Uma placa de tubos é o componente primário de contenção de pressão de um trocador de calor casco-tubos que separa o fluido do lado dos tubos do fluido do lado do casco e fornece suporte estrutural para o feixe de tubos. É uma placa circular plana perfurada com um padrão de furos para aceitar tubos, que são então expandidos, soldados ou ambos para formar a junta tubo-placa de tubos.
A placa de tubos funciona como:
Uma barreira de pressão entre o lado dos tubos e o lado do casco (deve suportar a maior das duas pressões ou a pressão diferencial)
Um suporte estrutural para o feixe de tubos (transmite cargas dos tubos para a flange do casco)
Um distribuidor de fluxo (bocais de entrada/saída direcionam o fluido para fileiras específicas de tubos)
Este produto é projetado e fabricado de acordo com ASME Seção VIII Divisão 1 ou Divisão 2, TEMA Classe R (refinaria), B (química) ou C (comercial), e GB/T 151 para aplicações domésticas. As placas de tubos são fornecidas como placas forjadas ou laminadas autônomas, ou como parte de um conjunto completo de feixe de tubos.
A placa de tubos é soldada ou aparafusada diretamente ao casco em ambas as extremidades
Os tubos são fixados em ambas as placas de tubos; o casco é integral com as placas de tubos
Compensação de expansão térmica: Requer junta de expansão no casco quando ΔT entre o tubo e o casco excede o permitido (tipicamente > 60°C para aço carbono; > 40°C para aço inoxidável)
Aplicação: Fluidos limpos do lado do casco, pequena diferença de temperatura, serviço sem incrustação
Limitação: A limpeza do lado do casco não é possível sem remover o feixe inteiro; sem acesso de limpeza mecânica no lado do casco
Uma placa de tubos é fixada (estacionária) à flange do casco; a outra é livre para se mover (flutuante) para acomodar a expansão térmica
A placa de tubos flutuante não é soldada ao casco – permite movimento axial do feixe
Aplicação: Grande diferença de temperatura (ΔT > 60°C), serviço com incrustação que requer remoção do feixe
Limitação: Requer arranjo de vedação adicional (tampa de cabeça flutuante) que aumenta o custo e a complexidade de manutenção
Uma única placa de tubos suporta ambas as extremidades de tubos em forma de U
Todos os tubos são dobrados em forma de U e ambas as extremidades dos tubos são laminadas/soldadas na mesma placa de tubos
Sem expansão térmica diferencial entre tubos e casco – cada tubo expande independentemente
Aplicação: Alta diferença térmica (ΔT até 200°C), serviço de gás de alta pressão, serviço de hidrogênio, choque térmico
Limitação: Os tubos não podem ser limpos mecanicamente (apenas limpeza química); o raio mínimo da curva em U limita a seleção do diâmetro externo do tubo
| Parâmetro | Intervalo | Padrão / Nota |
|---|---|---|
| Diâmetro (DE) | 200mm – 4.000mm | Limitado pela capacidade de forjamento/laminação e transporte |
| Espessura | 15mm – 350mm | Determinado por ASME VIII-1 UG-34 / TEMA RCB-4.3 |
| Diâmetro do círculo de parafusos | Corresponde à flange do casco ou flange do canal | Conforme ASME B16.5 / B16.47 |
| Número de furos para parafusos | Corresponde ao padrão da flange | Conforme ASME / TEMA |
| Diâmetro do furo para parafusos | Diâmetro do parafuso + 1.5mm – 3.0mm de folga | Conforme padrão da flange |
| Superfície de assentamento da junta | Face elevada (RF) ou junta anelar (RTJ) | Conforme ASME B16.5 |
| Parâmetro | Intervalo | Padrão / Nota |
|---|---|---|
| Diâmetro do furo | DE do tubo + 0.2mm – 0.5mm (para juntas expandidas) | Conforme TEMA RCB-4.3 / GB/T 151 |
| Tolerância do diâmetro do furo | H11 (por exemplo, Ø25.2mm +0.13/0) | Conforme ISO 286 / Padrão TEMA |
