Profil de l'entreprise
JMFILTEC est une entreprise nationale de haute technologie dédiée à la recherche, au développement et à la production de membranes en carbure de silicium pur de haute qualité avec des droits de propriété intellectuelle entièrement exclusifs. Le brevet d'invention de la membrane en carbure de silicium pur a été déposé en 2013 et autorisé en 2016.
Pourquoi nous choisir
Notre usine
JMFILTEC est une entreprise nationale de haute technologie dédiée à la recherche, au développement et à la production de membranes en carbure de silicium pur de haute qualité avec des droits de propriété intellectuelle entièrement exclusifs. Le brevet d'invention de la membrane en carbure de silicium pur a été déposé en 2013 et autorisé en 2016.
R&D
En tant qu'entreprise de partage qui donne la priorité à la promotion de la technologie d'application des membranes en carbure de silicium en Chine, JMFILTEC a non seulement créé un centre de recherche et développement pour la technologie de préparation et d'application des membranes en carbure de silicium, mais possède également l'équipement de production avancé pour la préparation de matériaux composites en carbone à ultra-haute température dans l'est de la Chine. Nous collaborons également avec des universités telles que l'Institut de recherche sur le silicium de Shanghai de l'Académie chinoise des sciences et l'Université du Zhejiang pour fournir des services de développement de matériaux membranaires et de technologies d'application.
Applications
Les produits de notre société ont été appliqués avec succès dans la purification de haute qualité de l'eau potable, le prétraitement du dessalement de l'eau de mer, la séparation et la récupération de matériaux spéciaux, le traitement en profondeur et la réutilisation des eaux usées et des eaux usées, ainsi que d'autres scénarios d'application.
Notre service
Avec son flux élevé, sa résistance élevée à la corrosion, son nettoyage facile et sa longue durée de vie, nous avons gagné la reconnaissance des clients et du marché.
Tube d'échange de chaleur en SiC
Norme de rectitude pour les tubes d'échange de chaleur en carbure de silicium : rectitude (unité : mm/m) inférieure ou égale à 1,2 %. Chaque tube d'échange de chaleur doit passer avec succès l'inspection standard des tubes avant de quitter l'usine.
Qu'est-ce qu'un tube d'échange de chaleur en SiC
Les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes en carbure de silicium sont adaptés au refroidissement, à la condensation, au chauffage, à l'évaporation et à l'absorption de produits chimiques hautement corrosifs. Les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes en carbure de silicium sont constitués d'un faisceau de tubes en carbure de silicium à l'intérieur d'une calandre. Un fluide traverse les tubes et un autre fluide circule sur les tubes (à travers la calandre). La chaleur est transférée par conduction à travers la paroi du tube en carbure de silicium, sans contact direct entre les fluides.
Avantages du tube d'échange de chaleur SiC
Excellente résistance à la corrosion
Le carbure de silicium est un matériau céramique technique haute performance, offrant une dureté et une résistance à la corrosion supérieures. Produit sous forme de grains fins de haute pureté, fritté sans pression monophasé et sans porosité, le carbure de silicium présente des propriétés bien plus fortes que le graphite ; avec une résistance à la température qui surpasse celle du graphite ainsi qu'une non-toxicité (non toxique, biodégradable), aucune contamination par le plomb, le cadmium ou l'arsenic et une forte réactivité chimique (y compris l'acide sulfurique, l'acide nitrique), les oxydants ou les alcalis pendant suffisamment longtemps pour qu'il puisse tolérer des environnements fortement corrosifs comme les acides (tels que l'acide sulfurique), les oxydants ou les alcalis pour l'utilisation.
Conductivité thermique élevée
Les échangeurs de chaleur à tubes en carbure de silicium présentent une conductivité thermique élevée qui réduit considérablement la consommation d'énergie et les coûts d'exploitation, ce qui fait de ce matériau un excellent choix pour les applications à forte demande où un transfert de chaleur efficace est crucial. De plus, cette technologie de pointe garantit une longue durée de vie avec des coûts de maintenance réduits tout en contribuant à la protection de l'environnement.
Bonne résistance mécanique
Le carbure de silicium se distingue comme un matériau idéal pour les échangeurs de chaleur car sa résistance mécanique reste inchangée jusqu'à 1400 °C, ce qui le rend bien adapté aux environnements de traitement chimique difficiles qui impliquent une forte corrosion, une érosion et une abrasion des particules.
Entretien facile
Les échangeurs de chaleur à tubes en carbure de silicium sont conçus pour faciliter la maintenance, minimiser les temps d'arrêt et augmenter la disponibilité. Leur faible encrassement et leur résistance à la corrosion chimique signifient un temps d'arrêt minimal pour le nettoyage, ce qui augmente l'efficacité de la production tout en réduisant simultanément les coûts d'exploitation.
L'échangeur de chaleur tubulaire à insert en carbure de silicium haute température est un nouveau type d'échangeur de chaleur développé pour remplacer l'échangeur de chaleur métallique, résoudre son fonctionnement déraisonnable dans les gaz de combustion à haute température pendant une longue période et la nécessité de mélanger l'air froid pour réduire l'effet d'utilisation. L'échangeur de chaleur fabriqué à partir de ce matériau est un produit de nouvelle génération de récupération de chaleur résiduelle des gaz de combustion à haute température dans le monde. L'échangeur de chaleur tubulaire à insert en carbure de silicium haute température a une structure compacte et une grande surface d'échange de chaleur par volume unitaire. Il adopte un ressort interne pour comprimer et absorber la dilatation thermique. Lorsque la température des gaz de combustion est de 1300 degrés, la température de préchauffage de l'air peut atteindre plus de 600 degrés. La partie interface de l'échangeur de chaleur adopte une technologie correspondante pour réduire les vibrations et renforcer l'étanchéité afin de réduire les fuites d'air. Le taux de fuite d'air est inférieur à 5 % des exigences professionnelles.
