1. Что такое стандарт TEMA
Американская ассоциация производителей трубчатых теплообменников, основана в 1939 году. Стандарт TEMA впервые опубликован в 1941 году. Действующая редакция — 10-е издание (2019). Стандарт охватывает конструкцию, допуски, материалы, испытания и документацию кожухотрубных теплообменников диаметром кожуха от 150 мм до 1520 мм (6"–60").
Стандарт TEMA — это комплексный инженерный документ, на который ссылаются более 90 стран при проектировании критически важного теплообменного оборудования. В нём содержатся три основных раздела: R — конструктивные требования и допуски; M — методы механического проектирования (совместно с ASME VIII); T — тепловые и гидравлические расчёты, fouling factors, коррекционные факторы.
В России TEMA широко применяется на объектах нефтепереработки и нефтехимии — особенно при реализации проектов с участием иностранных лицензиаров (UOP, Axens, Shell). Подробнее об устройстве и конструкции КТО — в статье «Кожухотрубный теплообменник: устройство и принцип работы».
Действующий стандарт — TEMA 10th Edition (2019). При ссылке на TEMA в технической документации всегда указывайте номер издания: «Design per TEMA, 10th Edition, Class R».
2. Классы TEMA R, C, B: сравнение и выбор
TEMA разделяет кожухотрубные теплообменники на три класса в зависимости от области применения, интенсивности эксплуатации и требуемого ресурса.
| Параметр | R Нефтехимия | B Химия | C Общепром. |
|---|---|---|---|
| Область применения | НПЗ, нефтехимия, тяжёлая промышленность | Химические заводы, реакторы | HVAC, вспомогательные системы, ЖКХ |
| Припуск на коррозию (кожух) | 3,2 мм (1/8") | 1,6 мм (1/16") | 0,8 мм (1/32") |
| Минимальная толщина трубной решётки | Нормируется жёстко | Промежуточная | Минимальная |
| Зазор кожух–пучок | Минимальный (уменьшен байпас) | Средний | Допускается увеличенный |
| Срок службы | 20–30 лет | 10–20 лет | 5–15 лет |
| Цена относительно R | Базовая (100%) | ~85% | ~70% |
Decision Table: когда выбирать класс TEMA
| Условие эксплуатации | Рекомендуемый класс |
|---|---|
| НПЗ: установки АВТ, риформинг, гидрокрекинг | R |
| Нефтехимия: этилен, пропилен, ароматика, BTX | R |
| Химические реакторы, агрессивные среды, сернистые соединения | B |
| Парогенераторы и конденсаторы на химических заводах | B |
| Системы охлаждения воды, HVAC, вспомогательные теплообменники | C |
| Пищевая промышленность, фармацевтика (умеренные параметры) | C |
| Нефтехимия, замена импортного аппарата | R (с ЭПБ) или B |
Если нет специфических требований лицензиара — для большинства российских проектов достаточно класса B. Класс R оправдан при пробеге 20+ лет и/или агрессивных коррозионных условиях.
3. Трёхбуквенный код TEMA: таблица позиций
Каждый кожухотрубный теплообменник по TEMA описывается трёхбуквенным кодом: [передняя головка] – [кожух] – [задняя головка]. Пример: AES = головка типа A + кожух E + задняя головка S.
Позиция 1: Тип передней стационарной головки
| Буква | Конструкция | Применение |
|---|---|---|
| A | Съёмная крышка + приварной бокс (Channel and Removable Cover) | Стандарт для НПЗ, простой доступ к трубкам |
| B | Приварной интегральный бокс (Bonnet — Integral Cover) | Дешевле A, типичен для TEMA C |
| C | Канальная головка с интегральной трубной решёткой и съёмной крышкой | При высоком давлении трубного пространства |
| D | Специальная высокодавленная головка | P > 150 бар, болты особой прочности |
| N | Неподвижная трубная решётка с интегральным каналом | Аппараты с неподвижными решётками NEN |
Позиция 2: Тип кожуха
| Буква | Тип кожуха | Особенность |
|---|---|---|
| E | Однопоточный (One-Pass Shell) | Наиболее распространённый; поток от одного конца к другому |
| F | Двухпоточный с продольной перегородкой | Увеличивает LMTD при малом ΔT |
| G | Делённый поток (Split Flow) | Поток делится в центре; снижает потери давления |
| H | Двойной делённый поток (Double Split Flow) | Минимальные потери давления; два ввода/вывода |
| J | Делённый поток по Джонсону (Divided Flow) | Ввод в центре, выходы с двух концов; конденсаторы |
| K | Котельный испаритель (Kettle Reboiler) | Увеличенный диаметр для паровой зоны; рибойлеры колонн |
| X | Поперечный поток (Crossflow) | Газовые охладители; перегородки минимальны |
Позиция 3: Тип задней головки
| Буква | Конструкция | Особенность |
|---|---|---|
| S | Плавающая головка с уплотнением наружу | Пучок легко извлекается; уплотнение снаружи кожуха |
| T | Pull-through плавающая головка | Пучок вытягивается без разборки кожуха |
| U | U-образные трубки (U-Tube Bundle) | Компенсация тепловых расширений; нет задней решётки |
| W | Плавающая головка с сальниковым уплотнением внутри | При ограничениях по длине |
| L | Фиксированная задняя трубная решётка типа A | Аппараты AEL с неподвижными решётками |
| M | Фиксированная задняя трубная решётка типа B (Bonnet) | Схемы NEN, BEM; дешёво, без компенсации расширения |
AES — нефтехимия, класс R/B, плавающая головка для лёгкого обслуживания. BEM — общепромышленный, неподвижные решётки, малый ΔT. BEU — U-трубки, пар, высокое давление, класс B/R.
