемая из кожуха 1 вместе с трубным пучком. Для исключения перетекания теплоносителя в зазорах между кожухом аппарата (рис. 1.11) и перегородкой 2 у стенки кожуха устанавливают гибкие металлические пластины 3 (рис. 1.11, а) или прокладку 3 (рис. 1.11,6) из прорезиненного асбестового шнура, уложенную в паз перегородки 2.

Рис. 1.11. Варианты уплотнения пространства между перегородкой и кожухом:

а – гибкой металлической пластиной; б – шнуром

В аппаратах типа У обеспечивается свободное температурное удлинение труб: каждая труба может расширяться независимо , от кожуха и соседних труб. Разность температур стенок труб по ходам в этих аппаратах не должна превышать 100 °С. В противном случае могут возникнуть опасные температурные напряжения в трубной решетке вследствие температурного скачка на линии стыка двух ее частей.

Преимущество конструкции аппарата типа У – возможность периодического извлечения трубного пучка для очистки наружной поверхности труб или полной замены пучка. Однако следует отметить, что наружная поверхность труб в этих аппаратах неудобна для механической очистки.

Поскольку механическая очистка внутренней поверхности труб в аппаратах типа У практически невозможна, в трубное пространство таких аппаратов следует направлять среду, не образующую отложений, которые требуют механической очистки.

Внутреннюю поверхность труб в этих аппаратах очищают водой, водяным паром, горячими нефтепродуктами или химическими реагентами. Иногда используют гидромеханический способ (подача в трубное пространство потока жидкости, содержащей абразивный материал, твердые шары и др.).

Крепление фланца 4 распределительной камеры к фланцу 1 кожуха аппарата показано на рис. 1.12. Специальная шпилька 3 с коническим стопорным выступом позволяет снимать распределительную камеру без нарушения соединения трубной, решетки 2 с кожухом.

Рис 1.12. Способ крепления распределительной камеры к кожуху теплообменника

Один из наиболее распространенных дефектов кожухотрубчатого теплообменника типа У – нарушение герметичности узла соединения труб с трубной решеткой из-за весьма значительных изгибающих напряжений, возникающих от массы труб и протекающей в них среды. В связи с этим теплообменные аппараты типа У диаметром от 800 мм и более для удобства монтажа и уменьшения изгибающих напряжений в трубном пучке снабжают роликовыми опорами.

К недостаткам теплообменных аппаратов типа У следует отнести относительно плохое заполнение кожуха трубами из-за ограничений, обусловленных изгибом труб.
Обычно U-образные трубы изготовляют гибкой труб в холодном или нагретом состоянии. Для исключения сплющивания и значительного утонения стенки на растянутой стороне стальной трубы радиус изгиба принимают R ≥ 4dт , где dт – наружный диаметр трубы.
К существенным недостаткам аппаратов типа У следует отнести невозможность замены труб (за исключением крайних труб) при выходе их из строя, а также сложность размещения труб, особенно при большом их числе.
Из-за указанных недостатков теплообменные аппараты этого типа не нашли широкого применения.

Технология ремонта и модернизации АВО и кожухотрубных ТОА при помощи металлических трубных вставок

Автор: А.В. Седельников (АО «НОРДВЕГ»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №1/2017

Обычно большинство повреждений в трубах теплообменников, используемых на промышленных предприятиях, происходит на первом (150 мм) участке трубного пучка. Повреждения труб проявляются в виде утонения трубы, образования канавок, точечной коррозии, трещин, что в конечном итоге может привести к утечке и сбою в работе трубного пучка (рис. 1).

Рис. 1. Коррозионные повреждения труб теплообменников: а – на внешней поверхности; б – на концевых участках; в – щелевая коррозия

В прошлом эту весьма локализованную проблему было принято решать путем полной замены труб, даже несмотря на то, что более 95% длины трубного пучка оставалось неповрежденным. В некоторых случаях пучок могли «спасти», укоротив теплообменник, но при этом уменьшалась площадь теплопередающей поверхности.

Читайте также  Рынок по ремонту запорной арматуры

Любое из этих радикальных решений является дорогостоящим и требующим слишком много времени.

