Um conjunto de tubos com nadadeiras é o principal componente de transferência de calor de um trocador de calor refrigerado a ar (ACHE). É constituído por várias fileiras de tubos com nadadeiras externas ligadas à superfície exterior,com um comprimento de 80 mm ou mais, mas não superior a 150 mm,, e ligado a caixas de cabeçalho de entrada e saída. O feixe é instalado dentro de um compartimento estrutural, onde o ar ambiente é forçado ou atraído através de superfícies de barbatanas por ventiladores axiais ou centrífugos,Remover o calor do fluido de processo que flui no interior dos tubos.
Este produto é concebido e fabricado em conformidade com a API 661 (Excambiadores de calor arrefecidos a ar para serviços gerais de refinaria), a ISO 13706 e a classe R ou B da TEMA, se aplicável.O pacote é fornecido como um conjunto completo, incluindo tubos, barbatanas, folhas de tubos, caixas de cabeçalho, quadros laterais e alças de elevação, prontos para serem instalados num compartimento ACHE existente ou novo.
O conjunto de tubos com barbatanas é configurado de acordo com os requisitos do tipo e do local ACHE:
Fusão horizontalOs tubos são horizontais; o ar flui verticalmente para cima (procurado forçado) ou para baixo (procurado induzido).
Parâmetros de transmissão: Dois feixes planos inclinados em forma de V invertida (apêndice na parte superior); os ventiladores abaixo sopram ar para cima através de ambas as superfícies inclinadas.
Filtro em V: dois feixes planos inclinados em forma de V (apêndice na parte inferior); os ventiladores acima puxam o ar para cima.
Disposição do fluxo de ar:
Projeto forçado: Ventiladores abaixo do feixe empurram o ar através dos tubos; acesso mais fácil à manutenção; menor custo de instalação.
Corrente induzida: Ventiladores acima do feixe puxam o ar através dos tubos. Melhor distribuição de ar; menos recirculação; protege o feixe da chuva e da neve.
Tubos
Tubos OD (base): 15,88 mm ∼ 50,8 mm (5/8" a 2")
Espessura da parede dos tubos: 1,2 mm ∼ 5,0 mm (sem costura ou soldada, por ASTM ou equivalente)
comprimento do tubo (entre as folhas do tubo): 2,0 m ∙ 12,0 m (por norma API 661)
Passagem do tubo (centro-centro):
Transversal (corrente de ar transversal): 1,5 * a 2,5 * tubo OD
Longoitudinal (ao longo do fluxo de ar): 1,5 * a 2,5 * tubo OD
Disposição dos tubos: em escala (triangular) ou em linha (quadrado).
Materiais de tubos (por condições de serviço)
| Materiais | Especificações | Intervalo de temperatura | Limite de cloreto | Aplicação |
|---|---|---|---|---|
| Aço carbono SA-179 / SA-106 Gr.B | ASTM A179 / A106 | -20°C a +425°C | Não aplicável | Água, petróleo, hidrocarbonetos limpos, vapor |
| Inox 304L / 316L | ASTM A213 TP304L/316L | -196°C a +600°C | ≤ 200 ppm | Fluidos corrosivos, vapor limpo, produtos alimentares/farmacêuticos |
| Duplex 2205 | A norma ASTM A789 S32205 | -40°C a +280°C | ≤ 300 ppm a 80°C | Hidrocarbonetos que contenham cloreto, offshore |
| Titânio Gr.2 (TA2) | ASTM B338 | -40°C a +230°C | Até 20 000 ppm | Água de mar, salmoura, refrigeração com alto teor de cloreto |
| Copper-nickel C70600 | ASTM B111 | -40°C a +200°C | < 500 ppm | Refrigeração marinha, água salobra |
As barbatanas de fixação
Os seguintes métodos de fixação de barbatanas em tubos estão disponíveis, selecionados com base na temperatura de funcionamento, no ambiente de corrosão e no ciclo térmico:
| Tipo de barbatana | Método de fixação | Temperatura de funcionamento máxima | Materiais de barbatanas | Aplicação típica |
|---|---|---|---|---|
| L-pé (ferida de tensão) | Ferida de pé em forma de L sob tensão | ≤ 150°C | Alumínio 1100, cobre C1100 | Refrigeradores a gás de baixa temperatura, intercoolers |
| KL-pés (L) | Superfície de tubo aglomerada + pé mecanicamente interligado | ≤ 320°C | Alumínio 1100 | Gás de processo de média temperatura, pós-refrigeradores |
| LL-pé (L sobrepostos) | Pés sobrepostos cobrem totalmente o tubo OD | ≤ 177°C | Alumínio 1100, cobre C1100 | Atmosfera costeira/marinha, protecção contra a corrosão |
| Outros, de aço inoxidável | Capa exterior de alumínio extrudida em barbatanas | ≤ 230°C | Alumínio 1100 (exterior) | Ambientes offshore, marinhos e de elevada corrosão |
| De alta frequência | Com uma resistência de banda de barbatanas, soldada a tubos (ligação metalúrgica) | ≤ 450°C | Aço carbono, aço inoxidável | Refrigeração a gases de alta temperatura, recuperação de calor residual |