L'échangeur de chaleur en carbure de silicium se compose d'un certain nombre de sections de canal d'air carré et de tuyaux rectangulaires en carbure de silicium avec une section transversale de canal de gaz de combustion. Le canal d'air et la cloison du canal de gaz de combustion sont à double couche, avec une structure solide et une résistance mécanique élevée. Il résout le problème selon lequel la cloison ondulée de l'échangeur de chaleur en céramique est facile à fissurer et à laisser fuir l'air. Quatre joints en forme de L sont collés à la jonction des canaux d'air et de gaz de combustion, la coque est en tôle d'acier et le milieu est rempli de fibre réfractaire en silicate d'aluminium, qui joue le rôle d'étanchéité, d'isolation thermique et de résistance aux vibrations mécaniques. Le disque d'entrée et de sortie d'air est de type à connexion interne. L'air froid et chaud générera un flux stable dans le tuyau de raccordement, et le débit est stable. L'échangeur de chaleur peut être largement utilisé dans la récupération des gaz de combustion de divers fours industriels et constitue un dispositif d'économie d'énergie idéal.
L'échangeur de chaleur en céramique haute température à tube en carbure de silicium est caractérisé par un tube d'échangeur de chaleur en céramique résistant au feu constitué d'un disque tubulaire d'une longueur de 380-1600 mln. Le disque de joint du tube est carré, octogonal ou polygonal, le joint est un joint étagé ou plat, la partie centrale du tube est munie d'un cerceau résistant au feu et le tube est recouvert de glaçure. Les couches supérieure et inférieure de l'échangeur de chaleur sont scellées par coulage. L'échangeur de chaleur en céramique construit par cette méthode présente une étanchéité à l'air élevée, une efficacité d'échange de chaleur élevée et le taux de fuite d'air est au moins 50 % inférieur à celui d'origine, ce qui peut prolonger la durée de vie de l'échangeur de chaleur et la durée de vie du four.
Le modèle d'utilité est caractérisé en ce que le joint du tuyau d'échange de chaleur en céramique et le corps du tuyau sont intégrés dans leur ensemble, et le joint adopte une structure d'étanchéité enfichable à rainure en U, qui peut empêcher efficacement le milieu de préchauffage à pression plus élevée de fuir dans le milieu de préchauffage à basse pression, et peut être utilisé dans la fosse de trempage de l'entreprise sidérurgique, le grand four de chauffage continu, le four de distillation de fusion de zinc à cornue verticale du système de métallurgie non ferreuse, le four de distillation de zinc à tour et d'autres fours industriels à haute température, La température de préchauffage de l'air peut atteindre 800 degrés et le taux d'économie de carburant est de 40 %.
Matériaux et construction des tubes d'échange de chaleur
Tubes
Les échangeurs de chaleur dont le diamètre de calandre est compris entre 10 pouces et plus de 100 pouces sont généralement fabriqués conformément aux normes industrielles. Généralement, les tubes de 0,625 à 1,5 pouce utilisés dans les échangeurs sont fabriqués en acier à faible teneur en carbone, en amirauté, en cuivre, en cuivre-nickel, en acier inoxydable, en hastelloy, en inconel ou en titane.
Plaques tubulaires
Les plaques tubulaires sont généralement constituées d'une tôle ronde et aplatie. Les trous pour les extrémités des tubes sont percés à l'aide d'un motif les uns par rapport aux autres. Les plaques tubulaires sont généralement fabriquées à partir du même matériau que les tubes et fixées à la plaque tubulaire à l'aide d'un rouleau de pression pneumatique ou hydraulique. À ce stade, les trous des tubes peuvent être à la fois percés et alésés, ou des rainures usinées (ce qui augmente considérablement la résistance des joints des tubes).
Assemblage de coque
La coque est construite soit à partir de tubes, soit à partir de tôles laminées. Pour des raisons économiques, l'acier est le matériau le plus couramment utilisé, et lorsque des applications impliquent des températures extrêmes et une résistance à la corrosion, d'autres métaux ou alliages sont spécifiés. L'utilisation de papes disponibles dans le commerce réduit les coûts de fabrication et les délais de livraison au client final. Un diamètre de coque interne constant ou « rondeur » est nécessaire pour minimiser l'espacement des chicanes sur le bord extérieur, un espace excessif réduit les performances car le fluide a tendance à canaliser et à contourner le noyau. La rondeur est généralement augmentée en utilisant un mandrin et en élargissant la coque autour de celui-ci, ou en laminant deux fois la coque après avoir soudé le joint longitudinal. Dans certains cas, bien que extrêmes, la coque est coulée puis alésée jusqu'à ce que le diamètre intérieur correct soit atteint.
Capots et canaux d'extrémité
Les capots/canaux d'extrémité régulent le débit de fluide dans le circuit côté tube, ils sont généralement fabriqués ou moulés. Ils sont montés contre la plaque tubulaire à l'aide d'un ensemble boulon et joint ; de nombreuses conceptions incluent un canal « rainuré à la machine » dans la plaque tubulaire pour assurer l'étanchéité du joint.
Déflecteurs
Les déflecteurs fonctionnent de deux manières : lors de l'assemblage, ils fonctionnent comme des guides de tubes, en fonctionnement, ils empêchent les vibrations des tourbillons induits par l'écoulement, et enfin, mais surtout, ils dirigent les fluides côté coque à travers le faisceau, augmentant ainsi la vitesse et la turbulence, augmentant ainsi efficacement le taux de transfert de chaleur.
Tous les déflecteurs doivent avoir un diamètre légèrement inférieur à celui de la coque pour pouvoir s'adapter, mais les tolérances doivent être suffisamment serrées pour éviter une perte de performances due à un contournement du fluide autour des déflecteurs. C'est là que le concept de « rondeur de la coque » est le plus important pour sceller le contournement qui serait autrement possible autour du déflecteur.