В середине 1970-х годов была разработана новая технология ремонта труб теплообменников, в которой используются развальцованные металлические дублеры трубок (щиты). Этот универсальный способ восстановления «по месту» (in-situ) был успешно применен и в случае разрушения труб по всей их длине путем установки вставок (дублеров) на всю длину поврежденных труб.

Обычные механизмы разрушения труб теплообменников

Эрозия конца впускной трубы распространена в охладителях из сплавов углеродистой стали и меди, технологических теплообменниках и трубках конденсаторов и обусловлена кинетической силой жидкости (или газа), особенно, если она содержит абразивные примеси.

На входах в теплообменные трубы изменения направления потока среды и образующиеся пузырьки воздуха создают сильную турбулентность, приводя к повреждению защитных пассивных пленок на внутренних поверхностях трубок. Через 150 мм длины трубок турбулентный поток становится ламинарным, и агрессивное воздействие среды резко уменьшается. Другие факторы, способствующие сильной турбулентности, – неправильная форма распределительной камеры (канала) и подающей трубы.

Если в среде содержатся коррозионные составляющие, то негативных последствий для теплообменных трубок может быть значительно больше. Это так называемое явление эрозия–коррозия. Совместный эффект от эрозии и химического воздействия среды значительно выше, чем от их воздействия по отдельности. Причиной эрозии–коррозии чаще всего являются коррозионноактивные технологические жидкости. Однако это явление также может вызвать и вода, например, когда теплообменные трубки подвергают воздействию охлаждающей воды с примесью сульфидов и/или аммиака.

Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) представляет собой другой распространенный вид разрушения трубок теплообменников. Его причиной является совместное действие напряжения при растяжении и коррозии. КРН часто происходит на участке развальцовки труб непосредственно за трубной решеткой, особенно при чрезмерной развальцовке. Наиболее часто встречающиеся формы – это аммиачное коррозионное растрескивание сплавов на основе меди, хлоридное КРН аустенитной коррозионно-стойкой стали и щелочное КРН углеродистой и легированной сталей.

Другие виды коррозии, которые встречаются на концах трубок и соединениях труба-трубная решетка, – это точечное воздействие и щелевая коррозия. Щелевая коррозия – опасная форма глубокого локального проникновения, которая наиболее часто встречается в аустенитной (Cr-Ni) коррозионно-стойкой стали, подверженной воздействию хлоридов.

Скорость как КРН, так и щелевой коррозии значительно увеличивается при повышении температуры.

Причиной разрушения на участках впускной трубной решетки и концов теплообменных трубок могут быть также механические факторы (например, неправильное развальцовывание трубы) и плохо выполненные сварные швы между трубой и трубной решеткой.

Тонкостенные металлические вставки для ремонта концов трубок (щиты)

Металлические тонкостенные вставки (щиты) были впервые применены в 1976 г. При этом способе восстановления происходят защита, восстановление и герметизация поврежденных концов труб. Щиты (рис. 2) изготовливаются по специальным размерам и сохраняют пластичность, необходимую для развальцовки.

Рис. 2. Щит CTI

Как и в случае с установкой труб в теплообменнике, важно выбрать нужный сплав для изготовления щитов в зависимости от материала трубы, функций теплообменника и механизма разрушения.

Вставки изготавливаются из медных сплавов (Cu-Ni и латунь), обычной коррозионно-стойкой стали (аустенитная, ферритная, мартенситная, двухфазная), сверхаустенитных коррозионно-стойких сталей (шесть молибденовых сплавов) и сплавов на основе никеля (Сплав 400, Сплав С-276). Это дает возможность выбрать необходимый сплав для защиты от специфических механизмов разрушений, например, хлоридной точечной коррозии, КРН, образования канавок под действием аммиака и др.

Процесс установки выполняют «по месту», начиная с чистки внутреннего диаметра трубы проволочной щеткой для герметичного уплотнения. После продувки труб сжатым воздухом измеряют внутренний диаметр трубы для определения требований к развальцовке. Затем щиты вставляют в каждый конец трубы. Внешний конец щита развальцовывают с ограничением крутящего момента, используя обычный инструмент для развальцовки труб, в то время как внутренний участок щита развальцовывается с использованием механического ограничителя, таким образом, уменьшается вероятность чрезмерного развальцовывания. Последним шагом является развальцовка конца щита таким образом, чтобы он соответствовал профилю трубной решетки.

