Maßhaltigkeitsprüfung von Wärmetauschern

Typen von Rohrbündelwärmetauschern

Es gibt drei Arten von Rohrbündelwärmetauschern: Wärmetauscher mit feststehenden Rohrböden, Schwimmkopfwärmetauscher und U-Rohr-Wärmetauscher.

Wärmetauscher mit feststehenden Rohrböden

Bei einem Wärmetauscher mit feststehendem Rohrboden sind die Rohre durch Rohraufweitung oder Schweißen an einem am Mantel befestigten Rohrboden angebracht. Die einfache Struktur ermöglich die kostengünstige Herstellung dieses Typs. Andererseits kann der Mantel nicht gereinigt werden, sodass dieser Typ nicht für die Wärmeumwandlung mit einer stark verschmutzten oder korrosiven Flüssigkeit auf der Mantelseite geeignet ist. Zudem ist Vorsicht bei der thermischen Ausdehnung des Mantels und der Rohre geboten. Im Mantel werden Kompensatoren, wenn der Unterschied in der Flüssigkeitstemperatur zwischen Mantel und Rohren groß ist.

Schwimmkopfwärmetauscher

Bei einem Schwimmkopfwärmetauscher ist eine Seite des Rohrbündels an einem festen Rohrboden befestigt und die andere Seite ist durch Rohraufweitung oder Schweißen an einem schwimmenden Rohrboden befestigt. Da der Mantel und das Rohrbündel nicht miteinander verbunden sind, können sie sich thermisch beliebig ausdehnen. Außerdem lässt sich das Schlauchbündel leicht anbringen und abnehmen, was die Wartung wie Reinigung, Inspektion und Reparaturen erleichtert.

U-Rohr-Wärmetauscher

In einem U-Rohr-Wärmetauscher werden die Rohre in U-Form gebogen, bevor sie in das Gehäuse eingesetzt werden. Da Ummantelung und Rohre nicht miteinander verbunden sind, können sie sich aufgrund der Wärmeausdehnung frei verformen, genau wie bei Wärmetauschern mit Schwimmkopf. Außerdem kann das Rohrbündel angebracht und abgenommen werden, was eine einfache Wartung ermöglicht. Allerdings ist der U-förmige Teil der Rohre schwer zu reinigen.

Aufbau eines Rohrbündelwärmetauschers

Im Folgenden wird ein Schwimmkopf-Wärmetauscher als Beispiel verwendet, um den Aufbau von Rohrbündelwärmetauschern zu erläutern. Ein Schwimmkopf-Wärmetauscher besteht aus Teilen wie einem Gehäusedeckel, Dichtungen, einem Rohrboden, einem Kanal und einem Rohrbündel. Für die Maßhaltigkeitsprüfung von Wärmetauschern ist es wichtig, die Positionen und Rollen dieser Teile zu verstehen.

A: Gehäusedeckel

An die Flansche ist ein gelenkförmiger Kopf angeschweißt. Die Flansche verbinden diese Abdeckung mit dem Gehäuse.

B: Dichtungen

Bei den Dichtungen handelt es sich um Teile, die die Luftdichtheit von Teilen wie dem Kanaldeckel, dem Raum zwischen den Kanalflanschen und dem Rohrboden, den Gehäuseflanschen, dem Gehäuse und dem Gehäusedeckel erhöhen.

C: Gehäuse

Im Gehäuse befindet sich das Rohrbündel, das die Wärme umwandelt.

D: Rohrboden

Der Rohrboden stützt die Rohre und trennt die gehäuseseitige Flüssigkeit von der röhrenseitigen Flüssigkeit. Die Rohraufweitung wird verwendet, um die Rohre an der Rohrplatte zu befestigen, was eine hohe Luftdichtigkeit gewährleistet und Flüssigkeitslecks verhindert.

E: Kanal

Der Kanal ist der Eingang/Austritt für die Flüssigkeit auf der Röhrenseite.

F: Rohrbündel

Dieses Bündel von Rohren wird die Wärme ausgetauscht. Die meisten Rohrbündel bestehen aus Teilen wie einem Rohrboden, Rohren und Ablenkplatten.