Tubes en carbure de silicium (SiC) universellement résistants à la corrosion
Plaques tubulaires revêtues de PFA
Système d'étanchéité unique avec joints toriques FFKM et FKM
Conductivité thermique exceptionnelle
Nombre de tubes, taille, longueur et nombre de passages des deux côtés réglables
Diamètre de la coque de 100 à 400 mm
Tubes de 14, 19 ou 25 mm de diamètre
Tubes de 1000 mm à 4500 mm de longueur
Acier revêtu de verre, acier revêtu de PTFE ou verre pour la coque ou les collecteurs côté processus
Acier au carbone, acier inoxydable, acier revêtu de verre, acier revêtu de PTFE ou verre pour la coque ou les collecteurs côté service
Système unique, ultra-sûr et fiable de triple plaque tubulaire / double étanchéité
Le but des échangeurs de chaleur à calandre et à tubes
Les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes ont pour fonction de transférer la chaleur d'un fluide à un autre. Ils sont couramment utilisés dans un large éventail d'industries, notamment le traitement chimique, la production d'énergie, le pétrole et le gaz, ainsi que le CVC.
Les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes sont des dispositifs utilisés pour transférer la chaleur entre deux ou plusieurs fluides qui se trouvent à des températures différentes. L'échangeur de chaleur est constitué d'une série de tubes enfermés dans une calandre. Les deux fluides circulent dans les tubes à l'intérieur de la calandre, puis la chaleur est transférée d'un fluide à l'autre à travers les parois des tubes.
Ces échangeurs fonctionnent en laissant circuler le fluide primaire à travers les tubes, tandis que le fluide secondaire circule à travers la coque extérieure qui les entoure. La chaleur est transférée du fluide le plus chaud au fluide le plus froid à travers les parois des tubes, qui sont généralement constituées de métaux tels que le cuivre ou l'acier inoxydable.
Les fluides sont maintenus séparés afin d’éviter le mélange et ils circulent généralement dans des directions opposées pour maximiser l’efficacité du transfert de chaleur.
Après utilisation, les échangeurs de chaleur peuvent être entièrement purgés et préparés pour de nouveaux projets, grâce à la coque et aux tubes unidirectionnels. Cela permet non seulement de garder les tubes non contaminés, mais les rend également idéaux pour les opérations continues ou par lots.
L'échangeur de chaleur à calandre et à tubes, également connu sous le nom d'échangeur de chaleur tubulaire, est un échangeur de chaleur interparoi dont la surface de paroi du faisceau de tubes enfermée dans la calandre sert de surface de transfert de chaleur. Ce type d'échangeur de chaleur est de structure simple et de fonctionnement fiable. Il peut être fabriqué à partir de divers matériaux de structure (principalement des matériaux métalliques) et peut être utilisé à haute température et haute pression. C'est le type le plus utilisé à l'heure actuelle.
Précautions à prendre lors du remplacement des tubes d'échange de chaleur d'un échangeur de chaleur à calandre et à tubes :
1. La surface du tube doit être exempte de fissures, de plis, de peaux épaisses et d’autres défauts.
2. Lorsque les tubes doivent être raccordés, un seul joint de soudure est autorisé pour le même tube d'échange thermique (un tube en U peut avoir deux joints de soudure). La longueur du tube le plus court ne doit pas être inférieure à 300 mm, tandis que celle de la section coudée du tube en U doit être d'au moins 50 mm. Il ne doit pas y avoir de soudure de raccord dans la section droite du tube long. Le désalignement des joints bout à bout ne doit pas dépasser 15 % de l'épaisseur de la paroi du tube et ne doit pas être supérieur à 0,5 mm.
3. La dureté du tube doit être vérifiée lorsque le tube et la plaque tubulaire sont expansés. En général, la dureté du tube doit être inférieure de 30 HB à celle de la plaque tubulaire. Lorsque la dureté du tube est supérieure ou proche de celle de la plaque tubulaire, les deux extrémités du tube doivent être recuites et la longueur recuite doit être de 80 à 100 mm supérieure à l'épaisseur de la plaque tubulaire.
4. Les deux extrémités du tube et le trou de la plaque tubulaire doivent être propres et exempts de graisse et d'autres saletés, et il ne doit y avoir aucune marque longitudinale ou en spirale qui affecte l'expansion et l'étanchéité.
5. Les deux extrémités du tube doivent dépasser de la plaque tubulaire, sur une longueur de 4 ± 1 mm.
6. Le joint de dilatation du tube et de la plaque tubulaire doit être réalisé par expansion hydraulique. Chaque renflement ne doit pas être regonflé plus de deux fois.
7. Lorsque le tube et la plaque tubulaire sont soudés, la surface coupée du tube doit être plate sans bavure, bosse, fissure, couche intermédiaire, etc., et il ne doit pas y avoir de scories, d'oxyde de fer, de tartre d'huile et d'autres débris affectant la qualité du soudage.
Stratégies d'entretien et de nettoyage pour les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes
Les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes sont conçus pour répondre aux besoins de chauffage et de refroidissement en ligne des environnements industriels et commerciaux. Quelle que soit leur qualité de fabrication, ces composants intégrés sont sensibles à l'encrassement et à la corrosion. Des protocoles de maintenance et de nettoyage appropriés sont donc nécessaires pour garantir des performances et une longévité constantes.
Utilisés pour transférer la chaleur entre des fluides sans les mélanger, ces échangeurs sont peut-être le type le plus courant utilisé dans de nombreux contextes. Connaître les étapes de maintenance/nettoyage correctes est essentiel pour assurer une performance optimale continue.
Inspectez l'extérieur pour détecter tout signe de dommage (par exemple, fissures, fuites, usure) ou de corrosion, en vous assurant que l'échangeur est correctement fixé en même temps.
Inspectez le faisceau de tubes pour détecter tout signe de corrosion ou d'encrassement. Ce dernier se produit lorsque des solides s'accumulent à la surface du tube, réduisant ainsi son efficacité.
Vérifiez les fluides circulant dans l'échangeur pour confirmer que la pression et la température sont correctes. Vérifiez également les signes de contamination ou de fuite.
Nettoyez les tubes en suivant les méthodes ci-dessous en cas de corrosion ou d'encrassement. Si seul un encrassement standard (c'est-à-dire léger) est présent, un nettoyage chimique suffira.
Remontez l’échangeur en vous assurant que tous les composants sont reconnectés et fixés correctement.
Testez les fuites, la température et la pression, en vous assurant que les ajustements nécessaires sont effectués pour des performances optimales.
