اتصال لوله مبدل حرارتی و صفحه لوله

مبدل حرارتی به عنوان تجهیزات انتقال حرارت که بخشی از گرما را از سیال داغ به سیال سرد بین مواد منتقل می کند، کاربردهای گسترده ای در زندگی روزمره مردم و در صنایع نفت، شیمیایی، برق، دارویی، انرژی اتمی و هسته ای دارد. می توان از آن به عنوان تجهیزات مستقل مانند بخاری، کندانسور، کولر و غیره استفاده کرد. همچنین می تواند به عنوان جزئی از برخی تجهیزات فرآیند مانند مبدل های حرارتی در برخی تجهیزات شیمیایی و غیره استفاده شود.

به خصوص در مقدار بیشتری از مصرف انرژی در صنایع شیمیایی، مبدل های حرارتی در تولید شیمیایی تبادل حرارت و فرآیند انتقال تجهیزات ضروری است، در کل تجهیزات تولید مواد شیمیایی نیز سهم قابل توجهی را اشغال می کند.

مبدل حرارتی از عملکرد خود، از یک سو، برای اطمینان از اینکه فرآیند صنعتی محیط مورد نیاز توسط دمای خاص، از سوی دیگر، نیز تجهیزات اصلی برای بهبود استفاده از انرژی است. با توجه به ساختار آن، مبدل حرارتی صفحه ای، مبدل حرارتی سر شناور، مبدل حرارتی صفحه لوله ثابت و مبدل حرارتی لوله U شکل و غیره وجود دارد. علاوه بر مبدل حرارتی صفحه ای، بقیه چندین مبدل حرارتی پوسته و لوله است.

از آنجایی که مبدل حرارتی پوسته و لوله دارای سطح انتقال حرارت بزرگتر در واحد حجم است و اثر انتقال حرارت خوب دارد، در حالی که دارای ساختار قوی، سازگاری، فرآیند تولید بالغ و سایر مزایا است، به رایج ترین استفاده از یک مبدل حرارتی معمولی تبدیل شده است.

---

اتصال لوله مبدل حرارتی و صفحه لوله در مبدل حرارتی پوسته و لوله

در پوسته و لوله مبدل حرارتی، لوله مبدل حرارتی و صفحه لوله تنها مانع بین لوله مبدل حرارتی و فرآیند پوسته است، ساختار اتصال لوله و صفحه لوله مبدل حرارتی و کیفیت اتصال تعیین کننده کیفیت و عمر مفید مبدل حرارتی است، بخشی حیاتی از فرآیند تولید مبدل حرارتی است.

بیشترین آسیب و خرابی مبدل حرارتی در قطعات اتصال لوله و صفحه لوله مبدل حرارتی رخ می دهد، کیفیت اتصال اتصال نیز مستقیماً بر ایمنی و قابلیت اطمینان تجهیزات و دستگاه های شیمیایی تأثیر می گذارد، بنابراین برای مبدل حرارتی پوسته و لوله در فرآیند اتصال لوله مبدل حرارتی و صفحه لوله به مهم ترین پیوند کنترلی در سیستم تضمین کیفیت ساخت مبدل حرارتی تبدیل شده است. در حال حاضر، در فرآیند تولید مبدل حرارتی، اتصالات لوله و صفحه مبدل حرارتی عمدتاً عبارتند از: جوشکاری، انبساط، انبساط به اضافه جوش و چسب زدن به علاوه انبساط و سایر روش ها.

