Tubos trocadores de calor: Guia de seleção de materiais, classes e tamanhos

Tubos trocadores de calor  são tubos de paredes finas que formam o feixe de um trocador de calor de casco e tubo, condensador, evaporador ou aquecedor de água de alimentação - a superfície através da qual o calor passa entre dois fluidos. A seleção do tubo é um equilíbrio de três coisas ao mesmo tempo: condutividade térmica, resistência mecânica à temperatura e resistência à corrosão  tanto para  os fluidos do lado do tubo quanto do lado do casco. Se errar no material, o pacote vazará; errar a parede ou a tolerância e ela não conseguir vedar o tubo.

ZC Steel Pipe (ZHENCHENG Steel Co., Ltd.) é um fabricante chinês que fornece trocadores de calor e tubos condensadores sob encomenda em toda a linha de materiais - aço carbono, liga Cr-Mo, aço inoxidável austenítico e duplex, cobre-níquel, liga de níquel e titânio - para ASTM, ASME, EN, DIN, JIS e GB. Este guia fornece os padrões vigentes, propriedades mecânicas verificadas pela ASME para os tipos de aço, faixas dimensionais e uma lógica clara de seleção de materiais para energia, refinaria, petroquímica, HVAC e serviços marítimos.

CONTEÚDO

1. O que são tubos trocadores de calor?

2. Famílias de materiais de tubo

3. Padrões e propriedades mecânicas verificadas

4. Tamanhos, Espessuras e Tolerâncias da Parede

5. Configurações de tubos e juntas de tubos

6. Seleção de materiais por serviço

7. Como especificar tubos do trocador de calor (lista de verificação PO)

8. Perguntas frequentes

1. O que são tubos trocadores de calor?

Um tubo trocador de calor transporta um fluido através de seu furo enquanto um segundo fluido flui através de sua superfície externa no casco. O calor é transferido através da parede do tubo, de modo que o tubo é a superfície de trabalho de toda a unidade. Como pode haver centenas ou milhares de tubos em um único feixe, cada um expandido ou soldado em um espelho em ambas as extremidades, a consistência do diâmetro externo, da parede e da retilineidade é tão importante quanto a classe.

DEFINIÇÃO — TUBO DO PERMUTADOR DE CALOR/CONDENSADOR Um tubo de parede fina, sem costura ou soldado, usado em trocadores de calor de casco e tubo, condensadores, evaporadores e aquecedores de água de alimentação para transferir calor entre dois fluidos. Regido por padrões específicos de tubos (por exemplo, ASTM A179, A213, A249, B111, B338) — e não por padrões de tubos — porque a aceitação é construída em torno do controle da parede, do acabamento superficial e da integridade da junta do espelho do tubo, em vez da contenção da pressão da linha.

Essa distinção entre tubo e tubo é o erro de especificação mais comum na aquisição de trocadores de calor e norteia o restante deste guia.

2. Famílias de materiais de tubos

A ZC fornece cinco famílias de materiais para troca de calor. A família certa é fixada primeiro pelo ambiente de corrosão e pela temperatura, depois reduzida pelo custo e pela condutividade.

Aço Carbono e C-Mo

Especificações:  A179, A192, A210, A214

Uso:  Caldeira, água de alimentação, resfriador de óleo

Limite:  Fluidos não corrosivos

Aço de liga Cr-Mo

Especificações:  A213 T11/T12/T22/T91

Uso:  Superaquecedor, HX de alta temperatura

Limite:  aumento de temperatura elevada

Inox / Duplex

Especificações:  A213/A249; 2205

Classes:  TP304/L, TP316/L

Uso:  Ácidos, cloretos, higiene

Cobre / Cu-Ni

Especificações:  ASTM B111

Classes:  90/10, 70/30 Cu-Ni

Uso:  HVAC, condensadores marítimos

Liga de Níquel

Classes:  Inconel 600/625

Também:  Hastelloy C276, Monel 400

Uso:  Corrosão/calor extremo

Titânio

Notas:  Gr.2, Gr.5 (B338)

Uso:  Água do mar, dessalinização

Força:  Leve, à prova de cloreto

3. Padrões e propriedades mecânicas verificadas

A tabela abaixo fornece o padrão de tubo aplicável e as propriedades mecânicas mínimas da Seção II-A da ASME para os tipos de aço carbono e liga. Os valores são retirados das especificações ASME BPVC II-A, não estimados.

Fonte: ASME BPVC Seção II-A (SA-179, SA-192, SA-210, SA-214, SA-213). A179 e A214 não realizam teste de tração obrigatório no corpo padrão e são aceitos quanto à dureza; os valores de tração mostrados para A179/A192 são valores de projeto das notas explicativas.

