Profilo Aziendale
JMFILTEC è un'impresa nazionale high-tech dedicata alla ricerca, allo sviluppo e alla produzione di membrane in carburo di silicio puro di alta qualità con diritti di proprietà intellettuale completamente proprietari. Il brevetto di invenzione della membrana in carburo di silicio puro è stato richiesto nel 2013 e autorizzato nel 2016.
Perché scegliere noi
La nostra fabbrica
JMFILTEC è un'impresa nazionale high-tech dedicata alla ricerca, allo sviluppo e alla produzione di membrane in carburo di silicio puro di alta qualità con diritti di proprietà intellettuale completamente proprietari. Il brevetto di invenzione della membrana in carburo di silicio puro è stato richiesto nel 2013 e autorizzato nel 2016.
R&D
In qualità di impresa di condivisione che dà priorità alla promozione della tecnologia di applicazione delle membrane in carburo di silicio in Cina, JMFILTEC non solo ha istituito un centro di ricerca e sviluppo per la tecnologia di preparazione e applicazione delle membrane in carburo di silicio, ma possiede anche le attrezzature di produzione avanzate per la preparazione di materiali compositi in carbonio ad altissima temperatura nella Cina orientale. Collaboriamo anche con università come lo Shanghai Silicon Research Institute dell'Accademia cinese delle scienze e la Zhejiang University per fornire servizi di sviluppo di materiali per membrane e tecnologie di applicazione.
Applicazioni
I prodotti della nostra azienda sono stati utilizzati con successo nella purificazione di alta qualità dell'acqua potabile, nel pretrattamento della desalinizzazione dell'acqua di mare, nella separazione e nel recupero di materiali speciali, nel trattamento profondo e nel riutilizzo di liquami e acque reflue e in altri scenari applicativi.
Il nostro servizio
Grazie al suo elevato flusso, all'elevata resistenza alla corrosione, alla facile pulizia e alla lunga durata, abbiamo ottenuto il riconoscimento dei clienti e del mercato.
Standard di rettilineità per tubi di scambio termico in carburo di silicio: rettilineità (unità: mm/m) inferiore o uguale all'1,2%. Ogni prodotto di tubo di scambio termico deve superare completamente l'ispezione standard del tubo prima di lasciare la fabbrica.
Che cosa è il tubo di scambio termico SiC
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero in carburo di silicio sono adatti al raffreddamento, alla condensazione, al riscaldamento, all'evaporazione e all'assorbimento di sostanze chimiche altamente corrosive. Gli scambiatori di calore a fascio tubiero in carburo di silicio sono costituiti da un fascio di tubi in carburo di silicio all'interno di un guscio. Un fluido scorre attraverso i tubi e un altro fluido scorre sopra i tubi (attraverso il guscio). Il calore viene trasferito per conduzione attraverso la parete del tubo in carburo di silicio, senza contatto diretto tra i fluidi.
Vantaggi del tubo di scambio termico SiC
Eccellente resistenza alla corrosione
Il carburo di silicio è un materiale ceramico ingegneristico ad alte prestazioni, che vanta una durezza e una resistenza alla corrosione superiori. Prodotto in forma sinterizzata monofase senza pressione, a grana fine ad alta purezza e senza porosità, il carburo di silicio vanta proprietà molto più forti della grafite; con una resistenza alla temperatura che supera quella della grafite e non tossicità (non tossico, biodegradabile), nessuna contaminazione da piombo, cadmio o arsenico e forte reattività chimica (tra cui acido solforico, acido nitrico), ossidanti o alcali per un tempo sufficientemente lungo da tollerare ambienti fortemente corrosivi come acidi (come acido solforico), ossidanti o alcali per l'uso.
Alta conduttività termica
Gli scambiatori di calore a tubi di carburo di silicio vantano un'elevata conduttività termica che riduce significativamente il consumo di energia e i costi operativi, rendendo questo materiale una scelta eccellente per applicazioni ad alta richiesta in cui un efficiente trasferimento di calore è fondamentale. Inoltre, questa tecnologia all'avanguardia garantisce una lunga durata con costi di manutenzione ridotti, contribuendo nel contempo a proteggere l'ambiente.
Buona resistenza meccanica
Il carburo di silicio si distingue come materiale ideale per gli scambiatori di calore poiché la sua resistenza meccanica rimane invariata fino a 1400 °C, rendendolo adatto ad ambienti di lavorazione chimica difficili che comportano forte corrosione, erosione e abrasione delle particelle.
Facile manutenzione
Gli scambiatori di calore a tubi in carburo di silicio sono progettati per facilitare la manutenzione, riducendo al minimo i tempi di fermo e aumentando i tempi di attività. Le loro caratteristiche di bassa contaminazione e resistenza alla corrosione chimica implicano tempi di fermo minimi per la pulizia, il che aumenta l'efficienza produttiva e riduce contemporaneamente i costi operativi.
Lo scambiatore di calore ad alta temperatura con inserto in carburo di silicio tubolare è un nuovo tipo di scambiatore di calore sviluppato per sostituire lo scambiatore di calore in metallo, risolvere il suo funzionamento irragionevole nei gas di scarico ad alta temperatura per lungo tempo e la necessità di miscelare aria fredda per ridurre l'effetto di utilizzo. Lo scambiatore di calore realizzato con questo materiale è un prodotto di nuova generazione di recupero del calore di scarto dei gas di scarico ad alta temperatura nel mondo. Lo scambiatore di calore ad alta temperatura con inserto in carburo di silicio tubolare ha una struttura compatta e un'ampia area di scambio termico per unità di volume. Adotta una molla interna per comprimere e assorbire l'espansione del calore. Quando la temperatura dei gas di scarico è di 1300 gradi, la temperatura di preriscaldamento dell'aria può raggiungere oltre 600 gradi. La parte di interfaccia dello scambiatore di calore adotta la tecnologia corrispondente per ridurre le vibrazioni e rafforzare la tenuta per ridurre le perdite d'aria. Il tasso di perdite d'aria è inferiore al 5% dei requisiti professionali.