| Acabamento do furo (Ra) | ≤ 1.6μm (expandido) / ≤ 3.2μm (soldado) | Para expansão: acabamento mais fino garante resistência à extração |
| Largura do ligamento (ponte) | Mínimo 0.8* diâmetro do furo | Conforme ASME VIII-1 Apêndice A – previne ruptura do ligamento |
| Desvio do ligamento do desenho | ≤ ±0.2mm | Conforme TEMA RCB-4.3 |
| Perpendicularidade do furo à superfície | ≤ 0.5° | Previne desalinhamento do tubo durante a inserção |
| Padrão | Descrição | Aplicação |
|---|---|---|
| Triangular (30° ou 60°) | Tubos dispostos em triângulos equiláteros | Densidade máxima de tubos; maior área de superfície de transferência de calor por seção transversal do casco |
| Quadrado (90°) | Tubos dispostos em fileiras retas, perpendiculares | Permite acesso para limpeza mecânica (haste/escova) através das passagens dos tubos |
| Quadrado rotacionado (45°) | Padrão quadrado rotacionado em 45° | Maior densidade de tubos que o quadrado; acesso moderado para limpeza |
Passo triangular: 1.25* – 1.5* DE do tubo (mínimo)
Passo quadrado: 1.5* – 2.0* DE do tubo (mínimo)
Tolerância de passo: ±0.5mm (furos adjacentes) / ±1.0mm (acúmulo de passo geral)
| Grau | Especificação | Intervalo de Temperatura | Aplicação |
|---|---|---|---|
| SA-516 Gr.60 / 65 / 70 | ASTM A516 | -20°C a +425°C | Serviço geral de vasos de pressão – fluidos não corrosivos do lado do tubo |
| SA-266 Gr.2 / 3 / 4 | ASTM A266 | -20°C a +425°C | Placas de tubos forjadas para serviço de alta pressão |
| Q345R / 16MnR | GB 713 | -20°C a +400°C | Equivalente doméstico ao SA-516 |
| 20# / 16Mn | GB 711 | -20°C a +400°C | Placas de tubos forjadas ou laminadas |
| Grau | Especificação | Intervalo de Temperatura | Aplicação |
|---|---|---|---|
| SA-387 Gr.11 (1.25Cr-0.5Mo) | ASTM A387 | -20°C a +540°C | Temperatura elevada (hidrocraqueamento, hidrotramento) – serviço com cloreto/H₂S |
| SA-387 Gr.22 (2.25Cr-1Mo) | ASTM A387 | -20°C a +540°C | Serviço de temperatura mais alta (reforma catalítica, síntese de amônia) |
| SA-336 Gr.F11/F22 | ASTM A336 | -20°C a +540°C | Placas de tubos forjadas para serviço de alta temperatura |
| Grau | Especificação | Intervalo de Temperatura | Limite de Cloreto | Aplicação |
|---|---|---|---|---|
| 304L / 304 | ASTM A240 / A182 | -196°C a +425°C | ≤ 200ppm | Levemente corrosivo, vapor limpo, alimentos/farmacêutico |
| 316L / 316 | ASTM A240 / A182 | -196°C a +425°C | ≤ 200ppm | Ácidos orgânicos, soluções salinas, cloretos (moderado) |
| 321 / 347H | ASTM A240 / A182 | -196°C a +540°C | ≤ 200ppm | Serviço de alta temperatura (> 425°C) – graus estabilizados |
| Duplex 2205 | ASTM A240 / A182 | -40°C a +280°C | ≤ 300ppm a 80°C | Hidrocarbonetos contendo cloreto, offshore |
| Super Duplex 2507 | ASTM A240 / A182 | -40°C a +250°C | ≤ 500ppm a 60°C | Serviço severo com cloreto, água do mar |
| Grau | Especificação | Intervalo de Temperatura | Aplicação |
|---|---|---|---|
| Titânio Gr.2 | ASTM B265 / B381 | -40°C a +230°C | Água do mar, salmoura, serviço com alto teor de cloreto |
| Liga 625 (Inconel) | ASTM B443 / B564 | -196°C a +540°C | Gás ácido, corrosivo de alta temperatura, unidades de amina |
| Liga C276 (Hastelloy) | ASTM B575 / B564 | -196°C a +400°C | Serviço severo com ácido e cloreto |
| Cobre-níquel C70600 | ASTM B171 | -40°C a +200°C | Água de resfriamento marinha, água salobra |
Para serviço corrosivo, a placa de tubos pode ser fornecida com uma camada de liga resistente à corrosão (CRA) revestida ou soldada na superfície voltada para o processo. Os métodos de revestimento incluem:
Placa revestida por explosão: Material base (CS) + camada CRA ligada metalurgicamente por detonação explosiva
Placa revestida por laminação: Laminada a quente sob pressão para formar a ligação entre CS e CRA
