Faisceau tubulaire de refroidisseur d'air conforme à la norme API 660 avec une efficacité de transfert de chaleur élevée et une configuration multi-passes

Faisceau de tubes de refroidisseur d'air | Tirage forcé / induit | Cadre en A / Cadre en V / Horizontal | Collecteur à bouchon / à plaque de recouvrement / à tuyau | Matériaux des tubes : AC / AS / Ti / Duplex | Température -40°C à +450°C | Pression jusqu'à 10,0 MPa | Selon API 661 / ISO 13706

Présentation – Faisceau de tubes de refroidisseur d'air en tant qu'unité de remplacement indépendante

Un faisceau de tubes de refroidisseur d'air est le cœur de transfert de chaleur d'un échangeur de chaleur refroidi par air (ACHE). Il se compose de rangées de tubes lisses ou à ailettes, fixés par des plaques tubulaires à chaque extrémité, avec des boîtiers de collecteur (collecteurs d'admission et de sortie) attachés pour distribuer le fluide de procédé à travers les tubes. Le faisceau est installé dans une baie structurelle, avec des ventilateurs axiaux ou centrifuges forçant ou aspirant l'air ambiant à travers la surface extérieure des tubes.

Ce produit est conçu et fabriqué conformément à l'API 661 (Échangeurs de chaleur refroidis par air pour service général de raffinerie), à l'ISO 13706 et à la norme TEMA Classe R ou B, le cas échéant. Il est fourni en tant que faisceau de remplacement, faisceau de rechange ou faisceau neuf pour une nouvelle baie d'ACHE.

Types d'ACHE – Configuration du ventilateur et orientation du faisceau

Les types de refroidisseurs d'air suivants définissent la configuration d'installation du faisceau et la disposition des ventilateurs. Le faisceau lui-même est le même assemblage de cœur, mais l'orientation, la structure de support et la direction du flux d'air varient.

ACHE à tirage forcé

• Les ventilateurs sont situés sous le faisceau de tubes, poussant l'air vers le haut à travers le faisceau

• Distribution de l'air : Flux d'air uniforme sur la face du faisceau grâce au plénum du ventilateur

• Maintenance : Composants du ventilateur et de l'entraînement accessibles au niveau du sol ou de la plateforme

• Orientation du faisceau : Horizontal (tubes horizontaux, air s'écoulant verticalement vers le haut)

• Application typique : Refroidissement général des procédés de raffinerie, interrefroidisseurs de compresseurs

• Avantage : Coût d'installation inférieur, maintenance plus facile du ventilateur

• Limitation : Risque de recirculation d'air chaud si des murs de vent ne sont pas installés ; la chaleur du ventilateur s'ajoute à la température de l'air d'admission

ACHE à tirage induit

• Les ventilateurs sont situés au-dessus du faisceau de tubes, aspirant l'air vers le haut à travers le faisceau

• Distribution de l'air : La chambre de plénum au-dessus du faisceau assure une aspiration uniforme

• Maintenance : Composants du ventilateur et de l'entraînement sur une plateforme surélevée – nécessite une plateforme d'accès

• Orientation du faisceau : Horizontal (tubes horizontaux, air s'écoulant verticalement vers le haut)

• Application typique : Condenseurs à vapeur (ACC), services à haute température, grandes unités de raffinerie

• Avantage : Meilleure distribution de l'air ; moins de recirculation ; protège le faisceau des précipitations

• Limitation : Coût d'installation plus élevé ; accès au ventilateur en hauteur ; hauteur de cheminée de ventilateur plus importante

ACHE en cadre en A

• Le faisceau se compose de deux faisceaux de tubes plats disposés en forme de V inversé (apex en haut)

• Les ventilateurs sont situés sous l'apex, soufflant l'air vers le haut à travers les deux faisceaux inclinés

• Orientation du faisceau : Incliné (typiquement 30° à 60° par rapport à l'horizontale)

• Application typique : Condenseurs à vapeur refroidis par air (ACC) dans les centrales électriques, grandes unités pétrochimiques

• Avantage : Réduit l'empreinte au sol pour les grandes zones de baie ; assure le drainage du condensat par gravité (tubes inclinés)

• Limitation : Structure de support plus complexe ; volume de plénum plus important requis

ACHE en cadre en V

• Le faisceau se compose de deux faisceaux de tubes plats disposés en forme de V (apex en bas)

