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Intercambiador de calor de la cabeza flotante
Un intercambiador de calor de cabezal flotante es un tipo de intercambiador de calor en el que solo un extremo de la placa de tubos está fijado a la carcasa, mientras que el otro extremo puede moverse libremente con respecto a la carcasa, lo que se conoce como cabezal flotante.
DESCRIPCIóN
Intercambiador de calor de cabeza flotante
Un intercambiador de calor de cabezal flotante es un tipo de intercambiador de calor en el que solo un extremo de la placa de tubos está fijado a la carcasa, mientras que el otro extremo puede moverse libremente con respecto a la carcasa, lo que se conoce como cabezal flotante. El cabezal flotante consta de una placa de tubo flotante, un anillo de gancho y una cubierta del extremo del cabezal flotante. Es desmontable, lo que permite extraer el haz de tubos del armazón. La deformación térmica entre el haz de tubos y la carcasa no está limitada, evitando la generación de tensión térmica. Sus ventajas incluyen una fácil limpieza entre tubos y dentro de los tubos sin estrés térmico. Sin embargo, su estructura es compleja, tiene un costo más alto en comparación con los intercambiadores de calor de láminas de tubos fijos, el equipo es voluminoso, hay un alto consumo de material y la inspección de la pequeña cubierta en el extremo del cabezal flotante no es posible durante la operación. Durante la fabricación se necesitan altos requisitos de sellado. Es adecuado para aplicaciones donde hay una diferencia de temperatura significativa entre la carcasa y el haz de tubos o donde es probable que se produzcan incrustaciones en el medio del lado de la carcasa.
Tabla de contenido
1. Introducción
2. Estructura
3. Requisitos de diseño
4. Pros y contras
▪ Ventajas
▪ Contras
5. Proceso de fabricación
6. Inspección de calidad
7. Características
8. Fallos y contramedidas
Introducción al intercambiador de calor de cabezal flotante
En un intercambiador de calor de cabezal flotante, un extremo de la placa de tubos se fija entre la carcasa y la caja de tubos, mientras que el otro extremo, llamado cabezal flotante, puede moverse libremente dentro de la carcasa. El haz de tubos, junto con el cabezal flotante, puede expandirse y contraerse axialmente cuando se calienta, eliminando por completo la tensión diferencial térmica.
Estructura del intercambiador de calor de cabezal flotante
Taladre agujeros entre las ranuras cóncavas y trapezoidales y enrosque o suelde varios tornillos distribuidos uniformemente. La brida de cabeza flotante es cóncava y trapezoidal para lograr un doble sellado, y las placas deflectoras y las proyecciones trapezoidales se comunican entre sí y están ubicadas en la brida ancha en la misma cara extrema. Los salientes cóncavos y trapezoidales, así como las placas deflectoras, coinciden correspondientemente con las ranuras cóncavas y trapezoidales de la placa del tubo de dirección flotante. La brida sin cabeza esférica plegada está soldada a la cubierta de la cabeza flotante, y los orificios para tornillos de la brida coinciden con los orificios roscados o tornillos de la placa del tubo de la cabeza flotante. Se utilizan pernos o tuercas para sujetar y apretar las ranuras cóncavas y trapezoidales, así como las ranuras de la placa deflectora y sus juntas. Cuando sea necesario, el espesor y el diámetro de la placa del tubo de dirección flotante se pueden aumentar apropiadamente, junto con los cambios correspondientes en las dimensiones de los componentes relacionados. Además, se configura un anillo de acero externo asistido por fuerza, con su diámetro interior mayor que el diámetro exterior de la lámina del tubo de dirección flotante. Un extremo del anillo de acero está embridado y conectado al lado interior de la superficie de sellado cóncava o trapezoidal en la brida de cabeza exterior, mientras que el otro extremo está embridado o conectado a la ranura cóncava original y su junta o sello circular exterior en el flotante. lámina del tubo de dirección.
Requisitos de diseño del intercambiador de calor de cabezal flotante
Con el desarrollo de la economía, han surgido rápidamente diversos tipos y formas de intercambiadores de calor. En China se han establecido estándares para ciertos tipos de intercambiadores de calor para satisfacer las crecientes necesidades, formando una serie. Un intercambiador de calor bien diseñado debe cumplir los siguientes requisitos básicos:
1. Alcanzar razonablemente las condiciones de proceso especificadas.
2. Estructuralmente seguro y confiable.
3. Fácil de fabricar, instalar, operar y mantener.
4. Económicamente razonable.
Un extremo de la placa de tubos en un intercambiador de calor de cabezal flotante está fijado a la carcasa, mientras que el otro extremo puede moverse libremente dentro de la carcasa. Por lo tanto, cuando hay una diferencia de temperatura significativa entre los dos medios, no se genera tensión diferencial térmica entre el haz de tubos y la carcasa. El extremo del cabezal flotante está diseñado para ser desmontable, lo que permite una fácil inserción o extracción del haz de tubos del armazón (también puede diseñarse como no desmontable). Esto proporciona comodidad para la inspección y limpieza. Sin embargo, la estructura de este intercambiador de calor es compleja y la pequeña cubierta en el extremo flotante no es visible durante el funcionamiento, lo que hace que el sellado sea particularmente importante durante la instalación.