| Descalço (sem barbatana) | - Não. | Até 600°C | Como material de tubos | Gás limpo de alta temperatura, vapor, baixa impureza |
Geometria das barbatanas (típica de acordo com a API 661)
| Parâmetro | L-pé / KL / LL | Extrusão | De alta frequência |
|---|---|---|---|
| Altura das barbatanas (acima do tubo OD) | 8 mm 16 mm | 8 mm 16 mm | 8 mm ️ 19 mm |
| Peso das barbatanas (barbatanas por polegada FPI) | 7 115 | 7 11 | 2 ¢ 7 |
| Espessura das barbatanas | 0.25 mm 0.5 mm | Integral (equivalente a 0,4 mm) | 0.8 mm 3.2 mm |
| Proporção de área de superfície (estendida / nua) | 10 ¢ 23 | 10 ¢ 20 | 6 ¢ 15 |
Consideração da resistência da ligação de barbatanas
Para os tipos de barbatanas de tensão (L-foot, KL-foot, LL-foot), a ligação mecânica entre a barbatanha e o tubo introduz resistência térmica ao contacto.
Para temperaturas do lado do tubo superiores a 120 °C, um valor de condutividade de ligação de 2.000 W/m2K é tipicamente aplicado para novos feixes.
Os feixes em serviço podem ter condutividade de ligação reduzida devido ao ciclo térmico; uma área de superfície adicional de 3% ∼ 30% é frequentemente incluída no projeto (dependendo da temperatura de operação e do tipo de ligação).
As barbatanas extrudidas e as barbatanas soldadas de alta frequência não apresentam resistência à ligação. A barbatanha é integrada ou ligada metalurgicamente, proporcionando um contacto térmico total.
Folhas de tubos
Localização: extremidades da frente (entrada) e traseira (saída) do feixe
Espessura: 15 mm ∼ 80 mm, por ASME VIII-1 / TEMA RCB-4.3
Material: aço carbono, aço inoxidável ou revestido de aço
Tolerância de diâmetro do orifício: H11 em conformidade com a norma ISO 286 (por exemplo, Ø25,2 mm +0,13/0)
Revestimento de buracos: Ra ≤ 1,6 μm para juntas expandidas; Ra ≤ 3,2 μm para juntas soldadas
Retenção de tubos: os tubos são expandidos, soldados ou combinados (soldados + expandidos) em folhas de tubos
Caixas de cabeçalho (manifold de entrada / saída)
Tipos de acordo com a API 661:
Cabeçalho de enchufe (enchufe com roscas ou parafusos) para acesso a tubos; pressão baixa a média
Cabeçalho da placa de cobertura ️ cobertura com parafusos completos para acesso completo ao tubo; utilizado no serviço de incrustação
Cabeça do colector de tubos ¥ construção soldada; alta pressão, sem acesso a tubos
Construção: secção transversal retangular ou redonda; conexões em flanges de acordo com a norma ASME B16.5 / B16.47
Partidas de passagem: defletores internos para configurar passagens simples, duas ou quatro do lado do tubo
Pressão nominal de projeto: 0,1 MPa (disponível a medida)
Conexões de drenagem e ventilação: acessórios NPT roscados ou soldados por tomada em pontos baixos/elevados
Quadros laterais e luvas de elevação
Quadro estrutural: canal de aço ou viga I, concebido para suportar o peso do feixe durante o levantamento, transporte e operação
Ligas de elevação: Soldadas para quadros laterais ou folhas de tubos ‡ com um peso nominal de 2* (fator de segurança)
Pontos de apoio: localizados para minimizar a inclinação do tubo e manter a nivelização do feixe dentro de ±3 mm em todo o comprimento
| Parâmetro | Intervalo típico | Notas |
|---|---|---|
| Velocidade da face do ar (aproximação) | 1.5 ️ 4,0 m/s | Selecionado com base na potência do ventilador e nos limites de ruído |
| Velocidade da massa do ar (através do feixe) | 2 6 kg/m2·s | Baseado na área livre entre os tubos e as barbatanas |
| HTC convectivo do lado do ar (equivalente de tubo nu) | 30 120 W/m2·K | Depende da geometria das barbatanas, velocidade e material |
| Eficiência das barbatanas | 40% ∼ 90% | Calculado por métodos normalizados (Kern / ESDU) |
| HTC global (ar para tubo, referenciado na área nua) | 15 ¢ 60 W/m2·K | Típico para os feixes de barbatanas ACHE |
| Caída de pressão do lado do ar (em todo o conjunto) | 100 ¢ 300 Pa | Per API 661 limite de projeto; ventilador selecionado em conformidade |
| Temperatura ambiente de projeto | -40°C a +55°C | Baseado em dados meteorológicos do local |
| Área da face do pacote por unidade | 10 m2 | Estabelecimento de uma zona única; as tarifas maiores utilizam zonas múltiplas |
Preparação de tubos: Tubos cortados ao comprimento, extremidades biseladas (se soldados), OD e espessura da parede verificadas.
