Glava kanala lupinasto-cevnega toplotnega izmenjevalnika se pogosto obravnava kot manjša komponenta-ohišje na koncu lupine, ki usmerja tekočino v cevni snop. Ta pogled je nepopoln. TheGlava kanala toplotnega izmenjevalnikadoloča, kako tekočina vstopa in izstopa iz izmenjevalnika. Njegova geometrija vpliva na porazdelitev toka, padec tlaka in toplotno zmogljivost. Njegov material in debelina vplivata na strukturno celovitost in življenjsko dobo. Ko glava kanala odpove, se izmenjevalec ustavi. Ostalo oblikovanje je nepomembno.
Ta članek preučuje glavo kanala z vidika oblikovalskih odločitev, ki imajo praktične posledice. Ne gre za celovit pregled. Osredotoča se na vprašanja, ki so običajno napačno razumljena ali spregledana.
Porazdelitev pretoka
Prva konstrukcijska zahteva za glavo kanala je porazdelitev pretoka. Tekočina, ki vstopa v kanal, mora biti enakomerno usmerjena v vse cevi. Če je porazdelitev neenakomerna, imajo nekatere cevi večji pretok kot druge. Cevi z večjim pretokom imajo višje koeficiente toplotne prehodnosti. Cevi z manjšim pretokom imajo nižje koeficiente. Celoten prenos toplote določajo cevi z najnižjo zmogljivostjo in ne povprečje.
Glavni vzroki za nepravilno porazdelitev so lokacija vstopne šobe in prisotnost notranjih predelnih sten. Če je vstopna šoba nameščena preblizu ene strani kanala, se pretok morda ne bo enakomerno razširil. Če kanal vsebuje pregrado za več-razporeditev prehodov, lahko pregrada ustvari neravnovesje tlaka med prehodi.
Standardna načrtovalska praksa je, da se dovodna šoba postavi na sredino kanala in zagotovi zadostna prostornina kanala, da se omogoči pretok, preden vstopi v cevi. Prostornina kanala mora biti dovolj velika, da zmanjša hitrost in porazdeli pretok, vendar ne tako velika, da bi po nepotrebnem povečala stroške.
Pri ureditvah z več{0}} prehodi morajo biti predelne stene zatesnjene, da se prepreči puščanje med prehodi. Puščanje v predelni steni zmanjša število učinkovitih prehodov in zmanjša prenos toplote. Predelno tesnilo je lahko tesnilo ali varjen spoj. Med vzdrževanjem je treba tesnilo pregledati.
Padec tlaka
Na padec tlaka vpliva tudi glava kanala. Tekočina, ki prehaja skozi kanal, doživi izgubo tlaka od vstopne šobe do cevne pločevine. Izguba je posledica spremembe hitrosti, trenja ob stene kanala in turbulence na vstopu v cev.
Padec tlaka v glavi kanala je običajno majhen v primerjavi s padcem tlaka v ceveh. Običajno znaša od 5 % do 15 % celotnega padca tlaka-na strani cevi. Vendar pa je lahko v nekaterih aplikacijah-, kot so nizkotlačni-sistemi ali sistemi z omejeno višino črpalke-, padec tlaka v kanalski glavi precejšen.
Padec tlaka je mogoče zmanjšati s povečanjem premera kanala ali z racionalizacijo notranje geometrije. Obe možnosti povečata stroške. Zasnova mora uravnotežiti padec tlaka s stroški.
Na padec tlaka vpliva tudi velikost šobe. Majhna šoba poveča hitrost tekočine in padec tlaka. Velika šoba zmanjša hitrost in padec tlaka, vendar poveča stroške in prostor. Velikost šobe je določena z dovoljenim padcem tlaka, hitrostjo tekočine in razporeditvijo cevi.
Debelina in nazivni tlak
Glava kanala je tlačna posoda. Njegova debelina mora ustrezati notranjemu tlaku in temperaturi. Kode za načrtovanje-oddelek VIII ASME, EN 13445 in GB 150 zagotavljajo metode za izračun debeline.
Izračun temelji na notranjem premeru, konstrukcijskem tlaku in dovoljeni napetosti materiala. Dovoljena napetost je odvisna od temperature. Pri povišanih temperaturah je dovoljena napetost manjša. Debelina mora zadostovati za najvišjo temperaturo in najvišji tlak, ki se pojavita hkrati.
Kode zahtevajo tudi dodatek proti koroziji. Dodatek se doda izračunani debelini zaradi upoštevanja izgube materiala med življenjsko dobo. Dodatek je običajno 3 mm za zmerno uporabo in 6 mm za korozivno uporabo. Dodatek mora temeljiti na pričakovani stopnji korozije in zahtevani življenjski dobi.
Ploščate glave zahtevajo večjo debelino kot ploščate glave. Ravna glava je podprta samo na robovih; okrogla glava se upira pritisku zaradi delovanja membrane. Oblika glave je izbrana glede na pritisk, ceno in razpoložljiv prostor. Izdelava krožne glave je morda dražja, vendar porabi manj materiala. Izbor mora temeljiti na skupnih stroških, ne le na materialnih stroških.
