Trocador de Calor de Tubo e Casco Pequeno | Compacto / Montado em Skid | Tubo Fixo / Tubo em U | Materiais: CS / 304 / 316L / Ti
Visão Geral – Trocador de Calor Compacto de Tubo e Casco
Um trocador de calor de tubo e casco pequeno é uma unidade de transferência de calor compacta projetada para aplicações de baixo a moderado desempenho, onde o espaço de instalação, tempo de instalação e custo de capital são limitados. Os diâmetros típicos do casco variam de DN100 a DN500, com áreas de transferência de calor de 1 m² a 50 m² por unidade.
Este produto é projetado e fabricado de acordo com TEMA Classe C ou B, ASME Seção VIII Divisão 1 e GB/T 151. É adequado para resfriamento de processo, condicionamento de amostras, resfriamento de óleo hidráulico, amostragem de vapor, serviço de planta piloto e sistemas auxiliares em plantas maiores.
Aplicações Típicas
| Aplicação | Fluido do Lado do Tubo | Fluido do Lado do Casco | Desempenho Típico |
|---|---|---|---|
| Resfriador de óleo hidráulico | Óleo hidráulico | Água de resfriamento | 5 – 50 kW |
| Resfriador de amostra | Amostra de processo | Água de resfriamento | 1 – 10 kW |
| Amostragem de vapor | Vapor / condensado | Água de resfriamento | 2 – 20 kW |
| Reator de planta piloto | Fluido de processo | Meio de aquecimento ou resfriamento | 5 – 100 kW |
| Resfriador de óleo de compressor | Óleo lubrificante | Água de resfriamento | 10 – 80 kW |
| Resfriador auxiliar de óleo lubrificante | Óleo lubrificante de turbina | Água de resfriamento | 20 – 150 kW |
| Linha de dosagem química | Solução química | Fluido de resfriamento ou aquecimento | 1 – 30 kW |
Tipos de Construção
Tubo Fixo (TEMA L / M / N)
Tubos fixos em ambas as extremidades em espelhos de tubo estacionários
Casco e espelhos de tubo soldados ou aparafusados
Adequado para fluidos limpos do lado do casco e diferencial de temperatura moderado
Menor custo e construção mais simples
Tubo em U (TEMA U)
Tubos dobrados em forma de U, ambas as extremidades fixadas a um único espelho de tubo
Tubos se expandem livremente, acomodando grande diferencial de temperatura
Feixe removível para limpeza do lado do casco
Adequado para alto diferencial de temperatura e lado do tubo de alta pressão
Cabeça Flutuante (TEMA P / S / T)
Um espelho de tubo fixo, um flutuante
Feixe totalmente removível para limpeza mecânica em ambos os lados
Adequado para serviço de incrustação e grande diferencial de temperatura
Custo mais alto do que tubo fixo ou em U
Parâmetros de Projeto
| Parâmetro | Faixa | Observação |
|---|---|---|
| Diâmetro do casco | DN100 – DN500 | Pegada compacta |
| OD do tubo | 12,7 mm – 25,4 mm | OD menor para maior pressão |
| Espessura da parede do tubo | 1,0 mm – 2,5 mm | Por ASME VIII-1 UG-27 |
| Comprimento do tubo | 500 mm – 3.000 mm | Limitado por transporte e manuseio |
| Área de transferência de calor | 1 m² – 50 m² | Por unidade |
| Pressão de projeto (lado do tubo) | Até 4,0 MPa | Maior disponível por projeto especial |
| Pressão de projeto (lado do casco) | Até 2,5 MPa | Maior disponível por projeto especial |
| Temperatura de projeto | -20°C a +400°C | Dependente do material |
| Passo do tubo | 1,25 × – 1,5 × OD do tubo | Arranjo triangular ou quadrado |
| Número de passagens de tubo | 1, 2 ou 4 | Por projeto térmico |
| Número de passagens de casco | 1 ou 2 | Por projeto térmico |
Seleção de Materiais
Materiais do Tubo e do Espelho do Tubo
| Material | Especificação | Faixa de Temperatura | Aplicação |
|---|---|---|---|
| Aço carbono | SA-179 / SA-106 Gr.B | -20°C a +425°C | Água, óleo, vapor, fluidos limpos |
| Aço inoxidável 304 / 304L | ASTM A213 | -196°C a +400°C | Fluidos levemente corrosivos, vapor limpo |
| Aço inoxidável 316 / 316L | ASTM A213 | -196°C a +400°C | Ácidos orgânicos, soluções salinas, cloretos ≤ 200 ppm |
| Titânio Gr.2 | ASTM B338 | -40°C a +230°C | Água do mar, salmoura, serviço com alto teor de cloreto |
Materiais do Casco
Aço carbono SA-516 Gr.70 para fluidos não corrosivos do lado do casco
Aço inoxidável 304L / 316L para fluidos corrosivos do lado do casco
O material do casco pode diferir do material do tubo para otimizar o custo
Materiais de Gaxeta
| Tipo de Gaxeta | Faixa de Temperatura | Limite de Pressão | Aplicação |
|---|---|---|---|
| Fibra não amianto | -40°C a +250°C | ≤ 4,0 MPa | Serviço geral |
| Espiral (SS + grafite) | -196°C a +450°C | ≤ 10,0 MPa | Alta temperatura e pressão |
| Envelope de PTFE | -40°C a +200°C | ≤ 2,0 MPa | Serviço corrosivo e de alta pureza |
Parâmetros de Projeto Térmico
| Parâmetro | Faixa Típica | Observação |
|---|---|---|
| Coeficiente global de transferência de calor (água-água) | 800 – 1.500 W/m²·K | Depende da velocidade e incrustação |