---

جوشکاری

لوله مبدل حرارتی و صفحه لوله با استفاده از اتصال جوش داده شده، با توجه به نیازهای پردازش کمتر صفحه لوله، فرآیند تولید ساده است، آب بندی بهتری وجود دارد، و جوشکاری، بازرسی ظاهری، تعمیر و نگهداری بسیار راحت است، در حال حاضر لوله مبدل حرارتی پوسته و لوله و اتصال صفحه لوله بیشترین استفاده را در روش اتصال دارد. در استفاده از اتصالات جوش داده شده، وجود دارد برای اطمینان از استحکام جوش داده شده مهر و موم اتصال و قدرت کشش و تنها برای اطمینان از اینکه لوله مبدل حرارتی و لوله ورق لوله اتصال آب بندی آب بندی جوشکاری. برای جوش استحکام عملکرد آن محدود است، فقط برای ارتعاش کوچک است و در موارد خوردگی شکاف وجود ندارد.

هنگام استفاده از اتصال جوشکاری، فاصله بین لوله مبدل حرارتی نمی تواند خیلی نزدیک باشد، در غیر این صورت از تأثیر حرارت، کیفیت جوش اطمینان حاصل نمی شود، در حالی که انتهای لوله باید فاصله مشخصی را رها کرد تا به کاهش تنش جوش متقابل کمک کند. طول لوله مبدل حرارتی که از صفحه لوله خارج می شود باید الزامات مشخص شده را برای اطمینان از ظرفیت باربری موثر آن برآورده کند. در روش جوشکاری، با توجه به مواد لوله مبدل حرارتی و صفحه لوله را می توان با جوشکاری با میله جوشکاری، جوشکاری TIG، جوشکاری CO2 و سایر روشها جوش داد. برای نیازهای اتصال لوله مبدل حرارتی و صفحه لوله بین مبدل حرارتی بالا، مانند فشار طراحی، دمای طراحی، تغییرات دمای بالا، و همچنین مبدل حرارتی تحت بارهای متناوب، مبدل حرارتی صفحه لوله نازک، و غیره. جوشکاری TIG مناسب است.

روش اتصال جوش معمولی به دلیل وجود شکاف بین سوراخ لوله و صفحه لوله، مستعد خوردگی و گرمای بیش از حد شکاف و تنش حرارتی ایجاد شده در اتصال جوش نیز ممکن است باعث خوردگی تنشی و آسیب شود که می تواند باعث خرابی مبدل حرارتی شود. در حال حاضر، در صنعت هسته ای داخلی، صنعت برق و سایر صنایع با استفاده از مبدل حرارتی، لوله مبدل حرارتی و اتصال صفحه لوله شروع به استفاده از فناوری جوشکاری سوراخ داخلی کرده است، این روش اتصال، جوشکاری انتهای صفحه لوله و لوله مبدل حرارتی به جوشکاری سوراخ داخلی بسته نرم افزاری لوله، استفاده از فرم نفوذ کامل همجوشی، از بین بردن شکاف فشاری مجدد در انتها، از بین بردن شکاف جوشکاری مجدد در انتهای جوش، می شود. خوردگی، توانایی مقاومت در برابر خوردگی استرس.

استحکام خستگی بالای ارتعاشی آن، می تواند دما و فشار بالا را تحمل کند، خواص مکانیکی اتصال جوش داده شده بهتر است. اتصال می تواند آزمایش غیر مخرب داخلی باشد، کیفیت داخلی جوش را می توان برای بهبود قابلیت اطمینان جوش کنترل کرد. اما مونتاژ فن آوری جوشکاری با سوراخ دشوارتر است، نیازهای بالا برای فناوری جوش، مجموعه ساخت و بازرسی، و هزینه های ساخت نسبتاً بالا است. با توسعه مبدل های حرارتی به دمای بالا، فشار بالا و مقیاس بزرگ، الزامات کیفیت ساخت به طور فزاینده ای بالا می رود، فناوری جوشکاری مته به طور گسترده استفاده می شود.

---

درز انبساط

اتصال انبساط یک روش سنتی برای اتصال لوله‌های مبدل حرارتی به صفحه لوله است، با استفاده از دستگاه انبساط برای ساخت صفحه لوله و لوله برای ایجاد تغییر شکل الاستیک-پلاستیک و تناسب نزدیک، تشکیل یک اتصال جامد، که مهر و موم شده است و می‌تواند در برابر کشیدن هدف مقاومت کند. در فرآیند تولید مبدل های حرارتی، انبساط برای بدون لرزش شدید، بدون تغییرات دمای بیش از حد، بدون موقعیت های خوردگی تنش جدی مناسب است.