Щиты устанавливались в установки высокого давления (30 МПа) и высокой температуры (300°С). В некоторых случаях щиты могли соединять полностью разъединенные трубы. Восстановление труб посредством развальцованных металлических щитов представляет собой экономически целесообразный способ ремонта.

Благодаря тонкостенной конструкции и возможности гидравлического расширения щитов, площадь проходного сечения теплообменных трубок уменьшается незначительно.

Трубные вставки (дублеры) на полную длину труб

Успешное применение щитов для устранения разрушений конца трубок обусловило разработку аналогичной технологии ремонта, позволяющей восстанавливать трубы с разрушениями по всей длине. Такой ремонт предполагает установку вставки (лайнер), равной длине всей трубы, и ее последующее гидравлическое расширение для обеспечения контакта металл–металл.

Вследствие точечной коррозии на внутренней поверхности и образования канавок на внешней поверхности, уменьшения толщины стенки по всей длине теплообменных трубок и повреждениям в результате ударной коррозии в трубном пучке появляются утечки. В таких случаях, как правило, на поврежденные трубы устанавливаются заглушки. При этом теплообменные трубки выводятся из эксплуатации.

По мере износа теплообменника с течением времени и увеличением числа труб с установленными заглушками начинает снижаться эффективность установки и увеличиваться расход жидкости. Если заглушено более 10% труб, то необходима полная замена трубного пучка теплообменного аппарата.

В подобных случаях привлекательной альтернативой становится установка вставок на всю длину трубок. Благодаря регулярному восстановлению заглушенных труб можно обеспечить дополнительный срок эксплуатации теплообменника в течение многих лет.

Рис. 3. Вставка (лайнер) на всю длину труб

Процесс установки трубных вставок (лайнеров) начинается с удаления заглушек и тщательной очистки трубок (гидравлической, гидромеханической, применением различных щеток и скребков из металла и нейлона). Далее в штатные теплообменные трубки устанавливают лайнеры (рис. 3, 4) с некоторым припуском по длине, позволяющим использовать специальные насадки для подачи воды и стравливания воздуха.

Рис. 4. Установка вставок в аппарат воздушного охлаждения с оребренными
трубками

Следующий этап – гидравлическое расширение лайнеров (рис. 5). При подаче внутрь лайнеров воды под высоким давлением (15…75 МПа) происходит увеличение их размеров (по диаметру на всей длине) до соприкосновения со штатными трубками.

Рис. 5. Гидравлическое расширение вставок

Гидравлическое расширение прекращается только после полного соприкосновения стенок лайнеров со стенками штатных трубок с необходимым натягом. Несмотря на высокое давление, создаваемое внутри лайнеров, технология гидравлического расширения практически исключает риск повреждения штатных трубок. Далее лайнеры подрезают, фрезеруют и развальцовывают в соответствии с ТУ.

Признанные непригодными предварительно заглушенные трубы возвращаются в эксплуатацию.

Тонкостенные металлические вставки эффективно используются на протяжении более чем 35 лет для восстановления вышедших из строя труб и возращения в эксплуатацию трубок теплообменников во всем мире.

Благодаря широкому спектру сплавов, пригодных для изготовления трубных вставок, при помощи этого недорогого способа можно продлевать срок эксплуатации теплообменников в коррозионной среде и в условиях высокой температуры и давления.

В настоящее время зачастую в проект новых теплообменников также входит методика по установке щитов и вставок полной длины.

В России этот метод успешно применяется с 2010 г. на предприятиях энергетического и нефтеперерабатывающего комплекса.

СБОРКА ТРУБЧАТОЙ ТЕПЛООБМЕННОЙ АППАРАТУРЫ

К трубчатым аппаратам относятся различные конструкции теп­лообменников. Теплообменную аппаратуру широко применяют в установках по переработке химических продуктов: в трубча­тых нефтяных печах, реакторах, ректификационных и абсорбцион­ных установках, гиперсорберах, выпарных и кристаллизационных аппаратах.