| Coeficiente global de transferência de calor (óleo-água) | 200 – 600 W/m²·K | Depende da viscosidade do óleo |
| Coeficiente global de transferência de calor (vapor-água) | 1.000 – 2.500 W/m²·K | Depende da qualidade do vapor |
| Velocidade do lado do tubo (líquido) | 0,5 – 2,5 m/s | Velocidade mais alta aumenta o HTC, mas também a queda de pressão |
| Velocidade do lado do casco (líquido) | 0,3 – 1,5 m/s | Limitado pela queda de pressão permitida |
| Queda de pressão permitida no lado do tubo | 20 – 50 kPa | Por requisito da aplicação |
| Queda de pressão permitida no lado do casco | 20 – 50 kPa | Por requisito da aplicação |
| Fator de incrustação (água) | 0,0001 – 0,0003 m²·K/W | Por tabela TEMA |
| Fator de incrustação (óleo) | 0,0002 – 0,0005 m²·K/W | Por tabela TEMA |
Configurações Padrão
Tubo Fixo – Tampa Aparafusada
Casco: Tubo sem costura ou chapa enrolada
Espelho do tubo: Aparafusado entre a flange do casco e a flange do canal
Canal: Tampa aparafusada com conexões flangeadas
Conexões: Rosca NPT ou flangeada conforme ASME B16.5
Aplicação típica: Água de resfriamento, óleo lubrificante, resfriamento de amostra
Tubo em U – Feixe Removível
Casco: Tubo sem costura com fechamento flangeado em uma extremidade
Espelho do tubo: Espelho de tubo estacionário único
Feixe: Removível para limpeza do lado do casco
Conexões: Flangeada conforme ASME B16.5
Aplicação típica: Alto diferencial de temperatura, serviço de vapor
Unidade Montada em Skid
Trocador de calor montado em um skid de aço estrutural com tubulações, válvulas e instrumentação
Inclui: Manômetros de temperatura, manômetros de pressão, indicadores de fluxo e válvulas de controle conforme necessário
Dimensões do skid: Tipicamente 1,0 m × 0,8 m a 2,5 m × 1,5 m
Olhais de içamento fornecidos para transporte e instalação
Aplicação típica: Planta piloto, sistemas auxiliares, locais remotos
Fabricação e Inspeção
Junta Tubo-Espelho do Tubo
Apenas expandido: Expansão hidráulica a 160 – 200 MPa, mantida por 5 – 8 segundos
Apenas soldado: Solda de filete GTAW, perna de 1,5 – 2,0 mm
Solda + expansão: Solda de vedação mais expansão para serviço cíclico
100% de teste penetrante em juntas soldadas
Teste de extração no primeiro artigo, alvo ≥ 20 MPa para aço carbono
Teste Hidrostático
Pressão de teste: 1,3 × pressão de projeto conforme ASME VIII-1 UG-99
Tempo de retenção: ≥ 30 minutos
Aceitação: Queda de pressão zero e sem vazamento visível
Meio de teste: Água limpa com inibidor de corrosão
Verificação Dimensional
Diâmetro e comprimento do casco
Padrão de furos do espelho do tubo
Orientação e projeção do bico
Dimensões gerais e localização do olhal de içamento
Documentação por Envio
Certificados de teste de material conforme EN 10204 3.1 ou 3.2
Folha de dados TEMA preenchida conforme projeto
Relatório de inspeção dimensional
Relatório de teste hidrostático com gráfico de pressão
Relatórios NDE para PT e RT conforme realizado
Especificação de procedimento de soldagem e registro de qualificação de procedimento
Desenho as-built
Manual de operação e manutenção
Lista de Verificação de Seleção – Trocador de Calor Pequeno de Tubo e Casco
Nomes dos fluidos do lado do tubo e do lado do casco
Temperaturas de entrada e saída para ambos os lados
Pressão de projeto para ambos os lados
Temperatura de projeto para ambos os lados
Potência térmica necessária em kW
Queda de pressão permitida para ambos os lados
Preferência de material para tubos e casco
Preferência de tipo TEMA: tubo fixo, tubo em U ou cabeça flutuante
Tipo de conexão: roscada ou flangeada
Montagem: Autônoma ou montada em skid
Requisitos de instrumentação
Padrão aplicável: TEMA, ASME VIII-1 ou GB/T 151
Declaração de Limitação de Projeto – Trocador de Calor Pequeno de Tubo e Casco
O trocador de calor pequeno de tubo e casco está sujeito às seguintes limitações:
Ele é projetado apenas para a pressão e temperatura especificadas. A operação fora desses limites anula o projeto.
O projeto de tubo fixo pode exigir uma junta de expansão se o diferencial de temperatura entre os tubos e o casco exceder 60°C para aço carbono ou 40°C para aço inoxidável.
Conteúdo de sólidos no lado do tubo acima de 2% em peso não é recomendado sem filtração a montante.
A limpeza mecânica do lado do tubo requer tubos retos e acesso a ambas as faces dos espelhos dos tubos. Feixes de tubos em U não podem ser limpos mecanicamente dentro dos tubos.
Para serviço de incrustação, um projeto de cabeça flutuante ou tubo em U com feixe removível é recomendado.
A água do hidrojateamento para aço inoxidável deve ter teor de cloreto ≤ 50 ppm para evitar trincas por corrosão sob tensão.
Unidades montadas em skid requerem uma base nivelada e acesso adequado para manutenção.