فرآیند انبساط فعلی عمدتاً از انبساط نورد مکانیکی و انبساط هیدرولیکی استفاده می کند. گسترش رول مکانیکی یکنواخت نیست، یک بار لوله و لوله شکست اتصال صفحه و سپس استفاده از گسترش برای تعمیر بسیار دشوار است. با استفاده از انبساط هیدرولیک نوع کیسه مایع با عملیات کنترل شده توسط کامپیوتر، دقت بالا، و می تواند اطمینان حاصل شود که یکنواختی تنگی گسترش، قابلیت اطمینان اتصال بهتر از گسترش مکانیکی است. با این حال، الزامات دقت پردازش سخت است، و اطمینان از موفقیت در انبساط درزهای متراکم دشوار است، و همچنین در صورت عدم انبساط مجدد، تعمیر آنها دشوارتر است.

---

انبساط و جوشکاری

هنگامی که دما و فشار بالا است، و در تغییر شکل حرارتی، شوک حرارتی، خوردگی حرارتی و فشار سیال، لوله مبدل حرارتی و اتصال صفحه لوله بسیار آسان است از بین می رود، استفاده از انبساط یا جوشکاری برای اطمینان از استحکام اتصال و الزامات آب بندی دشوار است. در حال حاضر روش پرکاربرد انبساط و جوشکاری است. ساختار انبساط و جوشکاری می تواند به طور موثر ارتعاش آسیب بسته نرم افزاری لوله به جوش را خنثی کند، می تواند به طور موثر خوردگی استرس و خوردگی شکاف را از بین ببرد، مقاومت در برابر خستگی اتصال را بهبود بخشد و در نتیجه عمر مفید مبدل حرارتی را بهبود بخشد.

این باعث بهبود عمر مفید مبدل حرارتی می شود و نسبت به جوشکاری انبساط یا استحکام ساده، استحکام و آب بندی بالاتری دارد. برای مبدل‌های حرارتی معمولی معمولاً از فرم جوشکاری درصد انبساط خمیری استفاده می‌کنند. و استفاده از شرایط سخت مبدل های حرارتی مستلزم استفاده از فرم 'جوش آب بندی درصد انبساط مقاومتی' است. انبساط به علاوه جوشکاری با توجه به انبساط و جوشکاری در ترتیب فرآیند را می توان به انبساط اول پس از جوشکاری و جوش اول پس از انبساط به دو نوع تقسیم کرد.

(1) اولین انبساط پس از انبساط جوشکاری زمانی که استفاده از روغن روان کننده به شکاف اتصال نفوذ می کند و حساسیت زیادی به ترک های جوشکاری، تخلخل و غیره دارند، بنابراین پدیده نقص در جوشکاری جدی تر می شود. اینها با نفوذ به داخل شکاف روغن به سختی پاک می شوند، بنابراین استفاده از انبساط ابتدا و سپس فرآیند جوشکاری، استفاده از انبساط مکانیکی راه مناسب نیست. استفاده از انبساط خمیری، اگرچه در برابر فشار مقاوم نیست، اما می تواند شکاف بین لوله و سوراخ لوله صفحه لوله را از بین ببرد، بنابراین می تواند به طور موثر ارتعاش دسته لوله را به قسمت جوش داده شده دهانه لوله خنثی کند.

اما استفاده از روش انبساط معمولی دستی یا مکانیکی کنترل شده نمی تواند الزامات انبساط خمیری یکنواخت را بدست آورد، در حالی که استفاده از فشار انبساط کنترل شده توسط کامپیوتر از روش انبساط نوع کیسه مایع می تواند برای دستیابی به الزامات انبساط خمیر راحت و یکنواخت باشد. در جوشکاری به دلیل نفوذ فلز مذاب با دمای بالا، گاز موجود در شکاف به شدت گرم شده و منبسط می شود، این گازها با دما و فشار بالا در نشت بیرونی قدرت انبساط عملکرد آب بندی را ایجاد می کنند.