По конструктивным признакам все трубчатые аппараты можно разделить на четыре основных группы:

а) кожухотрубные теплообменники;

б) теплообменники со змеевиками;

в) витые теплообменники;

г) блочные теплообменники и реакторы.

Основной частью трубчатых теплообменников является трубчатка, состоящая из пучка труб, ограниченного трубными решетками или коллекторами. Остальные детали и узлы теплообменников — обе­чайки, днища, крышки, фланцы, штуцеры и т. п. — конструктивно ничем не отличаются от деталей аппаратов емкостного типа и в боль­шинстве случаев могут быть подобраны по нормалям.

Трубы, применяемые для изготовления трубчаток, а также для элементов трубопроводов, предназначенных для соединения отдельных аппаратов между собой, изготовляют как из металлических, так и из неметаллических материалов. Все металлические трубы по способу изготовления делятся на две основные группы:

Читайте также  Утяжеленная бурильная труба соединение

а) трубы со швом (сварные), изготовляемые из горячекатаных
полос или лент путем их свертывания и соединения в стык или внахлестку с последующим образованием сварного шва;

б) бесшовные трубы, изготовляемые из заготовки круглого сече­ния с предварительной прошивкой отверстия по оси заготовки. Из полученной гильзы протягиванием образовывают цельнокатаные или цельнотянутые трубы.

Для аппаратов, работающих под давлением, как правило, при­меняют бесшовные трубы.

Способы изготовления стальных труб, их размеры, допустимость отклонений и другие параметры указаны в ГОСТе 9567-60.

Кроме стальных труб, в химическом аппаратостроении широко используют медные, латунные и алюминиевые трубы, обладающие хорошей теплопроводностью, а также трубы из графита, пропитан­ного уплотняющим веществом. Ценность графита состоит в его исклю­чительно высокой теплопроводности и химической стойкости.

Перед сборкой графитовые трубы необходимо пропитывать формальдегидной смолой, обладающей способностью при про­греве до 40° С заполнять поры. После пропитывания графитовые трубы подвергают термической обработке, при которой смола, попавшая в поры, отвердевает и делает графит непроницаемым.

На основе графита выпускают специальный материал АТМ-1(антифрикционный теплопроводный материал).

Изготовление кожухотрубных теплообменников.Наибольшее рас­пространение в промышленности получили теплообменные аппараты с трубчатками, изготовленными из прямых труб, так называемые кожухотрубные теп­лообменники (фиг. 154).

Кожухотрубные теплообменники могут быть одноходовыми и многоходовыми. Они могут быть установлены как в вертикаль­ном, так и в горизонтальном положении.

По нормалям НИИХИММАШа устано- влено 12 диаметров кожухотрубных annaратов и 12 длин труб для них. Для теп­лообменников, изготовляемых из углеро­дистой или кислотостойкой стали, реко­мендуется использовать трубы, имеющие наружный диаметр 25, 38 и

57 мм,. Узкая номенклатура труб позволяет значительно уменьшить складские запасы и ограни­чить количество необходимого инструмента для их обработки.

Фиг. 154. Конструктивная схема кожухотрубного тепло­обменника: / — крышка; 2 — верхняя ре­ шетка; 3 — трубки; 4 —кожух; 5 — штуцера; 6 — нижняя решетка; 7 — фланец; 8 — шту­цер.

Очень важную роль играет также нор­мализация трубных решеток. Отверстия на решетках размещают либо по пери­метрам правильных шестиугольников, либо по концентрическим окружностям. Рас­стояние между осями труб (шаг) прини­мают равным 1,25—1,3 наружного диаметра трубы. Ограниченная номенклатура труб позволяет нормализовать размер шага, что в свою очередь дает возможность приме­нять для сверления трубных решеток уни­версальные кондукторы. В тех случаях, когда разность между температурой нагре­вания кожуха и пучка труб превышает 50° С, необходимо учитывать появление температурных деформаций. Для предот­вращения чрезмерных напряжений в конструкциях устанавливают линзовые компенсаторы или так называемые «плавающие головки» с сальником на корпусе или на штуцере.