4. Схема AES: плавающая головка для нефтехимии
Схема AES (Channel + One-Pass Shell + Outside Packed Floating Head) — наиболее распространённый тип кожухотрубного теплообменника в нефтехимии и нефтепереработке. Именно её чаще всего имеют в виду, когда говорят «теплообменник по TEMA класса R».
Конструктивные особенности AES
- Передняя головка типа A — съёмная крышка канала позволяет получить доступ к трубкам без демонтажа трубопроводов
- Кожух типа E — стандартный однопоточный, перегородки (шиканы) перпендикулярны оси аппарата
- Задняя головка типа S — плавающая с уплотнением наружу: свободный конец пучка компенсирует тепловое расширение до ΔT = 150°C и более
Преимущества AES перед другими схемами
- Трубный пучок извлекается из кожуха — полная механическая чистка наружной поверхности трубок
- Не требует компенсаторов на кожухе при больших тепловых расширениях
- Оба трубопровода трубного пространства находятся с одной стороны — удобен монтаж
- Стандартизирован под TEMA R — применяется в международных проектах без дополнительных согласований
Задача: Рекуперация тепла газопродуктовой смеси (280°C) с подогревом сырья (40°C → 220°C). Давление трубного пространства — 85 бар.
Решение: Аппарат AES, TEMA класс R, материал SA-387 Grade 11 (Cr-Mo сталь для высоких T), диаметр кожуха 700 мм, длина трубок 6 м, площадь 320 м².
Результат: срок службы 25+ лет без замены трубного пучка при плановой чистке каждые 3 года.
5. Схемы BEM и BEU: сравнение
Схемы BEM и BEU — наиболее экономичные конструкции TEMA. Широко применяются в химической промышленности, системах ГВС и промышленном охлаждении.
| Параметр | BEM (неподвижные решётки) | BEU (U-трубки) |
|---|---|---|
| Компенсация расширения | Нет (или компенсатор на кожухе) | Полная (трубки изогнуты) |
| Чистка трубок изнутри | Возможна с обеих сторон | Затруднена (изгиб трубок) |
| ΔT без компенсатора | до 30–50°C | неограничено |
| Стоимость | Самая низкая | Низкая |
| Типичное применение | Охладители воды, ГВС, умеренные параметры | Пар, конденсаторы, высокое давление |
| Класс TEMA | C или B | B или R |
Схема BEM без компенсатора применима только при небольшой разнице температур (ΔT < 30–50°C). При превышении возникают термические напряжения в трубных решётках. Для больших ΔT используйте BEM с компенсатором на кожухе или переходите на BEU / AES.
Задача: Конденсация насыщенного пара 6 бар (160°C) охлаждающей водой 30/45°C. Мощность 2 МВт.
Решение: BEU TEMA класс B, SA-179 трубки, SA-516 Grade 70 кожух. Диаметр 450 мм, длина трубок 4,8 м, 156 трубок 25×2 мм.
Результат: 12 лет без капремонта, чистка химическая раз в 2 года.