Lo scambiatore di calore in carburo di silicio è costituito da una serie di sezioni di canale dell'aria quadrate e tubi rettangolari in carburo di silicio con sezione trasversale del canale dei gas di scarico. Il canale dell'aria e la partizione del canale dei gas di scarico sono a doppio strato, con struttura solida ed elevata resistenza meccanica. Risolve il problema che la partizione dello scambiatore di calore in ceramica ondulata è facile da rompere e perdere aria. Quattro guarnizioni a forma di L sono incollate alla giunzione dei canali dell'aria e dei gas di scarico, il guscio è realizzato in lamiera di acciaio e il centro è riempito con fibra refrattaria di silicato di alluminio, che svolge il ruolo di tenuta, isolamento termico e resistenza alle vibrazioni meccaniche. Il disco di ingresso e uscita dell'aria è di tipo a connessione interna. L'aria fredda e calda genereranno un flusso stabile nel tubo di collegamento e la portata è stabile. Lo scambiatore di calore può essere ampiamente utilizzato nel recupero dei gas di scarico di vari forni industriali ed è un dispositivo ideale per il risparmio energetico.
Lo scambiatore di calore ceramico ad alta temperatura del tubo in carburo di silicio è caratterizzato da un tubo scambiatore di calore ceramico ignifugo costituito da un disco tubolare con una lunghezza di 380-1600 mln. Il disco di giunzione del tubo è quadrato, ottagonale o poligonale, la giunzione è a gradini o a giunto piatto, la parte centrale del tubo è dotata di un cerchio ignifugo e il tubo è rivestito con smalto. Gli strati superiore e inferiore dello scambiatore di calore sono sigillati mediante colata. Lo scambiatore di calore ceramico costruito con questo metodo ha un'elevata tenuta all'aria, un'elevata efficienza di scambio termico e il tasso di perdita d'aria è almeno del 50% inferiore a quello originale, il che può prolungare la durata utile dello scambiatore di calore e la durata utile del forno.
Il modello di utilità è caratterizzato dal fatto che il giunto del tubo di scambio termico in ceramica e il corpo del tubo sono integrati nel loro insieme e il giunto adotta una struttura di tenuta a innesto con scanalatura a U, che può impedire efficacemente al mezzo di preriscaldamento con pressione più elevata di fuoriuscire nel mezzo di preriscaldamento con pressione più bassa e può essere utilizzato nella fossa di ammollo dell'impresa siderurgica, nel grande forno di riscaldamento continuo, nel forno di distillazione della fusione dello zinco a storta verticale del sistema di metallurgia non ferrosa, nel forno di distillazione dello zinco a torre e in altri forni industriali ad alta temperatura. La temperatura di preriscaldamento dell'aria può raggiungere gli 800 gradi e il tasso di risparmio di carburante è del 40%.
Materiali e costruzione nel tubo di scambio termico
Tubi
Gli scambiatori di calore con diametri del guscio da 10 pollici a oltre 100 sono in genere realizzati secondo gli standard del settore. Di solito, i tubi da 0,625 a 1,5" utilizzati negli scambiatori sono realizzati in acciaio a basso tenore di carbonio, ammiragliato, rame, rame-nichel, acciaio inossidabile, hastelloy, inconel o titanio.
Piastre tubolari
Piastre tubiere solitamente costruite da una lamiera rotonda e appiattita. I fori per le estremità dei tubi sono forati per le estremità dei tubi in uno schema relativo l'uno all'altro. Le piastre tubiere sono solitamente prodotte dallo stesso materiale dei tubi e fissate con un rullo di pressione pneumatico o idraulico alla piastra tubiera. A questo punto, i fori dei tubi possono essere sia forati che alesati, oppure sono scanalature lavorate (ciò aumenta significativamente la resistenza del giunto del tubo).
Assemblaggio del guscio
Il guscio è costruito in tubo o lamiera laminata. Per motivi economici, l'acciaio è il materiale più comunemente utilizzato e, quando le applicazioni comportano temperature estreme e resistenza alla corrosione, vengono specificati altri metalli o leghe. L'utilizzo di pope standard riduce i costi di produzione e i tempi di consegna al cliente finale. Un diametro o "rotondità" del guscio interno uniforme è necessario per ridurre al minimo la spaziatura del deflettore sul bordo esterno, uno spazio eccessivo riduce le prestazioni poiché il fluido tende a incanalarsi e bypassa il nucleo. La rotondità viene aumentata in genere utilizzando un mandrino ed espandendo il guscio attorno ad esso, oppure mediante doppia laminazione del guscio dopo aver saldato la giunzione longitudinale. In alcuni casi, sebbene estremi, il guscio viene fuso e quindi alesato fino a ottenere il diametro interno corretto.
Cofani e canali terminali
Bonnet/canali terminali regolano il flusso del fluido nel circuito lato tubo, sono solitamente fabbricati o fusi. Sono montati contro la piastra tubiera con un gruppo bullone e guarnizione; molti progetti includono un canale "scanalato a macchina" nella piastra tubiera che sigilla il giunto.
Deflettori
I deflettori svolgono una duplice funzione: durante l'assemblaggio fungono da guide per i tubi, durante il funzionamento impediscono le vibrazioni causate dai vortici indotti dal flusso e, ultimo ma non meno importante, dirigono i fluidi lato mantello attraverso il fascio, aumentando la velocità e la turbolenza, incrementando di fatto il tasso di trasferimento di calore.
Tutti i deflettori devono avere un diametro leggermente inferiore al guscio per adattarsi, tuttavia le tolleranze devono essere sufficientemente strette per evitare una perdita di prestazioni come risultato del bypass del fluido attorno ai deflettori. È qui che il concetto di "rotondità del guscio" è di massima importanza per sigillare il bypass che altrimenti sarebbe attorno al deflettore.