Aplicação de nadadeiras: barbatanas ligadas a tubos por tipo especificado (enrolamento, extrusão ou soldagem) ¢ parâmetros de processo registados (tensão, temperatura, corrente de soldagem, pressão de rolamento).
Perforação de chapas de tubos: Perforação CNC de folhas de tubos até à tolerância H11; abertura e limpeza de furos.
Inserção de tubos: Tubos inseridos através das folhas dos tubos dianteiros e traseiros.
Conexões de tubos a folhasExpanso (hidráulico ou em rolos), soldado ou combinado ¢ por tipo de articulação.
Anexo da caixa de cabeçalho: cabeçalhos soldados ou parafusados a folhas de tubos; divisórias de passagem instaladas.
Montagem do quadro lateral: Suportes estruturais e braços de elevação fixados.
Ensaios hidrostáticos: Ensaio completo testado a uma pressão de projecto de 1,3 * do lado do tubo, de acordo com a norma ASME VIII-1 UG-99.
Pintura e revestimento: Superfícies externas (quadros e cabeçotes de aço carbono) sabotadas a Sa2.5, revestido com epoxi rico em zinco e acabado com revestimento superior de poliuretano, com espessura mínima da película seca de 250 μm.
Inspecção dimensional
| Ponto | Tolerância | Método |
|---|---|---|
| Dose excedentária do tubo | ± 0,11 mm | Micrômetro (amostra) |
| Altura das barbatanas | ±0,5 mm | Calibre / modelo |
| Peso da barbatana | ±0,2 mm por 100 mm de comprimento | Modelo / óptico |
| Comprimento total do pacote | ± 1,5 mm | Faixa de medição / laser |
| Padrão de buracos na folha do tubo | Por desenho | CMM / comparador óptico |
| Orientação da flange da cabeça | De acordo com a norma ASME B16.5 | Modelo / protractor |
Exame não destrutivo (NDE)
| Exame | Método | Área de aplicação | Aceitação |
|---|---|---|---|
| Soluções de tubos a folhas | PT (penetrante líquido) | 100% (se for soldado) | Sem rachaduras, porosidade ≤ 0,8 mm |
| Soluções de pinhas (soldadas por HF) | Visão + PT (amostra) | 100% visual; 5% PT | Sem rachaduras, sem barbatanas soltas |
| Soldas de cabeçalho | RT ou UT | De acordo com a norma ASME VIII-1 UW-51 / UW-52 | Por código |
| Condição interna do tubo | Borescópio | 5% de tubos (aleatório) | Sem arranhões > 0,1 mm, sem bloqueios |
Ensaio hidrostático (lado do tubo)
Pressão de ensaio: 1,3 * pressão de projecto * (S na temperatura de ensaio / S na temperatura de projecto) por ASME VIII-1 UG-99
Meio de ensaio: Água limpa com inibidor da corrosão (cloreto ≤ 50 ppm para aço inoxidável)
Tempo de espera: ≥ 30 minutos
Aceitação: queda de pressão zero; sem vazamento visível de juntas de tubos, cabeçalhos ou plugues
Ensaio de fugas pneumáticas (se especificado)
Pressão de ensaio: 0,6 MPa de ar ou nitrogénio
Detecção de fugas: aplicação de bolhas de sabão em todas as juntas e soldas
Aceitação: Não existem bolhas; taxa de fuga ≤ 1*10−5 Pa·m3/s por método de orifício equivalente
Compressor Intercooler / Aftershooler
Fluido do lado do tubo: ar comprimido ou gás natural (após compressão)
Temperatura do lado do tubo: entrada 120°C - 180°C, saída 40°C - 60°C
Pressão: 0,5 ∼ 10,0 MPa
Material do tubo: aço carbono (ar) / 304L (gás natural com CO2/H2O)
Tipo de barbatanas: L-foot (≤ 150°C) ou KL-foot (150~180°C)
