Trocadores de calor de casco e tubos de baixa temperatura são unidades centrais de troca de calor projetadas especificamente para setores industriais como refino de petróleo e processamento químico, com uma temperatura de projeto tipicamente igual ou inferior a -20°C. Essas unidades empregam uma configuração clássica de casco e tubos, apresentando múltiplos feixes de tubos de troca de calor dispostos dentro de um casco cilíndrico. Os feixes de tubos são fixados em ambas as extremidades a placas de tubos, criando canais separados no lado do tubo e no lado do casco para facilitar a transferência de calor eficiente entre os dois meios. Em resposta às condições operacionais severas das refinarias iraquianas — caracterizadas por altas temperaturas, alta pressão e alta corrosão — este produto passou por uma otimização abrangente em termos de seleção de materiais, projeto estrutural e processos de soldagem de núcleo, garantindo operação estável a longo prazo sob condições ambientais extremas.
Principais características do processo de soldagem de núcleo
1. Soldagem de topo do casco e da placa de tubos:
Para reduzir tensões localizadas, o casco e a placa de tubos são unidos por soldagem de topo, garantindo uma transição suave na junta e evitando mudanças abruptas na seção transversal. Antes da soldagem, é realizada uma qualificação rigorosa do procedimento de soldagem, incluindo testes de impacto Charpy a baixa temperatura na solda e na zona afetada pelo calor. Após a soldagem, é realizado um teste ultrassônico ou de superfície em pelo menos 50% da solda para garantir a ausência de defeitos. A montagem é então tratada termicamente.
Observe que a solda deve ser totalmente penetrada e o metal deve esfriar entre cada passe de solda. Como as flanges são relativamente espessas, a temperatura cai rapidamente durante a soldagem. Se o pré-aquecimento for insuficiente, os gases não terão tempo de escapar, levando à porosidade, que por sua vez afetará o teste hidrostático.
2. Junta composta de 'expansão + soldagem' entreo tubo e a placa de tubos:
Este é o cerne do processo de fabricação deste produto. Nem a soldagem nem a expansão sozinhas podem atender aos requisitos de alta resistência, resistência à fadiga e vedação hermética. Empregamos um processo de 'expandir-e-soldar' ou 'soldar-e-expandir' (dependendo das condições operacionais específicas):
Expansão: A tecnologia de expansão hidráulica é utilizada, com controle computacional garantindo deformação plástica uniforme da parede do tubo para obter um ajuste justo com o furo da placa de tubos. Isso elimina efetivamente a folga entre o tubo e o furo da placa de tubos, prevenindo fundamentalmente a corrosão em frestas e aumentando significativamente a resistência à fadiga da junta. Testes rigorosos de pré-expansão são realizados antes da expansão formal, controlando precisamente a taxa de expansão dentro da faixa ideal de 0,9% a 2,2% para evitar sub-expansão ou super-expansão.
Fórmula da Taxa de Expansão:
E = [(d - b) - (c - a)] / (a - b) x 100%
Onde:
- E: Taxa de expansão
- a: Diâmetro externo (OD) do tubo antes da expansão
- b: Diâmetro interno (ID) do tubo antes da expansão
- c: Diâmetro interno (ID) do furo da placa de tubos
- d: Diâmetro interno (ID) do tubo após a expansão
Soldagem: Após a expansão, é realizada uma solda de vedação ou uma solda de resistência. Para tubos de parede fina, são empregados métodos de soldagem de precisão, como soldagem TIG pulsada. Controlando parâmetros como corrente de pico, corrente base e velocidade de soldagem (por exemplo, corrente de pico 115–120 A, velocidade de soldagem 95–101 mm/min), a entrada de calor é precisamente regulada para evitar a perfuração da placa de tubos ou dos tubos do trocador de calor. Para aplicações com requisitos mais rigorosos, a tecnologia de soldagem de furo interno pode ser empregada para obter soldagem de penetração total, eliminando ainda mais as folgas nas extremidades e fornecendo maior resistência à fadiga por vibração.
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