6. Материалы по стандарту TEMA: коды ASME и аналоги ГОСТ
Стандарт TEMA ссылается исключительно на материалы, аттестованные по стандартам ASME. Для российских проектов необходима документация соответствия или применение аналогов по ГОСТ.
| Компонент | ASME марка | Описание | Аналог ГОСТ |
|---|---|---|---|
| Трубки (углеродистая сталь) | SA-179 | Бесшовные холоднодеформированные, C-Mn | 20; 10; ГОСТ 8734 |
| Трубки (нержавеющая сталь) | SA-213 TP316L | Аустенитная 18/10/2 Mo бесшовная | 08Х17Н13М2Т |
| Трубки (медь) | SB-111 C68700 | Адмиралтейская латунь для морской воды | ЛО70-1 (ГОСТ 494) |
| Трубки (титан) | SB-338 Grade 2 | Промышленный чистый титан | ВТ1-0 (ГОСТ 22897) |
| Кожух (конструкционная сталь) | SA-516 Grade 70 | Низколегированная, Rm=485 МПа, до 370°C | 16ГС; 09Г2С |
| Кожух (нержавеющая) | SA-240 Grade 316L | Лист аустенитной нержавейки | 03Х17Н14М2 |
| Кожух (Cr-Mo для высоких T) | SA-387 Grade 11 | 1.25Cr-0.5Mo, рабочая T до 595°C | 12ХМ; 15ХМ |
| Фланцы | SA-105 | Поковки углеродистой стали | Ст20 кованая; 09Г2С поковка |
| Трубки (Hastelloy C-276) | SB-622 | Ni-Mo-Cr сплав для агрессивных кислот | ХН65МВУ (аналог) |
На российских объектах применяется параллельная сертификация или экспертиза промышленной безопасности. Подробнее — в статье «Кожухотрубные теплообменники: ГОСТ и материалы».
7. Расчёт кожухотрубного теплообменника по TEMA
Тепловой расчёт по TEMA включает несколько этапов: тепловой баланс, LMTD, выбор метода расчёта межтрубного пространства и гидравлический расчёт. Расчёт теплообменников выполняется инженерами S22 по запросу.
Метод Bell-Delaware для межтрубного пространства
Стандартный метод расчёта межтрубного пространства по TEMA — метод Bell-Delaware. Он учитывает байпасные потоки, зазоры пучка и перегородок, даёт точность ±20–30% (против 50–70% у метода Kern). Реализован в программах HTRI Xchanger Suite, HTFS TASC+, Aspen EDR.
Условия: нефть 160°C → 80°C, расход 50 т/ч; охлаждающая вода 30°C → 50°C. Давление нефти 15 бар.
Результат: LMTD = 42,3°C, F = 0,87 (2-ходовое по трубкам), U = 320 Вт/(м²·°C), A = 185 м².
Аппарат: AES TEMA R, диаметр кожуха 600 мм, трубки SA-179 25×2 мм, длина 6 м, 248 шт., 2 хода по трубкам.
Fouling factors TEMA: нефть — 0,0003, оборотная вода — 0,0002 м²·°C/Вт. Запас поверхности 15%.
Для бесплатного расчёта КТО по TEMA обратитесь к инженерам S22 — используем HTRI Xchanger Suite.
8. Вибрация трубного пучка по TEMA
Вибрация трубного пучка — одна из наиболее опасных проблем при эксплуатации КТО. TEMA устанавливает обязательные требования к проверке виброустойчивости (раздел R 6.1). Вихреобразование в межтрубном пространстве создаёт поперечные силы с частотой f = St · V / d; при совпадении с собственной частотой трубки возникает резонанс.
Расчёт критической скорости
Определить собственную частоту трубок (TEMA R 6.1). Скорость в межтрубном не должна превышать 0,8 · Vcr.
Уменьшение шага перегородок
Сократить расстояние между шиканами для снижения свободной длины трубки и повышения собственной частоты колебаний.
Антивибрационные планки
Установить antivibration bars или impingement plates в зонах высоких скоростей. TEMA R требует дефлектор при входном сопле.
Отстройка от резонанса
Изменить диаметр или шаг трубок — собственная частота должна выходить из диапазона возбуждения.
Выбор схемы кожуха
Кожухи G, H, J снижают скорость в межтрубном пространстве при сохранении теплосъёма. Рекомендуются для газов при высоких расходах.
Верификация в HTRI
HTRI Xchanger Suite содержит встроенный вибрационный анализ по TEMA. Обязательна для класса R и скоростей газа >1 м/с.
