Трубные доски теплообменников что это
Изготовление трубных досок
Применение теплообменников является обязательным в большинстве отраслей промышленности – металлургии, нефтепереработке, химической, нефтегазовой и сельском хозяйстве. Теплообменный аппарат (теплообменник) выполняет функцию изменения температурного режима жидкой и газообразной среды. Обязательным элементом их считается трубный пучок, в котором происходит тепловое излучение, конвекция и передача тепла. Для кожухотрубчатых теплообменников особенно важна теплоотдача в сочетании с конвекцией. От того, насколько правильно спроектирован и собран пучок, зависит эффективность работы теплообменного оборудования. В современных теплообменников различного типа находят применение трубные решетки – перегородки, при помощи которых происходит отделение трубного пространства от межтрубного. Применяются они для закрепления блоков и трубок.
Трубная доска как обязательный элемент теплообменных систем
Трубная доска теплообменника считается составляющей первичной стороны и является ключевым элементом теплообменного оборудования кожухотрубчатой конструкции. Трубная доска – это основа для закрепления труб теплообменной оснастки и при этом она выступает каркасом для трубных систем.
Если обратиться к гост на трубные доски, то это составляющая оборудования, которое пронизано определенным количеством отверстий заданного диаметра. При производстве подобных деталей трубопроводов применяется сталь марок 20, 09Г2С, 20Х13 и аналогичные им стали, полный список которых можно найти в соответствующем ГОСТ.
Специфика производства трубных досок
Изготовление трубных досок производится на высокотехнологичном оборудовании с ЧПУ, благодаря чему можно получить заданный позиционный допуск размещения отверстий и их качественные показатели. Технология изготовления трубных досок требует применения оборудования высокой точности, так как подобные доски являются специфическими и дорогостоящими составляющими теплообменных систем. Основная причина такой дороговизны – применение высокотехнологичного оборудования:
Процесс высокоточной сварки относится к особо трудоемким, так как необходимо обеспечить максимальную точность каждого отверстия, подвергаемого последующей дополнительной обработке. Доска трубная, производство которой может быть обеспечено только на специализированных предприятиях, где используется сварка труб в трубную доску (применяется орбитальная сварка с одновременным развальцовыванием – она изготавливается на сварочных станках специального назначения).
Где можно заказать трубные доски и решетки
Для соблюдения требований действующих ГОСТ во время изготовления подобного специфического оборудования, имеет смысл обратиться на Колпинский Металлообрабатывающий Завод, где можно заказать изготовление трубных досок по чертежам и заданным размерам.
Сопутствующие услуги
Есть вопросы или предложения?
Напишите нам прямо сейчас! Ответим на все вопросы!
Что такое трубные доски
Производственная сфера постоянно развивается.
Появляется много нового оборудования, а старая продукция улучшается. Самым популярным материалом на рынке является металл. Из него производят огромное количество продукции разного назначения, которую так или иначе используют во всех сферах. Именно из прочной стали производят и трубные доски.
Особенности металлических изделий
Трубные доски представляют собой изделия, которые имеют узкую направленность. Применяют их в основном в промышленности. Это устройство является одним из основных элементов кожухотрубчатого теплообменника. Приобрести трубные доски по выгодным ценам можно на сайте https://ural-zko.ru/product/teploobmennoe-i-kotelnoe-oborudovanie/poverkhnosti-nagreva-kotlov-trubchatye-zmeeviki-pechey-podogreva-nefti/trubnye-doski/.
Данный элемент является своеобразным каркасом. Это приспособление нужно для того, чтобы вставить в него теплообменные трубы. Это своеобразный каркас для трубной системы. Размер такого изделия достаточно внушительный, поэтому доска из металлов будет стоить дорого.
В обычном магазине такой продукции не приобрести, её можно либо заказать в интернете, либо купить непосредственно через производителя. Для изготовления нужно использовать только определенным качественные сплавы. Производят трубчатые доски согласно нормам ГОСТ.