• Les ventilateurs sont situés au-dessus de l'apex, aspirant l'air vers le haut à travers les deux faisceaux inclinés

• Orientation du faisceau : Incliné (typiquement 30° à 60° par rapport à l'horizontale)

• Application typique : Condenseurs à vapeur où le tirage induit est préféré pour la protection contre le gel

• Avantage : Réduction de l'empreinte au sol similaire au cadre en A ; le condensat s'écoule vers un collecteur inférieur

• Limitation : Ventilateur et entraînement en hauteur ; tuyauterie de collecteur plus complexe

ACHE horizontal (un faisceau par baie)

• Un seul faisceau de tubes plats installé horizontalement

• Ventilateurs en dessous (tirage forcé) ou au-dessus (tirage induit)

• Orientation du faisceau : Horizontal (inclinaison 0°)

• Application typique : Refroidissement général des procédés, refroidissement des gaz, condensation d'hydrocarbures

• Avantage : Construction la plus simple ; remplacement et accès à la maintenance du faisceau les plus faciles

• Limitation : Nécessite une plus grande surface au sol pour les grandes puissances (plus de baies nécessaires)

Construction du faisceau – Composants principaux

Tubes

• Types de tubes : Tube lisse (faible encrassement, gaz à basse température) ou tube à ailettes (pour faible HTC côté air)

• Diamètre extérieur du tube (lisse / base) : 15,88 mm – 50,8 mm (5/8" à 2")

• Épaisseur de paroi du tube : 1,2 mm – 5,0 mm (sans soudure ou soudé)

• Longueur du tube (entre les plaques tubulaires) : 2,0 m – 12,0 m selon la norme API 661

• Pas des tubes (centre à centre) :

  • Transversal (à travers le flux d'air) : 1,5× – 2,5× diamètre extérieur du tube

  • Longitudinal (le long du flux d'air) : 1,5× – 2,5× diamètre extérieur du tube

• Disposition des tubes : Décalée (triangulaire) ou en ligne (carrée) – décalée offre un HTC côté air plus élevé ; en ligne permet un nettoyage plus facile.

Plaques tubulaires

• Emplacement : Extrémités avant (admission) et arrière (sortie) du faisceau

• Épaisseur : 15 mm – 80 mm (sélectionnée selon la pression côté tube et la charge du joint tube-plaque tubulaire)

• Tolérance du diamètre du trou : H11 selon ISO 286 (par exemple, Ø25,2 mm +0,13/0)

• Finition du trou : Ra ≤ 1,6 µm pour les joints expansés ; Ra ≤ 3,2 µm pour les joints soudés uniquement

• Matériau : Acier au carbone, acier inoxydable plaqué ou acier inoxydable massif – assorti à la corrosivité du fluide côté tube et à la pression de service

• Rétention des tubes : Les tubes sont expansés (hydraulique ou à rouleaux), soudés (soudure d'étanchéité) ou combinés (soudure + expansion) dans les plaques tubulaires

Boîtiers de collecteur (collecteurs d'admission / de sortie)

• Sélection du type (selon API 661) :

  • Collecteur à bouchon – bouchons filetés ou boulonnés amovibles pour l'accès aux tubes ; adapté aux services propres et à basse pression

  • Collecteur à plaque de recouvrement – plaque de recouvrement boulonnée pour un accès complet aux tubes ; recommandé pour les services encrassants où le nettoyage des tubes est requis

  • Collecteur à tuyau – connexions de tuyaux soudées ; utilisé pour les hautes pressions ou lorsque l'accès aux tubes n'est pas requis

• Construction du boîtier de collecteur :

  • Section transversale rectangulaire ou ronde

  • Connexions à brides selon ASME B16.5 ou B16.47 (col de soudure ou à emboîtement)

  • Cloisons de passage (déflecteurs internes) pour configurer le trajet du flux côté tube (simple, deux ou quatre passages)

• Pression nominale de conception : Correspondant à la pression de conception côté tube (0,1 – 10,0 MPa)

• Connexions de vidange et de purge : Raccords filetés NPT ou à souder à emboîtement aux points bas/haut

Cadres latéraux et supports

• Cadre structurel : Construction en profilé d'acier ou en I pour supporter le poids du faisceau pendant le levage et le fonctionnement

• Oeillets de levage : Soudés aux cadres latéraux ou aux plaques tubulaires – dimensionnés pour un facteur de sécurité de 2,0 fois le poids du faisceau

• Points de support : Situés pour minimiser la flèche des tubes et maintenir la planéité du faisceau à ±3 mm sur la longueur du faisceau

Types d'ailettes – Pour les faisceaux de tubes de refroidisseur d'air

Les types de fixation d'ailettes suivants sont disponibles pour les faisceaux de tubes de refroidisseur d'air. La sélection est basée sur la température côté tube, la corrosivité atmosphérique et le cyclage thermique.