Сборка трубчаток.Наиболее трудоемкой операцией при изготов­лении кожухотрубных теплообменников является сборка трубчаток. Сборку, как правило, производят в специальных приспособлениях (фиг. 155), которые строго фиксируют положение трубных решеток. Если трубчатка состоит из большого числа труб, во время сборки приспособление устанавливают вертикально, при малом числе труб — горизонтально. При вертикальном положении трубчатки соосность противолежащих отверстий в трубных решетках проверяют отвесом. Под нижнюю решетку на расстоянии, равном длине выступающих из решетки концов труб, подкладывают плоскую плиту. Этим обеспе­чивают ровное расположение труб над поверхностью нижней решетки. Набор трубок ведут от центра к периферии.

В тех случаях, когда конструкция теплообменника предусматри­вает соединение трубных решеток с кожухом до установки трубок,

Фиг. 155. Приспособление для сборки трубчатки кожухотрубного теплообмен­ника.

сборка усложняется вследствие ввода трубок во вторую решетку из внутренней полости аппарата. Набор трубок таких теплообмен­ников производят в горизонтальном положении с применением пред­варительно установленных шомполов (фиг. 156).

Для правильного распределения длинных, тонких труб между трубными решетками устанавливают поперечные перегородки. Уста­новку поперечных перегородок производят до набора трубок.

Вместо перегородок могут быть использованы кольцевые про­кладки (фиг. 157), которые устанавливают и крепят на трубках по концентрическим окружностям по мере набора трубчаток.

Трубы в трубных решетках крепят развальцовкой, сваркой или пайкой.

Крепление труб в трубных решетках развальцовкой. Развальцов­кой называют процесс крепления труб в отверстиях трубных реше­ток за счет пластических деформаций стенок, возникающих в резуль­тате давления, создаваемого со стороны внутренней поверхности труб.

Технологический процесс развальцовки состоит из подготовки труб и отверстий решеток под развальцовку, установки труб и их крепления в решетках.

Концы труб, предназначенных для развальцовки, подвергают отжигу, обрезают с торца, снимают заусенцы и зачищают внешнюю поверхность до металлического блеска на длине, равной 2—2,5 толщинам трубной решетки. Обрезку и зачистку целесообразнее всего проводить на токарных или револьверных станках. Для обдирки поверхностей применяют простое приспособление (фиг. 158), позво­ляющее быстро и безопасно очищать концы труб во время их вращения.

Фиг. 158. Приспособление для зачистки концов труб / — ручки; 2 — шлифовальный полукруг, 3 — ремень.

Очень важным условием для качественной разваль­цовки является правильный выбор размеров отверстий в трубных решетках. При назначении диаметра отвер­стий исходят из необходи­мости создания между трубой и стенкой отверстия зазора,

обеспечивающего свободную установку труб. Однако максимальный допустимый зазор (исходя из прочности и плотности соединения) должен быть равен для труб

Æ 25 мм 0,8 мм;

Æ 38 мм 0,9 мм;

Æ 57 мм 1 мм.

Фиг 159. Соединения на развальцовке а — в аппаратах низкого давления; б — в аппаратах высокого давления.

Трубные решетки могут иметь либо глад­кие отверстия, либо отверстия с кольцевыми канавками (фиг. 159). Кольцевые канавки

улучшают герметич­ность и прочность сое­динения.

Развальцовку труб производят специальным инструментом —вальцовкой. Вальцовка (фиг. 160) представляет собой корпус-

обойму 1, в которую вставляют конические ролики 3. Внутрь обоймы вводят конус 4. Для ограничения хода на обойму надевают упор­ные шайбы 2.

Принцип действия вальцовок состоит в том, что конусу придают медленное поступательное движение в глубь трубы, при этом он раздвигает ролики. Одновременно с продольной подачей конусу

Фиг. 161. Бортовочная вальцовка. / — трубка, 2 — конус, 3 — обойма; 4 — ролики для развальцовки; 5 — ролик для бортовки; 6 — кольцо; 7 — упор­ная шайба, 8 — винт

сообщают вращательное движение, которое благодаря трению пере­дается на ролики. Ролики в свою очередь в процессе обкатки давят на трубу, расширяют ее и прижимают к стенке отверстий. Рабочую длину роликов рассчитывают исходя из длины выступающего конца трубы и толщины трубной решетки. Кроме того, предусматривают развальцовку небольшого участка (до 5 мм) в сторону внутренней части трубчатки.

