Essendo un dispositivo di scambio di calore ad alta efficienza ad alta-ampiamente utilizzato nell'industria, il processo di formatura degli scambiatori di calore a fascio tubiero-e-determina direttamente l'integrità strutturale, l'affidabilità della tenuta e le prestazioni di trasferimento di calore dell'apparecchiatura. Il processo di formatura comprende più fasi, tra cui la laminazione della lamiera, la lavorazione delle piastre tubiere, l'assemblaggio dei fasci tubieri, la saldatura e la lavorazione complessiva. Ogni fase richiede un controllo rigoroso sull'accuratezza dimensionale, sulla qualità della superficie e sulle proprietà meccaniche per soddisfare i requisiti operativi in condizioni di alta temperatura, alta pressione e multi-mezzo.
La formazione del guscio è la prima fase critica nella produzione di scambiatori di calore. Come materia prima vengono generalmente utilizzate piastre di acciaio di alta-qualità, tagliate e smussate in base al diametro e allo spessore della parete progettati. Le piastre di acciaio vengono gradualmente piegate in una forma cilindrica utilizzando una macchina di laminazione CNC. Durante questo processo è necessario controllare l'uniformità della curvatura e ridurre al minimo lo stress residuo per evitare rughe o crepe. La saldatura continua longitudinale utilizza la saldatura ad arco sommerso o la saldatura ad arco metallico a gas. Il cordone di saldatura richiede più strati e passaggi e la temperatura tra i passaggi e l'apporto di calore devono essere controllati per evitare grani grossolani e deformazioni eccessive. Sono richiesti post-saldatura, ispezione visiva e test non-distruttivi per garantire che la saldatura sia priva di porosità, inclusioni di scorie e difetti di fusione incompleta. Viene quindi eseguito un trattamento termico di distensione-in base al progetto per migliorare la stabilità dimensionale del guscio.
La formatura delle piastre tubiere richiede precisione e resistenza estremamente elevate. Gli sbozzi delle piastre tubiere possono essere lavorati da forgiati o piastre di acciaio spesse. La lavorazione di sgrossatura viene eseguita per rimuovere il materiale in eccesso, seguita da foratura o alesatura. La posizione e il diametro del foro devono essere rigorosamente conformi ai requisiti di assemblaggio del fascio tubiero, garantendo che la perpendicolarità dell'asse del foro rispetto alla superficie della piastra e la tolleranza della spaziatura dei fori rientrino nell'intervallo di progettazione. Per le piastre tubiere che richiedono collegamenti saldati, il perimetro dei fori deve essere smussato e pulito per facilitare la formazione della saldatura e la qualità della fusione. Per le strutture con testa flottante o tubo a U-, è necessario riservare un margine di lavorazione ragionevole e una flessibilità strutturale sul lato mobile per consentire lo spostamento dell'espansione termica.
La formatura e il pretrattamento dei tubi di scambio termico sono fondamentali per garantire l'efficienza del trasferimento di calore. I tubi vengono raddrizzati, sgrassati e puliti superficialmente secondo le specifiche per rimuovere impurità e strati di ossido che potrebbero compromettere i giunti di dilatazione o la qualità della saldatura. Per i tubi filettati, corrugati o alettati necessari per un migliore trasferimento di calore, le dimensioni geometriche e la rugosità superficiale devono soddisfare i requisiti di progettazione durante il processo di formatura per evitare una ridotta resistenza alla corrosione dovuta all'incrudimento o alle microfessurazioni.
L'assemblaggio e la connessione del fascio tubiero sono il cuore del processo di formatura. I tubi dello scambiatore di calore vengono inseriti uno ad uno nei fori della piastra tubiera, e fissati mediante espansione meccanica o saldatura a seconda delle esigenze progettuali. L'espansione utilizza un mandrino conico o un'espansione idraulica per garantire un accoppiamento perfetto tra la parete del tubo e la parete del foro, formando una forza di tenuta e adesione iniziale, adatta per applicazioni a pressione medio-bassa che richiedono smontaggio e manutenzione. La saldatura utilizza la saldatura ad arco di argon automatica o semi-automatica per formare saldature d'angolo o saldature di resistenza alle estremità del tubo, fornendo una maggiore tenuta e resistenza alla pressione, comunemente utilizzata in ambienti ad alta-pressione o con fluidi altamente corrosivi. Il processo di saldatura richiede un controllo preciso di corrente, tensione e velocità di spostamento per prevenire bruciature, deformazioni o corrosione intergranulare nella zona termicamente interessata. Sono necessari test a raggi X o a ultrasuoni post-saldatura-per garantire l'assenza di difetti.
La formatura dei diaframmi richiede il taglio e la sagomatura secondo il progetto fluidodinamico, e sulla superficie sono realizzati intagli di guida del flusso e fori di fissaggio. Il gioco di assemblaggio tra i deflettori e il fascio tubiero deve essere rigorosamente controllato per garantire un flusso uniforme del fluido attraverso il fascio tubiero senza risonanze o usura. La formatura della piastra di supporto e del distanziale deve garantire rigidità e precisione di posizionamento per mantenere un allineamento stabile del fascio tubiero durante il funzionamento.
La formatura dei cappucci terminali e delle flange comprende il taglio, la lavorazione delle superfici di tenuta e la foratura/maschiatura. Le superfici di tenuta devono raggiungere la planarità e la ruvidità superficiale progettate per garantire una compressione uniforme della guarnizione e una tenuta affidabile. La saldatura delle flange al guscio deve garantire coassialità e penetrazione; Vengono inoltre eseguiti controlli post-saldatura, non-distruttivi e trattamenti termici.
Dopo la formatura complessiva, sono necessari test idrostatici e di tenuta all'aria per verificare la tenuta e la resistenza del guscio, dei tubi e del lato del guscio alla pressione nominale; se necessario vengono condotti test di prestazione a caldo per verificare se il coefficiente di scambio termico e le perdite di carico soddisfano le specifiche di progetto. Per ogni fase del processo di formatura dovrebbero essere stabiliti registri completi dei parametri di processo e file di ispezione della qualità per garantire la tracciabilità del prodotto e il miglioramento continuo.
In sintesi, il processo di formatura degli scambiatori di calore a fascio tubiero-e- è un progetto di ingegneria sistematico che integra lavorazione dei materiali, controllo della formatura, tecnologia di saldatura e metodi di test. Enfatizza precisione, densità e affidabilità, ponendo una solida base strutturale per il funzionamento efficiente e stabile dell'apparecchiatura in ambienti complessi ad alta-temperatura e alta-pressione.