Подобная доска представляет собой большое цилиндрическое устройство, которое пронизано больших количеством крупных отверстий. Обрабатывают такое изделие с помощью специального станка, которые работают на основе программного обеспечения. Производство таких металлических изделий достаточно затратное, и этот фактор сказывается на их стоимости.
Трубные доски могут изготавливать из следующих материалов:
Процесс производства занимает много времени. Большую заготовку нужно обработать, сделать большое количество ровных отверстий, обработать их на стойках. Весь этот процесс должен проводиться только качественным оборудованием и профессиональными рабочими.
Трубная решетка для горизонтальных и вертикальных теплообменников
Производим трубные решетки для теплообменников
В теплообменнике трубная решетка обеспечивает герметичность рабочих сред относительно друг друга, и является несущей конструкцией для пучка труб. Изготавливается трубная доска из углеродистой, низколегированной, нержавеющей стали ферритного и аустенитного класса со специальными свойствами.
Решетки предназначены для труб диаметром 16 мм, 20 мм, 25 мм, 38 мм и 57 мм пяти классов точности размера наружной поверхности. Сквозные отверстия в решетке высверливаются по схеме квадрата или равностороннего треугольника, приведенной в ГОСТ 13202, ГОСТ 9929. Общее количество и число отверстий в секторах решетки трубной так же указано в этом стандарте.
Толщина трубной решетки вычисляется по отраслевым документам РД в зависимости от температурного диапазона, степени агрессивности сред, материала, рабочего, опрессовочного и пробного давления.
Назначение
Фактически трубная доска теплообменника является простейшим коллектором. Она отделяет камеру с хладагентом или теплоносителем от рабочей среды, которую необходимо остудить либо нагреть, соответственно. Поэтому трубная решетка используется для решения нескольких задач:
При этом трубы трубной решетки могут к ней привариваться с развальцовкой с противоположной стороны или развальцовываться на ней без сварки. С одной стороны аппарата всегда стоит неподвижная трубная решетка. На противоположном конце пучка трубок вторая трубная доска может крепиться сваркой наглухо, либо устанавливается подвижно для компенсации осевого сдвига из-за теплового расширения металлов.
Область применения
Поскольку трубная решетка теплообменника является неотъемлемой частью кожухотрубного аппарата, то используется в следующих отраслях промышленности:
Изготавливается трубная доска котла из жаростойких, криогенных, жаропрочных, хладостойких, коррозионно-стойких, низколегированных и углеродистых сталей.
Особенности конструкции
Согласно своему назначению трубная решетка теплообменного аппарата имеет вид круглой пластины с рядами сквозных отверстий внутри нее. Типовые трубные доски конденсаторов обладают следующими характеристиками:
Трубная доска теплообменника
Владельцы патента RU 2567489:
Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности.
Известен способ герметизации теплообменных труб в трубной доске посредством эластичных элементов, но требующий наличия стяжных элементов на поверхности трубной доски и исключающий плотное взаимное расположение теплообменных труб, что увеличивает массу и габариты теплообменника (авторские свидетельства СССР №№1749683 F28F 9/02, 1302130 F28F 11/00, 463852 F28F 9/02).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является трубная доска теплообменника, в которой теплообменные трубы уплотняются в трубной доске эластичными элементами, но для герметизации зазоров требуется приложение большого усилия сжатия плит трубной доски посредством стяжных элементов, расположенных среди отверстий для укладки теплообменных труб в трубной доске (А.С. СССР №463852, F28F 9/02).
В ближайшем аналоге трубная доска содержит внутренние и внешние плиты с отверстиями, соосными между собой, под укладку теплообменных труб и стяжные элементы.
Внутренняя плита является фланцем кожуха межтрубной среды. Внешняя плита является прижимным элементом для передачи усилия от стяжных болтов на эластичную прокладку. Между плитами заложен эластичный элемент в виде пластины с отверстиями, одновременно охватывающей проходящие сквозь нее теплообменные трубы и стяжные элементы. При сжатии плит, эластичный элемент, деформируясь, герметизирует зазоры между поверхностями теплообменных труб, поверхностями трубных досок и стяжных элементов.