Izbira materiala
Material glave kanala mora biti združljiv s tekočino, temperaturo in tlakom. Najpogostejši material je ogljikovo jeklo. Je stroškovno-učinkovit in ima ustrezno moč za večino aplikacij. Omejitev je odpornost proti koroziji. Ogljikovo jeklo ni primerno za korozivne tekočine.
Nerjavno jeklo se uporablja, kadar je potrebna odpornost proti koroziji. Najpogostejši razredi so 304L in 316L. 316L, ki zagotavljata boljšo odpornost na kloridno piting. Koeficient toplotnega raztezanja nerjavečega jekla je višji od ogljikovega jekla. Razširitev je treba upoštevati pri načrtovanju cevi in nosilcev.
Legirana jekla se uporabljajo za-visoke temperature. Izdelava zahteva predgretje in toplotno obdelavo po -varjenju. Stroški so višji od ogljikovega jekla.
Obloženi materiali se uporabljajo, ko je tekočina jedka in je tlak visok. Ogljikovo jeklo zagotavlja trdnost; obloga zagotavlja odpornost proti koroziji. Obloga je običajno debela od 3 do 5 mm in se nanese z varjenjem ali eksplozivnim lepljenjem. Prevlečeni materiali so cenejši od materialov iz trdnih zlitin.
Pokrov kanala in zatesnjeni spoji
Pokrov kanala je privit na kanal. Tesnilo med pokrovom in kanalom zagotavlja tesnjenje. Tesnilo mora vzdrževati tesnjenje pri delovnem tlaku in temperaturi. Material tesnila mora biti združljiv s tekočino.
Najpogostejši tipi tesnil so spiralno navita tesnila, obročasta tesnila in pločevinasta tesnila. Spiralna navita tesnila se uporabljajo za visok tlak in temperaturo. Obročasta tesnila se uporabljajo za zelo visok tlak. Pločasta tesnila se uporabljajo za nizek tlak in temperaturo.
Vijak mora zagotavljati ustrezno prednapetost za stiskanje tesnila. Prednapetost je treba izračunati na podlagi napetosti tesnila in tlačne obremenitve. Vijake je treba izbrati na podlagi dovoljene napetosti in življenjske dobe ob utrujenosti.
Najpogostejša okvara pri tesnilnih spojih je izguba prednapetosti. Prednapetost se lahko izgubi zaradi sprostitve sornikov, toplotnega raztezanja kanala ali korozije sornika. Izguba prednapetosti povzroči puščanje. Vijake je treba med vzdrževanjem preveriti in ponovno priviti.
Pregled in testiranje
Glavo kanala je treba pregledati med izdelavo in med vzdrževalnimi zaustavitvami. Pregled mora vključevati preverjanje dimenzij, preverjanje materiala in ne-destruktivno testiranje.
Merski pregledi preverjajo debelino, ravnost površine tesnila in lokacijo šobe. Preverjanje materiala potrdi kemično sestavo in mehanske lastnosti. Ne-destruktivno testiranje pregleda glavo kanala glede razpok in napak.
Hidrostatični preskus zahtevajo kode. Preskusni tlak je 1,5-krat večji od konstrukcijskega tlaka. Preskus je treba izvesti po izdelavi in po namestitvi. Tesnilne spoje je treba med preskusom preveriti glede puščanja.
-Inšpekcijski pregled mora vključevati čiščenje notranje površine, pregled tesnilnih površin in merjenje preostale debeline. Meritve debeline so potrebne za preverjanje, ali dodatek za korozijo ni bil porabljen.
Pogoste težave
Najpogostejše težave z glavami kanalov so povezane s porazdelitvijo pretoka, puščanjem tesnila in korozijo.
Nepravilna porazdelitev toka zmanjša prenos toplote in lahko povzroči toplotno obremenitev v ceveh. Puščanje tesnila je posledica izgube prednapetosti ali degradacije tesnila. Korozijo povzroča tekočina ali galvansko delovanje med različnimi materiali.
Te težave je mogoče preprečiti s pravilnim načrtovanjem, izbiro materiala in vzdrževanjem. Zasnova mora vključevati analizo toka za preverjanje distribucije. Tesnila je treba izbrati glede na pogoje uporabe. Dodatek proti koroziji mora ustrezati pričakovani življenjski dobi.
Glava kanala je tlačna posoda in razdelilnik pretoka. Njegova zasnova vpliva na zmogljivost, zanesljivost in ceno izmenjevalnika. Oblikovalske odločitve morajo temeljiti na pogojih delovanja, zahtevah kode in pričakovani življenjski dobi. Dobro-zasnova kanalske glave bo trajala celotno življenjsko dobo izmenjevalnika. Slabo oblikovana glava kanala bo povzročila težave. Razlika je v pozornosti do podrobnosti.