(2) ابتدا جوشکاری و سپس گسترش برای اولین جوشکاری و سپس فرآیند انبساط، مشکل اصلی کنترل دقت سوراخ ورق لوله و لوله و تناسب آن است. هنگامی که شکاف بین لوله و سوراخ لوله صفحه لوله به مقدار مشخصی کوچک باشد، فرآیند انبساط به کیفیت اتصال جوش داده شده آسیب نمی رساند. اما توانایی دهانه جوش برای مقاومت در برابر نیروهای برشی نسبتا ضعیف است، بنابراین استحکام جوش، اگر کنترل الزامات را برآورده نکند، ممکن است باعث شکست بیش از حد انبساط یا انبساط آسیب به اتصال جوش شده شود.

در فرآیند تولید، شکاف بزرگی بین قطر خارجی لوله مبدل حرارتی و سوراخ لوله صفحه لوله وجود دارد و شکاف بین قطر خارجی هر لوله مبدل حرارتی و سوراخ لوله صفحه لوله در جهت محوری ناهموار است. هنگامی که جوشکاری پس از انبساط کامل شد، خط مرکزی لوله باید با خط مرکزی سوراخ صفحه لوله منطبق باشد تا از کیفیت اتصال اطمینان حاصل شود، اگر شکاف بزرگ باشد، به دلیل استحکام بیشتر لوله، تغییر شکل بیش از حد انبساط باعث آسیب به اتصال جوش شده یا حتی باعث ایجاد جوش از جوش می شود.

---

اتصالات چسب دار و منبسط شده

استفاده از فرآیند چسب و انبساط می تواند به حل لوله مبدل حرارتی کمک کند و اتصالات صفحه لوله اغلب در مشکل نشتی و نشتی ظاهر می شود، مهم است که با توجه به شرایط کاری انتخاب صحیح عامل اتصال چسب چسبانده شود. در فرآیند اجرای فرآیند باید با ساختار مبدل حرارتی، اندازه برای انتخاب پارامترهای فرآیند خوب ترکیب شود، به طور عمده شامل فشار پخت، دمای پخت، نیروی انبساط، و غیره، و در فرآیند تولید به شدت کنترل می شود. این فرآیند ساده، آسان برای پیاده سازی، قابل اعتماد است، در استفاده واقعی از شرکت ها به رسمیت شناخته شده است، دارای ارزش ارتقاء است.

---

نتیجه گیری

(1) در روش اتصال لوله و صفحه مبدل حرارتی مبدل حرارتی پوسته و لوله، استفاده از جوشکاری معمولی یا انبساط به تنهایی برای اطمینان از استحکام اتصال و الزامات آب بندی دشوار است.

(2) استفاده از روش انبساط و جوشکاری برای اطمینان از استحکام و آب بندی اتصال بین لوله و صفحه مبدل حرارتی و بهبود عمر مفید مبدل حرارتی مفید است.

(3) استفاده از روش چسب و انبساط به حل مشکل نشت و نشت هنگام اتصال لوله ها و صفحات مبدل حرارتی کمک می کند و فرآیند ساده، آسان و قابل اعتماد است.

(4) فن آوری جوشکاری مته سوراخ به عنوان یک روش جوشکاری با نفوذ کامل، توانایی مقاومت در برابر خوردگی شکاف و خوردگی استرس، استحکام خستگی ارتعاشی، خواص مکانیکی اتصالات جوش داده شده بسیار خوب است. کیفیت داخلی جوش را می توان کنترل کرد تا قابلیت اطمینان جوش را بهبود بخشد، اولین مورد مناسب تر برای ترویج و استفاده از محصولات پیشرفته.