Tubi in carburo di silicio (SiC) universalmente resistenti alla corrosione
Fogli tubieri rivestiti in PFA
Sistema di tenuta unico con guarnizioni O'ring in FFKM e FKM
Eccezionale conduttività termica
Numero regolabile di tubi, dimensioni, lunghezza e numero di passaggi su entrambi i lati
Diametro della calotta da 100 a 400 mm
Tubi da 14, 19 o 25 mm Ø
Tubi lunghi da 1000 mm a 4500 mm
Acciaio rivestito in vetro, acciaio rivestito in PTFE o vetro per il guscio o le testate sul lato del processo
Acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, acciaio rivestito in vetro, acciaio rivestito in PTFE o vetro per il guscio o le testate sul lato di servizio
Sistema unico, ultra-sicuro e affidabile di tripla piastra tubiera/doppia tenuta
Lo scopo degli scambiatori di calore a fascio tubiero
Lo scopo degli scambiatori di calore a fascio tubiero è trasferire calore da un fluido all'altro. Sono comunemente utilizzati in un'ampia gamma di settori, tra cui l'elaborazione chimica, la produzione di energia, il petrolio e il gas e l'HVAC.
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono dispositivi utilizzati per trasferire calore tra due o più fluidi che si trovano a temperature diverse. Lo scambiatore di calore è costituito da una serie di tubi racchiusi in un involucro. I due fluidi scorrono attraverso i tubi all'interno dell'involucro, quindi il calore viene trasferito da un fluido all'altro attraverso le pareti dei tubi.
Questi scambiatori funzionano consentendo al fluido primario di fluire attraverso i tubi, mentre il fluido secondario scorre attraverso il guscio circostante esterno. Il calore viene trasferito dal fluido più caldo a quello più freddo attraverso le pareti del tubo, che sono solitamente realizzate in metalli come rame o acciaio inossidabile.
I fluidi vengono tenuti separati per evitare che si mescolino e solitamente scorrono in direzioni opposte per massimizzare l'efficienza del trasferimento di calore.
Dopo l'uso, gli scambiatori di calore possono essere completamente spurgati e preparati per nuovi progetti, grazie al guscio e alla tubazione unidirezionali. Ciò non solo aiuta a mantenere i tubi incontaminati, ma li rende anche ideali per operazioni continue o batch.
Lo scambiatore di calore a fascio tubiero, noto anche come scambiatore di calore tubolare, è uno scambiatore di calore interparete con la superficie della parete del fascio tubiero racchiuso nel mantello come superficie di trasferimento del calore. Questo tipo di scambiatore di calore è semplice nella struttura e affidabile nel funzionamento. Può essere realizzato in vari materiali strutturali (principalmente materiali metallici) e può essere utilizzato ad alta temperatura e alta pressione. È il tipo più ampiamente utilizzato al momento.
Precauzioni per la sostituzione del tubo di scambio termico dello scambiatore di calore a fascio tubiero:
1. La superficie del tubo deve essere priva di crepe, pieghe, pellicole spesse e altri difetti.
2. Quando i tubi devono essere giuntati, è consentito un solo giunto di saldatura per lo stesso tubo di scambio termico (il tubo a forma di U può avere due giunti di saldatura). La lunghezza del tubo più corto non deve essere inferiore a 300mm, mentre quella della sezione curva del tubo a forma di U deve essere di almeno 50mm. Non deve esserci alcuna saldatura di giunzione nella sezione lunga e dritta del tubo. La quantità di disallineamento del giunto di testa non deve superare il 15% dello spessore della parete del tubo e non deve essere maggiore di 0,5 mm.
3. La durezza del tubo deve essere controllata quando il tubo e la piastra tubiera vengono espansi. In genere, la durezza del tubo deve essere 30HB inferiore a quella della piastra tubiera. Quando la durezza del tubo è superiore o prossima a quella della piastra tubiera, entrambe le estremità del tubo devono essere ricotte e la lunghezza ricotta deve essere 80~100mm più lunga dello spessore della piastra tubiera.
4. Entrambe le estremità del tubo e il foro della piastra tubiera devono essere puliti e privi di grasso e altra sporcizia e non devono esserci segni longitudinali o a spirale che influiscano sull'espansione e sulla tenuta.
5. Entrambe le estremità del tubo devono sporgere dalla piastra tubiera, con una lunghezza di 4 ± 1 mm.
6. L'espansione idraulica deve essere adottata per il giunto di dilatazione del tubo e della piastra tubiera. Ogni rigonfiamento deve essere rigonfiato non più di due volte.
7. Quando il tubo e la piastra tubiera vengono saldati, la superficie di taglio del tubo deve essere piana, senza sbavature, rigonfiamenti, crepe, intercalari, ecc. e non devono essere presenti scorie, ossido di ferro, incrostazioni di olio e altri detriti che influiscano sulla qualità della saldatura.
Strategie di manutenzione e pulizia per scambiatori di calore a fascio tubiero
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono progettati per le esigenze di riscaldamento e raffreddamento in linea di ambienti industriali e commerciali. Indipendentemente da quanto siano ben realizzati, questi componenti integrali sono soggetti a incrostazioni e corrosione, quindi sono necessari protocolli di manutenzione e pulizia adeguati per garantire prestazioni e longevità costanti.
Utilizzati per trasferire calore tra fluidi senza mescolarli, questi scambiatori sono forse il tipo più comune utilizzato in una gamma di impostazioni. Conoscere i corretti passaggi di manutenzione/pulizia procedurale è fondamentale per le loro prestazioni ottimali e continue.
Ispezionare l'esterno per individuare eventuali segni di danni (ad esempio crepe, perdite, usura e rotture) o corrosione, assicurandosi allo stesso tempo che lo scambiatore sia fissato correttamente.
Ispezionare il fascio tubiero per individuare eventuali segni di corrosione o incrostazioni. Quest'ultime si verificano quando i solidi si accumulano sulla superficie del tubo, riducendone l'efficienza.
Controllare i fluidi che scorrono attraverso lo scambio per confermare la pressione e la temperatura corrette. Controllare anche eventuali segni di contaminazione o perdite.
Pulire i tubi seguendo i metodi sottostanti se sono presenti corrosione o incrostazioni. Se è presente solo incrostazioni standard (ad esempio, leggere), sarà sufficiente una pulizia chimica.
Rimontare lo scambiatore, assicurandosi che tutti i componenti siano ricollegati e fissati correttamente.
Verificare perdite, temperatura e pressione, assicurandosi che vengano apportate le modifiche necessarie per prestazioni ottimali.
Anche se possono sembrare ovvi, seguire i passaggi sopra indicati (e prestare attenzione ai problemi più comuni) è fondamentale per garantire la lunga durata di questi componenti essenziali.