Недостаток предлагаемого в аналоге уплотнения теплообменных труб в трубной доске заключается в приложении больших усилий к плитам трубной доски для деформации эластичного элемента и требует применения стяжных элементов, расположенных среди теплообменных труб, что требует изготавливать плиты увеличенной толщины для организации в них резьбовых отверстий и обеспечения их прочностных характеристик.
Недостаток описанной трубной доски заключается в наличии стяжных резьбовых элементов, расположенных между теплообменными трубами, что уменьшает их количество в полости кожуха, снижается плотность пучка теплообменных труб, что ведет к повышению общей массы и ограничивает область его применения.
Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение межосевых расстояний теплообменных труб, уменьшение усилий деформации уплотнительного материала для достижения герметичности в соединениях труб и трубной доски, уменьшение массы и габаритов.
Поставленная задача решается в трубной доске теплообменника, включающей плиту с отверстиями для укладки концов теплообменных труб и уплотнительные кольцевые элементы, согласно изобретению отверстия для укладки концов теплообменных труб распределены по углам и сторонам многоугольников, квадратов, треугольников, по концентрическим окружностям, либо в шахматном порядке, с заданным межосевым расстоянием, зависящим от диаметра теплообменных труб, их количества и диаметра их концов, а каждое отверстие трубной доски снабжено не менее чем одной концентрической расточкой под укладку уплотнительных кольцевых элементов, причем эти расточки распределены на разных высотах в параллельных плоскостях в теле плиты, а принадлежащие боковым поверхностям расточек вспомогательные касательные прямые, находящиеся на кратчайшем расстоянии от параллельных им вертикальных осей симметрии взаимно ближайших расточек, имеют возможность пересекать обращенные друг к другу основания этих расточек, кроме того, в отверстиях для укладки концов теплообменных труб имеют возможность размещаться трубы с редуцированными концами, а плита имеет возможность фиксироваться во фланце кожуха стопорным кольцом или фланцем трубной среды, притянутым к фланцу кожуха посредством болтов.
Частным случаем может быть трубная доска, выполненная из материала, химически инертного по отношению к теплообменным средам, или в которой поверхность трубной доски снабжена покрытием из материала, химически инертного по отношению к теплообменным средам, и уплотнительные кольцевые элементы выполнены из материла, химически инертного к теплообменным средам.
Расточки отверстий под укладку теплообменных труб имеют форму тела вращения, а горизонтальные оси расточек отверстий расположены в плоскостях, параллельных торцам доски.
Сущность изобретения: в конструкцию трубной доски введены отверстия для укладки концов теплообменных труб, которые снабжены минимум одной расточкой, а расточки выполнены в параллельных плоскостях в теле плиты. При этом расточки отверстий, лежащие в какой-либо параллельной плоскости, согласно схеме заполнения, распределены среди отверстий, имеющих расточки в других плоскостях.
Предлагаемая трубная доска обеспечивает следующие положительные эффекты:
— расточки отверстий для уплотнительных колец, находящиеся в параллельных плоскостях средней плиты, позволяют сократить расстояния между осями отверстий для теплообменных труб, за счет этого возможно сформировать плотный трубный пучок и разместить в кожухе большее количество теплообменных площадей;
— уменьшение массы и габаритов теплообменника достигается за счет более плотной компоновки теплообменных труб в сечении кожуха;
— возможность применения труб малого диаметра за счет отсутствия прочностных ограничений на толщину стенки отверстий трубной доски и снижения технологических трудностей для их фиксации в трубной доске.
— большое количество вариантов размещения теплообменных площадей в кожухах, выбранных из стандартных рядов труб, за счет сочетания большего количества схем заполнения отверстиями трубной доски и их различных межосевых расстояний.