В некоторых случаях крепление на развальцовке дополняют разбор­товкой. Такое соединение осущест­вляют специальными бортовочными вальцовками (фиг. 161), имеющими дополнительную группу роликов.

Развальцовка может быть ручной или машинной. При механизирован­ной развальцовке применяют пере­носные пневматические или электри­ческие машинки с реверсивным ходом. Наиболее производительными явля­ются машинные вальцовки с инди­видуальным электроприводом. На фиг. 162 показана одна из конструк­ций машинных вальцовок (предло­жение инж. Козуля И. Г., Уралхиммаш).

При машинной развальцовке реко­мендуется применять самоподающие вальцовки, отличающиеся от обыч­ных тем, что у них оси роликов сме­щены на 3—4° относительно цент­ральной оси конуса (фиг. 163).

При вращении конуса ролики самоподающей вальцовки втяги­вают конус в глубь отверстия при одновременном увеличении соб­ственного диаметра вращения.

Развальцовка труб должна заканчиваться при достижении задан­ной степени развальцовки.

Степень развальцовки ∆ рассчитывается по формуле

где d ` вн — внутренний диаметр трубы после развальцовки;

dвн — внутренний диаметр трубы до развальцовки;

d — наружный диаметр трубы до развальцовки;

d —диаметр отверстия в трубной решете.

Практически степень развальцовки должна быть равной 0,7— 1,6%.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.018 с) .

Модернизация подогревателей — улучшение технических показателей

Директор по тех. политике Валиулин С.Н.
Главный конструктор Бурдастов Н.Н.

Пароводяные подогреватели серии ПП по ГОСТ 28679 и ОСТ 108.271.165-76 теплоснабжения можно встретить в каждой паровой котельной. Широкое распространение пароводяные подогреватели получили вследствие дешевизны, простоты, малой требовательности к качеству нагреваемой воды.

Благодаря большому внутреннему объему и свободной компоновке трубного пучка эти теплообменники прощают некоторые ошибки проектировщиков. Например, они достаточно успешно могут эксплуатироваться без регуляторов уровня.

В то же время ряд конструктивных особенностей, оправданных во времена разработки этих аппаратов, и определяющих существенные недостатки подогревателя пароводяного ПП, на наш взгляд, должны быть критически проанализированы.

    1. ОСТ 108.271.165-76 предусматривает в подогревателях ПП применение трубной системы с трубками ДКРХМ 16×1 ЛО70-1 ГОСТ 21646-76, либо Л-68 ГОСТ 21646-76 и ГОСТ 494-76.
Читайте также  Ручная резка труб большого диаметра

При этом трубные решетки изготавливаются из углеродистых сталей по правилам ПБ03-576-03. С точки зрения технологичности и надежности вальцованных соединений в момент приемочных испытаний эти конструкции удовлетворительны.

Однако во время эксплуатации разнородные металлы в месте вальцовки в присутствии воды, являющейся электролитом, образуют электрохимические коррозионные пары. Результатом этого является разрушение материала трубок, называемое обесцинкиванием или коррозионным растрескиванием. Поврежденные трубки не поддаются ремонту. Попытки подвальцовки дают кратковременный результат или оказываются бесполезными.

Скорость коррозионного разрушения концов трубок сильно зависит от качества подготовки воды. Так деаэрированная и химподготовленная вода обеспечивает ресурс вальцованных соединений 12…15 лет. Однако сетевая вода, в соответствии с очень не жесткими требованиями Сан-ПиН 2.1.4.559 96 проходит слабую химподготовку, либо не проходит ее вообще. В результате срок жизни трубок может составить 5…7 лет.

Данный эффект распространяется не только на вальцованные соединения трубок. Мы встречали примеры электрокоррозионного разрушения трубок в местах контакта со стальными трубными перегородками и узлами крепления пароотбойников.