In generale, la corrosione si verifica quando il materiale del tubo reagisce negativamente con l'ambiente o i fluidi, causando perdite, riduzione dello scambio termico e assottigliamento della parete del tubo.
La prevenzione è la migliore linea d'azione. L'uso di materiali resistenti alla corrosione (ad esempio, titanio o acciaio inossidabile) e l'applicazione di rivestimenti protettivi sono pratiche comuni per prevenire tali eventi. Tuttavia, devono essere comunque eseguiti test e ispezioni visive per garantire un rilevamento precoce della corrosione.
Se si è già verificata una corrosione estesa, i componenti dovranno essere sostituiti. Pertanto, è necessario adottare misure preventive in ogni momento.
L'incrostazione dei tubi è il problema più comune associato agli scambiatori di calore a fascio tubiero. Si verifica quando del materiale (ad esempio, materia biologica, calcare o sporcizia) si accumula all'interno o all'esterno del tubo, riducendo il trasferimento di calore, riducendo le prestazioni del sistema e aumentando la caduta di pressione.
A seconda della gravità dell'incrostazione dei tubi, è possibile intervenire in due modi.
Per incrostazioni leggere, sarà sufficiente una pulizia chimica. Questo metodo utilizza semplicemente sostanze chimiche per sciogliere e lavare via il materiale incrostato. Per incrostazioni pesanti, tuttavia, è meglio una pulizia meccanica. Ciò comporta la rimozione fisica del materiale incrostato tramite una spazzola o un getto d'acqua.
Le crepe o le perdite sono considerate danni meccanici. In genere, tali problemi vengono risolti tramite la sostituzione o la riparazione dei tubi.
Scambiatori di calore e stampa 3D, ottimizzazione topologica, struttura reticolare e applicazioni aerospaziali
Gli scambiatori di calore sono indispensabili in varie applicazioni. In generale, gli scambiatori di calore vengono utilizzati per trasferire calore tra fluidi (solitamente fluidi in movimento) per eliminare il calore eccessivo generato dai componenti durante il funzionamento. Soprattutto nelle applicazioni aerospaziali, la maggior parte del raffreddamento del motore è fornita da uno scambiatore di calore aria-olio situato tra il motore e la cabina. Lo scambiatore di calore può raffreddare l'olio motore durante il funzionamento, ottimizzando così il più possibile la capacità del motore. Pertanto, il dispositivo deve essere in grado di funzionare in condizioni di temperatura elevata, grave corrosione e usura, adatto per aeromobili con lunghi tempi di fermo in atmosfera marina, vibrazioni dinamiche e aree operative a lungo termine.
A causa della loro struttura complessa, gli scambiatori di calore aerospaziali sono tradizionalmente prodotti tramite un lungo processo di assemblaggio di piastre sottili tramite brasatura o saldatura per diffusione. La brasatura utilizza metalli di riempimento con punti di fusione inferiori al substrato collegato, che possono produrre una forte adesione e migliorare la resistenza alla corrosione. Tuttavia, non è del tutto adatta per componenti di grandi dimensioni con più giunti e richiede operatori altamente qualificati ed esperti per ottenere risultati ottimali. L'innovativa saldatura per diffusione può facilitare una saldatura migliore e più facile tra componenti metallici, con conseguenti scambiatori di calore compatti ad alte prestazioni. In particolare, il processo prevede l'applicazione di alte temperature e pressioni per saldare la lamiera senza fonderla o deformarne la forma. Tuttavia, questo processo richiede attrezzature specializzate e tempi di lavorazione più lunghi. Inoltre, il successo della connessione dipende dal trattamento superficiale e dallo stretto contatto tra le superfici, il che limita la gamma di applicazione di forme geometriche complesse. Nel corso degli anni, l'industria aerospaziale ha compiuto significativi progressi tecnologici e ora l'efficienza di produzione dei componenti dello scambiatore di calore è maggiore per ridurre al minimo gli sprechi. Tuttavia, lo sviluppo di nuovi e più efficienti scambiatori di calore è ancora in corso. La cosa più importante è ridurre il peso finale dei componenti influenzandone le dimensioni, ottenendo al contempo alti livelli di prestazioni di efficienza termica. Pertanto, ci sono diversi obiettivi principali nel processo di progettazione e produzione degli scambiatori di calore, che sono impegnativi dal punto di vista dei costi di ingegneria e produzione.
Oggigiorno, tutti i componenti utilizzati nell'industria aerospaziale hanno requisiti di produzione e durata utile per soddisfare le più severe normative ambientali, costringendo queste industrie ad avere una nuova visione per gli scambiatori di calore. Sperano di migliorare l'efficienza dello scambio termico attraverso una progettazione complessa, ma le tecniche di produzione tradizionali possono raggiungere la produzione di sistemi complessi. Inoltre, questa nuova normativa ha stimolato la considerazione di nuove tecnologie di produzione, tenendo quindi conto anche di materiali con elevati rapporti densità/resistenza.
La progettazione di uno scambiatore di calore in genere comporta un complesso equilibrio tra la massimizzazione dell'area superficiale del componente e la minimizzazione della caduta di pressione all'interno del componente. In genere, gli scambiatori di calore possono essere classificati in vari modi, come meccanismi di trasferimento, proprietà di processo, flusso di fluido e compattezza. La caratteristica di uno scambiatore di calore compatto è che ha un gran numero di superfici di scambio termico per unità di volume e la massimizzazione del trasferimento di calore riducendo al minimo il volume totale dei componenti è la base della progettazione dello scambiatore di calore compatto. Grazie alle loro dimensioni relativamente ridotte, al peso leggero e all'elevata efficienza termica, questi scambiatori di calore compatti sono stati ampiamente utilizzati nell'industria aerospaziale.