Même si elles peuvent paraître évidentes, suivre les étapes ci-dessus (et rester vigilant face aux problèmes courants) est essentiel pour maintenir la longue durée de vie de ces composants essentiels.
D’une manière générale, la corrosion se produit lorsque le matériau du tube réagit négativement avec l’environnement ou les fluides, provoquant des fuites, une réduction du transfert de chaleur et un amincissement de la paroi du tube.
La prévention reste la meilleure solution. L'utilisation de matériaux résistants à la corrosion (par exemple, titane ou acier inoxydable) et l'application de revêtements protecteurs sont des pratiques courantes pour éviter de tels événements. Cependant, des tests et des inspections visuelles doivent toujours être effectués pour garantir une détection précoce de la corrosion.
Si une corrosion importante s'est déjà produite, les composants doivent être remplacés. Par conséquent, des mesures de prévention doivent être respectées à tout moment.
L'encrassement des tubes est le problème le plus courant associé aux échangeurs de chaleur à calandre et à tubes. Il se produit lorsque des matériaux (par exemple, des matières biologiques, du tartre ou de la saleté) s'accumulent à l'intérieur ou à l'extérieur du tube, réduisant le transfert de chaleur, réduisant les performances du système et augmentant la chute de pression.
Vous pouvez traiter l’encrassement des tubes de deux manières, en fonction de sa gravité.
Pour les salissures légères, un nettoyage chimique sera suffisant. Cette méthode utilise simplement des produits chimiques pour dissoudre et éliminer les matières encrassées. En revanche, pour les salissures importantes, le nettoyage mécanique est le meilleur choix. Il consiste à éliminer physiquement les matières encrassées à l'aide d'une brosse ou d'un jet d'eau.
Les fissures ou les fuites sont considérées comme des dommages mécaniques. En général, ces problèmes sont résolus par le remplacement ou la réparation des tubes.
Échangeurs de chaleur et impression 3D, optimisation de la topologie, structure en treillis et applications aérospatiales
Les échangeurs de chaleur sont indispensables dans diverses applications. En général, les échangeurs de chaleur sont utilisés pour transférer la chaleur entre les fluides (généralement des fluides en mouvement) afin d'éliminer la chaleur excessive générée par les composants pendant le fonctionnement. En particulier dans les applications aérospatiales, la majeure partie du refroidissement du moteur est assurée par un échangeur de chaleur air-huile situé entre le moteur et la cabine. L'échangeur de chaleur peut refroidir l'huile du moteur pendant le fonctionnement, optimisant ainsi autant que possible la capacité du moteur. Par conséquent, l'appareil doit pouvoir fonctionner dans des conditions de température élevée, de corrosion et d'usure sévères, adapté aux avions avec de longs temps d'arrêt dans l'atmosphère marine, des vibrations dynamiques et des zones de fonctionnement à long terme.
En raison de leur structure complexe, les échangeurs de chaleur aérospatiaux sont traditionnellement produits par un long processus d'assemblage de plaques minces par brasage ou par liaison par diffusion. Le brasage utilise des métaux d'apport dont le point de fusion est inférieur à celui du substrat connecté, ce qui peut produire une forte adhérence et améliorer la résistance à la corrosion. Cependant, il n'est pas entièrement adapté aux gros composants à joints multiples et nécessite des opérateurs hautement qualifiés et expérimentés pour obtenir des résultats optimaux. La liaison par diffusion innovante peut faciliter une liaison meilleure et plus facile entre les composants métalliques, ce qui permet d'obtenir des échangeurs de chaleur compacts à hautes performances. En particulier, le processus consiste à appliquer une température et une pression élevées pour coller la feuille sans la faire fondre ni déformer sa forme. Cependant, ce processus nécessite un équipement spécialisé et un temps de traitement plus long. De plus, le succès de la connexion dépend du traitement de surface et du contact étroit entre les surfaces, ce qui limite la gamme d'applications des formes géométriques complexes. Au fil des ans, l'industrie aérospatiale a réalisé des avancées technologiques significatives et l'efficacité de fabrication des composants des échangeurs de chaleur est désormais plus élevée pour minimiser les déchets. Cependant, le développement de nouveaux échangeurs de chaleur plus efficaces est toujours en cours. L'objectif principal est de réduire le poids final des composants en modifiant leur taille, tout en obtenant des niveaux élevés de performance en matière d'efficacité thermique. Par conséquent, plusieurs objectifs principaux doivent être atteints dans le processus de conception et de fabrication des échangeurs de chaleur, ce qui représente un défi du point de vue de l'ingénierie et des coûts de production.
Aujourd'hui, tous les composants utilisés dans l'industrie aéronautique doivent répondre aux exigences de fabrication et de durée de vie les plus strictes, ce qui oblige ces industries à adopter une nouvelle vision des échangeurs de chaleur. Elles espèrent améliorer l'efficacité de l'échange de chaleur grâce à une conception complexe, mais les techniques de fabrication traditionnelles permettent de fabriquer des systèmes complexes. De plus, cette nouvelle réglementation a suscité une réflexion sur de nouvelles technologies de fabrication, prenant ainsi également en compte les matériaux à rapport densité/résistance élevé.
La conception d'un échangeur de chaleur implique généralement un équilibre complexe entre la maximisation de la surface du composant et la minimisation de la chute de pression à l'intérieur du composant. En général, les échangeurs de chaleur peuvent être classés de différentes manières, telles que les mécanismes de transfert, les propriétés du processus, l'écoulement du fluide et la compacité. La caractéristique d'un échangeur de chaleur compact est qu'il possède un grand nombre de surfaces d'échange de chaleur par unité de volume, et la maximisation du transfert de chaleur en minimisant le volume total des composants est la base de la conception d'un échangeur de chaleur compact. En raison de leur taille relativement petite, de leur poids léger et de leur efficacité thermique élevée, ces échangeurs de chaleur compacts ont été largement utilisés dans l'industrie aérospatiale.