Rohre und Rohrbündel

Die Rohre bestehen aus Stahlrohren, die für den Wärmeaustausch (die Wärmeübertragung) ausgelegt sind. Stahlrohre für den Wärmeaustausch werden in zwei Kategorien eingeteilt: nahtlose Stahlrohre und elektrisch widerstandsgeschweißte Stahlrohre. Wärmeübertragungsrohre aus Stahl werden in gefährlichen Anwendungen eingesetzt, wo sie hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt sind. Daher werden an ihre Werkstoffe strenge Konstruktionsbedingungen, Maßgenauigkeit und Prüfstandards gestellt.
Die Rohre können jedoch gedehnt werden, wenn sie an einen Rohrboden geschweißt werden. Große Wärmetauscher haben eine Gesamtrohrlänge von einigen Metern und einen Rohrbündeldurchmesser von über 2 m. Rohre mit kleinen Öffnungen müssen mit hoher Dichte in das Rohrbündel eingebaut werden. Außerdem dehnen sich die Rohre bei hohen und niedrigen Temperaturen aus und ziehen sich zusammen.
Daher muss die Maßhaltigkeit der Rohre genau gemessen werden, und es ist notwendig, das Rohrdehnungsstück auf Dehnungen und Durchdringung durch das Schweißen zu prüfen. Außerdem macht der geringe Abstand zwischen dem Rohrbündel und dem Gehäuse die Maßhaltigkeitsprüfung der gesamten Segmentform des Rohrbündels unerlässlich.

Flansche

Zwischen den Flanschen wird eine Dichtung angebracht, um die Luftdichtheit der Verbindung der Teile zu gewährleisten. Daher führt eine geringe Form- oder Maßgenauigkeit von Flanschen zu Flüssigkeitslecks. Wenn zum Beispiel eine Flanschfläche verbogen ist, wirkt auf die Dichtung eine ungleichmäßige Kraft, sodass die ausgelegte Luftdichtheit nicht erreicht werden kann. Wenn der Winkel der Flanschfläche nicht entsprechend der axialen Richtung ausgelegt ist, lässt sich der Flansch außerdem nur schwer montieren und wird durch die Anzugskraft der zur Befestigung verwendeten Schrauben verformt. Diese Verformung vermindert die Festigkeit des Flansches erheblich.
Aus den oben genannten Gründen ist eine hohe Genauigkeit bei Flanschformen und -abmessungen erforderlich, insbesondere bei Flanschen, die in Bereichen installiert werden, die hohem Druck ausgesetzt sind. Darüber hinaus sind Maßhaltigkeitsprüfungen nicht nur bei der Herstellung, sondern auch bei der Wartung, wie z. B. dem Austausch von Rohren und der Reinigung, erforderlich.

Maßhaltigkeitsprüfungspunkte

Die wichtigsten Messpunkte für einen Rohrbündelwärmetauscher sind die Formen und Abmessungen der Rohre und Flansche.
In diesem Abschnitt werden die wichtigsten Punkte für die Maßhaltigkeitsprüfungen dieser beiden Teile erläutert.

Rohre und Rohrbündel

Wichtige Messpunkte sind nicht nur die Gesamtlänge und der Außendurchmesser der Rohre, sondern auch die Koaxialität, die den Versatz eines Rohrs vom Achsenzentrum angibt, und die Parallelität zwischen den Rohren, nachdem die Rohre zu einem Rohrbündel verbunden wurden.
Der Abstand zwischen den Rohren beim Verbinden von Rohren zu einem Rohrbündel wird durch den Außendurchmesser der Rohre bestimmt. Wenn der Außendurchmesser des Rohrs 19 mm beträgt, ist der Abstand 25 mm. Wenn der Außendurchmesser des Rohrs 25,4 mm beträgt, ist der Abstand 32 mm. Der Abstand beträgt mindestens das 1,2-fache des Außendurchmessers. Auch lange Rohre mit einer Länge von 3 m oder 6 m müssen in einem Rohrbündel mit hoher Dichte gelagert werden. Ein kleiner Maß- oder Formfehler in einem Rohr führt beim Zusammenbau des Rohrbündels zu mechanischen Spannungen in den Teilen, sodass diese Messungen mit besonders hoher Genauigkeit durchgeführt werden müssen.