L'ottimizzazione della topologia e la struttura reticolare sono molto apprezzate
La comunità scientifica sta ancora esplorando nuovi strumenti di progettazione e metodi di produzione per affrontare le limitazioni esistenti degli scambiatori di calore e massimizzare l'efficienza termica, ottenendo al contempo componenti estremamente compatti e leggeri. Molti dettagli degli scambiatori di calore sono in ultima analisi guidati non dai requisiti di prestazione, ma dalle capacità di produzione. Pertanto, comprendere gli effetti di variabili come passo, altezza delle alette e spessore delle alette è fondamentale per la produzione ripetuta di scambiatori di calore leggeri e ad alte prestazioni. In passato, un'ampia ricerca sulla correlazione tra forma delle alette ed efficienza termica ha guidato la progettazione di nuovi scambiatori di calore. Tradizionalmente, il tipo di alette utilizzate è il risultato di processi di formatura o piegatura di lamiere metalliche e la loro forma geometrica deve consentire una facile connessione sul componente finale. Ciò riduce le possibili combinazioni geometriche per generare nuovi e più potenti scambiatori di calore.
L'industria moderna ha raggiunto un certo livello di progresso tecnologico, che può garantire il superamento delle limitazioni di cui sopra. In particolare, la combinazione di ottimizzazione della topologia nella fase di progettazione e produzione additiva nella fase di produzione ha ampliato lo spazio di produzione degli scambiatori di calore, ha aggiunto possibili categorie e, con alcune limitazioni, può aiutare a migliorare le prestazioni per applicazioni aerospaziali e di altro tipo.
L'ottimizzazione topologica è una tecnica matematica che utilizza parametri di progettazione variabili e vincoli per generare forme che garantiscano la massimizzazione o la minimizzazione di una o più funzioni obiettivo. In particolare, l'ottimizzazione si ottiene regolando i valori dei parametri di ingegneria per raggiungere il valore massimo o minimo della funzione obiettivo, soddisfacendo al contempo i vincoli. Questo utile strumento, combinato con software di modellazione computazionale avanzato e tecnologia di produzione additiva, può creare progetti di scambiatori di calore con superfici ottimizzate e peso ridotto.
La crescente domanda di massimizzazione della dissipazione del calore e delle prestazioni è una nuova visione per la progettazione degli scambiatori di calore. Ad esempio, l'uso di strutture reticolari ha dimostrato di essere un possibile metodo per migliorare il trasferimento di calore e migliorare l'efficienza degli scambiatori di calore. Una struttura reticolare è una struttura composta da pilastri disposti in un ordine topologico periodico, che si ripete una o più volte. La struttura a griglia assicura una significativa resistenza meccanica, formando così un efficiente sistema di supporto del carico e fornisce anche possibilità di produzione per lo scambio di calore a flusso incrociato. A causa del flusso incrociato del fluido freddo che si propaga attraverso i pori, il calore del fluido caldo viene dissipato localmente attraverso la struttura a maglie tramite conduzione e convezione. La combinazione di elevata conduttività termica, convezione e bassa resistenza al flusso nelle regioni vuote della struttura reticolare porta a uno scambio di calore efficiente. Tradizionalmente, le strutture reticolari vengono prodotte utilizzando tecniche di produzione tradizionali, che presentano molte limitazioni sul numero di architetture. D'altro canto, l'introduzione della moderna tecnologia di produzione additiva ha ampliato le possibili forme geometriche che possono essere create.
Attualmente, è in corso la ricerca sull'uso di strutture cave e la combinazione con strutture reticolari può migliorare significativamente l'efficienza termica. Questi nuovi scambiatori di calore a parete cava realizzati tramite produzione additiva hanno un enorme potenziale di sviluppo industriale, ma la relazione tra trasferimento di calore, perdite e tipi strutturali deve ancora essere valutata correttamente. Tuttavia, alcune limitazioni nella produzione di strutture reticolari e caratteristiche a parete sottile tramite produzione additiva sono ancora sfide che la ricerca scientifica si sta sforzando di affrontare. Le limitazioni di inclinazione minima e massima, spessore e precisione non garantiscono sempre la produzione di strutture complesse.
Produzione additiva di scambiatori di calore
La produzione additiva è un moderno processo di produzione che offre grande flessibilità e opportunità per creare nuovi prodotti con forme geometriche complesse. Negli ultimi decenni, la produzione additiva ha avuto un impatto enorme sul settore industriale in cui le tecniche di produzione tradizionali sono difficili da realizzare e lo spreco di materie prime è grave. Inoltre, l'introduzione della produzione additiva ha reso possibile implementare tecnologie come l'ottimizzazione topologica, migliorando così le prestazioni riducendo il peso dei componenti. Pertanto, l'utilizzo di questi processi per produrre componenti nel settore aerospaziale ha aumentato le opportunità di innovazione e fornito nuovi metodi per la produzione di scambiatori di calore.
Oggigiorno, ci sono decine di processi di produzione additiva, ma il processo di stampa 3D che può produrre scambiatori di calore deve essere identificato attentamente. La tecnologia Direct Energy Deposition (DED) può produrre componenti di grandi dimensioni, ma la superficie finale e la precisione dimensionale del prodotto sono scarse, rendendo questo processo inadatto per la produzione di scambiatori di calore con caratteristiche sottili. La produzione additiva a ultrasuoni (UAM) utilizza l'attrito ultrasonico per collegare sottili piastre metalliche, quindi elabora lo strato tramite produzione sottrattiva per creare la forma geometrica desiderata. Attualmente, molti studi stanno dimostrando la capacità di questa tecnologia di produrre scambiatori di calore. La tecnologia di fusione a letto di polvere è il metodo di produzione additiva più ampiamente utilizzato per la produzione su larga scala di parti metalliche fino ad oggi, e questo processo produce lo scambiatore di calore stampato in 3D più comune attualmente disponibile. Progettare scambiatori di calore più efficienti per settori come i motori aeronautici è diventato possibile con la maturità della tecnologia di stampa 3D.
Piano di revisione per lo scambiatore di calore GB/T151
1. Scambiatori di calore
Il piano di standardizzazione nazionale "Scambiatore di calore" è sotto la giurisdizione del TC262 (Comitato tecnico nazionale per la standardizzazione di caldaie e recipienti a pressione), eseguito dal 262SC5 (Sezione dello scambiatore di calore del Comitato tecnico nazionale per la standardizzazione di caldaie e recipienti a pressione) e supervisionato dal Comitato nazionale per la standardizzazione.