Данные технические результаты достигаются за счет того, что отверстия средней плиты снабжены расточками, выполненными в параллельных плоскостях, в ее теле. Уплотнительные кольца из эластичного материала, нанизанные на концы теплообменных труб и уложенные в расточки, обеспечивают герметичность соединения трубной доски и теплообменных труб, концами уложенных в отверстия трубной доски, за счет перетекания материала уплотнительных колец по поверхностям расточек в зону зазора между наружными поверхностями труб и внутренними поверхностями отверстий в плите. Плита установлена в полость фланца кожуха через уплотнение, посредством уплотнительного кольца, уложенного в канавку на ее наружной цилиндрической поверхности и герметизирующее зазор между наружной поверхностью плиты и внутренней поверхностью выемки фланца кожуха. Расточки отверстий распределены в параллельных плоскостях в теле плиты так, что их боковые поверхности соседствуют с боковыми поверхностями отверстий. Таким образом, боковые поверхности расточек непосредственно соседствующих отверстий не пересекают друг друга и лежат в параллельных плоскостях. Кроме того, применение редуцированных (зауженных) концов теплообменных труб позволяет применять уплотнительные кольца меньших диаметров, соответствующих диаметрам редуцированных концов труб. Это позволяет еще сократить межосевые расстояния отверстий трубной плиты и тем самым повысить плотность компоновки трубного пучка.
К фланцу кожуха чрез прокладку притягивается ответный фланец трубной среды посредством болтовых соединений.
Анализ известных технических решений в данной области техники показывает, что предлагаемое устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, что соответствует условию патентоспособности «новизна», а использование их в заявленной совокупности дало возможность получить новый технический эффект.
Заявляемое решение может быть осуществлено с использованием известных технических средств на любом машиностроительном предприятии, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
В теплообменник устанавливается доска трубная, которая состоит из плиты 1. Теплообменные трубы 2 своими концами 3 уложены в отверстия 4 трубной доски. Плита 1 монтируется в ответную часть 5 фланца 6 кожуха 7. Плита на своей наружной цилиндрической поверхности имеет канавку 8 для укладки уплотнительного кольца 9, герметизирующего зазор между внутренней поверхностью ответной части 5 фланца 6 и наружной цилиндрической поверхностью плиты. В толще плиты согласно выбранной схеме заполнения, изображенной на фигурах 3, 4, выполнены концентрические расточки 10 отверстий 4 под укладку уплотнительных колец 11. Плита 1 фиксируется стопорным кольцом 12 установленным в кольцевой канавке 13 ответной части 5 фланца.
Расточки 10 отверстий 4, лежащие в какой-либо параллельной плоскости, согласно схеме заполнения, распределены среди отверстий 4, имеющих расточки 10 в других плоскостях.
При таком размещении расточек 10 в разных плоскостях их боковые поверхности граничат с боковыми поверхностями отверстий 4, а межосевое расстояние соседствующих отверстий трубной доски Мо2 складывается из радиуса первой расточки Rp1, толщины стенки С между расточкой и отверстием, радиуса второго отверстия R2 согласно фиг. 5. Вышеописанный способ размещения расточек в параллельных плоскостях обеспечивает уменьшение межосевых расстояний отверстий трубной доски. По сравнению со способом размещения расточек согласно фиг. 6, где боковые поверхности расточек граничат друг с другом, а межосевое расстояние Mo1 соседних отверстий трубной доски складывается из радиуса первой расточки Rp1, толщины стенки С между соседними расточками, и радиуса второй расточки Rp2.
Отверстия имеют всегда меньшие размеры своих диаметров в отношении к диаметру боковой поверхности их расточек. Распределенные в параллельных плоскостях в толще плиты расточки своими боковыми поверхностями соседствуют с боковыми поверхностями отверстий, обеспечивая уменьшение межосевых расстояний, по сравнению с тем, если бы расположить расточки всех отверстий в одной плоскости. Тем самым сокращаются расстояния между осями теплообменных труб и повышается плотность теплообменного пучка в целом.
Используя различные геометрические схемы размещения отверстий с расточками в разных параллельных плоскостях средней плиты, получают различные коэффициенты заполнения трубного пучка, что увеличивает количество вариантов размещения теплообменных площадей в поперечных сечениях кожухов, ограниченных диаметрами стандартного ряда труб.
