Tubos intercambiadores de calor: guía de selección de materiales, grados y tamaños

Los tubos del intercambiador de calor  son tubos de paredes delgadas que forman el haz de un intercambiador de calor de carcasa y tubos, un condensador, un evaporador o un calentador de agua de alimentación: la superficie a través de la cual pasa el calor entre dos fluidos. La selección del tubo es un equilibrio de tres cosas a la vez: conductividad térmica, resistencia mecánica a la temperatura y resistencia a la corrosión de los fluidos  tanto  del lado del tubo como del lado de la carcasa. Si se utiliza mal el material, el paquete goteará; Si se equivoca en la pared o la tolerancia, no sella la placa tubular.

ZC Steel Pipe (ZHENCHENG Steel Co., Ltd.) es un fabricante chino que suministra tubos para intercambiadores de calor y condensadores bajo pedido en toda la gama de materiales (acero al carbono, aleación de Cr-Mo, acero inoxidable austenítico y dúplex, cobre-níquel, aleación de níquel y titanio) según ASTM, ASME, EN, DIN, JIS y GB. Esta guía brinda los estándares vigentes, propiedades mecánicas verificadas por ASME para los grados de acero, rangos dimensionales y una lógica clara de selección de materiales para energía, refinería, petroquímica, HVAC y servicio marítimo.

CONTENIDO

1. ¿Qué son los tubos intercambiadores de calor?

2. Familias de materiales de tubos

3. Estándares y propiedades mecánicas verificadas

4. Tamaños, espesor de pared y tolerancias

5. Configuraciones de tubos y juntas de placas de tubos

6. Selección de materiales por servicio

7. Cómo especificar los tubos del intercambiador de calor (lista de verificación de PO)

8. Preguntas frecuentes

1. ¿Qué son los tubos intercambiadores de calor?

Un tubo intercambiador de calor transporta un fluido a través de su orificio mientras que un segundo fluido fluye a través de su superficie exterior en la carcasa. El calor se transfiere a través de la pared del tubo, por lo que el tubo es la superficie de trabajo de toda la unidad. Debido a que puede haber cientos o miles de tubos en un solo paquete, cada uno expandido o soldado en una placa de tubos en ambos extremos, la consistencia del diámetro exterior, la pared y la rectitud son tan importantes como el grado.

DEFINICIÓN — TUBO INTERCAMBIADOR DE CALOR / CONDENSADOR Un tubo soldado o sin costura de pared delgada que se utiliza en intercambiadores de calor de carcasa y tubos, condensadores, evaporadores y calentadores de agua de alimentación para transferir calor entre dos fluidos. Se rigen por estándares específicos de tubos (por ejemplo, ASTM A179, A213, A249, B111, B338), no por estándares de tuberías, porque la aceptación se basa en el control de la pared, el acabado de la superficie y la integridad de las juntas de la placa tubular en lugar de la contención de la presión de la línea.

Esa distinción entre tubo y tubería es el error de especificación más común en la adquisición de intercambiadores de calor y es la base del resto de esta guía.

2. Familias de materiales de tubos

ZC suministra cinco familias de materiales para el servicio de intercambiadores de calor. La familia correcta se determina primero por el ambiente de corrosión y la temperatura, luego se reduce por el costo y la conductividad.

Acero al carbono y C-Mo

Especificaciones:  A179, A192, A210, A214

Uso:  Caldera, agua de alimentación, enfriador de aceite.

Límite:  Fluidos no corrosivos

Acero de aleación Cr-Mo

Especificaciones:  A213 T11 / T12 / T22 / T91

Uso:  Sobrecalentador, HX de alta temperatura

Límite:  fluencia a temperatura elevada

Inoxidable / Dúplex

Especificaciones:  A213 / A249; 2205

Grados:  TP304/L, TP316/L

Uso:  Ácidos, cloruros, higiene.

Cobre / Cu-Ni

Especificaciones:  ASTM B111

Grados:  90/10, 70/30 Cu-Ni

Uso:  HVAC, condensadores marinos

Aleación de níquel

Grados:  Inconel 600/625

También:  Hastelloy C276, Monel 400

Uso:  Corrosión extrema / calor

Titanio

Grados:  Gr.2, Gr.5 (B338)

Uso:  Agua de mar, desalinización

Fuerza:  Ligera, a prueba de cloruros

3. Estándares y propiedades mecánicas verificadas

La siguiente tabla proporciona el estándar de tubo que rige y las propiedades mecánicas mínimas de ASME Sección II-A para los grados de acero al carbono y aleado. Los valores están tomados de las especificaciones ASME BPVC II-A, no estimados.

Fuente: ASME BPVC Sección II-A (SA-179, SA-192, SA-210, SA-214, SA-213). A179 y A214 no llevan ninguna prueba de tracción obligatoria en el cuerpo estándar y se aceptan en cuanto a dureza; Las cifras de tracción que se muestran para A179/A192 son valores de diseño de las notas explicativas.

