Jan Kasprzyk - Prezes Zarządu SPETECH^®

dr inż. Radosław Sieczkowski - Kierownik Działu Technicznego

Wielość rozwiązań konstrukcyjnych głowic płaszczowo-rurowych wymienników ciepła wynika z różnych tradycji technicznych, parametrów mediów, ale także z różnych kryteriów optymalizacji konstrukcji. Najpowszechniej stawiane dzisiaj kryteria to szczelność, niezawodność pracy i ogólnie rozumiane koszty (co zresztą jest wzajemnie powiązane).

W przypadku głowic z płaskimi pokrywami często zdarzają się problemy ze szczelnością na połączeniu tej pokrywy z kołnierzem głowicy. Wynika to z dużej odkształcalności pokryw płaskich poddanych ciśnieniu medium, a ujawnia się zwłaszcza przy znacznych średnicach połączenia. Odkształcenia takie nie są zagrożeniem dla wytrzymałości poszczególnych elementów  głowicy, mogą jednak prowadzić do rozszczelnienia na skutek spadku nacisków kontaktowych na uszczelkę pod pokrywą. Dotyczy to szczególnie tych wymienników , które były konstruowane bez analizy odkształceń elementów połączenia, czyli z wykorzystaniem starszych algorytmów opartych o tzw. draft Taylora. Rozwiązaniem problemu szczelności takich pokryw może być wykorzystanie diafragmy spawanej do  powierzchni przylgowej głowicy, a wykonanej w sposób gwarantujący jej dostateczną elastyczność w relacji do odkształceń pokrywy (rys. 1). W tym wypadku diafragma zastępuje uszczelkę, pod warunkiem zapewnienia szczelności spoiny spawalniczej.

W praktyce rozwiązanie takie zapewnia  lepszą szczelność i niezawodność pracy w porównaniu z rozwiązaniem z uszczelką tradycyjną.

Rys. 1. Pokrywa kołnierzowa wymiennika z diafragmą

Przy nowych konstrukcjach diafragma może być uwzględniona jako bariera antykorozyjna z uwagi na  całkowite odcięcie pokrywy od kontaktu z medium.

Poza diafragmami spawanymi, stosowanymi pod pokrywami płaskimi w tradycyjnych połączeniach kołnierzowych, spotykamy je w konfiguracji bez użycia spoin w głowicach ryglowanych śrubowo (z wkręcaną pokrywą – rys. 2). Tutaj mamy dwa przypadki, tzn. wymienniki o wysokim ciśnieniu w rurach i niskim w przestrzeni międzyrurowej (tzw. Hi-Lo) oraz o wysokim ciśnieniu w obu przestrzeniach (tzw. Hi-Hi). 

Rys. 2. Pokrywa wkręcana wymiennika z diafragmą

W tym pierwszym przypadku połączenie płaszcza z głowicą to tradycyjne połączenie kołnierzowe, natomiast głowica jest przedłużona, wewnętrznie gwintowana i w tą przedłużoną część jest wkręcona pokrywa (częściej pokrywa jest dobijana pierścieniem gwintowanym). Diafragma w tym wypadku jest rodzajem pomostu tworzącym ciągłą metalową przeponę pomiędzy ścianą głowicy i pokrywą, ewentualnie dodatkowo jeszcze pierścieniem gwintowanym. W tym wypadku pomiędzy wpustem na ściance głowicy a diafragmą instaluje się uszczelkę dociskaną  zestawem śrub dociskowych osadzonych w pokrywie lub pierścieniu  gwintowanym.

W przypadku wymienników Hi-Hi nie ma połączenia kołnierzowego pomiędzy płaszczem a głowicą; wkład rurowy jest wprowadzany do płaszcza przez przedłużoną głowicę, która tworzy wspólną przestrzeń z płaszczem. Dno sitowe wkładu rurowego jest  uszczelniane do ścianki płaszcza na uszczelce dociskanej za pośrednictwem skrzyni z przegrodami (tzw. partition box). Ta ostatnia z kolei dociskana jest zestawem śrub dociskowych umocowanych w pokrywie wkręcanej jako tzw. wewnętrzny krąg.  W tym wypadku napór ciśnienia z przestrzeni płaszcza jest w części przejęty przez pokrywę, a w części przez (niewspomniany wcześniej) pierścień dzielony wprowadzony w podtoczenie znajdujące się w ściance  głowicy.

