Placa de Tubos para Trocador de Calor – Tipos Fixo / Flutuante / U – Sólido / Revestido / Ligado por Explosão – Conforme ASME VIII-1 / TEMA / GB/T 151
Yuhong Group é um dos primeiros grupos a exportar tubos de Cromo Molibdênio na China, com aproximadamente 30 anos de experiência no fornecimento de tubos de aço liga. Os produtos são fabricados de acordo com ASME SA335 / ASTM A335 P1, P11, P12, P22, P5, P9, P91, P92 e ASME SA213 / ASTM A213 T1, T11, T12, T22, T5, T9, T91, T92. Tubos de aço liga são amplamente utilizados em indústrias petroquímicas, de refino de petróleo, usinas de energia e indústrias relacionadas de alta temperatura.
Tipos de Placa de Tubos – Classificação Estrutural
- Placa de Tubos Fixa (TEMA L / M / N) – Soldada ou aparafusada diretamente à carcaça em ambas as extremidades; os tubos são fixos em ambas as extremidades. Requer uma junta de expansão na carcaça quando a diferença de temperatura (ΔT) entre o tubo e a carcaça excede os limites (tipicamente >60°C para aço carbono, >40°C para aço inoxidável). Adequado para fluidos limpos no lado da carcaça, ΔT pequeno e serviço sem incrustação. A limpeza do lado da carcaça não é possível sem remover todo o feixe.
- Placa de Tubos Flutuante (TEMA P / S / T / W) – Uma placa de tubos é fixada à flange da carcaça; a outra é livre para se mover (flutuante) para acomodar a expansão térmica. A placa de tubos flutuante não é soldada à carcaça, permitindo o movimento axial do feixe. Adequado para ΔT grande (>60°C) e serviço com incrustação que requer a remoção do feixe. Requer uma tampa de cabeça flutuante para vedação, o que aumenta o custo e a complexidade da manutenção.
- Placa de Tubos em U (TEMA U) – Uma única placa de tubos suporta ambas as extremidades de tubos em forma de U. Nenhuma expansão térmica diferencial ocorre entre os tubos e a carcaça, pois cada tubo se expande independentemente. Adequado para ΔT alto (até 200°C), serviço de gás de alta pressão, serviço de hidrogênio e choque térmico. 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.
Materiais de Construção (ASME Seção II)
O material da placa de tubos é selecionado com base nas condições de serviço, resistência à corrosão e pressão/temperatura de projeto. Os materiais disponíveis incluem:
- Aço Carbono – SA105, SA266 Cl.2 / Cl.3 / Cl.4, SA516 Gr.60 / 65 / 70, SA350 LF1 / LF2
- Aço Liga – SA182 F1, F5, F9, F11, F12, F22
- Aço Inoxidável – SA182 F304 / 304L / 304H, F316 / 316L / 316H / 316Ti, F317L, F321 / 321H, F347 / 347H
- Duplex / Super Duplex – SA182 F44, F45, F51, F53, F55, F60, F61
- Titânio – SB265 Gr.1 / Gr.2 (tipicamente como revestimento)
- Ligas de Níquel – SB564 UNS N04400 (Monel), N06600 (Inconel 600), N06625 (Inconel 625), N08800 (Incoloy 800), N08825 (Incoloy 825), N10276 (Hastelloy C-276)
Opções de Revestimento
Para ambientes corrosivos onde placas de tubos de liga sólida são proibitivas em termos de custo, placas de tubos revestidas são fornecidas com uma camada resistente à corrosão ligada metalurgicamente a uma base de aço carbono ou aço de baixa liga:
- Revestimento Ligado por Explosão – Produz uma ligação metalúrgica em estado sólido através de detonação controlada. Preferido para componentes espessos ou de grande diâmetro. Capaz de ligar titânio ao aço. Espessura do revestimento: 3 mm a 12 mm (mínimo de 3,5 mm tipicamente). Combinações típicas: Ti/Aço (SB265 Gr.1 / SA266 Gr.2 ou SA516 Gr.70N), Liga de Níquel/Aço.
- Revestimento Ligado por Laminação – Alcança ligação metalúrgica por laminação de alta pressão. Adequado para revestimentos mais finos e diâmetros menores.
- Revestimento por Solda – Liga resistente à corrosão depositada por SAW ou GTAW. Flexível na seleção de material e espessura.
Todas as placas de tubos revestidas passam por testes de integridade da ligação conforme ASME VIII-1, incluindo teste ultrassônico e verificação de resistência ao cisalhamento.