Crítico: T91 NO es un grado de acero inoxidable.  ASTM A213 cubre tubos ferríticos y austeníticos, y T91 (9Cr-1Mo-V) pertenece a la familia  ferrítica-martensítica  , no a la familia de acero inoxidable austenítico. No agrupe T91 con TP304 / TP316 en una tabla de corrosión o en un procedimiento de soldadura. Su resistencia a la fluencia a alta temperatura es excelente, pero su comportamiento a la corrosión y soldabilidad (precalentamiento, PWHT) son completamente diferentes a los del acero inoxidable austenítico.

Para los tubos intercambiadores de calor de acero inoxidable austenítico, los estándares correctos son  ASTM A213 (sin costura)  y  ASTM A249 (soldado)  en los grados TP304/304L y TP316/316L; Los paquetes dúplex utilizan 2205 (UNS S31803/S32205). Los tubos del condensador de aleación de cobre siguen la norma ASTM B111 y los tubos de titanio siguen la norma ASTM B338. Confirme los mínimos mecánicos exactos para estos grados que no son de acero con la norma aplicable y su código de diseño.

Nota de adquisición: 'A312' en una consulta sobre un intercambiador de calor es una señal de alerta.  ASTM A312 es una especificación  de tubería inoxidable  . Comparte los nombres de grado TP304/TP316, por lo que es fácil copiarlo en una consulta de tubo por error, pero se debe pedir un tubo de intercambiador de calor A213 (sin costura) o A249 (soldado), que cumplen con los requisitos de dimensiones, aplanamiento, abocinamiento y corrientes parásitas específicos del tubo que un paquete realmente necesita. Especifique el estándar del tubo y obtendrá el producto correcto.

Los grados de carbono y Cr-Mo aquí se superponen en gran medida con la práctica de los tubos de caldera; Para conocer el límite de temperatura y los detalles de grado en A192 / A210 / A213, consulte nuestra guía de grados de tubos de calderas → , y para la familia de acero inoxidable, Tubo sin costura de acero inoxidable austenítico explicado →

4. Tamaños, espesores de pared y tolerancias

El tubo del intercambiador de calor está controlado dimensionalmente de manera mucho más estricta que la tubería de conducción, porque el coeficiente de película del lado del tubo y la expansión de la placa tubular dependen de la consistencia del diámetro exterior y la pared. Los rangos estándar de ZC se encuentran a continuación; Los tamaños personalizados se hacen a pedido.

Engineering Insight: el muro promedio versus el muro mínimo cambia el precio y el diseño.  El tubo se puede pedir con tolerancia de pared promedio o mínima. La pared mínima garantiza el punto más delgado pero cuesta más y pesa más en promedio; La pared promedio es más liviana y económica, pero permite puntos delgados dentro de la tolerancia. El diseño de presión y los cálculos de adelgazamiento por curvatura en U deben utilizar la base que usted realmente ordenó; indíquelo explícitamente en lugar de dejarlo en el valor predeterminado del molino.

5. Configuraciones de tubos y juntas de placas de tubos

Más allá del grado y el tamaño, tres opciones de configuración dan forma al orden de los tubos: la geometría del haz, el acabado del extremo del tubo y si la superficie es lisa o con aletas.

Gamas estándar ZC. En el pedido se debe especificar un diámetro exterior/pared más ajustado y una base de pared promedio versus pared mínima para que coincida con el diseño del intercambiador.

Los extremos de los tubos se unen a la placa de tubos mediante expansión con rodillo, mediante soldadura o mediante ambos (expandidos y sellados) para una mayor integridad. Las curvas en U introducen un adelgazamiento de la pared en el radio exterior y pueden requerir alivio de tensión en ciertos grados, por lo que el programa de tubos en U debe indicarse con el pedido. Para conocer la soldadura de tubo a placa de tubos y el contexto de conexión más amplio, consulte Descripción general de los tipos de conexión →

Punto crítico de ingeniería: la corrosión del lado del tubo y del lado de la carcasa son dos problemas diferentes.  Un tubo puede pasar por dentro y fallar por fuera. El agua de enfriamiento dentro de un tubo de acero inoxidable austenítico puede provocar grietas por corrosión bajo tensión por cloruro en el orificio, mientras que el mismo haz está bien en el lado de la carcasa. Evalúe siempre la corrosividad de  ambos  fluidos, a temperatura de funcionamiento, antes de fijar el material del tubo.

6. Selección de materiales por servicio

La ruta de decisión a continuación asigna los entornos de servicio más comunes a un material de tubo inicial. La selección final debe confirmarse con la hoja de datos del proceso, el código de diseño y ambas químicas de fluidos.

Sólo selección del punto de partida. Confirme con presiones parciales, contenido de cloruro, temperatura y velocidad para el trabajo real.

7. Cómo especificar los tubos del intercambiador de calor (lista de verificación de PO)

Engineering Insight: elementos imprescindibles de PO para tubos de intercambiadores de calor

• Estándar y grado del tubo:  por ejemplo, ASTM A213 TP316L (sin costura), no la especificación de la tubería.

• OD y pared:  con base de tolerancia (pared promedio versus pared mínima).

• Longitud y forma:  recto o tubo en U (con radios de curvatura/límite de adelgazamiento).