9. TEMA vs ГОСТ 15122-79: сравнение 10 параметров
| # | Параметр | TEMA | ГОСТ 15122-79 |
|---|---|---|---|
| 1 | Классификация | Классы R/C/B + трёхбуквенный код конструкции | Тип аппарата (КНГ, КНВ, ИН, ИК, ИУ, ИХ) |
| 2 | Типоразмерная сетка | Диаметр 6"–60" (150–1520 мм), шаг 2" | Унифицированные: 325, 400, 600, 800, 1000, 1200 мм |
| 3 | Припуск на коррозию | R: 3,2 мм; B: 1,6 мм; C: 0,8 мм (обязателен) | 1–3 мм по расчёту конкретного производства |
| 4 | Расчёт межтрубного | Bell-Delaware (TEMA T-3) или HTRI | ОСТ 26-01-1038 (тепловой расчёт) |
| 5 | Fouling factors | Нормированы в таблице RGP-T-2.4 | В ГОСТ 15122 не нормированы |
| 6 | Вибрационный анализ | Обязателен для класса R (TEMA R 6.1) | Не регламентирован ГОСТ 15122 |
| 7 | Материалы | ASME SA-179, SA-213, SA-240, SA-516 и др. | ГОСТ 8734 (трубки), ГОСТ 19281 (кожух) |
| 8 | Давление / температура (max) | Нет ограничений (определяется ASME VIII) | ГОСТ 15122: до 10 МПа, до 450°C |
| 9 | Надзор в РФ | Требуется ЭПБ Ростехнадзора | Прямое соответствие ФНП и ГОСТ Р 52630 |
| 10 | Международное признание | Глобальный стандарт, 90+ стран, EPC-проекты | Применяется только в СНГ |
Подробнее — в статьях «ГОСТ 15122-79: кожухотрубчатые теплообменники» и «Типовые обозначения КТО по ГОСТ 15122-79».
10. TEMA в российской нефтяной практике
Применение TEMA в России активно развивается с 1990-х годов — с приходом иностранных лицензиаров нефтепереработки (UOP, Shell, Axens, Haldor Topsoe). Практически все крупные НПЗ России имеют в парке оборудование TEMA R.
Требования: TEMA R, ASME VIII Div.1. Аппараты: 8 теплообменников AES TEMA R, материал SA-387 Grade 11, трубки SA-213 TP321, диаметр кожуха 800–1200 мм, давление 35–45 бар, температура до 540°C.
Российская часть: Параллельное оформление по ГОСТ Р 52630, ЭПБ в аккредитованной организации, паспорта сосудов на русском языке.
Итог: оборудование прошло освидетельствование Ростехнадзора и введено в эксплуатацию. Ресурс до первого капремонта — 10 лет.
11. Как выбрать: TEMA или ГОСТ
| Ситуация | Рекомендация |
|---|---|
| Иностранный лицензиар технологии (UOP, Axens, Shell, KBR и др.) | TEMA — требование лицензиара обязательно |
| Государственный объект РФ, госзаказ, ФАС тендер | ГОСТ + ФНП — российская нормативная база обязательна |
| Экспортный проект (поставка оборудования за рубеж) | TEMA — международное признание |
| Проект с иностранным финансированием (EBRD, IFC, AIIB) | TEMA — требование банков-кредиторов |
| ЖКХ, тепловые пункты, ГВС в России | ГОСТ — дешевле, быстрее согласования |
| Нефтехимия, НПЗ, замена импортного аппарата | TEMA R (с ЭПБ) или ГОСТ с параллельным расчётом по TEMA |
| Стандартный охладитель воды на производстве | ГОСТ 15122 — унифицированные типоразмеры, склад |
Нужна помощь с выбором? Инженеры S22.ru подберут оптимальный вариант. Оставьте заявку →
12. Заказ КТО по TEMA через S22
Компания S22 помогает подобрать, рассчитать и заказать кожухотрубные теплообменники по стандарту TEMA из каталога международных производителей или организует изготовление на заказ.
Заполните техническое задание
Расходы и параметры потоков (°C, бар, кг/с), тип сред, допустимые потери давления, класс TEMA. Форма ниже или zakaz@s22.ru.
Тепловой расчёт в HTRI
Результат: спецификация аппарата, LMTD, U, площадь, потери давления, проверка на вибрацию по TEMA R 6.1.
Коммерческое предложение
КП с выбором конструкции (AES/BEM/BEU), материалов, производителя. Срок: 1–3 рабочих дня.
Договор и производство
Срок: 4–8 нед. (класс C/B), 10–20 нед. (класс R с ASME U-stamp). ВИК сварных швов, гидравлические испытания, PMI материалов.
Документация и ЭПБ
Расчёт по TEMA + ASME VIII, сертификаты материалов, протоколы испытаний. По запросу — сопровождение ЭПБ Ростехнадзора.
Поставка и шефмонтаж
Доставка по России и СНГ. Шефмонтаж по запросу. Гарантия: 12 мес. (класс C) — 24 мес. (класс R).
Также смотрите: КТО по ГОСТ 15122, устройство кожухотрубного теплообменника, расчёт теплообменника онлайн, каталог КТО на s22.ru.