Także w tym wypadku diafragma pełni podobną rolę jak w przypadku wymienników Hi-Lo i tu także zestaw śrub dociskowych (tu nazwijmy je „zewnętrznego kręgu”) dociska poprzez diafragmę  uszczelkę ścianka-diafragma. Różnica polega na tym, że w  wypadku Hi-Lo śruby dociskają poprzez diafragmę tylko uszczelkę, podczas gdy w Hi-Hi drugi „wewnętrzny krąg” śrub dociska jeszcze (za pośrednictwem skrzyni z przegrodami) także uszczelkę  dna sitowego i ściany płaszcza.

Konstrukcja z głowicą ryglowaną śrubowo jest wynikiem optymalizacji w kierunku obniżenia gabarytu i ciężaru wymiennika.

SPETECH^® produkuje szerokie spektrum diafragm metalowych dostosowanych do konkretnej zabudowy. Zestawienie oferowanych typów diafragm przedstawiono w tabeli 1. 

Diafragmy są wykonywane ze stali stopowych lub stopów specjalnych zapewniających pełna odporność na uszczelniane medium. Podstawowe typy od R-D 10 do R-D 21 stosowane są pod pokrywy kołnierzowe. Montaż odbywa się poprzez wykonanie obwodowej spoiny spawalniczej. Zaletą związaną z wykorzystaniem diafragmy spawanej jest obniżenie wymagań dotyczących śrub, gdyż uszczelka (diafragma spawana) ma zerowe naprężenie formujące. Niezależnie od spoiny obwodowej diafragma jest dociskana na swej zewnętrznej części przez pokrywę, podobnie jak w połączeniu kołnierzowo--śrubowym. Stąd też wynikają różne geometrie części obwodowej. W niektórych przypadkach, celem obniżenia naprężeń spawalniczych oraz obciążeń wynikających z działania ciśnienia i temperatury w warunkach ruchu, w kołnierzu komory wykonywane są specjalne podatne pierścienie mające za zadanie uelastycznienie połączenia diafragmy z kołnierzem komory. Diafragmy sferyczne (R-D 16) i stożkowe (R-D 18) dzięki specjalnemu profilowi posiadają pewną elastyczność, która obniża naprężenia powstające czy to na skutek spawania, czy też na skutek ekspozycji ciśnieniem i temperaturą. Ich kształt dobiera się do warunków ruchowych, co zapewnia zgodne przemieszczenia części obwodowej i wewnętrznej części płaszcza.

Diafragmy, które są wstępnie zaprojektowane do montażu przez spawanie do kołnierza, mogą być również wyposażone w dodatkowy pierścień adaptacyjny. Dostarczane w komplecie z pierścieniem adaptera mają odpowiednio specjalne oznaczenie „SIDE”.

Podczas montażu diafragm R-D 10 SIDE, R-D 18 SIDE i R-D 21 SIDE:

• pierścień adaptera jest spawany do kołnierza (od wewnątrz i od zewnątrz), 
• diafragma jest łączona z pierścieniem adaptera „główną” - zewnętrzną spoiną obwodową, 
• spoina „główna” pozwala na jej odcięcie w przypadku konieczności otwarcia zbiornika w celach konserwacyjnych.

Diafragmy R-D 30 i R-D 32 stosowane są do zamknięcia komór wymienników ciepła Hi-Hi i Hi-Lo. Wówczas diafragma montowana jest razem z uszczelką obwodową poprzez układ pierścieni dociskowo-blokujących.

Atutem firmy SPETECH^® jest najwyższa jakość produkowanych wyrobów, które spełniają wszelkie wymagania naszych klientów. W przypadku wyrobów metalowych, takich jak diafragmy, zapewniamy raporty pomiarowe oraz - jeśli jest to wymagane - badania nieniszczące, np. VT, RT, PT, UT. Przykład badań penetracyjnych pokazano na rys. 3. Ponadto oferujemy świadectwa odbioru 3.1 lub 3.2 wg EN 10204, przy czym materiał wyjściowy może spełniać określone wymagania np. NACE MR 0175 lub NR 0103.

Rys. 3. Badania penetracyjne (PT) diafragm 

Masz pytania? Zadzwoń lub napisz:

 RADOSŁAW SIECZKOWSKI
 Kierownik Działu Technicznego SPETECH^®
 +48 501 249 073
 rsieczkowski@spetech.com.pl