Tubesheet d'échangeur de chaleur – Types à plaques fixes / flottantes / en U – Plein / plaqué / soudé par explosion – Selon ASME VIII-1 / TEMA / GB/T 151
Yuhong Group est l'un des premiers groupes à exporter des tubes en Chrome Moly en Chine, avec environ 30 ans d'expérience dans la fourniture de tubes et tuyaux en acier allié. Les produits sont fabriqués selon ASME SA335 / ASTM A335 P1, P11, P12, P22, P5, P9, P91, P92 et ASME SA213 / ASTM A213 T1, T11, T12, T22, T5, T9, T91, T92. Les tubes et tuyaux en acier allié sont largement utilisés dans la pétrochimie, les raffineries de pétrole, les centrales électriques et les industries connexes à haute température.
Types de tubesheet – Classification structurelle
- Tubesheet fixe (TEMA L / M / N)– Soudé ou boulonné directement à la virole des deux côtés ; les tubes sont fixés aux deux extrémités. Nécessite un joint de dilatation sur la virole lorsque la différence de température (ΔT) entre le tube et la virole dépasse les limites (typiquement >60°C pour l'acier au carbone, >40°C pour l'acier inoxydable). Convient aux fluides propres côté virole, aux faibles ΔT et aux services sans encrassement. Le nettoyage côté virole n'est pas possible sans retirer l'ensemble du faisceau.
- Tubesheet flottant (TEMA P / S / T / W)– Un tubesheet est fixé à la bride de la virole ; l'autre est libre de bouger (flottant) pour accommoder la dilatation thermique. Le tubesheet flottant n'est pas soudé à la virole, permettant un mouvement axial du faisceau. Convient aux grands ΔT (>60°C) et aux services encrassants qui nécessitent le retrait du faisceau. Nécessite un couvercle de tête flottante pour l'étanchéité, ce qui augmente le coût et la complexité de la maintenance.
- Tubesheet en U (TEMA U)– Un seul tubesheet supporte les deux extrémités des tubes en forme de U. Aucune dilatation thermique différentielle ne se produit entre les tubes et la virole car chaque tube se dilate indépendamment. Convient aux ΔT élevés (jusqu'à 200°C), aux services de gaz à haute pression, aux services d'hydrogène et aux chocs thermiques. Les tubes ne peuvent pas être nettoyés mécaniquement (nettoyage chimique uniquement) ; le rayon de courbure minimum en U limite la sélection du diamètre extérieur des tubes.
Matériaux de construction (ASME Section II)
Le matériau du tubesheet est sélectionné en fonction des conditions de service, de la résistance à la corrosion et de la pression/température de conception. Les matériaux disponibles comprennent :
- Acier au carbone– SA105, SA266 Cl.2 / Cl.3 / Cl.4, SA516 Gr.60 / 65 / 70, SA350 LF1 / LF2
- Acier allié– SA182 F1, F5, F9, F11, F12, F22
- Acier inoxydable– SA182 F304 / 304L / 304H, F316 / 316L / 316H / 316Ti, F317L, F321 / 321H, F347 / 347H
- Duplex / Super Duplex– SA182 F44, F45, F51, F53, F55, F60, F61
- Titane– SB265 Gr.1 / Gr.2 (généralement en placage)
- Alliages de nickel– SB564 UNS N04400 (Monel), N06600 (Inconel 600), N06625 (Inconel 625), N08800 (Incoloy 800), N08825 (Incoloy 825), N10276 (Hastelloy C-276)
Options de placage
Pour les environnements corrosifs où les tubesheet en alliage plein sont prohibitifs en termes de coût, les tubesheet plaqués sont fournis avec une couche résistante à la corrosion liée métallurgiquement sur une base en acier au carbone ou en acier faiblement allié :
- Placage soudé par explosion– Produit une liaison métallurgique à l'état solide via une détonation contrôlée. Préféré pour les composants épais ou de grand diamètre. Capable de lier le titane à l'acier. Épaisseur du placage : 3 mm à 12 mm (minimum 3,5 mm généralement). Combinaisons typiques : Ti/Acier (SB265 Gr.1 / SA266 Gr.2 ou SA516 Gr.70N), Alliage de nickel/Acier.
- Placage laminé– Obtient une liaison métallurgique par laminage à haute pression. Convient pour les placages plus minces et les diamètres plus petits.
- Revêtement par soudage– Alliage résistant à la corrosion déposé par SAW ou GTAW. Flexible dans le choix du matériau et de l'épaisseur.
Tous les tubesheet plaqués subissent des tests d'intégrité de liaison conformément à ASME VIII-1, y compris des tests ultrasoniques et une vérification de la résistance au cisaillement.
Processus de fabrication
- Forgeage ou laminage de tôles– Les diamètres plus petits et les pressions plus élevées utilisent des disques forgés (SA266 ou SA182) ; les diamètres plus grands utilisent des tôles laminées (SA516 ou équivalent).
- Perçage CNC– Le motif des trous est percé avec un équipement CNC pour obtenir un diamètre de trou, un pas et des tolérances de position précis. Perçage profond utilisé pour les tôles épaisses.
- Finition des trous– Alésage ou réalésage pour obtenir la finition de surface spécifiée (Ra ≤1,6 µm pour les joints expansés, ≤3,2 µm pour les joints soudés).
- Rainurage– Les trous de tubes peuvent être rainurés ou dentelés pour améliorer la résistance mécanique des joints expansés. Nombre et profondeur des rainures selon TEMA RCB-4.3.