Revestimento por solda (revestimento em tira): Material CRA depositado na superfície do CS em tiras sobrepostas
Soldagem de butting: Camada CRA aplicada à superfície da placa de tubos por soldagem, depois usinada plana
| Parâmetro | Intervalo / Valor | Padrão / Nota |
|---|---|---|
| Material de revestimento | 304L / 316L / Duplex / Ti / Liga 625 / Liga C276 | De acordo com a corrosividade do fluido de processo |
| Espessura do revestimento | 2mm – 6mm (mínimo 3mm por ASME VIII-1 UW-13) | Espessura do revestimento excluída do cálculo de pressão, a menos que totalmente ligada |
| Resistência ao cisalhamento da ligação (revestida por explosão) | ≥ 140 MPa | Conforme ASTM B898 |
| Ligação da área revestida | ≥ 99% de área ligada | Manchas individuais não ligadas ≤ 100mm²; total ≤ 1% |
| Espessura do revestimento por solda | Mínimo de 3mm – 6mm | Medido após usinagem para a superfície final |
| Acabamento da superfície após revestimento | Ra ≤ 1.6μm (para juntas expandidas) / Ra ≤ 3.2μm (para juntas soldadas) | Conforme TEMA |
A espessura mínima requerida de uma placa de tubos é calculada de acordo com ASME VIII-1 Apêndice A ou TEMA RCB-4.3. Fórmulas simplificadas para dimensionamento preliminar:
t = F * (P * D) / (2 * S * E – 0.2 * P) * C (correção para eficiência do ligamento do furo do tubo)
Onde: F = fator de projeto (tipicamente 1.0 – 1.5 dependendo do tipo de junta tubo-placa de tubos), P = pressão de projeto (maior do lado do tubo ou do lado do casco, ou diferencial), D = diâmetro da placa de tubos, S = tensão admissível na temperatura de projeto, E = eficiência do ligamento (área do ligamento / área total de passo)
Eficiência do ligamento η = (p – d) / p (para passo triangular), onde p = passo, d = diâmetro do furo
t = d * sqrt(C * P / S * E)
Onde: d = diâmetro da placa de tubos (para placas circulares), C = fator de restrição da borda (0.3 – 0.5 dependendo da condição de suporte)
Para juntas de tubos expandidas: Espessura mínima da placa de tubos ≥ 1.5* DE do tubo ou ≥ DE do tubo + 20mm (o que for maior)
Para juntas de tubos soldadas: Espessura mínima ≥ 1.0* DE do tubo ou ≥ 20mm (o que for maior)
Para juntas combinadas (solda + expansão): Espessura mínima ≥ DE do tubo + 15mm
| Método | Tolerância | Aplicação Típica |
|---|---|---|
| Perfuração CNC | ±0.05mm – ±0.10mm | Alta precisão, padrões de múltiplos furos, placas de tubos grandes |
| Perfuração radial | ±0.1mm – ±0.2mm | Fabricação convencional, tolerâncias moderadas |
| Perfuração de canhão | ±0.025mm | Furos profundos (> 5* diâmetro), alta precisão |
| Perfuração a laser | ±0.02mm | Placas de tubos finas (≤ 20mm) |
Para juntas expandidas: Acabamento da superfície do furo Ra ≤ 1.6μm – garante atrito adequado para aderência mecânica
Para juntas soldadas: Acabamento da superfície do furo Ra ≤ 3.2μm – menos rigoroso; fusão da solda requer limpeza
Para juntas combinadas: Ra ≤ 1.6μm (porção de expansão) / Ra ≤ 3.2μm (área de solda)
Rebarbação: Todos os furos devem ser rebarbados em ambas as faces – rebarbas causam dificuldade na inserção do tubo e defeitos na junta
Limpeza de furos: Jato de ar comprimido ou lavagem com solvente para remover cavacos e resíduos de fluido de corte
100% dos furos verificados quanto ao diâmetro com calibre de rosca (GO/NOGO) – calibre GO deve passar; calibre NOGO não deve passar
100% dos furos verificados quanto às dimensões do ligamento (ponte) – tolerância ±0.2mm
Amostra (5%) de furos verificados quanto ao acabamento da superfície por comparador – comparação visual com o padrão
Verificação da perpendicularidade do furo: Relógio comparador na face da placa de tubos – desvio máximo ≤ 0.5°