L'optimisation de la topologie et la structure en treillis sont très appréciées
La communauté scientifique continue d'explorer de nouveaux outils de conception et de nouvelles méthodes de fabrication pour répondre aux limitations existantes des échangeurs de chaleur et maximiser l'efficacité thermique tout en obtenant des composants extrêmement compacts et légers. De nombreux détails des échangeurs de chaleur ne sont pas finalement déterminés par des exigences de performance, mais par des capacités de fabrication. Par conséquent, la compréhension des effets de variables telles que le pas, la hauteur et l'épaisseur des ailettes est essentielle pour la production répétée d'échangeurs de chaleur légers et performants. Dans le passé, des recherches approfondies sur la corrélation entre la forme des ailettes et l'efficacité thermique ont conduit à la conception de nouveaux échangeurs de chaleur. Traditionnellement, le type d'ailettes utilisé est le résultat de processus de formage ou de pliage de tôles métalliques, et leur forme géométrique doit permettre une connexion facile sur le composant final. Cela réduit les combinaisons géométriques possibles pour générer de nouveaux échangeurs de chaleur plus puissants.
L'industrie moderne a atteint un certain niveau de progrès technologique, ce qui peut garantir le dépassement des limitations susmentionnées. En particulier, la combinaison de l'optimisation topologique dans la phase de conception et de la fabrication additive dans la phase de production a élargi l'espace de production des échangeurs de chaleur, ajouté des catégories possibles et, sous certaines limites, peut contribuer à améliorer les performances pour l'aérospatiale et d'autres applications.
L'optimisation topologique est une technique mathématique qui utilise des paramètres et des contraintes de conception variables pour générer des formes qui garantissent la maximisation ou la minimisation d'une ou plusieurs fonctions objectives. Plus précisément, l'optimisation est obtenue en ajustant les valeurs des paramètres d'ingénierie pour atteindre la valeur maximale ou minimale de la fonction objective tout en satisfaisant les contraintes. Cet outil utile, combiné à un logiciel de modélisation informatique avancé et à une technologie de fabrication additive, peut créer des conceptions d'échangeurs de chaleur avec des surfaces optimisées et un faible poids.
La demande croissante de maximisation de la dissipation de chaleur et des performances est une nouvelle vision de la conception des échangeurs de chaleur. Par exemple, l'utilisation de structures en treillis s'est avérée être une méthode possible pour améliorer le transfert de chaleur et améliorer l'efficacité des échangeurs de chaleur. Une structure en treillis est une structure composée de piliers disposés dans un ordre topologique périodique, se répétant une ou plusieurs fois. La structure en grille assure une résistance mécanique importante, formant ainsi un système de support de charge efficace, et offre également des possibilités de fabrication pour l'échange de chaleur à flux croisé. En raison du flux croisé de fluide froid se propageant à travers les pores, la chaleur du fluide chaud est dissipée localement à travers la structure en treillis par conduction et convection. La combinaison d'une conductivité thermique élevée, de la convection et d'une faible résistance à l'écoulement dans les régions vides de la structure en treillis conduit à un échange de chaleur efficace. Traditionnellement, les structures en treillis sont produites à l'aide de techniques de fabrication traditionnelles, qui présentent de nombreuses limitations quant au nombre d'architectures. D'autre part, l'introduction de la technologie de fabrication additive moderne a élargi les formes géométriques possibles qui peuvent être créées.
Actuellement, des recherches sont en cours sur l'utilisation de structures creuses et la combinaison avec des structures en treillis peut améliorer considérablement l'efficacité thermique. Ces nouveaux échangeurs de chaleur à parois creuses fabriqués par fabrication additive ont un énorme potentiel de développement industriel, mais la relation entre le transfert de chaleur, les pertes et les types de structure doit encore être correctement évaluée. Cependant, certaines limitations dans la fabrication de structures en treillis et de parois minces par fabrication additive restent des défis que la recherche scientifique s'efforce de relever. Les limitations d'inclinaison minimale et maximale, d'épaisseur et de précision ne garantissent pas toujours la fabrication de structures complexes.
Fabrication additive d'échangeurs de chaleur
La fabrication additive est un procédé de fabrication moderne qui offre une grande flexibilité et des possibilités de création de nouveaux produits aux formes géométriques complexes. Au cours des dernières décennies, la fabrication additive a eu un impact considérable sur le secteur industriel où les techniques de fabrication traditionnelles rendent la production de produits difficile et le gaspillage de matières premières est important. De plus, l'introduction de la fabrication additive a permis de mettre en œuvre des technologies telles que l'optimisation de la topologie, améliorant ainsi les performances en réduisant le poids des composants. Par conséquent, l'utilisation de ces procédés pour fabriquer des composants dans l'industrie aérospatiale a augmenté les opportunités d'innovation et fourni de nouvelles méthodes de fabrication d'échangeurs de chaleur.
De nos jours, il existe des dizaines de procédés de fabrication additive, mais le processus d'impression 3D qui permet de fabriquer des échangeurs de chaleur doit être soigneusement identifié. La technologie de dépôt d'énergie directe (DED) peut produire de gros composants, mais la surface finale et la précision dimensionnelle du produit sont médiocres, ce qui rend ce procédé inadapté à la production d'échangeurs de chaleur à caractéristiques minces. La fabrication additive par ultrasons (UAM) utilise la friction ultrasonique pour connecter de fines plaques métalliques, puis traite la couche par fabrication soustractive pour créer la forme géométrique souhaitée. Actuellement, de nombreuses études démontrent la capacité de cette technologie à fabriquer des échangeurs de chaleur. La technologie de fusion sur lit de poudre est la méthode de fabrication additive la plus utilisée pour la production à grande échelle de pièces métalliques à ce jour, et ce processus produit l'échangeur de chaleur imprimé en 3D le plus courant actuellement disponible. La conception d'échangeurs de chaleur plus efficaces pour des industries telles que les moteurs d'aviation est devenue possible grâce à la maturité de la technologie d'impression 3D.
Plan de révision de l'échangeur de chaleur GB/T151
1. Échangeurs de chaleur
Le plan de normalisation national « Échangeur de chaleur » est sous la juridiction du TC262 (Comité technique national de normalisation des chaudières et des récipients sous pression), exécuté par le 262SC5 (Comité technique national de normalisation des chaudières et des récipients sous pression, branche Échangeur de chaleur), et supervisé par le Comité national des normes.