Processo de Fabricação
- Forjamento ou Laminação de Placas – Diâmetros menores e pressões mais altas usam discos forjados (SA266 ou SA182); diâmetros maiores usam placas laminadas (SA516 ou equivalente).
- Furação CNC – O padrão de furos é perfurado com equipamento CNC para obter diâmetro de furo, passo e tolerâncias posicionais precisos. Furação profunda usada para placas espessas.
- Acabamento dos Furos – Rebarbação ou mandrilamento para o acabamento superficial especificado (Ra ≤1,6 µm para juntas expandidas, ≤3,2 µm para juntas soldadas).
- Ranhuras – Os furos dos tubos podem ser ranhurados ou serrilhados para melhorar a resistência mecânica das juntas expandidas. Número e profundidade das ranhuras conforme TEMA RCB-4.3.
Dimensões da Placa de Tubos
| Parâmetro |
Faixa |
Padrão / Observação |
| Diâmetro (OD) |
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 da carcaça 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 |
Projeto de Espessura da Placa de Tubos (Conforme ASME VIII-1)
A espessura mínima necessária de uma placa de tubos é calculada conforme ASME VIII-1 Apêndice A ou TEMA RCB-4.3. Fórmulas simplificadas para dimensionamento preliminar:
Placa de Tubos Fixa (Conforme ASME VIII-1 Apêndice A)
- 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 lado da carcaça, 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
Placa de Tubos Flutuante (Conforme TEMA RCB-4.3)
- t = d * sqrt(C * P / S * E)
- Onde: d = diâmetro da placa de tubos (para discos circulares), C = fator de restrição da borda (0,3 – 0,5 dependendo da condição de suporte)
Restrições de Espessura Mínima
- Para juntas de tubos expandidas: Espessura mínima da placa de tubos ≥ 1,5 * diâmetro externo do tubo ou ≥ diâmetro externo do tubo + 20mm (o que for maior)
- Para juntas de tubos soldadas: Espessura mínima ≥ 1,0 * diâmetro externo do tubo ou ≥ 20mm (o que for maior)
- Para juntas combinadas (solda + expansão): Espessura mínima ≥ diâmetro externo do tubo + 15mm
Composição Química (Típica para Aço Carbono SA266 Gr.2)
| Elemento |
Composição (%) |
| C |
0,20 máx. |
| Mn |
0,80 – 1,20 |
| P |
0,035 máx. |
| S |
0,040 máx. |
| Si |
0,15 – 0,40 |
Propriedades Mecânicas (SA266 Gr.2)
| Propriedade |
Requisito |
| Resistência à Tração, min |
480 MPa (70 ksi) |
| Limite de Escoamento, min |
275 MPa (40 ksi) |
| Alongamento em 50 mm |
22% |
| Redução de Área |
35% |
Documentação por Embarque
- Certificados de teste de material (EN 10204 3.1 ou 3.2) – placa base, material de revestimento, materiais de enchimento
- Relatório de dados com carimbo ASME U (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 – ligado por explosão ou ligado por laminação)
- Relatório de acabamento superficial 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-carcaça aplicadas
- Gráfico de tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) – se realizado (gravação de tempo-temperatura)
- Desenho (as-built) – com coordenadas do padrão de furos, passo e dimensões
Lista de Verificação para Seleção de Placa de Tubos
Ao encomendar uma placa de tubos (nova, substituição ou sobressalente), forneça:
- Tipo de placa de tubos – Fixo / Flutuante / U
- ID da carcaça e ID do canal – determina o diâmetro da placa de tubos
- Contagem de tubos e padrão de layout dos tubos – Triangular / Quadrado / Quadrado rotacionado
- OD 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 – Expandido / Soldado / Combinado / Penetração total
- Espessura da placa de tubos – conforme ASME VIII-1 Apêndice A ou TEMA RCB-4.3
- Material da placa de tubos – Aço Carbono / Aço Inox / Duplex / Ti / Liga (sólido ou revestido)
- Requisito de revestimento (se houver) – material, espessura, método (ligado por explosão / ligado por laminação / revestimento por solda)
- Pressão de projeto – lado do tubo e lado da carcaça (especificar também pressão diferencial)
- Temperatura de projeto – lado do tubo e lado da carcaça
- Tipo de conexão da flange – RF (face elevada) ou RTJ (junta anelar) – se a placa de tubos for flangeada
- Padrão de furação 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