Crítico — T91 NÃO é um tipo de aço inoxidável.  ASTM A213 cobre tubos ferríticos e austeníticos, e T91 (9Cr-1Mo-V) pertence à família  ferrítico-martensítica  , não à família inoxidável austenítica. Não agrupe T91 com TP304/TP316 em uma tabela de corrosão ou procedimento de soldagem. Sua resistência à fluência em alta temperatura é excelente, mas seu comportamento à corrosão e soldabilidade (pré-aquecimento, PWHT) são completamente diferentes do aço inoxidável austenítico.

Para tubos trocadores de calor de aço inoxidável austenítico, os padrões corretos são  ASTM A213 (sem costura)  e  ASTM A249 (soldado)  nos graus TP304/304L e TP316/316L; pacotes duplex usam 2205 (UNS S31803/S32205). Os tubos condensadores de liga de cobre seguem ASTM B111 e os tubos de titânio seguem ASTM B338. Confirme os mínimos mecânicos exatos para essas classes que não sejam de aço em relação ao padrão aplicável e ao seu código de projeto.

Nota de Aquisição — 'A312' em uma consulta de trocador de calor é uma bandeira vermelha.  ASTM A312 é uma especificação  de tubo inoxidável  . Ele compartilha os nomes de classe TP304/TP316, por isso é fácil copiar em uma consulta de tubo por engano - mas um tubo trocador de calor deve ser encomendado para A213 (sem costura) ou A249 (soldado), que carregam os requisitos dimensionais, de achatamento, alargamento e correntes parasitas específicos do tubo que um pacote realmente precisa. Especifique o padrão do tubo e o produto certo será obtido.

Os graus de carbono e Cr-Mo aqui se sobrepõem fortemente à prática dos tubos de caldeira; para o limite de temperatura e detalhes de classificação em A192 / A210 / A213, consulte nosso guia de classes de tubos de caldeira → e para a família de inoxidáveis, tubo sem costura inoxidável austenítico explicado →

4. Tamanhos, Espessuras e Tolerâncias da Parede

O tubo do trocador de calor é controlado dimensionalmente com muito mais firmeza do que o tubo de linha, porque o coeficiente de filme do lado do tubo e a expansão da folha do tubo dependem de diâmetro externo e parede consistentes. As faixas padrão da ZC estão abaixo; tamanhos personalizados são feitos sob encomenda.

Engineering Insight – Parede média versus parede mínima altera o preço e o design.  O tubo pode ser solicitado com tolerância de parede média ou parede mínima. A parede mínima garante o ponto mais fino, mas custa mais e, em média, é mais pesada; parede média é mais leve e barata, mas permite pontos finos dentro da tolerância. O projeto de pressão e os cálculos de desbaste em curvatura em U devem usar a base que você realmente solicitou – indicá-la explicitamente em vez de deixá-la como padrão da fábrica.

5. Configurações de tubos e juntas de tubos

Além da classe e do tamanho, três opções de configuração moldam a ordem do tubo: a geometria do feixe, o acabamento da extremidade do tubo e se a superfície é lisa ou com aletas.

Gamas padrão ZC. O DE/parede mais apertado e a base de parede média versus parede mínima devem ser especificados no pedido para corresponder ao projeto do trocador.

As extremidades do tubo são unidas ao espelho do tubo por expansão de rolo, por soldagem ou por ambos (expandido e soldado por vedação) para maior integridade. As curvas em U introduzem adelgaçamento da parede no raio externo e podem exigir alívio de tensão em determinados graus, portanto a programação do tubo em U deve ser indicada no pedido. Para a soldagem de tubo a espelho de tubo e contexto de conexão mais amplo, consulte visão geral dos tipos de conexão →

Ponto Crítico de Engenharia — A corrosão no lado do tubo e no lado do casco são dois problemas diferentes.  Um tubo pode passar por dentro e falhar por fora. A água de resfriamento dentro de um tubo de aço inoxidável austenítico pode causar rachaduras por corrosão sob tensão de cloreto no furo, enquanto o mesmo feixe está bem no lado do casco. Avalie sempre a corrosividade de  ambos  os fluidos, em temperatura operacional, antes de fixar o material do tubo.

6. Seleção de Materiais por Serviço

O caminho de decisão abaixo mapeia os ambientes de serviço mais comuns para um material de tubo inicial. A seleção final deve ser confirmada em relação à folha de dados do processo, código de projeto e ambos os produtos químicos do fluido.

Somente seleção do ponto de partida. Confirme as pressões parciais, o teor de cloreto, a temperatura e a velocidade para a operação real.

7. Como especificar tubos do trocador de calor (lista de verificação PO)

Engineering Insight – Tubo trocador de calor PO indispensável

• Padrão e classe do tubo:  por exemplo, ASTM A213 TP316L (sem costura) - não a especificação do tubo.

• DE e parede:  com base de tolerância (parede média vs parede mínima).