2. Unités de dessin principales
Gansu Lanke Petrochemical High tech Equipment Co., Ltd., Chine Institut de recherche et de test d'équipements spéciaux, Administration d'État pour la réglementation du marché Bureau de surveillance de la sécurité des équipements spéciaux, Chine Petrochemical Engineering Construction Co., Ltd., Sinopec Guangzhou Engineering Co., Ltd., Shanghai Lanbin Petrochemical Equipment Co., Ltd., Université Jiaotong de Xi'an, Université de Tianjin, Université de Tsinghua, Chine Kunlun Engineering Co., Ltd., Tianhua Chemical Machinery and Automation Research and Design Institute Co., Ltd., Chine Tianchen Engineering Co., Ltd., Shanghai Institut de recherche sur les technologies de supervision et d'inspection des équipements spéciaux, Jiangsu Institut de recherche sur la supervision et l'inspection de la sécurité des équipements spéciaux, 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 Research Co., Ltd., Shanghai Blue Ocean Science and Technology Innovation Testing SARL, etc.
3. Informations de base
Numéro de plan : 20241614-T-469
Révision : Révision
Durée du projet : 16 mois
Date de sortie : 31 mai 2024
Date de déclaration : 21 août 2021
Date de début de l'annonce : 12 avril 2024
Date limite de dépôt des annonces : 12 mai 2024
Catégorie de norme : Produit
Numéro de classification internationale type : 71.120.30
Unité centralisée : Comité technique national de normalisation des chaudières et des appareils à pression
Unité d'exécution : Branche des échangeurs de chaleur du Comité technique national de normalisation des chaudières et des appareils à pression
Service responsable : Comité national de normalisation
4. Situation de la demande
La norme GB/T 151 est la norme coordonnée TSG 21, qui appartient à la norme technique de base pour les échangeurs de chaleur en Chine. La version GB 151-1999 comprend une version anglaise, qui fournit une aide substantielle à la technologie et aux produits d'échangeurs de chaleur chinois pour entrer sur les marchés étrangers. À l'heure actuelle, le nombre de projets internationaux dirigés par la technologie indépendante chinoise augmente et, après la révision de nouvelles normes, la structure globale, le champ d'application, le contenu technique et la classification de l'efficacité énergétique ont subi des changements importants. Par conséquent, la version anglaise de la norme doit être mise en œuvre simultanément pour fournir un soutien standard à la construction de la marque indépendante de la Chine, au renforcement des échanges internationaux d'efficacité énergétique et à la promotion des produits à l'étranger.
5. Objectif et importance
L'échangeur de chaleur est un équipement de processus unitaire utilisé pour l'échange et le transfert de chaleur, largement utilisé dans des industries telles que le pétrole, la chimie, la métallurgie, l'énergie, les produits pharmaceutiques, l'alimentation, l'industrie légère, les machines, etc. Selon les statistiques de l'Administration d'État pour la réglementation du marché, il existe près de 5 millions de récipients sous pression enregistrés et près d'un million d'échangeurs de chaleur en Chine, soit plus de 20 %.
Les échangeurs de chaleur appartiennent à un type spécifique de récipient sous pression et il est essentiel d'en garantir la sécurité. De plus, en tant qu'équipements clés de consommation d'énergie dans l'industrie de transformation, leur niveau d'efficacité énergétique est une garantie importante pour le développement vert du secteur de l'énergie.
Depuis les années 1990, la Chine a progressivement développé le concept d'établissement d'un système de normes techniques pour les échangeurs de chaleur aux caractéristiques chinoises basé sur la recherche. En 2014, une architecture système couvrant les produits, les composants et les normes de performance basée sur la norme GB/T 151 a été progressivement formée. Dans le même temps, les exigences communes en matière de sécurité et de performance ont été clarifiées pour la première fois dans la norme.
Au cours de la dernière décennie, avec l'orientation et la mise en œuvre des orientations stratégiques nationales telles que le pic de carbone et la neutralité carbone, le développement du secteur de l'énergie a présenté une nouvelle situation. La demande pour les domaines émergents continue de croître, les scénarios d'application émergent constamment et le développement à grande échelle est florissant. Les produits d'échangeurs de chaleur ont présenté des modèles de développement complexes et diversifiés, et les limites standard existantes ont été brisées.
Français À cette fin, il est nécessaire d'examiner de manière approfondie et de mener des recherches sur l'adaptabilité de la portée, des méthodes et des indicateurs des normes, et de développer et d'améliorer les quatre aspects suivants : 1) Scénarios d'application : L'attribut « énergétique » du pétrole s'affaiblit progressivement, et la demande pour celui-ci en tant que matière première chimique augmente progressivement, avec une tendance claire au développement de la « matérialisation » ; Dans le même temps, la demande pour des domaines émergents tels que l'énergie propre, l'énergie solaire et l'énergie hydrogène est en constante augmentation.
Les domaines d'application et le champ d'application des produits de la norme d'origine ne sont plus adaptés aux besoins du développement de l'industrie. Il est nécessaire de réviser et d'améliorer le système général de normes techniques pour les échangeurs de chaleur, de résumer et d'améliorer les exigences communes pour les échangeurs de chaleur ; d'élargir le champ d'application des normes de référence pour les produits d'échangeurs de chaleur afin d'inclure divers types de produits d'échangeurs de chaleur tels que le type de carte, le type de plaque entièrement soudée et le type de coque de plaque ; d'absorber et de promouvoir les normes de produits d'échangeurs de chaleur émergentes telles que le tube spiralé et la plaque soudée par diffusion sous vide ; compte tenu du développement continu des normes, fournir des orientations ou des solutions pour les futurs produits à inclure dans la juridiction de GB/T 151.
2) Évaluation de l'efficacité énergétique : les économies d'énergie et la réduction des émissions sont devenues des moyens importants pour atteindre les objectifs nationaux tels que le pic d'émissions de carbone et la neutralité carbone. En raison de la forte consommation d'énergie et des équipements de récupération d'énergie des entreprises de raffinage, l'amélioration des échangeurs de chaleur pour le transfert de chaleur, le calcul et l'évaluation de l'efficacité énergétique sont devenus des problèmes clés qui doivent être résolus de toute urgence.