• Tratamiento térmico/condición:  recocido, tratado con solución; PWHT para grados de aleación.

• Superficie y limpieza:  decapado, recocido brillante, acabado ID/OD.

• END:  pruebas de corrientes parásitas (ET), ultrasónicas (UT), hidrostáticas, de quema/aplanamiento.

• Certificaciones:  PMI, EN 10204 3.1/3.2 MTR, trazabilidad total.

Como fabricante por pedido, ZC produce tubos según la hoja de datos de su intercambiador (grado específico, base de tolerancia, longitud y programa de curvatura en U) en lugar de forzar el almacenamiento del trabajo. Ver el Página de producto de tubos intercambiadores de calor → , o nuestra inoxidable sin costuras →  y soldadas de acero inoxidable → . cocinas

8. Preguntas frecuentes

¿De qué material están hechos los tubos del intercambiador de calor?

Los tubos del intercambiador de calor están hechos de acero al carbono (ASTM A179, A192, A214), acero de aleación Cr-Mo (A213 T11/T22), acero inoxidable austenítico y dúplex (A213 sin costura / A249 soldado, grados TP304/304L, TP316/316L, 2205), cobre y aleaciones de cobre-níquel (ASTM B111, 90/10 y 70/30 Cu-Ni), aleaciones de níquel (Inconel, Hastelloy, Monel) y titanio (Gr.2, Gr.5). El material se elige según la temperatura de funcionamiento, la presión y la corrosividad de los fluidos tanto del lado del tubo como del lado de la carcasa.

¿Cuál es la diferencia entre los tubos ASTM A179 y A192?

A179 es un tubo de acero con bajo contenido de carbono sin costura y estirado en frío para intercambiadores de calor y condensadores en servicio de baja presión; no tiene prueba de tracción obligatoria y se acepta en cuanto a dureza (72 HRBW máx.). A192 es un tubo de caldera de acero al carbono sin costura para servicio de alta presión, con un máximo de silicio controlado de 0,25% y un límite de dureza de 137 HBW. Ambos comparten valores mínimos de diseño de 47 ksi (325 MPa) de tracción y 26 ksi (180 MPa) de rendimiento.

¿Cuál es la diferencia entre ASTM A213 y A249?

A213 cubre los tubos sin costura de calderas, sobrecalentadores e intercambiadores de calor de acero aleado ferrítico y austenítico; A249 cubre el equivalente soldado en acero inoxidable austenítico. Para los tubos intercambiadores de calor de acero inoxidable, A213 es la ruta sin costura y A249 la ruta soldada. Tenga en cuenta que A312 es una especificación de tubería, no la especificación de tubo correcta, aunque comparte las designaciones de grado TP304/TP316.

¿De qué tamaños vienen los tubos del intercambiador de calor?

Los diámetros exteriores de los tubos intercambiadores de calor comunes van desde aproximadamente 6 mm a 50 mm para tubos sin costura y hasta aproximadamente 150 mm para tubos soldados, con espesores de pared de 0,5 mm a 10 mm y longitudes de 1 ma 12 m. Las paredes delgadas y las estrechas tolerancias de diámetro exterior/pared son típicas porque la transferencia de calor del lado del tubo y la expansión del tubo a la placa de tubos dependen del control dimensional.

¿Qué material de tubo de intercambiador de calor es mejor para agua de mar y condensadores marinos?

Para trabajos con agua de mar y condensadores marinos, las opciones habituales son las aleaciones de cobre y níquel (90/10 o 70/30 Cu-Ni) para una buena conductividad térmica y resistencia a la bioincrustación, o titanio Grado 2, donde las picaduras de cloruro y la erosión-corrosión son graves. El acero al carbono estándar y el acero inoxidable 304 generalmente no son adecuados para agua de mar cruda debido al ataque de cloruro.

¿Los tubos del intercambiador de calor están soldados o sin costuras?

Ambos se utilizan. Se prefiere el tubo sin costura (A179, A192, A213) para servicios de mayor presión y temperatura y evita una costura de soldadura. El tubo soldado (acero al carbono A214, acero inoxidable A249) es rentable para haces grandes en servicio de baja presión y se suministra con la zona de soldadura completamente tratada térmicamente y probada. La elección depende de la presión, la temperatura, el fluido y el presupuesto.

Obtenga tubos intercambiadores de calor de tuberías de acero ZC

ZHENCHENG Steel Co., Ltd. (ZC Steel Pipe) fabrica tubos de condensadores y intercambiadores de calor bajo pedido según ASTM, ASME, EN, DIN, JIS y GB: acero al carbono (A179/A192/A210/A214), aleación Cr-Mo (A213 T11/T22/T91), acero inoxidable austenítico y dúplex (A213/A249, 2205), cobre-níquel, aleación de níquel y titanio. Control de calidad estricto: análisis químicos, pruebas mecánicas e hidrostáticas, END ultrasónicos y de corrientes parásitas, y PMI. Proyectos realizados en África, Oriente Medio y América del Sur.

Correo electrónico: mandy. w@zcsteelpipe.com   | WhatsApp: +86-139-1579-1813

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