2. Unità di disegno principali
Gansu Lanke Petrochemical High tech Equipment Co., Ltd., China Special Equipment Testing and Research Institute, State Administration for Market Regulation Special Equipment Safety Supervision Bureau, China Petrochemical Engineering Construction Co., Ltd., Sinopec Guangzhou Engineering Co., Ltd., Shanghai Lanbin Petrochemical Equipment Co., Ltd., Xi'an Jiaotong University, Tianjin University, Tsinghua University, China Kunlun Engineering Co., Ltd., Tianhua Chemical Machinery and Automation Research and Design Institute Co., Ltd., China Tianchen Engineering Co., Ltd., Shanghai Special Equipment Supervision and Inspection Technology Research Institute, Jiangsu Special Equipment Safety Supervision and Inspection Research Institute, China Petroleum&Chemical Corporation Shanghai Gaoqiao Branch, Lanzhou Lanshi Group Co., Ltd., Zhejiang Zhongda New Materials Co., Ltd., Jiangsu Changbao Puleisen Steel Pipe Co., Ltd. PetroChina East China Design Institute Co., Ltd., Lanzhou Guanyu Heat Transfer and Energy saving Engineering Technology Società di ricerca Co., Ltd., Shanghai Blue Ocean Science and Technology Innovation Testing Co., Ltd., ecc.
3. Informazioni di base
Numero del piano: 20241614-T-469
Revisione: Revisione
Durata del progetto: 16 mesi
Data di rilascio: 31 maggio 2024
Data della dichiarazione: 21 agosto 2021
Data di inizio dell'annuncio: 12 aprile 2024
Scadenza annuncio: 12 maggio 2024
Categoria standard: Prodotto
Numero di classificazione standard internazionale: 71.120.30
Unità centralizzata: Comitato tecnico nazionale per la standardizzazione delle caldaie e dei recipienti a pressione
Unità di esecuzione: Sezione scambiatori di calore del Comitato tecnico nazionale per la standardizzazione di caldaie e recipienti a pressione
Dipartimento responsabile: Comitato nazionale per gli standard
4. Situazione della domanda
GB/T 151 è lo standard coordinato TSG 21, che appartiene allo standard tecnico di base per gli scambiatori di calore in Cina. La versione GB 151-1999 include una versione inglese, che fornisce un'assistenza sostanziale per la tecnologia e i prodotti degli scambiatori di calore della Cina per entrare nei mercati esteri; Attualmente, il numero di progetti internazionali guidati dalla tecnologia indipendente cinese è in aumento e, dopo la revisione dei nuovi standard, la struttura generale, l'ambito di applicazione, il contenuto tecnico e la classificazione dell'efficienza energetica hanno subito cambiamenti significativi. Pertanto, la versione inglese dello standard deve essere implementata simultaneamente per fornire supporto standard per la creazione del marchio indipendente della Cina, il rafforzamento degli scambi internazionali di efficienza energetica e la promozione dei prodotti all'estero.
5. Scopo e significato
Lo scambiatore di calore è un'apparecchiatura di processo unitaria utilizzata per lo scambio e il trasferimento di calore, ampiamente utilizzata in settori quali petrolio, chimica, metallurgia, energia, prodotti farmaceutici, alimentare, industria leggera, macchinari, ecc. Secondo le statistiche dell'Amministrazione statale per la regolamentazione del mercato, in Cina ci sono circa 5 milioni di recipienti a pressione registrati e quasi 1 milione di scambiatori di calore, che rappresentano oltre il 20%.
Gli scambiatori di calore appartengono a un tipo specifico di recipiente a pressione e garantire la sicurezza è fondamentale. Inoltre, in quanto apparecchiature chiave che consumano energia nell'industria di processo, il loro livello di efficienza energetica è un'importante garanzia per lo sviluppo verde dell'industria energetica.
Dagli anni '90, la Cina ha gradualmente sviluppato il concetto di stabilire un sistema di standard tecnici per scambiatori di calore con caratteristiche cinesi basato sulla ricerca. Nel 2014, è stata gradualmente formata un'architettura di sistema che copre prodotti, componenti e standard di prestazioni basati su GB/T 151. Allo stesso tempo, i requisiti comuni per la sicurezza e le prestazioni sono stati chiariti per la prima volta nello standard.
Nell'ultimo decennio, con la guida e l'implementazione di direzioni strategiche nazionali come il picco di carbonio e la neutralità del carbonio, lo sviluppo del settore energetico ha presentato una nuova situazione. La domanda di campi emergenti continua ad espandersi, gli scenari applicativi emergono costantemente e lo sviluppo su larga scala sta fiorendo. I prodotti per scambiatori di calore hanno presentato modelli di sviluppo complessi e diversificati e i confini standard esistenti sono stati infranti.
A tal fine, è necessario esaminare e condurre ricerche complete sull'adattabilità dell'ambito, dei metodi e degli indicatori standard, nonché sviluppare e migliorare i seguenti quattro aspetti: 1) Scenari applicativi: l'attributo "energetico" del petrolio si sta gradualmente indebolendo e la domanda come materiale chimico di base sta gradualmente aumentando, con una chiara tendenza nello sviluppo della "materializzazione"; Allo stesso tempo, la domanda di settori emergenti come l'energia pulita, l'energia solare e l'energia dell'idrogeno è in continua espansione.
I campi di applicazione originali e l'ambito di prodotto dello standard non sono più adatti alle esigenze di sviluppo del settore. È necessario rivedere e migliorare il sistema di standard tecnici generali per gli scambiatori di calore, riassumere e migliorare i requisiti comuni per gli scambiatori di calore; ampliare l'ambito degli standard di riferimento per i prodotti degli scambiatori di calore per includere vari tipi di prodotti degli scambiatori di calore come il tipo di scheda, il tipo di piastra completamente saldata e il tipo di guscio della piastra; assorbire e promuovere gli standard di prodotto emergenti degli scambiatori di calore come il tubo a spirale e la piastra saldata a diffusione sotto vuoto; considerando lo sviluppo continuo degli standard, fornire indicazioni o soluzioni per i prodotti futuri da includere nella giurisdizione di GB/T 151.