Configuration du collecteur – Impact sur le remplacement du faisceau

Lors de la commande d'un faisceau de remplacement, la configuration du collecteur doit correspondre à la tuyauterie de la baie existante et aux exigences d'accès aux tubes.

Configuration des passages côté tube

Le nombre de passages côté tube est déterminé par la perte de charge admissible côté tube et le coefficient de transfert de chaleur requis :

• Simple passage – ΔP côté tube la plus basse ; adapté aux services à haut débit et à faible perte de charge

• Double passage – ΔP modérée ; fournit une vitesse côté tube plus élevée pour un meilleur HTC

• Quadruple passage – ΔP la plus élevée ; utilisé lorsque le HTC côté tube limite les performances globales et que la perte de charge est disponible

Les cloisons de passage à l'intérieur des boîtiers de collecteur dirigent le flux de l'admission à la sortie. Le nombre de rangées de tubes est également affecté par la disposition des passages :

• Pour un simple passage : nombre de rangées de tubes = nombre total de tubes / nombre de tubes par rangée (distribution uniforme)

• Pour plusieurs passages : les cloisons de passage divisent le faisceau de tubes en groupes égaux

Sélection des matériaux – Tube, plaque tubulaire et collecteur

Options de matériaux de tubes (selon API 661)

Options de matériaux pour plaques tubulaires et collecteurs

• Acier au carbone SA-516 Gr.70 – service côté tube non corrosif

• Acier inoxydable plaqué (316L ou 304L sur AC) – service corrosif avec haute pression ; épaisseur de placage ≥ 3 mm selon ASME VIII-1 UW-13

• Acier inoxydable massif 304L / 316L – service entièrement corrosif, sans support en acier au carbone

• Duplex massif / titane – pour service sévère aux chlorures ou utilisation offshore

Le matériau du boîtier de collecteur correspond généralement au matériau de la plaque tubulaire pour éviter la corrosion galvanique aux joints boulonnés ou soudés. Pour les collecteurs en acier au carbone en service corrosif, un revêtement interne (époxy ou phénolique) est appliqué selon l'API 661.

Paramètres de fabrication – Contrôle de processus

Perçage des plaques tubulaires

• Taille de l'outil de perçage : Contrôlée à la tolérance H11 selon ISO 286

• Finition du trou : Ra ≤ 1,6 µm pour les joints expansés ; Ra ≤ 3,2 µm pour les joints soudés

• Déviation du ligament (âme entre les trous) : ≤ ±0,2 mm par rapport au dessin

• Nettoyage des trous : Les débris sont retirés et les trous sont inspectés pour les bavures et les copeaux avant l'insertion des tubes

Expansion des tubes (hydraulique)

• Pression d'expansion : 160 – 220 MPa (hydraulique) ou expansion à rouleaux (mécanique) avec rouleau calibré

• Profondeur d'expansion : Minimum 1,5× diamètre extérieur du tube ou 2× épaisseur de paroi du tube dans la plaque tubulaire

• Temps de maintien de l'expansion : 5 – 8 secondes (hydraulique)

• Vérification du manomètre post-expansion : 100 % des tubes acceptent une bille de calibre 0,5 mm plus petite que le diamètre intérieur du tube

• Vérification de la résistance à l'arrachement : Test d'arrachement du premier article par faisceau – cible ≥ 20 MPa (AC) / ≥ 25 MPa (AS)

Soudage tube-plaque tubulaire (si spécifié)

• Procédé de soudage : GTAW (TIG) – automatique ou manuel

• Type de soudure : Soudure d'angle (d'étanchéité) ou soudure à pleine pénétration (pour service toxique/haute pression)

• Hauteur de jambe de soudure d'angle : 1,5 mm – 2,0 mm pour la soudure d'étanchéité