    1. Важными элементами, обеспечивающими безаварийную работу подогревателя ПП, являются паро-влагоотбойные перфорированные листы, установленные над теплообменными трубками в местах подвода пара. В системах теплоснабжения ПП по ОСТ 108.271.165-76 и ГОСТ 28679 паро-влагоотбойные листы крепятся непосредственно к теплообменным трубкам с помощью прижимных пластинок и болтового соединения. При этом
      • ударная и вибрационная нагрузка, воспринимаемая паро-влагоотбойниками, передается на теплообменные трубки, которые на это не рассчитаны. В известных методах расчета пароводяных бойлеров вообще нет раздела учета нагрузки от ударновибрационной нагрузки, передаваемой с паро-влагоотбойников.
      • крепление с помощью прижимных пластин не обеспечивает надежной фиксации паро-влагоотбойников. По мере эксплуатации эти элементы смещаются со своего штатного места, оставляя беззащитными трубки теплообменников.

Практика показывает, что это конструктивное решение является не удачным. В результате трубки при подаче влажного пара не выдерживают нагрузки и ломаются, теряют плотность и прочность вальцованные соединения.

    1. Трубные пучки по ОСТ 108.271.165-76 и ГОСТ 28679 имеют всего по две полуперегородки. Безопорные участки теплообменных труб при этом составляют 1,0…2,0 метра.

Практика показывает, что жесткости таких безопорных участков недостаточно. Трубки имеют очень низкую собственную частоту колебаний. В результате трубки при вибрационных нагрузках и гидроударах ломаются, теряют плотность крепления, провисают. Ситуация эта часто усугубляется тем, что перегородки из-за ненадежного зажимного крепления часто смещаются, оставляя безопорными участки более 2,0 метров.

  1. Провисание трубок опасно не только тем, что при этом формируются недопустимые напряжения трубок в местах вальцовки, но и тем обстоятельством, что при механической очистке трубок твердыми шарошками или сверлами возможны сквозные повреждения трубок.
  2. Передние трубные решетки трубных пучков по ОСТ 108.271.165-76 и ГОСТ 28679 не имеют центрирующих элементов кроме неглубоких проточек под прокладки по периферии. В результате затруднен монтаж пучков в корпусах, а при демонтаже пучков легкое осевое смещение приводит к падению пучка внутри корпуса и удару трубок о корпус, что часто сопровождается их повреждением.

На основе данного критического анализа нами предложен вариант модернизации трубных пучков ПП в соответствии с вновь разработанным ТУ 4933-007-58660970-2009.

Модернизированные пароводяные пучки имеют посадочные и присоединительные размеры по ОСТ 108.271.165-76 и ГОСТ 28679. Теплогидравлические характеристики базовых вариантов модернизированных пучков так же соответствуют указанным нормативным документам.

Пароводяные ПП

В конструкцию пучков внесены следующие изменения:

1. Для базового варианта трубных пучков в качестве материала для труб, трубных решеток и других конструктивных элементов применена коррозионностойкая сталь 12Х18Н10Т (AISI 321).

Это позволило исключить электрохимическую коррозию в элементах новых пучков, увеличить их прочность на 25 %, уменьшить скорость образования накипных отложений. Расчетный ресурс новых трубных пучков составляет 25 лет. Опыт эксплуатации новых трубных пучков в течение 7 лет подтверждает расчетную динамику изменения прочностных, структурных и других изменений, заложенных в расчет при оценке ресурса.

2. Для защиты трубок трубного пучка от динамического воздействия влажного пара в районе подводящего парового патрубка над трубками установлен перфорированный лист из стали 12Х18Н10Т толщиной 3 мм.

(Рис.1) Лист закреплен методом сварки непосредственно на передней трубной решетке.

Опыт эксплуатации показал чрезвычайную эффективность такой защиты. Так годичная эксплуатация модернизированного пучка ПП1-6-1,0-II-и при подаче в подогреватель пароводяной скоростного потока пароводяной смеси со степенью сухости х=0,4…0,7 показала 100% сохранность трубок, их плотности и прочности несмотря на очень мощное динамическое воздействие, о чем при осмотре говорил пяти-миллиметровый прогиб защитного листа.