La technologie de transfert thermique passif amélioré représentée par des composants à haut rendement et des structures d'écoulement a fait des progrès significatifs, favorisant l'avancement de la technologie de transfert thermique amélioré des échangeurs de chaleur. Cependant, il manque des données quantitatives pour guider la sélection et la conception des produits. La méthode traditionnelle d'analyse du chemin d'écoulement propose les exigences de base pour la conception structurelle de la zone de fuite côté calandre des échangeurs de chaleur à calandre et à tubes, mais manque d'analyse quantitative ou de vérification des données expérimentales.
À cette fin, il est nécessaire de quantifier les indicateurs et les éléments d’évaluation liés à l’efficacité énergétique et d’améliorer progressivement les méthodes de calcul et d’évaluation de l’efficacité énergétique des différentes normes de produits.
3) Amélioration de la qualité et de l'efficacité : la norme NB/T 47019 a proposé une précision de niveau TI plus stricte sur la base de la précision de niveau I et II d'origine, améliorant encore le niveau de qualité des composants de l'échangeur de chaleur. En conséquence, la norme doit être encore améliorée pour établir un système de classement de la qualité des faisceaux de tubes.
À cette fin, la norme doit classer et faire correspondre raisonnablement la précision et la série de tailles des plaques tubulaires et des trous de tubes en fonction de leurs caractéristiques d'utilisation, compléter et améliorer le type structurel, la conception structurelle et les méthodes de calcul de la résistance des têtes de tubes, et formuler des exigences particulières pour le soudage, l'évaluation du processus des joints de dilatation, les méthodes de test non destructifs, etc., pour aider à améliorer la qualité interne des échangeurs de chaleur.
4) Grande échelle : les processus de raffinage et de chimie intégrés, ainsi que les équipements à grande échelle, sont devenus une tendance inévitable dans le développement de l'industrie pétrochimique. Les dimensions structurelles des produits évoluent rapidement vers des tailles extrêmes, et le diamètre nominal d'un grand nombre d'échangeurs de chaleur a largement dépassé 4000 mm (échangeurs de chaleur/réaction EO, réacteurs/réaction anhydride maléique, refroidisseurs multi-étages en styrène, etc.).
Les conditions de charge de débit élevées des échangeurs de chaleur font des vibrations induites par le flux des grands faisceaux de tubes l'un des facteurs limitant la fiabilité du produit.
La méthode de conception des plaques tubulaires présente de nombreuses limites dans la prise en compte des grands diamètres, des tuyaux non standard et des charges verticales propres.
À cette fin, la norme doit étudier les progrès technologiques et l'expérience d'ingénierie des produits à grande échelle, améliorer la gamme de diamètres applicable aux différents types d'échangeurs de chaleur, affiner la méthode de conception des vibrations induites par les fluides, affiner les mesures de soutien technique, promouvoir l'application de méthodes de conception légère des plaques tubulaires, améliorer le modèle de calcul, les paramètres et les indicateurs d'évaluation des plaques tubulaires, et former une méthode d'ingénierie adaptée à l'analyse numérique des plaques tubulaires dans les échangeurs de chaleur à grande échelle.
6. Portée et contenu technique principal
1. Cette norme spécifie les exigences générales, les matériaux, la conception, la fabrication, l'inspection, l'acceptation, l'installation et l'utilisation des échangeurs de chaleur métalliques.
La pression de conception applicable à cette norme est :
a) La pression de conception de l’échangeur de chaleur à calandre et à tubes ne doit pas dépasser 35 MPa ;
b) La pression de conception des autres types structurels d'échangeurs de chaleur doit être déterminée conformément aux normes de produits correspondantes.
La température de conception applicable à cette norme est :
a) L'acier ne doit pas dépasser la plage de température admissible pour les matériaux énumérés dans la norme GB 150.2-2011;
b) Les autres matériaux métalliques doivent être déterminés en fonction de la température de fonctionnement admissible indiquée dans les normes de référence correspondantes. Le diamètre nominal applicable aux échangeurs de chaleur à calandre et à tubes dans cette norme ne doit pas dépasser 6000 mm, et le produit de la pression de conception (MPa) et du diamètre nominal (mm) ne doit pas dépasser 4,05 × 10 ^ 4.
2, Contenu technique principal
a) Améliorer les exigences générales :
1) Améliorer la clause « Exigences générales » GB/T 151 4.1.1, en prévoyant que pour les nouvelles occasions et les nouvelles structures d'échangeurs de chaleur qui répondent aux exigences générales de cette norme, des conditions techniques spéciales ou des normes d'entreprise doivent être élaborées sur la base des conditions de charge et des caractéristiques structurelles pour ceux qui n'ont pas encore de normes de produit.
2) Améliorer la clause « Exigences générales » GB/T 151 4.1.2 et compléter SH/T 3119-2016 (type à manchon), NB/T 47004.2 (type à plaque entièrement soudée), XXXX (type à coque à plaques) et d'autres normes de produits d'échangeurs de chaleur.
b) Élaborer des réglementations techniques spécialisées pour les têtes de canalisations :
1) Ajouter l'annexe N pour traiter la question du type unique et de la faible applicabilité de l'évaluation du procédé de soudage pour les têtes de tubes d'échange thermique dans l'annexe D de la norme NB/T 47014. Proposer des exigences spéciales pour l'évaluation du procédé de soudage des soudures d'angle, des soudures en rainure et des soudures à joint combiné pour les têtes de tubes. En réponse à l'applicabilité limitée des types d'essais non destructifs et des critères de défaut pour les têtes de tubes dans l'annexe A de la norme NB/T 47031.2, et en combinaison avec les exigences élevées de l'industrie en matière de paramètres et de fiabilité, des exigences spéciales pour les essais non destructifs des têtes de tubes sont proposées, clarifiant la classification des défauts internes et les méthodes d'essais non destructifs pour les échantillons de processus de têtes de tubes.
2) Ajouter l'annexe P et proposer des exigences particulières pour l'évaluation du processus de joint de dilatation de la tête du tube de dilatation de résistance.