• Pénétration complète : Pénétration de la racine de la soudure ≥ 0,5 mm dans la paroi du tube

• Inspection : 100 % ressuage (PT) selon ASME VIII-1 UW-51 – acceptation : pas de fissures ni de porosité

• Procédure de soudage : Qualifiée selon ASME Section IX avec PQR et WPS

Fabrication des boîtiers de collecteur

• Boîtier de collecteur (admission/sortie) – construction soudée en acier avec connexions à brides ASME B16.5

• Dimensions du boîtier de collecteur adaptées au motif de la plaque tubulaire du faisceau (nombre de tubes et disposition)

• Cloisons de passage (déflecteurs internes) soudées à l'intérieur du boîtier de collecteur – matériau et procédure de soudage assortis au matériau du collecteur

• Connexions de vidange et de purge : Raccords filetés NPT ou à souder à emboîtement

Assemblage et levage du faisceau

• Tubes insérés par une extrémité et expansés/soudés dans les plaques tubulaires

• Déflecteurs ou supports de tubes (si nécessaire) installés à l'espacement spécifié

• Cadres latéraux et oeillets de levage fixés pour supporter le poids du faisceau

• Test de levage du faisceau (si nécessaire) : Soulever le faisceau à 1,1× le poids du faisceau – vérifié par le fabricant avant expédition

Paramètres opérationnels – Classification du faisceau de tubes de refroidisseur d'air

Tests d'étanchéité et tests hydrostatiques

Faisceau de tubes (avant installation du collecteur)

• Joints tube-plaque tubulaire : Test hydrostatique à 1,3 × pression de conception côté tube (selon ASME VIII-1 UG-99) – maintien 30 minutes, aucune perte de pression, aucune fuite visible

• Après le test : Côté tube vidé et séché ; trous de tubes inspectés pour les suintements

Boîtier de collecteur (assemblé au faisceau)

• Test hydrostatique final (faisceau complet y compris les collecteurs) : Pression de test selon UG-99 (côté tube uniquement – côté calandre atmosphérique)

• Milieu de test : Eau propre (potable ou déminéralisée) – avec inhibiteur de corrosion pour acier au carbone

• Durée du test : 30 minutes minimum

• Acceptation : Aucune perte de pression ; aucune fuite visible des joints de tubes, soudures de collecteur, connexions à brides ou bouchons

Test d'étanchéité pneumatique (si spécifié)

• Utilisé pour les services à l'hydrogène, les fluides toxiques ou lorsque les résidus d'eau sont inacceptables

• Pression de test : 0,6 MPa d'air ou d'azote

• Détection de fuite : Application de bulle de savon sur tous les joints et soudures

• Acceptation : Taux de fuite ≤ 1×10⁻⁵ Pa·m³/s selon la méthode d'orifice équivalent de l'annexe VI de l'ASME

Documentation par expédition – Faisceau de remplacement

• Certificats de test de matériaux (EN 10204 3.1 ou 3.2) – tubes, plaques tubulaires, collecteurs, brides et acier de construction

• Fiche technique API 661 complétée (ou fiche technique ISO 13706)

• Rapport de données ASME U-stamp (si applicable)

• Fiche technique TEMA (Classe R ou B – si applicable)

• Rapport d'inspection dimensionnelle (longueur du faisceau, disposition des trous de la plaque tubulaire, diamètre extérieur du tube, hauteur/pas des ailettes si aileté)

• Rapport de test hydrostatique (avec enregistrement de la courbe de pression)

• Rapport de test d'étanchéité pneumatique (si effectué)

• Rapports END (PT / UT / VT tels qu'effectués)

• Spécification de procédure de soudage (WPS) et enregistrement de qualification de procédure (PQR) – pour les soudures tube-plaque tubulaire et les soudures de collecteur

• Dessin du faisceau de tubes tel que construit – avec nombre de tubes, disposition des passages de tubes, dimensions des collecteurs

• Spécification de peinture/revêtement (si appliqué) – épaisseur du revêtement époxy/phénolique et certificat de test de lot

Liste de contrôle de sélection – Faisceau de tubes de refroidisseur d'air de remplacement

Lors de la commande d'un faisceau de remplacement, fournissez les informations suivantes pour garantir un ajustement et des performances corrects :