Теплообменник работает следующим образом:
Трубная доска 1 через кольцевое уплотнение 9 устанавливается в цилиндрическую полость 5 фланца 6 кожуха 7. Трубная доска фиксируется посредством стопорного кольца 12, установленного в кольцевую канавку 13 фланца 6. В расточки 10 отверстий 4 плиты трубной доски закладываются уплотнительные кольца 11. Теплообменные трубы 2 своими редуцированными концами 3 вводятся в отверстия 4 плиты 1. При этом плотное расположение отверстий обеспечивается за счет того, что боковые поверхности расточек 10, показанных на фиг. 2, не пересекаются, взаимно не нарушают герметичность уплотнительных соединений между наружной поверхностью труб и поверхностью отверстий плиты, а также обеспечивают механическую прочность конструкции плиты. Однако на фиг. 8 спроецированные контуры их боковых поверхностей могут касаться друг друга либо взаимно пересекаться, обеспечивая уменьшение межосевых расстояний отверстий. При этом толщина стенок между соседствующими расточками, а также толщина стенок между расточками и соседствующими с ними отверстиями должна обеспечивать прочностные характеристики плиты.
Плита трубной доски герметизируется по наружной цилиндрической поверхности в полости 5 фланца 6 кожуха 7 посредством уплотнительного кольца 9 из эластичного материала, устанавливаемого в канавку 8 на цилиндрической поверхности плиты. Герметизация соединения между трубой и отверстием трубной доски возникает сразу после прохождения конца трубы сквозь уплотнительное кольцо. Материал кольца, перетекая по поверхностям трубы и отверстия, заполняет зазоры, тем самым герметизируя соединение. Причем усилия, созданные эластичной деформацией кольца и распределенные по поверхности расточки, очень малы. Это условие позволяет устанавливать малую толщину стенок между соседствующими расточками и соседствующими с ними отверстиями, что позволяет уменьшать межосевые расстояния отверстий трубной доски.
1. Трубная доска теплообменника, включающая плиту с отверстиями для укладки концов теплообменных труб и уплотнительные кольцевые элементы, отличающаяся тем, что отверстия для укладки концов теплообменных труб распределены по углам и сторонам многоугольников, квадратов, треугольников, по концентрическим окружностям либо в шахматном порядке с заданным межосевым расстоянием, зависящим от диаметра теплообменных труб, их количества и диаметра их концов, а каждое отверстие трубной доски снабжено не менее чем одной концентрической расточкой под укладку уплотнительных кольцевых элементов, причем эти расточки распределены на разных высотах в параллельных плоскостях в теле плиты, а принадлежащие боковым поверхностям расточек вспомогательные касательные прямые, находящиеся на кратчайшем расстоянии от параллельных им вертикальных осей симметрии взаимно ближайших расточек, имеют возможность пересекать обращенные друг к другу основания этих расточек, кроме того, в отверстиях для укладки концов теплообменных труб имеют возможность размещаться трубы с редуцированными концами, а плита имеет возможность фиксироваться во фланце кожуха стопорным кольцом или фланцем трубной среды, притянутым к фланцу кожуха посредством болтов.
2. Трубная доска по п. 1, отличающаяся тем, что плита трубной доски выполнена из материала, химически инертного по отношению к теплообменным средам.
3. Трубная доска по п. 1, отличающаяся тем, что поверхность плиты трубной доски снабжена покрытием из материала, химически инертного по отношению к теплообменным средам.
4. Трубная доска по п. 1, отличающаяся тем, что уплотнительные кольцевые элементы выполнены из материла, химически инертного к теплообменным средам.
5. Трубная доска по п. 1, отличающаяся тем, что расточки отверстий под укладку теплообменных труб имеют форму тела вращения.
6. Трубная доска по п. 1, отличающаяся тем, что горизонтальные оси расточек отверстий расположены в плоскостях, параллельных торцам доски.
