Anwendungseigenschaften des Titan-Spiralrohrs ASTM B338
Mar 28, 2024
Titan-Spiralrohre gemäß ASTM B338 werden verwendet, wenn ein Behälter geheizt oder gekühlt werden muss, die Aufgabe jedoch einen herkömmlichen Rohrbündelwärmetauscher nicht rechtfertigt. Das Rohr ist zu einer Helix, einer Serpentine oder einer doppellagigen Spule gewickelt und im oder um den Behälter herum befestigt, und die Spule, nicht die Behälterwand, trägt die Wärmeübertragungsoberfläche.
Was ASTM B338 Spiralrohr abdeckt
ASTM B338 definiert das Rohr selbst: die Qualitäten, die Chemie, die mechanischen Eigenschaften, die Maßtoleranzen und die Prüfung. Es deckt sowohl nahtlose als auch geschweißte Rohre ab und gilt für die Klassen 1, 2, 3, 7, 9, 11, 12 und andere innerhalb der Spezifikation. Die Herstellung, das Wickeln, das Schweißen und die Befestigung der Spule werden durch die Zeichnung bestimmt, nach der der Hersteller arbeitet, und nicht durch die Materialspezifikation. Daher ist eine Spule nur so gut wie die Kombination aus nachgiebigem Rohr und einer kontrollierten Fertigungsroute.
Die Außendurchmesser der Spulen liegen üblicherweise zwischen etwa 6 mm und 25 mm bei einer Wandstärke von 0,5 mm bis 1,2 mm, wobei der Bereich durch den für die Konstruktion erforderlichen Wickelradius bestimmt wird.
Abnehmbar oder fest: Auswahl der Spulenmontage
| Montage | Konstruktion | Wenn es bevorzugt wird |
|---|---|---|
| Abnehmbar | Die Spule wird mit Klammern, Klammern oder einem verschraubten Rahmen gehalten | Allgemeine Designauswahl; ermöglicht die Entnahme der Spule zur Inspektion, Reinigung und Reparatur |
| Behoben | Spule geschweißt, eingeclipst oder eingegossen | Wird verwendet, wenn das Medium oder korrosive Bedingungen eine Bewegung unmöglich machen oder wenn sich die Spule im Betrieb nicht verschieben darf |
Ausschlaggebend sind das Fördermedium und der Korrosionszustand der Spule. Die abnehmbare Montage ist die Konstruktionsvorgabe, da eine Spule, die inspiziert und gereinigt werden kann, eine lange Lebensdauer hat und weil die Entfernung von Ablagerungen auf der Prozessseite oft die einzige Wartung ist, die die Anlage benötigt.
Korrosion und Oberflächenverhalten
Titan widersteht den meisten sauren und alkalischen Medien durch denselben passiven Oxidfilm, der es im Meerwasser schützt. Aus diesem Grund werden Spulen in Klasse 2 für allgemeine chemische Beanspruchung und in Klasse 1 spezifiziert, wenn maximale Formbarkeit und der engste Wickelradius erforderlich sind. Daraus ergeben sich zwei praktische Konsequenzen. Erstens verringert eine glatte, zunderfreie Titanoberfläche die Neigung des Prozessmaterials zum Anhaften, sodass Reinigungszyklen seltener sind. Zweitens ist die Spule nicht auf Beschichtungen oder Inhibitoren angewiesen, sodass ein Kratzer oder ein lokaler Abrieb kein langfristiges Problem darstellt, wie es bei einer beschichteten Oberfläche der Fall wäre.
Gewicht und Festigkeit im Spulendesign
Titan hat eine Dichte von 4,51 g/cm3, was höher ist als die von Aluminium und niedriger als die von Stahl, Kupfer und Nickel, aber sein Verhältnis von Festigkeit zu Dichte ist höher als bei allen anderen Werkstoffen, die üblicherweise in der Industrie verwendet werden. Bei einer Spule ist dies doppelt wichtig: Das Rohr ist leichter zu handhaben und zu tragen, und die Wand kann bei einem bestimmten Druckwert dünner sein als bei einem schwereren Metall, was die Wärmeübertragung verbessert, da die Wand den Widerstand zwischen den beiden Flüssigkeiten darstellt. Eine leichtere Spule belastet das Schiff und seine Stützen auch weniger als eine gleichwertige Stahlspule.
Schweißen von Titanspulen ohne Kontamination
Titanspulen werden normalerweise mit Wolfram-Inertgas oder einem gleichwertigen Argon-geschützten Verfahren geschweißt. Das Schweißbad und das direkt dahinter liegende Metall müssen abgeschirmt werden, bis die Temperatur unter etwa 400 Grad fällt, da Titan im heißen Zustand stark Sauerstoff und Stickstoff absorbiert. Bei einer Spule ist dies aufgrund der Geometrie schwieriger als bei einem geraden Rohr: Der Schweißkopf muss sich um eine Biegung bewegen und der nachlaufende Schutzschild muss entsprechend geformt sein.