Flansche

Wichtige Messpunkte der Maßhaltigkeitsprüfung sind der Winkel und die Rechtwinkligkeit der Flanschflächen zur Flanschachsenrichtung sowie die Ebenheit der Flanschflächen.
Wenn Flansche ein Teil mit einem anderen Teil mit Schrauben verbinden, wird eine Dichtung zwischen die beiden Teile gelegt. Die Schrauben üben ein starkes Anzugsdrehmoment auf die Flansche aus, um die Dichtung zu pressen, was die Luftdichtheit gewährleistet. Ist in dieser Situation der Winkel des Flansches zur axialen Richtung nicht korrekt, entsteht ein ungleichmäßiges Anzugsdrehmoment und es kommt möglicherweise zu einer teilweisen Beschädigung der Dichtung oder einer Verformung des Flansches. Auch wenn die angezogenen Flanschflächen Defekte aufweisen, wie z. B. Formunterschiede, können sie die Dichtung nicht ausreichend anpressen. Die Abmessungen und Formen der Flansche müssen sorgfältig gemessen werden, da Fehler in diesen Elementen zu einem mangelhaften Sitz der Dichtung führen können, was wiederum Flüssigkeitslecks verursacht, die ein großes Problem darstellen.

Gesamtlänge, Winkel und Parallelität der Rohre

Kurze Rohre sind in der Regel 3 m lang und lange Rohre sind 6 m lang. Für die Messung mit einem Maßband sind mindestens zwei Mitarbeiter erforderlich. Außerdem erweist sich eine genaue Messung als schwierig, da die Messwerte bei jeder Messung variieren. Die Messung der Rohrparallelität erfolgt zum Beispiel durch das Bewegen einer Messuhr. Wenn jedoch eine Messuhr verwendet wird, variieren die Messwerte je nach Winkel und Stärke, mit der sie auf das Messobjekt aufgesetzt wird, was zu Abweichungen der Messwerte der verschiedenen Bediener führt. Außerdem müssen die Messungen auf der angegebenen Achse wiederholt werden, was die Messung sehr zeitaufwändig macht.
Die Modellreihe WM ermöglicht Messungen durch einfaches Antasten der Messpunkte mit dem Messtaster. Parallelität und Abstandswinkel können auch durch einfaches Antasten des Referenzelements am Rohr und eines Messobjekts mit dem Messtaster gemessen werden. Dies ermöglicht eine schnelle Messung durch eine einzige Person, ohne dass die Messwerte der jeweiligen Bediener unterschiedlich ausfallen. Außerdem können Abweichungen von den geplanten Toleranzen sofort beurteilt werden.

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Abmessungen und Ebenheit der Teile von Rohrböden

In großen Wärmetauschern hat der Rohrboden einen Durchmesser von einigen Metern. Die Messung der Ebenheit eines Rohrbodens mit einer Messuhr erfordert eine Abtastmessung, bei der das Messobjekt oder die Messuhr bewegt wird, genau wie bei der Messung der Parallelität der Rohre. Es ist jedoch schwierig, eine Messuhr oder einen großen Rohrboden genau zu bewegen, so dass Messfehler unvermeidlich sind.
Dank ihrer Mobilität kann die Modellreihe WM überall aufgestellt werden, ohne dass Messobjekte bewegt werden müssen. Dieses Messgerät kann in der Nähe eines Messobjekts aufgestellt werden, sodass sofort mit der Messung begonnen werden kann. Die Ebenheit kann durch einfaches Antasten des Referenzelements und eines Punktes des Messobjekts mit dem Messtaster gemessen werden. Ein Verschieben des Messobjekts ist nicht erforderlich. Die Abmessungen der einzelnen Teile, wie z. B. die Höhendifferenzen der Rohrböden, können ebenfalls einfach gemessen werden.

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