Трубные доски теплообменников что это
Опубликовано 10 марта 2014
В статье рассмотрены основные материалы, применяемые для изготовления трубок теплообменных аппаратов. Также описаны методы закрепления трубок в трубных досках.
Материал трубок, используемых в теплообменных аппаратах, существенно влияет не только на ресурс и стоимость готового изделия, но и в значительно большей степени на эффективность теплообменных процессов и итоговую конфигурацию аппарата.
Рассмотрим материалы, применяемые для изготовления трубок в отечественном машиностроении наиболее часто.
Самая распространённая марка среди углеродистых сталей – ст.20 (или котельная труба 20К). Трубки из ст.20 широко применяются для не очень агрессивных сред, в коммунальных хозяйствах, энергетике, технологических теплообменниках и там, где среды не очень агрессивные, а низкая стоимость теплообменника является определяющим фактором. Ст.20 обладает хорошими свойствами теплопередачи, соответственно аппарат получается несколько эффективнее, чем с трубками из нержавеющих сталей.
Чаще всего применяются нержавеющие трубки, изготавливаемые из сталей 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т и их зарубежных аналогов – AISI 321 и AISI 304. Нержавеющие трубки обладают существенно большим ресурсом, чем трубки из углеродистой стали, но их стоимость ощутимо выше. В разрабатываемых и изготавливаемых котлах-утилизаторах, маслоохладителях, утилизаторах тепла антифриза, сетевых теплообменниках, и многих других теплообменных аппаратах ТМ МАШ применяет трубки именно из стали 12Х18Н10Т (либо ее аналогов). Это позволяет существенно повысить срок службы теплообменного аппарата, особенно учитывая высокие температуры и среднюю агрессивность сред, с которыми мы преимущественно работаем. Нержавеющие трубки в сравнении с трубками из углеродистой стали обладают чуть более низкой теплопроводностью, однако высокая стойкость нержавеющей стали к коррозии позволяет применять трубки меньшей толщины, нежели из ст.20.
Латунь, медь и их сплавы.
Теплообменные аппараты из цветных сплавов встречаются в основном на флоте, так как они наименее чувствительны к соленой воде, к тому же цветные сплавы обладают лучшим коэффициентом теплопередачи, что позволяет при режиме теплопередачи «жидкость/ жидкость» сделать теплообменник наиболее компактным (что особенно актуально на судне). Также трубки из латуни и МНЖ часто встречаются в маслоохладителях для компрессоров, однако подобное их применение мы считаем нецелесообразным и предлагаем заказчикам теплообменники с трубками из 12Х18Н10Т.
Кислотостойкие и специальные стали.
В специальных теплообменных аппаратах, где используются очень агрессивные среды, можно встретить трубки из следующих материалов: 15Х5М, 10Х17Н13М2Т, 08Х21Н6М2Т, 08Х22Н6Т. В таких случаях материал изготовления трубок обычно четко указан в опросном листе, заполненном проектной организацией.
Методы закрепления трубок теплообменных аппаратов в трубной доске.
Существует 3 основных способа закрепления трубок в трубной доске:
Развальцовка трубок широко применяется в котельном оборудовании, которое рассчитано на большое рабочее давление до 12 Атм., и в теплообменных аппаратах с медными и латунными трубками, где иным способом их не закрепить.
Обварка трубок производится в аппаратах с повышенными требованиями к герметичности, где используются стальные трубки.
В нашем производстве мы преимущественно применяем технологию обварки трубок, что позволяет добиться максимальной герметичности соединений трубок и трубной доски. Также трубки без развальцовки занимают меньше места в трубной доске, что позволяет разместить их плотнее и, в итоге, сделать теплообменник более компактным.
Если теплообменный аппарат изготавливается на большое избыточное давление, следует применять и развальцовку, и обварку. Обе технологии обеспечивают одинаковую прочность, но обварка при этом более герметична. В подавляющем большинстве случаев аппараты с обваренными трубками удовлетворяют всем требованиям по надежности и герметичности изделия.