• Comprimento e forma:  reto ou tubo em U (com raios de curvatura/limite de desbaste).

• Tratamento térmico/condição:  recozido, tratado com solução; PWHT para classes de liga.

• Superfície e limpeza:  acabamento decapado, recozido brilhante, ID/OD.

• END:  testes de correntes parasitas (ET), ultrassônicos (UT), hidrostáticos, alargamento/achatamento.

• Certificados:  PMI, EN 10204 3.1/3.2 MTR, rastreabilidade total.

Como fabricante sob encomenda, a ZC produz tubos de acordo com a folha de dados do seu trocador – classe específica, base de tolerância, comprimento e programação de curvatura em U – em vez de forçar o trabalho em estoque. Veja o página do produto de tubos trocadores de calor → ou nosso inoxidável sem costura →  e inoxidável soldado →  faixas.

8. Perguntas frequentes

De que material são feitos os tubos do trocador de calor?

Os tubos do trocador de calor são feitos de aço carbono (ASTM A179, A192, A214), liga de aço Cr-Mo (A213 T11/T22), aço inoxidável austenítico e duplex (A213 sem costura / A249 soldado, graus TP304/304L, TP316/316L, 2205), cobre e ligas de cobre-níquel (ASTM B111, 90/10 e 70/30 Cu-Ni), ligas de níquel (Inconel, Hastelloy, Monel) e titânio (Gr.2, Gr.5). O material é escolhido de acordo com a temperatura operacional, a pressão e a corrosividade dos fluidos do lado do tubo e do lado do casco.

Qual é a diferença entre os tubos ASTM A179 e A192?

A179 é um tubo de aço de baixo carbono sem costura estirado a frio para trocadores de calor e condensadores em serviços de baixa pressão; não possui teste de tração obrigatório e é aceito quanto à dureza (72 HRBW max). A192 é um tubo de caldeira de aço carbono sem costura para serviço de alta pressão, com silício controlado máximo de 0,25% e limite de dureza de 137 HBW. Ambos compartilham valores mínimos de projeto de tração de 47 ksi (325 MPa) e rendimento de 26 ksi (180 MPa).

Qual é a diferença entre ASTM A213 e A249?

A213 cobre caldeiras de liga de aço ferrítico e austenítico sem costura, superaquecedores e tubos de trocadores de calor; A249 cobre o equivalente soldado em aço inoxidável austenítico. Para tubos trocadores de calor de aço inoxidável, A213 é a rota sem costura e A249 a rota soldada. Observe que A312 é uma especificação de tubo, e não a especificação de tubo correta, embora compartilhe as designações de classe TP304/TP316.

Quais são os tamanhos dos tubos do trocador de calor?

Os diâmetros externos dos tubos trocadores de calor comuns variam de cerca de 6 mm a 50 mm para tubos sem costura e até cerca de 150 mm para tubos soldados, com espessura de parede de 0,5 mm a 10 mm e comprimentos de 1 m a 12 m. Paredes finas e tolerâncias estreitas de DE/parede são típicas porque a transferência de calor no lado do tubo e a expansão do tubo para o espelho dependem do controle dimensional.

Qual material do tubo do trocador de calor é melhor para água do mar e condensadores marinhos?

Para água do mar e condensadores marinhos, as escolhas usuais são ligas de cobre-níquel (90/10 ou 70/30 Cu-Ni) para boa condutividade térmica e resistência à bioincrustação, ou titânio Grau 2, onde a corrosão por cloreto e a corrosão por erosão são severas. O aço carbono padrão e o aço inoxidável 304 são geralmente inadequados para água do mar bruta devido ao ataque de cloretos.

Os tubos do trocador de calor são sem costura ou soldados?

Ambos são usados. O tubo sem costura (A179, A192, A213) é preferido para serviços com pressão e temperatura mais altas e evita costuras de solda. O tubo soldado (aço carbono A214, aço inoxidável A249) é econômico para feixes grandes em serviço de baixa pressão e é fornecido com a zona de solda totalmente tratada termicamente e testada. A escolha depende da pressão, temperatura, fluido e orçamento.

Tubos trocadores de calor de origem do tubo de aço ZC

(ZC Steel Pipe) fabrica trocadores de calor e tubos condensadores sob encomenda de acordo com ASTM, ASME, EN, DIN, JIS e GB - aço carbono (A179/A192/A210/A214), liga Cr-Mo (A213 T11/T22/T91), aço inoxidável austenítico e duplex (A213/A249, 2205), cobre-níquel, liga de níquel e titânio. CQ rigoroso: análise química, testes mecânicos e hidrostáticos, END por correntes parasitas e ultrassônicos e PMI. Projetos entregues em África, Médio Oriente e América do Sul.

E-mail: Mandy. w@zcsteelpipe.com   | WhatsApp: +86-139-1579-1813

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