1. Numéro de dessin du faisceau d'origine (si disponible)

2. Numéro de baie API 661 et position du faisceau (haut, milieu, bas si multi-baies)

3. Nombre de tubes, diamètre extérieur du tube, épaisseur de paroi et longueur (entre les plaques tubulaires)

4. Pas des tubes (transversal et longitudinal) et disposition des tubes (décalé ou en ligne)

5. Type d'ailette (si aileté) – Pied en L / KL / LL / Extrudé / Soudé HF / Tube lisse

6. Spécification des ailettes (hauteur, pas/ailettes par pouce, matériau)

7. Type de collecteur – Bouchon (fileté ou boulonné) / Plaque de recouvrement / Collecteur à tuyau

8. Taille et classification de la connexion du collecteur – classification de la bride (ASME Classe 150 / 300 / 600) ou connexion de soudure

9. Configuration des passages côté tube – simple / double / quadruple passage (avec dessin des cloisons de passage si disponible)

10. Matériau et épaisseur de la plaque tubulaire (si une correspondance exacte est requise)

11. Pression de conception et température de conception (côté tube)

12. Composition du fluide – pour vérifier la compatibilité des matériaux

13. Marge de corrosion requise (paroi du tube et face de la plaque tubulaire)

14. Spécification de peinture/revêtement – si une protection contre la corrosion atmosphérique est requise

15. Classification et emplacement des oeillets de levage (pour correspondre à l'équipement de levage existant)

Points d'inspection à la réception (côté acheteur)

Lors de la livraison d'un faisceau de remplacement, vérifiez les points suivants avant l'installation :

• Longueur totale du faisceau (entre les plaques tubulaires) – dans la limite de ±1,5 mm par rapport au dessin

• Motif des trous de la plaque tubulaire – nombre de tubes et configuration des cloisons de passage (correspondant au boîtier de collecteur existant)

• Diamètre extérieur du tube, hauteur/pas des ailettes (si aileté) – dans la tolérance du dessin

• Orientation de la bride du boîtier de collecteur et alignement des trous de boulons (correspondant aux buses existantes)

• Vérification visuelle du joint tube-plaque tubulaire – aucun signe de fissuration ou de défaut de soudure

• Rapports de test hydrostatique – vérifier la pression et la durée de maintien

• Oeillets de levage – vérification visuelle de la taille correcte et de l'intégrité de la soudure

• Peinture/revêtement – vérifier l'épaisseur (épaisseur du film sec selon spécification), pas de zones nues ni de trous d'épingle

• Emballage du faisceau – emballé ou caissé pour éviter les dommages pendant le transport et le stockage

Directives de stockage et de préservation

Si le faisceau n'est pas installé immédiatement à la réception :

• Stocker à l'intérieur ou sous une couverture étanche – protéger de la pluie, de la neige et de la lumière directe du soleil

• Stocker en position horizontale – sur des supports aux points de levage spécifiés par le fabricant pour éviter la flèche des tubes

• Pour les faisceaux en acier au carbone : Appliquer un revêtement temporaire d'inhibiteur de corrosion (papier VCI, film d'huile ou dessicant) – selon les recommandations du fabricant

• Extrémités des tubes et ouvertures des collecteurs : Scellées avec des capuchons en plastique ou des couvercles à brides pour empêcher l'entrée de débris

• Inspection avant installation : Retirer les capuchons, inspecter les extrémités des tubes et l'intérieur du collecteur pour détecter l'humidité ou les débris

Déclaration de limitation de conception – Faisceau de tubes de refroidisseur d'air

Le faisceau de tubes de refroidisseur d'air en tant que produit autonome est soumis aux limitations suivantes :

• Il doit être installé dans une baie avec une géométrie correspondante (motif des trous de la plaque tubulaire, configuration du boîtier de collecteur et dimensions de l'enveloppe du faisceau)

• Il n'est pas classé pour la pression interne côté calandre (côté air atmosphérique – pas de confinement de pression interne)

• Il ne convient pas aux fluides contenant plus de 2 % de solides par poids côté tube (risque d'érosion et d'amincissement de la paroi du tube)

• Il ne peut pas être utilisé avec des fluides incompatibles avec le matériau du tube (valider avec le tableau de sélection des matériaux)

• Pour les pressions côté tube très élevées (> 10,0 MPa), consulter pour une conception de collecteur personnalisée (collecteur à tuyau avec soudures à pleine pénétration et plaques tubulaires à paroi épaisse)