Eine praktische Maßnahme bei der Spulenherstellung ist die Wasserkühlung im oder um das Rohr beim Schweißen. Titan hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit, daher bleibt die heiße Zone lange heiß und das Schutzgas muss noch lange nach dem Lichtbogendurchgang strömen. Das Kühlen des Rohrs verkürzt die Verweilzeit, senkt den Argonverbrauch und erhöht die Schweißgeschwindigkeit. Das Spülen des Rohrinneren und des Verbindungsbereichs mit Argon erfüllt die gleiche Schutzfunktion von der anderen Seite. Nach dem Schweißen werden die Verbindung und die Wärmeeinflusszone normalerweise gereinigt und gebeizt, um Oberflächenoxid und etwaige Eisenverunreinigungen zu entfernen. Die fertige Schweißnaht wird außerdem visuell auf Farbe sowie durch einen vorgeschriebenen Druck- oder Dichtheitstest überprüft.
Durchfluss-, Wärmeübertragungs- und Betriebsregeln
Der runde Querschnitt eines Spiralrohrs sorgt für einen geringen Strömungswiderstand und einen großen freien Kanal, sodass es viskose Flüssigkeiten und Suspensionen besser bewältigt als ein flacher oder gewellter Kanal. Da es sich bei jeder Windung um eine kurze Rohrlänge handelt, bleibt die Wandtemperatur entlang der Spule gleichmäßig und das Kondensat kann abfließen, anstatt sich anzusammeln, wodurch die Wärmeübertragungsoberfläche effektiv bleibt. Dagegen ist die Wärmeübertragungsfläche einer Rohrschlange im Vergleich zu einem Rohrbündelbündel klein und die konvektive Zirkulation der Flüssigkeit im Behälter relativ schlecht, sodass Rohrschlangen am besten für mittlere Aufgaben geeignet sind, bei denen ihre Einfachheit der Hauptvorteil ist.
Eine Regel ist es wert, wiederholt zu werden, da sie die Ursache für die meisten Ausfälle im Betrieb ist: Es darf kein Dampf in Spulen eingelassen werden, die oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche liegen. Die Spule muss vor dem Einleiten von Dampf eingetaucht werden, da sonst die freiliegenden Windungen trockenlaufen und überhitzen. Wenn ein Behälter über mehrere Spulenschichten verfügt, können die Dampfzufuhr und der Druck zu jeder Schicht unabhängig vom Flüssigkeitsstand gesteuert werden, sodass die Leistung beim Befüllen an die Charge angepasst werden kann.
Häufig gestellte Fragen
Q:Welche Titansorte wird für ASTM B338-Spiralrohre verwendet?
A: Klasse 2 ist die allgemeine Wahl für chemische Anwendungen, während Klasse 1 gewählt wird, wenn die engsten Wickelradien und die beste Formbarkeit erforderlich sind. Korrosive Chloride bei höheren Temperaturen rechtfertigen oft die Note 7.
Q:Sollte eine Titanspirale abnehmbar oder festsitzbar sein?
A: Die abnehmbare Montage ist die übliche Konstruktionsvorgabe, da sie die Inspektion und Reinigung der Spule ermöglicht, während die feste Montage für Medien oder Bedingungen reserviert ist, die eine Bewegung unpraktisch machen.
Q:Warum wird beim Schweißen von Titanspulen Wasserkühlung eingesetzt?
A: Titan leitet Wärme langsam, sodass die Schweißnaht lange heiß bleibt und viel Schutzgas verbraucht. Das Kühlen des Rohrs verkürzt die Heißverweilzeit, reduziert den Argonverbrauch und erhöht die Schweißproduktivität.
Q:Was passiert, wenn Dampf in eine freiliegende Spule eindringt?
A: Die Windungen über der Flüssigkeitsoberfläche laufen trocken und überhitzen. Dampf darf erst eingeleitet werden, nachdem die Spule eingetaucht ist, wobei die Versorgung der einzelnen Spulenschichten durch den Flüssigkeitsstand gesteuert wird.
Q:Was sind die Hauptvorteile einer Rohrwendel in einem Gefäß?
A: Geringer Strömungswiderstand, ein großer Kanal, der für viskose Medien geeignet ist, gleichmäßige Wandtemperatur und eine leichte Baugruppe mit einem hohen Verhältnis von Festigkeit zu Dichte im Vergleich zu Stahl- oder Kupferspulen.