2) Classificazione dell'efficienza energetica: la conservazione dell'energia e la riduzione delle emissioni sono diventati mezzi importanti per raggiungere strategie nazionali come il picco di carbonio e la neutralità del carbonio. Come apparecchiature ad alto consumo energetico e recupero energetico per le imprese di raffinazione, il miglioramento dello scambio termico, il calcolo e la valutazione dell'efficienza energetica sono diventati questioni chiave che devono essere superate con urgenza.
La tecnologia di trasferimento di calore migliorato passivo rappresentata da componenti ad alta efficienza e strutture di flusso ha fatto notevoli progressi, promuovendo l'avanzamento della tecnologia di trasferimento di calore migliorato dello scambiatore di calore. Tuttavia, mancano dati quantitativi per guidare la selezione e la progettazione del prodotto; il metodo di analisi del percorso di flusso tradizionale propone i requisiti di base per la progettazione strutturale dell'area di perdita lato guscio degli scambiatori di calore a fascio tubiero, ma manca di analisi quantitative o verifica dei dati sperimentali.
A tal fine, è necessario quantificare gli indicatori e gli elementi di valutazione relativi all'efficienza energetica e migliorare gradualmente i metodi di calcolo e valutazione dell'efficienza energetica dei vari standard di prodotto.
3) Miglioramento della qualità e dell'efficienza: NB/T 47019 ha proposto una precisione di livello TI più rigorosa sulla base della precisione di livello I e II originale, migliorando ulteriormente il livello di qualità dei componenti dello scambiatore di calore. Di conseguenza, lo standard deve essere ulteriormente migliorato per stabilire un sistema di classificazione della qualità per i fasci tubieri.
A tal fine, la norma deve classificare e abbinare ragionevolmente la precisione e le serie dimensionali delle piastre tubiere e dei fori dei tubi in base alle loro caratteristiche di utilizzo, integrare e migliorare il tipo strutturale, la progettazione strutturale e i metodi di calcolo della resistenza delle teste dei tubi e formulare requisiti speciali per la saldatura, la valutazione del processo dei giunti di dilatazione, i metodi di prova non distruttivi, ecc., per contribuire a migliorare la qualità interna degli scambiatori di calore.
4) Su larga scala: i processi di raffinazione e chimici integrati, così come le attrezzature su larga scala, sono diventati una tendenza inevitabile nello sviluppo dell'industria petrolchimica. Le dimensioni strutturali dei prodotti si stanno rapidamente sviluppando verso dimensioni estreme e il diametro nominale di un gran numero di scambiatori di calore ha superato significativamente i 4000 mm (scambiatori di calore/reazione EO, reattori/reazione anidride maleica, refrigeratori multistadio in stirene, ecc.).
Le condizioni di carico ad alto flusso degli scambiatori di calore rendono la vibrazione indotta dal flusso dei grandi fasci tubieri uno dei fattori limitanti per l'affidabilità del prodotto.
Il metodo di progettazione della piastra tubiera presenta numerose limitazioni nel considerare diametri elevati, tubi non standard e carichi verticali propri.
A tal fine, la norma deve analizzare il progresso tecnologico e l'esperienza ingegneristica di prodotti su larga scala, migliorare la gamma di diametri applicabili di diversi tipi di scambiatori di calore, perfezionare il metodo di progettazione delle vibrazioni indotte dal fluido, perfezionare le misure di supporto ingegneristico, promuovere l'applicazione di metodi di progettazione leggera delle piastre tubiere, migliorare il modello di calcolo, i parametri e gli indicatori di valutazione delle piastre tubiere e formare un metodo ingegneristico adatto all'analisi numerica delle piastre tubiere negli scambiatori di calore su larga scala.
6. Ambito e contenuto tecnico principale
1. La presente norma specifica i requisiti generali, i materiali, la progettazione, la fabbricazione, l'ispezione, l'accettazione, l'installazione e l'uso degli scambiatori di calore metallici.
La pressione di progetto applicabile a questa norma è:
a) La pressione di progetto dello scambiatore di calore a fascio tubiero non deve superare i 35 MPa;
b) La pressione di progetto di altri tipi strutturali di scambiatori di calore deve essere determinata in base alle corrispondenti norme di prodotto.
La temperatura di progettazione applicabile a questa norma è:
a) L'acciaio non deve superare l'intervallo di temperatura consentito per i materiali elencati in GB 150.2-2011;
b) Altri materiali metallici devono essere determinati in base alla temperatura di esercizio ammissibile elencata nelle corrispondenti norme di riferimento. Il diametro nominale applicabile agli scambiatori di calore a fascio tubiero in questa norma non deve superare i 6000 mm e il prodotto della pressione di progetto (MPa) e del diametro nominale (mm) non deve superare 4,05 × 10 ^ 4.
2. Contenuto tecnico principale
a) Migliorare i requisiti generali:
1) Migliorare la clausola "Requisiti generali" GB/T 151 4.1.1, prevedendo che per nuove occasioni e nuove strutture di scambiatori di calore che soddisfano i requisiti generali di questa norma, debbano essere sviluppate condizioni tecniche speciali o standard aziendali basati sulle condizioni di carico e sulle caratteristiche strutturali per quelli che non hanno ancora standard di prodotto.
2) Migliorare la clausola "Requisiti generali" GB/T 151 4.1.2 e integrare SH/T 3119-2016 (tipo a manicotto), NB/T 47004.2 (tipo a piastra completamente saldata), XXXX (tipo a guscio di piastra) e altri standard di prodotti per scambiatori di calore.
b) Sviluppare normative tecniche specializzate per le teste dei tubi:
1) Aggiungere l'Appendice N per affrontare il problema del tipo singolo e della scarsa applicabilità della valutazione del processo di saldatura per le teste dei tubi di scambio termico nell'Appendice D di NB/T 47014. Proporre requisiti speciali per la valutazione del processo di saldatura di saldature a cordone, saldature a gola e saldature a cordone combinato per le teste dei tubi. In risposta alla limitata applicabilità dei tipi di test non distruttivi e dei criteri di difetto per le teste dei tubi nell'Appendice A di NB/T 47031.2, e in combinazione con gli elevati requisiti di parametri e affidabilità del settore, vengono proposti requisiti speciali per i test non distruttivi delle teste dei tubi, chiarendo la classificazione dei difetti interni e i metodi di test non distruttivi per i campioni di processo delle teste dei tubi.