Geometria das barbatanas: parede OD 25,4 mm * 2,0 mm; altura das barbatanas 12,5 mm; 10 FPI
Linhas do pacote: 4 ∼ 6 linhas
Velocidade da superfície do ar: 2,5 ∼ 3,5 m/s
ΔP do lado do ar: ≤ 200 Pa
Condensador a céu aberto da refinaria
Fluido do lado do tubo: vapor de hidrocarbonetos + vapor (destilação superior)
Temperatura do lado do tubo: entrada 100°C ∼ 150°C (condensamento), saída 40°C ∼ 60°C
Pressão: 0,1 ∼ 0,5 MPa (vazio a quase atmosférico)
Material do tubo: aço carbono (não corrosivo) ou 316L (acido)
Tipo de barbatanas: L-foot ou KL-foot (Al 1100) for H2S service, extrudido com tubo 316L
Geometria da barbatana: OD 25,4 mm * 2,0 mm; altura da barbatana 12,5 mm; 10 FPI
Linhas de conjunto: 4 linhas; inclinadas 1:50 em direção à saída para drenagem de líquido
Refrigerador a gás natural (depois de desidratação ou compressão)
Fluido do lado do tubo: Gás natural tratado
Temperatura do lado do tubo: entrada 60°C ∼ 100°C, saída 30°C ∼ 45°C
Pressão: 4,0 ∼ 10,0 MPa
Material do tubo: 316L ou Duplex 2205 (se estiverem presentes cloretos)
Tipo de barbatanas: Extrudadas (exterior de Al 1100) para protecção contra a corrosão no litoral/costa
Geometria da barbatana: OD 19,05 mm * 2,0 mm; altura da barbatana 12,5 mm; 10 FPI
Linhas de conjunto: 2 3 linhas (baixa queda de pressão)
Velocidade da superfície do ar: 2,0 ∼ 2,5 m/s
ΔP do lado do ar: ≤ 150 Pa
Condensador de vapor refrigerado a ar (ACC)
Fluido do lado do tubo: vapor (excesso da turbina) condensando-se em água, em vácuo
Temperatura do lado do tubo: entrada 60°C ∼ 100°C, saída 35°C ∼ 45°C
Pressão: vácuo (10 50 kPa absoluto) ‡ projecto de pressão externa de acordo com a norma ASME VIII-1 UG-28
Material do tubo: aço carbono (galvanizado ou revestido) ou aço inoxidável (se for amônia/cloretos)
Tipo de barbatanas: Soldadas a alta frequência (ligação metalúrgica)
Geometria dos tubos: tubos elípticos ou ovais planos (reduzindo o ΔP do lado do ar) com barbatanas de chapa ou barbatanas soldadas helicoidalmente
Orientação do feixe: A-frame ou V-frame (inclinado 60° para horizontal)
Fluxo de ar: corrente de ar induzida (ventiladores acima)
Características especiais: feixes inclinados 1:80 em direção ao cabeçalho de recolha de condensado; protecção contra congelamento (traçação de vapor ou aquecimento eléctrico para operações no inverno abaixo de 0°C)
A impureza do lado do ar (polvo, pólen, depósitos químicos) aumenta a queda de pressão e reduz a transferência de calor.
O ΔP do lado do ar excede o ΔP de projeto em 30% (por API 661)
Aumento da ΔP no lado do ar alcança 50 Pa acima do início da execução (o que ocorrer primeiro)
Métodos de limpeza:
Lavagem com água: pulverização a baixa pressão (≤ 1,0 MPa) para depósitos solúveis em água
Sopro de ar: ar comprimido (≤ 0,6 MPa) para poeiras soltas secas
Limpeza química: detergente à base de ácido ou alcalino (aprovado para barbatanas de alumínio; evitar soluções altamente alcalinas)
Limpeza do lado dos tubos: não é mecanicamente viável num conjunto fixo (os tubos não podem ser removidos individualmente).ou utilização de sistemas de fixação em linha (para tubos de diâmetro maior com curvas lisas).