3. Для увеличения жесткости трубного пучка и повышения частоты собственных колебаний трубок в модернизированном пучке установлены четыре полуперегородки из нержавеющей стали толщиной 3 мм.(Рис.1)

В результате, с учетом замены материала увеличена поперечная жесткость трубок, и амплитуды колебаний от различных динамических нагрузок уменьшены в 4 раза.

Для обеспечения надежности и прочности крепление перегородок выполнено при помощи дополнительно установленных технологических трубок методом сварки. Провисание либо искривление трубок после 7 лет эксплуатации не зафиксировано.

4. Для удобства центрирования трубного пучка в корпусе, а также безопасного демонтажа на передней трубной решетке установлены центрирующие кронштейны-опоры и центрирующая шпилька. (Рис.2)

С целью удобства монтажа и демонтажа трубного пучка, исключения «закусывания» трубного пучка в корпусе и повреждения перегородок, в нижней части трубного пучка установлена опора скольжения. (Рис.3)

Рис. 1. 1 — Доска трубная неподвижная, 2 — Доска трубная подвижная, 3 — Перегородка, 4 — Трубка теплообменная, 5 — Отбойник.

5. Предусмотрены два варианта исполнения теплообменных труб: с гладкой поверхностью и профилированные кольцевыми плавноочерченными выступами.

Профилированные теплообменные трубы обеспечивают при эксплуатации в 1,5…2.0 раза замедленный темп образования слоя загрязняющих отложений и увеличенный на 20…25% коэффициент теплопередачи, что соответственно гарантирует увеличенную и стабильную теплопроизводительность подогревателя ПП ТУ 4933-007-58960970-2009 в течение отопительного периода.

6. Для удаления накипных и иных отложений с поверхности теплообменных труб используются следующие виды очистки:

  • химочистка
  • механическая очистка щетками-шарошками
  • механическая очистка высверливанием

Химочистка подогревателя пароводяного производится растворами кислот, коррозийно безопасных по отношению к аустенитным нержавеющим сталям, например, растворам азотной кислоты. Основные требования к техпроцессу химической очистки приведены в руководстве по эксплуатации подогревателя ПП по ТУ 4933-007-58960970-2009.

Очистка щетками-шарошками производится в случаях значительного загрязнения внутренней поверхности трубок отложениями средней твердости.

Щетки-шарошки (Рис. 4) опционально поставляются ООО «Гидротермаль». Для удобства работы щетками-шарошками они при помощи резьбового соединения крепятся к шомполу длиной 2…3 м. Шомпол с шарошкой приводится во вращение ручной электродрелью со скоростью 600…1200 об/мин. Стойкость шарошек и эффективность очистки выше при подаче в очищаемую трубку небольшого количества воды.

Механическая очистка высверливанием применяется в случаях с очень значительным загрязнением трубок теплообменника твердыми отложениями. Отметим, что для подогревателя эта ситуация не редкость и связана она с высокой температурой пара, которая инициирует накипеообразование с участием солей сильных кислот, отличающихся высокой твердостью и химической стойкостью.

Высверливание целесообразно производить сверлами диаметром 13,0…13,5 мм с закругленными краями режущих кромок (Рис. 5). Хвостовик сверла целесообразно проточить на диаметр 8…9 мм и методом сварки или пайки медьсодержащими сплавами (КМЦ 3-1; МНЖКТ 5-1-0,2-0,2; и др.) соединить с шомполом диаметром 6…9мм.

Трубки ПП по ТУ 4933-007-58960970-2009 в течение всего срока эксплуатации сохраняют прямолинейность, а металл трубок высокую твердость. В связи с этим поверхность трубок при высверливании не повреждается в отличие от стандартных аппаратов по ГОСТ 28679 и ост 108.271.165-76.

Таким образом, модернизационные мероприятия позволили значительно улучшить большинство важных эксплуатационных показателей известных ПП, в т.ч.

  • ресурс увеличен в 1,5…2,0 раза
  • теплопроизводительность увеличена на 20…25%
  • ремонтно-эксплуатационные затраты уменьшены в 1,5…2,0 раза.


Рис. 4


Рис. 5

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: