TEMA/ASME Intercambiador de calor de horquilla
El intercambiador de calor de horquilla es una configuración de tipo caparazón y tubo que consiste en un paquete de tubos en forma de U encerrado dentro de un caparazón que incluye una carcasa de curva de retorno en un extremo.El líquido del lado de la concha entra en la cabeza delanteraEl fluido del lado del tubo entra a través de la lámina del tubo frontal, pasa a través de los tubos U,y vuelve a través de la misma lámina de tuboEsta disposición produce un flujo de contracorriente de un solo paso entre los fluidos del lado del tubo y del lado de la cáscara.
Este producto está diseñado y fabricado de acuerdo con TEMA (clase C, B o R) y ASME Sección VIII División 1 o División 2, con los materiales aplicables seleccionados por ASME Sección II.
Tipos de construcción
Las partes de las máquinas de la categoría 85 incluidas en el anexo 1 del Reglamento (CE) n.o 765/2008 se clasifican en el anexo 2 del presente Reglamento.
- Tubo: tubo único sin costura o soldado (OD 20 mm a 114 mm), concéntrico dentro de un tubo de cáscara más grande
- Concha: tubo único (DN50 a DN200) que sirve como límite de presión exterior
- Aplicación: áreas de trabajo pequeñas (1 a 20 m2), servicios de alta presión (lado del tubo hasta 35 MPa), fluidos limpios en ambos lados
- Inspección: acceso completo a la superficie interna del tubo desde la lámina delantera del tubo; el lado de la cáscara se puede inspeccionar mediante una cubierta de curva de retorno extraíble
El número de unidades de producción de las máquinas de la categoría M1 es el número de unidades de producción de las máquinas de la categoría M2.
- Grupo de tubos: Múltiples tubos (4 a 200+) dispuestos en tramo triangular o cuadrado dentro de una cáscara cilíndrica
- Concha: DN80 a DN600, con una carcasa de curva de retorno en el extremo opuesto
- Aplicación: de media a gran capacidad (20 a 500 m2), presión moderada (lado de la cáscara hasta 10 MPa, lado del tubo hasta 20 MPa)
- Soporte de tubos: placas de deflexión o rejillas de soporte completas por TEMA RCB-4.2 (longitud máxima del tubo sin soporte: para el acero al carbono ≤ 36* tubo OD; para el acero inoxidable ≤ 30* tubo OD)
Parámetros geométricos (rango estándar)
| Parámetro |
Tipo de tubería doble |
Tipo de tubo múltiple |
| Diámetro nominal de la cáscara (DN) |
DN50 a DN200 |
DN80 a DN600 |
| Dose excesiva en el tubo |
De 20 mm a 114 mm |
de 12 mm a 38 mm |
| espesor de la pared del tubo |
2.0 mm a 8.0 mm (sin costuras) |
1.5 mm a 3,0 mm (sin costura o soldados) |
| longitud de la pierna recta (por pierna) |
2.0m a 10.0m |
2.0m a 12.0m |
| Radius de la curva en U (línea central) |
R ≥ 2* OD del tubo (min. para la limpieza) |
R ≥ 2* OD en el tubo |
| Número de tubos por paquete |
1 |
4 a más de 200 |
| Tipo de caparazón TEMA |
N/A (dual tubo) |
Enferradura de la horquilla (concha de vuelta) |
Selección del material (por condiciones de servicio)
Opciones de material para tubos
- Acero al carbono (SA-106 Gr.B / SA-210 Gr.A1 / 20#): Agua, aceite, gases no corrosivos; temperatura de -20°C a +425°C
- Acero inoxidable 304/304L (SA-213 TP304L): Fluidos de proceso ligeramente corrosivos, vapor limpio; cloruro ≤ 200 ppm; temperatura de -196°C a +600°C (degradado por encima de 425°C según ASME II-D)
- Acero inoxidable 316/316L (SA-213 TP316L): ácidos orgánicos, soluciones de sal (cloruro ≤ 200 ppm para 316L); temperatura de -196°C a +500°C
- Titanio Gr.2 (SB-338): agua de mar, salmuera, soluciones de cloruro hasta 20.000 ppm; temperatura ≤ 230°C
- Duplex 2205 (SA-789 UNS S32205): hidrocarburos que contienen cloruro, agua de mar; cloruro hasta 300 ppm a 80 °C; temperatura de -40 °C a +280 °C
Opciones de material de cáscara
- Acero al carbono (SA-516 Gr.70): no corrosivo o ligeramente corrosivo en el lado de la cáscara; temperatura de diseño de -20°C a +425°C
- Acero inoxidable 304L / 316L: Medios corrosivos del lado de la cáscara o requisito de alta pureza
- Titanio (para el lado de la cáscara del agua de mar, donde el líquido del lado de la cáscara es el agua de mar)
Materiales de las juntas (por rango de temperatura)
- No asbestoso / fibra comprimida: -40°C a +250°C, presión ≤ 4,0 MPa
- Vendizaje en espiral (SS 304/316 + grafito): -196°C a +450°C, presión ≤ 25 MPa (flanca de doble tubería)
- Junta de envolvente de PTFE: -40 °C a +200 °C, para servicios farmacéuticos o corrosivos donde la contaminación es limitada
Rango de funcionamiento (no exagerado)
| Parámetro |
Tipo de tubería doble |
Tipo de tubo múltiple |
| Presión de diseño (lado del tubo) |
Hasta 35 MPa (ASME VIII-2) |
Hasta 20 MPa |
| Presión de diseño (lado de la carcasa) |
Hasta 10 MPa |
Hasta 10 MPa (estándar); más por diseño especial |
| Temperatura de diseño (lado del tubo) |
-40°C a +500°C (dependiendo del material) |
Desde -196°C hasta +500°C (dependiendo del material) |
| Temperatura de diseño (lado de la cáscara) |
-40°C a +450°C (dependiendo del material) |
-40°C a +450°C (dependiendo del material) |
| Duración de las pruebas de ensayo |
No hay límite fijo (extremo libre del envase en U) |
No hay límite fijo (extremo libre del envase en U) |
| Velocidad máxima del lado del tubo (agua) |
3.0 m/s (acero al carbono), 4,5 m/s (titanio) |
2.5 m/s (acero al carbono), 4.0 m/s (titanio) |
| Velocidad máxima del lado de la carcasa |
1.5 m/s (corrosivo), 3,0 m/s (limpio) |
1.0 m/s (corrosivo), 2,5 m/s (limpio) |
Parámetros de diseño de flujo y térmico
Flujo por el lado del tubo
- Paso único (todos los tubos comparten la misma entrada y salida en la lámina delantera del tubo)
- Rango de velocidad de masa del lado del tubo: 300 a 2500 kg/m2*s (para agua); inferior para fluidos viscosos
- Objetivo del número de Reynolds: ≥ 10.000 (turbulento) para el servicio limpio; ≥ 4.000 para los fluidos viscosos
Flujo del lado de la cáscara
- Paso único (entra con la cabeza delantera, atraviesa la pierna recta, retrocede en la curva de regreso, atraviesa la segunda pierna, sale con la cabeza delantera)
- Rango de velocidad de masa del lado de la cáscara: 50 a 500 kg/m2*s (gas), 200 a 1.500 kg/m2*s (líquido)
- Porcentaje de corte de los deflectores (si se utilizan deflectores segmentales): del 20% al 30% del diámetro de la cáscara
- Espaciado entre deflectores: determinado según TEMA RCB-4.2 - longitud máxima del tubo sin soporte no superior a 36* tubo OD para el acero al carbono; el espaciado seleccionado para mantener la velocidad de flujo cruzado y evitar la vibración del tubo.Rango de espaciamiento típico: ID de la carcasa de 0,2* a ID de la carcasa de 0,5*.
Factor de corrección LMTD
Para la configuración de paso único de contracorriente verdadera, F = 1,0 según las normas TEMA (sin limitación cruzada de temperatura).
Temperatura de aproximación
Método práctico mínimo: de 3°C a 5°C (limitado por la superficie disponible y la NTU; el valor real alcanzable depende de la caída de presión especificada y de las propiedades del fluido,no garantizado sin simulación de procesos).
Parámetros de fabricación y soldadura
Las demás articulaciones de tubería a tubería
- Junta expandida: expansión hidráulica a 160-220 MPa, mantenimiento de 5 a 8 segundos. Requisito de prueba de extracción (por TEMA RCB-4.3): ≥ 20 MPa para tubos de acero al carbono; ≥ 25 MPa para acero inoxidable.
- Junta soldada: soldadura sellada (pierna de filete de 1,5 a 2,0 mm) más penetración completa (para servicio tóxico/alta presión).
- Combinado (saldadura + expansión): se utiliza para el servicio de temperatura cíclica (ciclo térmico > 100 ciclos) y alta presión (lado del tubo > 10 MPa).
Soldadura de la carcasa de la curva de retorno
- Capa de retorno de la carcasa: soldadura de fondo de penetración completa (si la tapa es permanente) o cubierta de pernos con junta de cuerda en espiral (si se puede quitar).
- Las soldaduras internas: inspección visual al 100% (VT) + ensayo de penetración (PT) en las soldaduras críticas de filete (según la norma ASME VIII-1 UW-50).
Tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT)
Se exige según la norma ASME VIII-1 UCS-56 cuando:
- Acero al carbono con espesor de la cáscara > 38 mm (P-no.1, grupo 1/2) para piezas soldadas a presión
- espesor del material del tubo > 19 mm (en el caso del acero inoxidable, se especifica el recocido de solución después de la soldadura en lugar de PWHT)
- El servicio contiene H2S húmedo (según la NACE MR0175 / ISO 15156) - PWHT a 620 ± 10 °C durante 1 hora por cada 25 mm de espesor, un mínimo de 1 hora.
Inspección y ensayo (por unidad)
Verificación de las dimensiones
- Tolerancia general de longitud de las patas: ±3 mm (para patas rectas) por TEMA RCB-8
- Tolerancia del radio del centro de la curva en U: ±1,5 mm para R ≤ 500 mm; ±3 mm para R > 500 mm
- La distancia entre el deflector y la placa de soporte: ±1,5 mm
- Desviación del ligamento del orificio del tubo: ≤ ± 0,2 mm del dibujo
Examen no destructivo
- Las juntas entre tubos y láminas: 100% de penetración líquida (PT) para soldaduras de sello (por ASME VIII-1 UW-51)
- Las costuras longitudinales y circunferenciales de la cáscara: radiografía puntual (RT) según la norma ASME VIII-1 UW-52 (o radiografía completa si se especifica)
- Soldadura de filetes con carcasa de curva de retorno: partícula magnética 100% (MT) para el acero al carbono / PT para el acero inoxidable
- Inspección interna del tubo: verificación por borescopo de la rectitud y del paso (sin tubos bloqueados) - aprobada si el 100% de los tubos aceptan una bola de ancho 0,5 mm menor que el tubo ID.
Pruebas de presión
- Prueba hidrostática (agua): presión de ensayo = 1,3 * presión de diseño * (tensión mínima admisible a temperatura de ensayo / a temperatura de diseño), según ASME VIII-1 UG-99.No hay fugas visibles ni caída de presión.
- Prueba neumática (opcional, para servicio en seco o con gas): presión de ensayo = 1,1 * presión de diseño. Aire comprimido o nitrógeno. Verificación de burbujas de jabón en todas las juntas.La velocidad de fuga no deberá exceder de 1*10−5 Pa*m3/s por método de orificio equivalente (por el apéndice VI de la norma ASME).
Acceso para limpieza y mantenimiento
Limpieza del lado del tubo
- Limpieza mecánica: el limpiaparabrisas o el cepillo pasan a través de toda la longitud del tubo a través de la curva en U. El radio mínimo de curva en U R ≥ 2 * del tubo OD requerido por TEMA RCB-4.52 para el paso del cepillo. Los cepillos estándar de OD 0.Se recomienda el uso de 8* tubos ID.
Limpieza del lado de la cáscara
- Limpieza química únicamente de las horquillas fijas (la cubierta de la curva de retorno se puede quitar pero no tirar).interior de la curva de retorno no accesible por raspadores mecánicos.
- Si el factor de incrustación del lado de la cáscara es > 0,0005 m2*K/W (por tabla TEMA), se recomienda utilizar una cabeza flotante de tracción o un intercambiador de cáscara recta de tubo en U en lugar de una horquilla.frecuencia del ciclo de limpieza química basada en el aumento de la caída de presión: limpio cuando la ΔP del lado de la cáscara exceda la ΔP de diseño en un 30% o cuando el aumento de la ΔP alcance 50 kPa (lo que ocurra primero).
Documentación proporcionada por envío
- El informe de datos de sello en U ASME (si procede)
- Certificados de ensayo de materiales (EN 10204 3.1 o 3.2)
- Especificación del procedimiento de soldadura (WPS) y registro de cualificación del procedimiento (PQR)
- Informe de ensayo de presión con registro de la tabla
- Informe de inspección dimensional
- Dibujo del haz de tubos (construido)
- Informe de ECM (PT/MT/RT/UT según corresponda)
Declaración de límites de diseño
El intercambiador de horquilla no es aplicable a:
- Fluidos del lado de la cáscara con un contenido de sólidos > 5% en peso,o incrustación fibrosa que requiere la extracción mecánica del haz para la limpieza - porque el haz de la horquilla está fijo y no se puede tirar a través de la carcasa de la curva de retorno.
- Shell-side mass flow rates exceeding the equivalent of 500 kg/s through DN600 shell - due to single shell pass causing pressure drop exceeding the typical 50-80 kPa design limit (per TEMA allowable pressure drop guideline).
- Servicio de vacío muy alto en el lado de la cáscara (< 1 kPa absoluto) - la carcasa de la curva de retorno puede requerir anillos de endurecimiento adicionales según la norma ASME VIII-1 UG-29 para evitar el colapso bajo presión externa;Consultar el diseño.
Ingreso de dimensionamiento requerido para la cotización
Para proporcionar un diseño térmico y mecánico preliminar, presentar los siguientes datos de proceso:
- Nombre y composición del fluido del lado del tubo (en caso de mezcla)
- Nombre y composición del fluido del lado de la cáscara
- Temperaturas de entrada/salida del lado del tubo
- Temperaturas de entrada y salida del lado de la cáscara
- Caída de presión admisible en el lado del tubo
- Caída de presión admisible en el lado de la cáscara
- Presión de funcionamiento del lado del tubo
- Presión de funcionamiento del lado de la cáscara
- Impresión máxima disponible (longitud recta de las piernas, espacio para la cabeza)
- Factores de incrustación (lado del tubo y lado de la cáscara), si se conocen; en caso contrario, se aplicarán los valores estándar TEMA
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