Certificados de ensaio de materiais (EN 10204 3.1 ou 3.2) √ tubos, barbatanas, folhas de tubos, cabeçalhos, aço estrutural
Ficha de dados preenchida da API 661 (ou da ISO 13706)
Ficha de dados TEMA (classe R/B se aplicável)
Relatório de dados do carimbo em U ASME (se aplicável)
Relatório de inspecção dimensional ( comprimento do feixe, disposição do buraco da chapa do tubo, geometria das barbatanas, DSO do tubo)
Parâmetros do processo de fixação das barbatanas (tensão de enrolamento, pressão de extrusão, corrente de soldagem)
Relatório de ensaio hidrostático (com registo do gráfico de pressão)
Relatório do ensaio de vazamento pneumático (se realizado)
Relatórios de EQM: PT, UT, RT tal como realizados
Especificação do procedimento de solda (WPS) e registo de qualificação (PQR) para soldas tubo-tubo e de cabeçalho
Desenho do feixe de tubos conforme construído com a contagem de tubos, a configuração de passagem, as dimensões do cabeçalho e as posições do suporte de elevação
Especificação da pintura/revestimento e relatório de verificação da espessura
Instruções de limpeza e manutenção (se solicitadas)
Tipo ACHE ¢ Corrente forçada / Corrente induzida / Quadro A / Quadro V / Horizontal
Orientação do feixe Horizontal / Inclinado (ângulo)
Material e dimensão do tubo (OD, espessura da parede)
Tipo de barbatanas L-foot / KL / LL / extrudido / soldado por HF / nu
Material e geometria das barbatanas (altura, inclinação/FPI, espessura)
Pressão e temperatura de projecto do lado do tubo
Composição do fluido do lado do tubo (corrosividade, cloretos, H2S)
Queda de pressão admissível no lado do tubo
Temperatura da entrada de ar (projeto de verão)
Velocidade da face do ar ou fluxo total de ar
Diminuição de pressão admissível no lado do ar (normalmente 100 ∼ 300 Pa)
Tipo de cabeçalho Plug / Cover-plate / Pipe manifold
Número de passes no lado do tubo 1 / 2 / 4
Número de tubos e disposição dos tubos (por compartimento existente ou novo)
Requisitos de protecção contra a corrosão (revestimento, galvanização ou materiais especiais de barbatanas/tubos)
Protecção contra congelamento (para serviço ACC) Provisões de rastreamento de vapor, aquecimento elétrico ou recirculação
Restrições de elevação e transporte (peso e dimensões máximas)
Normas aplicáveis: API 661 / ISO 13706 / TEMA / Especificação do cliente
O feixe de tubos com barbatanas está sujeito às seguintes limitações inerentes:
É projetado apenas para a pressão e temperatura especificadas no lado do tubo; a operação fora destes limites anula o projeto.
O desempenho do lado do ar depende da temperatura do ar ambiente e da impureza; a capacidade de arrefecimento diminui com o aumento da temperatura ambiente.
A limpeza do lado dos tubos não é mecanicamente viável num conjunto fixo, sendo necessária uma limpeza química ou um pigging on-line para os serviços de incrustação.
A impureza do lado do ar aumenta a queda de pressão e reduz a transferência de calor; devem ser mantidos programas regulares de limpeza.
Para os feixes de barbatanas que operam em condições de congelamento, deve ser prevista uma proteção adequada contra congelamento (inclinação, drenagem e aquecimento) para os serviços de condensação.
A temperatura máxima da ponta da barbatana não deve exceder os limites específicos do material (por exemplo, L-foot ≤ 150°C; extrudido ≤ 230°C; soldado a HF ≤ 450°C).
Para o serviço de ciclos térmicos (> 500 ciclos/ano), não são recomendados tipos de barbatanas de enrolamento por tensão (L, KL, LL) ¢ utilizar barbatanas extrudidas ou soldados por HF.
O feixe deve ser instalado numa estrutura de suporte nivelada; um desalinhamento excessivo provoca distorção da folha do tubo e vazamento da articulação.
Para pressões extremamente elevadas no lado do tubo (> 10,0 MPa) ou vácuo extremo, consulte o design personalizado do cabeçalho e da folha do tubo.