Dimensions du tubesheet
| Paramètre |
Plage |
Norme / Note |
| Diamètre (DE) |
200mm – 4 000mm |
Limité par la capacité de forgeage/laminage et le transport |
| Épaisseur |
15mm – 350mm |
Déterminé par ASME VIII-1 UG-34 / TEMA RCB-4.3 |
| Diamètre du cercle de boulons |
Correspond à la bride de la virole ou de la calandre |
Selon ASME B16.5 / B16.47 |
| Nombre de trous de boulons |
Correspond à la norme de bride |
Selon ASME / TEMA |
| Diamètre des trous de boulons |
Diamètre du boulon + 1,5 mm – 3,0 mm de jeu |
Selon la norme de bride |
| Surface d'appui du joint |
Relevé (RF) ou joint annulaire (RTJ) |
Selon ASME B16.5 |
Conception de l'épaisseur du tubesheet (selon ASME VIII-1)
L'épaisseur minimale requise d'un tubesheet est calculée selon ASME VIII-1 Annexe A ou TEMA RCB-4.3. Formules simplifiées pour le dimensionnement préliminaire :
Tubesheet fixe (selon ASME VIII-1 Annexe A)
- t = F * (P * D) / (2 * S * E – 0,2 * P) * C (correction pour l'efficacité du ligament des trous de tubes)
- Où : F = facteur de conception (typiquement 1,0 – 1,5 selon le type de joint tube-tubesheet), P = pression de conception (la plus élevée du côté tube ou du côté virole, ou différentielle), D = diamètre du tubesheet, S = contrainte admissible à la température de conception, E = efficacité du ligament (aire du ligament / aire de pas totale)
- Efficacité du ligament η = (p – d) / p (pour un pas triangulaire), où p = pas, d = diamètre du trou
Tubesheet flottant (selon TEMA RCB-4.3)
- t = d * sqrt(C * P / S * E)
- Où : d = diamètre du tubesheet (pour les plaques circulaires), C = facteur de contrainte de bord (0,3 – 0,5 selon la condition de support)
Contraintes d'épaisseur minimale
- Pour les joints de tubes expansés : Épaisseur minimale du tubesheet ≥ 1,5 * diamètre extérieur du tube ou ≥ diamètre extérieur du tube + 20 mm (le plus grand des deux)
- Pour les joints de tubes soudés : Épaisseur minimale ≥ 1,0 * diamètre extérieur du tube ou ≥ 20 mm (le plus grand des deux)
- Pour les joints combinés (soudé + expansé) : Épaisseur minimale ≥ diamètre extérieur du tube + 15 mm
Composition chimique (typique pour l'acier au carbone SA266 Gr.2)
| Élément |
Composition (%) |
| C |
0,20 max |
| Mn |
0,80 – 1,20 |
| P |
0,035 max |
| S |
0,040 max |
| Si |
0,15 – 0,40 |
Propriétés mécaniques (SA266 Gr.2)
| Propriété |
Exigence |
| Résistance à la traction, min |
480 MPa (70 ksi) |
| Limite d'élasticité, min |
275 MPa (40 ksi) |
| Allongement sur 50 mm |
22% |
| Réduction de section |
35% |
Documentation par expédition
- Certificats de test de matériau (EN 10204 3.1 ou 3.2) – plaque de base, matériau de placage, matériaux d'apport
- Rapport de données ASME U-stamp (si applicable) – y compris les calculs de conception
- Fiche technique TEMA (Classe R/B/C) – si applicable
- Rapport d'inspection dimensionnelle (diamètre des trous, pas, déviation du ligament, planéité, épaisseur)
- Rapports END – UT (défauts de laminage), UT (liaison de placage), PT (surface), endoscope
- Rapport de test de résistance au cisaillement de la liaison de placage (si plaqué – soudé par explosion ou laminé)
- Rapport de finition de surface des trous de tubes (enregistrements de profilomètre – échantillon de 5% des trous)
- Spécification de procédure de soudage (WPS) et enregistrement de qualification (PQR) – si placage par revêtement soudé ou soudures tubesheet-à-virole appliquées
- Graphique de traitement thermique après soudage (PWHT) – si effectué (enregistrement temps-température)
- Dessin (tel que construit) – avec coordonnées du motif des trous, pas et dimensions
Liste de contrôle de sélection du tubesheet
Lors de la commande d'un tubesheet (neuf, de remplacement ou de rechange), veuillez fournir :
- Type de tubesheet– Fixe / Flottant / en U
- Diamètre intérieur de la virole et de la calandre– détermine le diamètre du tubesheet
- Nombre de tubes et motif de disposition des tubes– Triangulaire / Carré / Carré tourné
- Diamètre extérieur et épaisseur de paroi des tubes– détermine le diamètre du trou et le pas
- Pas des tubes (distance centre à centre) – selon TEMA ou GB/T 151
- Diamètre du trou de tube– Tolérance H11 selon ISO 286
- Type de joint tube-tubesheet– Expansé / Soudé / Combiné / Pénétration complète
- Épaisseur du tubesheet– selon ASME VIII-1 Annexe A ou TEMA RCB-4.3
- Matériau du tubesheet– AC / INOX / Duplex / Ti / Alliage (plein ou plaqué)
- Exigence de placage (le cas échéant) – matériau, épaisseur, méthode (soudé par explosion / laminé / revêtement soudé)
- Pression de conception– côté tube et côté virole (spécifier également la pression différentielle)
- Température de conception– côté tube et côté virole
- Type de connexion de bride– RF (relevé) ou RTJ (joint annulaire) – si le tubesheet est bridé
- Norme de perçage de bride– ASME B16.5 / B16.47 ou HG/T 20615
- Exigence de PWHT– basé sur l'épaisseur du matériau et le service (selon UCS-56)
- Exigence END– selon ASME VIII-1 ou spécification du projet
- Traitement de surface (si requis) – décapage / passivation / revêtement / électropolissage