| Tipo de Junta | Método | Resistência à Extração (Mín) | Serviço Aplicável | Inspeção |
|---|---|---|---|---|
| Apenas expandida | Expansão hidráulica a 160–220 MPa, manter 5–8s; ou expansão por rolo | ≥ 20 MPa (CS) / ≥ 25 MPa (SS) | Fluidos não tóxicos, não cíclicos, limpos | Teste hidrostático + teste de extração de primeira peça |
| Apenas soldada (solda de vedação) | Solda de filete GTAW (TIG), perna de 1.5–2.0mm | N/A (retenção mecânica apenas pela solda) | Gás de alta pressão, serviço de hidrogênio, fluidos tóxicos | 100% PT conforme ASME VIII-1 UW-51 |
| Solda + expansão (combinada) | Solda de vedação + expansão hidráulica a 160–200 MPa | ≥ 25 MPa | Térmico cíclico (> 500 ciclos/ano), alta pressão, tóxico | 100% PT + teste hidrostático + teste de extração |
| Soldada (penetração total) | Solda de penetração total GTAW, junta completa | ≥ 30 MPa | Pressão extrema (> 15 MPa), hidrogênio, alto fator de segurança | 100% PT + 100% RT (spot) |
| Exame | Método | Escopo | Critérios de Aceitação (Conforme ASME VIII-1) |
|---|---|---|---|
| Laminação (placa) | UT (feixe reto) | 100% da área da placa (antes da perfuração) | Laminações ≤ 20mm² por 100cm²; sem laminação de borda |
| Trincas superficiais | PT (líquido penetrante) | 100% da face perfurada + superfície de revestimento | Sem trincas; porosidade ≤ 0.8mm; sem porosidade agrupada |
| Integridade da ligação do revestimento (se revestido) | UT (onda de cisalhamento / varredura de ligação) | 100% da superfície revestida | Sem delaminação > 20mm; sem indicações agrupadas |
| Condição da parede do furo | Boroscópio (visual) | 5% – 10% dos furos (aleatório) | Sem sulcos, arranhões > 0.1mm de profundidade |
| Solda placa de tubos-casco (se soldada) | RT / MT / PT | Conforme UW-51 (completo) ou UW-52 (spot) | Conforme ASME VIII-1 UW-51 / UW-52 |
| Parâmetro | Tolerância | Método |
|---|---|---|
| Diâmetro do furo (ID) | H11 conforme ISO 286 (por exemplo, Ø25.2mm +0.13/0) | Calibre de rosca / micrômetro de furo |
| Desvio do ligamento (ponte) do furo | ≤ ±0.2mm | Comparador óptico / CMM |
| Acúmulo de passo (em um vão de 1m) | ≤ ±1.0mm | CMM / comparador óptico |
| Planicidade da face da placa de tubos | ≤ 1mm por 1.000mm de diâmetro | Relógio comparador / régua |
| Rugosidade da superfície (revestida ou CS) | Ra ≤ 1.6μm (expandido) / ≤ 3.2μm (soldado) | Comparador de superfície / perfilômetro |
| Variação total de espessura | ±3% da espessura nominal | Micrômetro (em 5 pontos) |
| Diâmetro do círculo de parafusos | Conforme padrão de flange ASME B16.5 | Gabarito / CMM |
| Alinhamento do furo para parafusos | ≤ 1.0mm de desvio do desenho | Gabarito / CMM |
Se a placa de tubos for fornecida como um componente autônomo (não montada no casco), o teste hidrostático é geralmente realizado após a montagem do trocador de calor completo. No entanto, as seguintes verificações intermediárias são realizadas:
Teste de vazamento do furo do tubo: Aplicar ar de baixa pressão (0.2 MPa) a cada furo (com tubo dummy inserido) – verificação com bolha de sabão para vazamento – aceitação: sem bolhas
Para placas de tubos revestidas: Teste hidrostático leve (0.5 MPa) na superfície revestida – verificar bolhas ou delaminação do revestimento – aceitação: sem bolhas visíveis
Teste de pressão do furo para parafusos (para placas de tubos conectadas por flange): Verificação da integridade do furo para parafusos – sem vazamento do furo para o furo do tubo sob 0.6 MPa de ar
Certificados de teste de material (EN 10204 3.1 ou 3.2) – placa base, material de revestimento, materiais de enchimento
Relatório de dados ASME U-stamp (se aplicável) – incluindo cálculos de projeto