2) Aggiungere l'Appendice P e proporre requisiti speciali per la valutazione del processo di giunto di dilatazione della testa del tubo di dilatazione della resistenza.
3) Aggiungere l'Appendice Q, proponendo metodi di valutazione e regole di implementazione per la saldatura di resistenza, l'espansione di resistenza e il carico di estrazione della testa del tubo della struttura combinata.
4) Aggiungere la clausola 8.13 di GB/T 151 su "Prove non distruttive" (in precedenza spostata più in basso), fornire clausole di principio per le prove radiografiche delle teste dei tubi (ad esempio quando specificato nei documenti di progettazione, quando il mezzo è estremamente pericoloso...) e proporre il rapporto di campionamento minimo.
c) Aggiornamento dei parametri di specifica:
1) Migliorare la clausola "Ambito di applicazione" di GB/T 151 1.5, ampliare la gamma di diametri dei fasci tubieri non estraibili a 6000 mm, ampliare la gamma di diametri dei fasci tubieri estraibili a 2600-3000 mm e aumentare il prodotto della pressione di progetto e del diametro nominale a 4,05 × 10 ^ 4.
d) Vibrazione indotta dal fluido: combinando i progressi della tecnologia dell'energia nucleare con i casi applicativi dell'ingegneria petrolchimica, si migliora il metodo di progettazione della vibrazione indotta dal fluido e si perfezionano ulteriormente le misure di supporto ingegneristico; in particolare, include:
1) Migliorare la clausola 6.8 di GB/T 151 per il "processo shell" e integrare il nuovo metodo di progettazione del bypass.
2) Migliorare l'Appendice C di GB/T 151 su "Vibrazioni indotte da fluidi" e fornire principi di progettazione per piastre completamente supportate e piastre antivibrazioni.
e) Metodo di calcolo dell'espansione della piastra tubiera:
1) Spiegazione dell'applicabilità del carico della piastra tubiera (peso proprio) e metodo di calcolo (diametro grande).
2) Metodo di calcolo per la sollecitazione della struttura del tubo di tiraggio esterno di grandi dimensioni.
3) Criteri di calcolo per la rigidezza equivalente della struttura del cono inclinato a forma di bollitore.
4) Viene proposta la distanza minima richiesta per le aperture attorno alla piastra tubiera.
5) Metodo di analisi delle sollecitazioni per la struttura equivalente della piastra solida della piastra tubiera.
f) Supporto all'aggiornamento dei dati:
1) Aggiungere una gradazione di grande diametro al cilindro e fornire il valore minimo di spessore.
2) Fornire la tolleranza di rotondità per cilindri di grande diametro.
g) Affinamento degli indicatori di efficienza energetica degli scambiatori di calore:
1) Migliorare la clausola a) nella sezione 4.3.2.1 del GB/T 151 "Selezione e calcolo" e integrare i requisiti specifici di efficienza energetica;
2) Aggiungere la clausola d) nella sezione 4.3.2.1 di GB/T 151 "Selezione e calcolo" per integrare i metodi di valutazione e test dell'efficienza energetica.
h) Misure concrete per un efficiente trasferimento di calore:
1) Migliorare la sezione 4.3.2.2 di GB/T 151 "Selezione e calcolo" e raccomandare l'utilizzo di elementi di trasferimento di calore ad alta efficienza o strutture laterali a guscio ad alta efficienza come metodi per migliorare l'efficienza del trasferimento di calore.
2) Migliorare la sezione 5.4.2 di GB/T 151 su "Tubi di scambio termico", aggiungere componenti di trasferimento di calore ad alta efficienza come tubi intrecciati e fornire scenari applicabili e indicatori di efficienza di trasferimento di calore per diversi tipi di componenti.
3) Migliorare le sezioni 6.8.2.1 e 6.8.2.3 di GB/T 151 "Deflettori (Componenti)" e aggiungere disegni tipici, scenari applicabili, principi di layout e indicatori di efficienza del trasferimento di calore per strutture laterali a guscio ad alta efficienza come deflettori a spirale e deflettori.
i) Indicatori quantitativi di perdite e classificazione dell'efficienza energetica dei percorsi di flusso del guscio: proporre dati quantitativi sugli indicatori di perdite di ciascun percorso di flusso nel percorso di flusso del guscio, stabilire una relazione tra il livello del fascio e gli indicatori di efficienza energetica e ottenere la quantificazione dei dati e la classificazione dell'efficienza energetica.
j) Determinazione e ottimizzazione dei parametri dell'indice del percorso di flusso del guscio:
1) Rivedere la sezione 6.8.2.2.3 di GB/T 151 "Controllo della distanza tra tubi di scambio termico e deflettori" per separare e perfezionare gli indicatori di distanza, corrispondenti alla classificazione dell'efficienza energetica.
2) Rivedere la sezione 6.8.2.3 di GB/T 151 sulla spaziatura tra i deflettori e verificare l'adattabilità dell'indice di spaziatura minima insieme all'analisi del campo di flusso.
3) Rivedere la sezione 6.8.3.2 di GB/T 151 "Impostazione delle valvole di bypass", combinare l'analisi del campo di flusso per determinare la relazione quantitativa tra la struttura del deflettore di bypass e il percorso del flusso di bypass, verificare i principi di impostazione, fornire i requisiti di impostazione e corrispondere alla classificazione dell'efficienza energetica.
4) Rivedere la sezione 6.8.2.2.1 di GB/T 151 "Diametro esterno e deviazione ammissibile dei deflettori", combinare l'analisi del campo di flusso per determinare la relazione quantitativa tra il gioco del cilindro della piastra e il flusso di perdita, migliorare gli indicatori di deviazione ammissibile del diametro esterno e di rotondità del cilindro, potenziare gli indicatori soddisfacendo al contempo i requisiti di ingegneria costruttiva e corrispondere alla classificazione dell'efficienza energetica.
5) Rivedere la sezione 6.8.3.3 di GB/T 151 "Bloccaggio dei tubi", combinare l'analisi del campo di flusso per determinare la relazione quantitativa tra i canali interni non dei tubi e il flusso di perdita, verificare i principi di impostazione, fornire i requisiti di impostazione e corrispondere alla classificazione dell'efficienza energetica.
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