La estructura del intercambiador de calor de cabezal flotante, especialmente la parte del cabezal flotante, se puede diseñar en varias formas según los diferentes requisitos. Además de garantizar que el haz de tubos pueda moverse libremente dentro del equipo, también se debe considerar la comodidad para la inspección, instalación y limpieza de la parte del cabezal flotante.
In the design process, the outer diameter (Do) of the floating head tube sheet must be considered. This diameter should be smaller than the inner diameter (Di) of the shell. A recommended gap (b1) between the floating head tube sheet and the inner wall of the shell is generally 3-5mm. This allows the tube bundle to be pulled out of the shell after removing the hook ring, facilitating inspection and cleaning. Assembly of the floating head cover can only take place after the tube bundle is inserted, so the necessary space for the floating head cover during assembly should be considered in the design.
The hook ring plays a crucial role in ensuring the sealing of the floating head end and preventing leakage between media. With advancements in the design and manufacturing technology of floating head heat exchangers and the accumulation of long-term usage experience, the structure of the hook ring has been continuously improved and perfected.
The hook ring is generally of an open structure, requiring reliable sealing, simple and compact structure, and ease of manufacturing and disassembly.
Floating head heat exchangers, with their high reliability and wide adaptability, have accumulated rich experience during long-term use, continuously promoting their own development. Thus, they continue to dominate among various types of heat exchangers.
Floating Head Heat Exchanger Pros and Cons
Floating Head Heat Exchanger Pros:
1. The tube bundle can be pulled out for easy cleaning of tube and shell sides.
2. Not restricted by temperature differences between media.
3. Can operate at high temperatures and pressures, generally up to 450 degrees Celsius and 6.4 MPa.
4. Suitable for applications where scaling is severe.
5. Applicable in situations where the tube side is prone to corrosion.
Floating Head Heat Exchanger Cons:
1. Small floating heads are prone to internal leakage.
2. High metal material consumption, with a cost 20% higher.
3. Complex structure.
Floating Head Heat Exchanger Manufacturing Process
The manufacturing process of heat exchange equipment involves the selection and testing of materials, chemical composition testing, and mechanical performance testing. After ensuring the steel plates chemical composition and mechanical properties meet the requirements, the
plate undergoes straightening using methods such as manual straightening, mechanical straightening, and flame straightening.
Chemical equipment undergoes material inspections not only before manufacturing but also at various stages during the manufacturing process.
Floating Head Heat Exchanger Features
One end of the tube sheet in a floating head heat exchanger is fixed between the shell and the tube box, while the other end of the tube sheet can move freely within the shell. This characteristic is visible in the field. The thermal expansion between the shell and the tube bundle is free, and the tube bundle can be pulled out for easy cleaning between tubes and inside tubes. The disadvantage is that the structure is complex, and the cost is higher (20% higher than fixed tube sheet heat exchangers). Leakage at the floating head during operation is not easy to detect. The floating head heat exchanger is suitable for conditions where there is a significant temperature difference between the shell and tube bundle or where the shell-side medium is prone to scaling.
Floating Head Heat Exchanger Faults and Countermeasures
In the production process, due to the flushing of the tube sheet in the floating head heat exchanger by water, cavitation, and corrosion of trace chemical media, leaks often occur at the weld seams of the tube sheet. This leads to the mixing of water and chemical materials, making it difficult to control the production process temperature and resulting in the production of other products, significantly affecting product quality and reducing product grades. After leaks occur at the tube sheet weld seams of the condenser, enterprises usually use traditional welding methods for repair. Internal stresses are easily generated in the tube sheet, and they are difficult to eliminate, causing leaks in other heat exchangers. Enterprises use pressing, inspecting equipment repair conditions, repeatedly welding, experimenting, and it takes several days for 2 to 4 people to complete the repair. After a few months of use, corrosion occurs again at the tube sheet weld seams, leading to wasted manpower, materials, and finances, increasing production costs. By using high molecular composite materials for corrosion resistance and erosion resistance, and by protecting new heat exchangers in advance, not only are welding and sanding issues effectively addressed, but chemical corrosion of heat exchanger metal surfaces and weld points is also avoided during subsequent periodic maintenance. Even if leaks occur after use, they can be repaired in a timely manner using technology, avoiding long-term welding repairs that affect production. It is this fine management that greatly reduces the probability of heat exchanger leaks, not only reducing equipment procurement costs but also ensuring product quality, production time, and increasing product competitiveness.