Folha de dados TEMA (Classe R/B/C) – se aplicável
Relatório de inspeção dimensional (diâmetro do furo, passo, desvio do ligamento, planicidade, espessura)
Relatórios de END – UT (laminação), UT (ligação do revestimento), PT (superfície), boroscópio
Relatório de teste de resistência ao cisalhamento da ligação do revestimento (se revestido – revestido por explosão ou laminação)
Relatório de acabamento da superfície do furo do tubo (registros de perfilômetro – amostra de 5% dos furos)
Especificação de procedimento de soldagem (WPS) e registro de qualificação (PQR) – se revestimento por solda ou soldas placa de tubos-casco aplicadas
Gráfico de tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) – se realizado (registro de tempo-temperatura)
Desenho (as-built) – com coordenadas do padrão de furos, passo e dimensões
Ao encomendar uma placa de tubos (nova, substituição ou sobressalente), forneça:
Tipo de placa de tubos – Fixa / Flutuante / em U
ID do casco e ID do canal – determina o diâmetro da placa de tubos
Contagem de tubos e padrão de layout dos tubos – Triangular / Quadrado / Quadrado rotacionado
DE e espessura da parede do tubo – determina o diâmetro do furo e o passo
Passo do tubo (distância centro a centro) – conforme TEMA ou GB/T 151
Diâmetro do furo do tubo – tolerância H11 conforme ISO 286
Tipo de junta tubo-placa de tubos – Expandida / Soldada / Combinada / Penetração total
Espessura da placa de tubos – conforme ASME VIII-1 Apêndice A ou TEMA RCB-4.3
Material da placa de tubos – CS / SS / Duplex / Ti / Liga (sólido ou revestido)
Requisito de revestimento (se houver) – material, espessura, método (revestido por explosão / laminação / revestimento por solda)
Pressão de projeto – lado do tubo e lado do casco (especificar também pressão diferencial)
Temperatura de projeto – lado do tubo e lado do casco
Tipo de conexão da flange – RF (face elevada) ou RTJ (junta anelar) – se a placa de tubos for flangeada
Padrão de perfuração da flange – ASME B16.5 / B16.47 ou HG/T 20615
Requisito de PWHT – com base na espessura do material e serviço (conforme UCS-56)
Requisito de END – conforme ASME VIII-1 ou especificação do projeto
Tratamento de superfície (se necessário) – decapagem / passivação / revestimento / eletropolimento
A placa de tubos como produto autônomo está sujeita às seguintes limitações:
Não é classificada para pressão interna até ser montada com o casco, tubos e flanges – a classificação do vaso completo se aplica
Deve corresponder ao padrão de parafusos da flange do casco e à superfície de assentamento da junta; furos de parafusos desalinhados ou perfil de junta incorreto impedirão a vedação adequada
Para placas de tubos revestidas, a temperatura de serviço é limitada pela menor temperatura máxima de serviço do material base ou do material de revestimento (por exemplo, base CS + revestimento Ti → máx. 230°C devido ao limite do Ti)
Não é adequada para fluidos do lado do tubo ou do lado do casco que excedam a resistência à corrosão do grau de material selecionado – verificar com a tabela de seleção
Não é adequada para ciclos térmicos que excedam o limite de fadiga da junta tubo-placa de tubos (juntas apenas expandidas são limitadas a 500 ciclos/ano)
Para diâmetros muito grandes (> 3.000mm) ou seções muito espessas (> 300mm), a disponibilidade de forjamento ou placa revestida laminada pode ser limitada – consulte o fabricante para prazos de entrega
Placas de tubos com revestimento soldado requerem PWHT cuidadoso para prevenir trincas por hidrogênio no material base e sensibilização no revestimento (para revestimento de SS, recozimento em solução pode ser necessário após a soldagem)