3) Ajouter l'annexe Q, proposant des méthodes d'évaluation et des règles de mise en œuvre pour le soudage par résistance, l'expansion de résistance et la charge d'arrachement de la tête du tube de structure combinée.
4) Ajouter la clause 8.13 de la norme GB/T 151 sur les « Essais non destructifs » (précédemment déplacée vers le bas), fournir des clauses de principe pour les essais radiographiques des têtes de tubes (par exemple lorsque spécifié dans les documents de conception, lorsque le milieu est extrêmement dangereux...), et proposer le taux d'échantillonnage minimum.
c) Mise à niveau des paramètres de spécification :
1) Améliorer la clause « Portée » de GB/T 151 1.5, étendre la plage de diamètres des faisceaux de tubes non extractibles à 6 000 mm, étendre la plage de diamètres des faisceaux de tubes extractibles à 2600-3000 mm et augmenter le produit de la pression de conception et du diamètre nominal à 4,05 × 10 ^ 4.
d) Vibrations induites par les fluides : combiner les progrès de la technologie de l'énergie nucléaire avec les cas d'application de l'ingénierie pétrochimique, améliorer la méthode de conception des vibrations induites par les fluides et affiner davantage les mesures d'assistance technique ; plus précisément, cela comprend :
1) Améliorer la clause 6.8 de la norme GB/T 151 pour le « processus shell » et compléter la nouvelle méthode de conception de dérivation.
2) Améliorer l'annexe C de la norme GB/T 151 sur les « vibrations induites par les fluides » et fournir des principes de conception pour les plaques entièrement supportées et les plaques antivibratoires.
e) Extension de la méthode de calcul des plaques tubulaires :
1) Explication de l'applicabilité de la charge de la plaque tubulaire (poids propre) et de la méthode de calcul (grand diamètre).
2) Méthode de calcul des contraintes d'une grande structure d'aspirateur externe.
3) Critères de calcul de la rigidité équivalente de la structure conique inclinée en forme de bouilloire.
4) L'exigence de distance minimale est proposée pour les ouvertures autour de la plaque tubulaire.
5) Méthode d'analyse des contraintes pour une structure solide équivalente de plaque tubulaire.
f) Prise en charge de la mise à niveau des données :
1) Ajoutez une gradation de grand diamètre au cylindre et indiquez la valeur d'épaisseur minimale.
2) Fournir la tolérance de rondeur pour les cylindres de grand diamètre.
g) Affinement des indicateurs d’efficacité énergétique pour les échangeurs de chaleur :
1) Améliorer la clause a) de la section 4.3.2.1 de la norme GB/T 151 « Sélection et calcul » et compléter les exigences spécifiques en matière d’efficacité énergétique ;
2) Ajouter la clause d) dans la section 4.3.2.1 de la norme GB/T 151 « Sélection et calcul » pour compléter les méthodes d'essai et d'évaluation de l'efficacité énergétique.
h) Mesures concrètes pour un transfert de chaleur efficace :
1) Améliorer la section 4.3.2.2 de la norme GB/T 151 « Sélection et calcul » et recommander l'utilisation d'éléments de transfert de chaleur à haut rendement ou de structures latérales de coque à haut rendement comme méthodes pour améliorer l'efficacité du transfert de chaleur.
2) Améliorer la section 5.4.2 de la norme GB/T 151 sur les « Tubes d'échange de chaleur », ajouter des composants de transfert de chaleur à haute efficacité tels que des tubes torsadés et fournir des scénarios applicables et des indicateurs d'efficacité de transfert de chaleur pour différents types de composants.
3) Améliorer les sections 6.8.2.1 et 6.8.2.3 de la norme GB/T 151 « Déflecteurs (composants) » et ajouter des dessins typiques, des scénarios applicables, des principes d'agencement et des indicateurs d'efficacité de transfert de chaleur pour les structures latérales de coque à haut rendement telles que les déflecteurs en spirale et les déflecteurs.
i) Indicateurs de fuite quantitatifs et classement de l'efficacité énergétique des chemins d'écoulement de la coque : Proposer des données quantitatives sur les indicateurs de fuite de chaque chemin d'écoulement dans le chemin d'écoulement de la coque, établir une relation entre le niveau du faisceau et les indicateurs d'efficacité énergétique, et réaliser la quantification des données et le classement de l'efficacité énergétique.
j) Détermination et optimisation des paramètres de l'indice de chemin d'écoulement de la coque :
1) Réviser la section 6.8.2.2.3 de la norme GB/T 151 « Contrôle du jeu entre les tubes d'échange de chaleur et les déflecteurs » pour séparer et affiner les indicateurs de jeu, correspondant à la classification de l'efficacité énergétique.
2) Réviser la section 6.8.2.3 de la norme GB/T 151 sur l'espacement entre les déflecteurs et vérifier l'adaptabilité de l'indice d'espacement minimum en conjonction avec l'analyse du champ d'écoulement.
3) Réviser la section 6.8.3.2 de la norme GB/T 151 « Réglage des registres de dérivation », combiner l'analyse du champ d'écoulement pour déterminer la relation quantitative entre la structure du déflecteur de dérivation et le trajet d'écoulement de dérivation, vérifier les principes de réglage, fournir les exigences de réglage et correspondre à la classification d'efficacité énergétique.
4) Réviser la section 6.8.2.2.1 de la norme GB/T 151 « Diamètre extérieur et écart admissible des déflecteurs », combiner l'analyse du champ d'écoulement pour déterminer la relation quantitative entre le jeu du cylindre à plaques et le débit de fuite, améliorer l'écart admissible du diamètre extérieur et les indicateurs de rondeur du cylindre, améliorer les indicateurs tout en répondant aux exigences de la construction technique et correspondre à la classification de l'efficacité énergétique.
5) Réviser la section 6.8.3.3 de la norme GB/T 151 « Blocage des tuyaux », combiner l'analyse du champ d'écoulement pour déterminer la relation quantitative entre les canaux internes non tubulaires et l'écoulement de fuite, vérifier les principes de réglage, fournir les exigences de réglage et correspondre à la classification d'efficacité énergétique.
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