Fabrication de faisceaux tubulaires en U : Paramètres d'inspection et de contrôle qualité pour les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes
Dans les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes, le faisceau tubulaire détermine l'efficacité opérationnelle et la durée de vie. L'image ci-dessus montre une inspection avant expédition dans une usine de fabrication, où un technicien de contrôle qualité examine un assemblage de faisceau tubulaire en U.
Contrairement aux conceptions à plaques tubulaires fixes, un faisceau tubulaire en U utilise une seule plaque tubulaire. Les tubes sont courbés en forme de U, les deux extrémités étant fixées à la même plaque tubulaire. Cette configuration offre des avantages techniques spécifiques :
Gestion de la dilatation thermique: Chaque tube en U se dilate librement, éliminant le besoin d'un joint de dilatation de calandre. Cette conception convient aux services avec des différentiels de température supérieurs à 100°C.
Capacité haute pression: L'arrangement de support fixe-libre réduit la concentration de contraintes thermiques, le rendant adapté aux services de gaz ou d'hydrogène à haute pression.
Accès de maintenance côté calandre: Le faisceau peut être extrait pour le nettoyage mécanique des surfaces côté calandre.
L'image illustre les étapes clés de l'inspection. Les tolérances de fabrication sont contrôlées comme suit :
1. Usinage de la plaque tubulaire et des trous
Les plaques tubulaires sont percées par CNC avec une tolérance de trou H11.
L'écart de largeur de ligament est maintenu dans la limite de ±0,2 mm pour assurer un joint fiable entre le tube et la plaque tubulaire.
Finition de surface des trous : Ra ≤ 1,6 µm pour les joints expansés ; Ra ≤ 3,2 µm pour les joints soudés.
2. Assemblage des déflecteurs et des supports
La tolérance d'espacement des déflecteurs est contrôlée dans la limite de ±1,5 mm.
Les tirants et les tubes d'espacement bloquent fermement les déflecteurs en place.
Longueur maximale du tube non supporté : ≤ 36 × diamètre extérieur du tube pour l'acier au carbone ; ≤ 30 × diamètre extérieur du tube pour l'acier inoxydable.
3. Jointure des extrémités des tubes
Les joints soudés font l'objet d'un contrôle par ressuage (PT) à 100 % selon ASME VIII-1 UW-51.
Les joints expansés sont soumis à un test de traction d'au moins 20 MPa pour l'acier au carbone et 25 MPa pour l'acier inoxydable.
| Matériau | Spécification | Plage de température | Limite de chlorure | Application typique |
|---|---|---|---|---|
| Acier au carbone | SA-179 / 20# | -20°C à +425°C | Non applicable | Eau, huile, vapeur |
| Acier inoxydable 304L / 316L | ASTM A213 | -196°C à +500°C | ≤ 200 ppm | Acides organiques, solutions salines |
| Duplex 2205 | ASTM A789 | -40°C à +280°C | ≤ 300 ppm à 80°C | Offshore, eau de mer, CO₂/H₂S |
| Titane Gr.2 | ASTM B338 | -40°C à +230°C | Jusqu'à 20 000 ppm | Eau de mer, saumure, haute teneur en chlorure |
Chaque faisceau subit les contrôles vérifiés suivants :
Inspection dimensionnelle: Longueur totale du faisceau, diamètre extérieur, espacement des déflecteurs et rayon de courbure en U (R ≥ 2 × diamètre extérieur du tube pour l'accès au nettoyage mécanique).
Contrôle non destructif: PT à 100 % sur les soudures tube-plaque tubulaire ; UT à 100 % sur le placage de la plaque tubulaire.
Test hydrostatique: Selon ASME VIII-1 UG-99 à 1,3 × pression de conception, maintenu pendant 30 minutes. Une chute de pression nulle et aucune fuite visible sont requises pour l'acceptation.
Un faisceau tubulaire en U est applicable lorsque les conditions suivantes sont remplies :
La différence de température entre le côté tube et le côté calandre est supérieure à 60°C.
Le côté tube gère un gaz haute pression ou des fluides corrosifs.
Un nettoyage mécanique côté calandre est requis, mais le nettoyage interne côté tube est limité aux méthodes chimiques.
Pression de conception jusqu'à 35 MPa et température de conception jusqu'à 600°C (selon le matériau).
Pour une conception thermique et mécanique préliminaire, les données de processus suivantes sont requises :
Composition des fluides côté tube et côté calandre.
Températures d'entrée et de sortie des deux côtés.
Pression de conception et perte de charge admissible.
Diamètre de calandre et longueur de tube maximum disponibles.
Marge de corrosion et concentration de chlorure.
Avec ces paramètres, une recommandation de sélection de faisceau et une feuille de calcul thermique peuvent être fournies.
