Tubo de haz de enfriador de aire | Tiro forzado / inducido | Marco en A / Marco en V / Horizontal | Colector de tapón / placa de cubierta / tubería | Materiales de tubo: AC / AI / Ti / Dúplex | Temperatura -40 °C a +450 °C | Presión hasta 10,0 MPa | Según API 661 / ISO 13706
Descripción general – Haz de tubos de enfriador de aire como unidad de reemplazo independiente
Un haz de tubos de enfriador de aire es el núcleo de transferencia de calor de un intercambiador de calor enfriado por aire (ACHE). Consiste en filas de tubos lisos o aletados, asegurados por placas tubulares en cada extremo, con cajas de colector (colectores de entrada y salida) acopladas para distribuir el fluido de proceso a través de los tubos. El haz se instala dentro de una bahía estructural, con ventiladores axiales o centrífugos que fuerzan o extraen aire ambiente a través de la superficie externa del tubo.
Este producto está diseñado y fabricado según API 661 (Intercambiadores de calor enfriados por aire para servicio general de refinería), ISO 13706 y TEMA Clase R o B, cuando corresponda. Se suministra como un haz de reemplazo, un haz de repuesto o como un haz nuevo para una nueva bahía de ACHE.
Tipos de ACHE – Configuración del ventilador y orientación del haz
Los siguientes tipos de enfriadores de aire definen la configuración de instalación del haz y la disposición del ventilador. El haz en sí es el mismo conjunto central, pero la orientación, la estructura de soporte y la dirección del flujo de aire varían.
ACHE de tiro forzado
Los ventiladores se encuentran debajo del haz de tubos, empujando el aire hacia arriba a través del haz
Distribución del aire: Flujo de aire uniforme a través de la cara del haz debido al plenum del ventilador
Mantenimiento: Componentes del ventilador y de la transmisión accesibles a nivel del suelo o de la plataforma
Orientación del haz: Horizontal (tubos horizontales, flujo de aire verticalmente hacia arriba)
Aplicación típica: Enfriamiento de procesos generales de refinería, enfriadores intermedios de compresores
Ventaja: Menor costo de instalación, mantenimiento más fácil del ventilador
Limitación: Riesgo de recirculación de aire caliente si no se instalan muros cortavientos; el calor del ventilador aumenta la temperatura del aire de entrada
ACHE de tiro inducido
Los ventiladores se encuentran encima del haz de tubos, extrayendo aire hacia arriba a través del haz
Distribución del aire: La cámara de plenum sobre el haz asegura una succión uniforme
Mantenimiento: Componentes del ventilador y de la transmisión en una plataforma elevada – requiere plataforma de acceso
Orientación del haz: Horizontal (tubos horizontales, flujo de aire verticalmente hacia arriba)
Aplicación típica: Condensadores de vapor (ACC), servicios de alta temperatura, grandes unidades de refinería
Ventaja: Mejor distribución del aire; menos recirculación; protege el haz de la precipitación
Limitación: Mayor costo de instalación; acceso al ventilador en altura; mayor altura de la chimenea del ventilador
ACHE de marco en A
El haz consta de dos haces de tubos planos dispuestos en forma de V invertida (vértice en la parte superior)
Los ventiladores se encuentran debajo del vértice, soplando aire hacia arriba a través de ambos haces inclinados
Orientación del haz: Inclinado (típicamente de 30° a 60° desde la horizontal)
Aplicación típica: Condensadores de vapor enfriados por aire (ACC) en centrales eléctricas, grandes unidades petroquímicas
Ventaja: Reduce la huella para grandes áreas de bahía; proporciona drenaje de condensado por gravedad (tubos inclinados)
Limitación: Estructura de soporte más compleja; se requiere un mayor volumen de plenum
ACHE de marco en V
El haz consta de dos haces de tubos planos dispuestos en forma de V (vértice en la parte inferior)
Los ventiladores se encuentran encima del vértice, extrayendo aire hacia arriba a través de ambos haces inclinados
Orientación del haz: Inclinado (típicamente de 30° a 60° desde la horizontal)
Aplicación típica: Condensadores de vapor donde se prefiere el tiro inducido para protección contra heladas
Ventaja: Misma reducción de huella que el marco en A; el condensado drena a un colector inferior
Limitación: Ventilador y transmisión en altura; tuberías de colector más complejas
ACHE horizontal (un haz por bahía)
Un solo haz de tubos planos instalado horizontalmente
Ventiladores debajo (tiro forzado) o arriba (tiro inducido)
Orientación del haz: Horizontal (inclinación de 0°)
Aplicación típica: Enfriamiento general de procesos, enfriamiento de gas, condensación de hidrocarburos
Ventaja: Construcción más simple; reemplazo y acceso de mantenimiento del haz más fáciles
Limitación: Requiere un área de parcela más grande para grandes capacidades (se requieren más bahías)
Construcción del haz – Componentes principales
Tubos
Tipos de tubo: Tubo liso (bajo ensuciamiento, gas a baja temperatura) o tubo aletado (para HTC bajo en el lado del aire)
Diámetro exterior del tubo (liso / base): 15,88 mm – 50,8 mm (5/8" a 2")
Espesor de pared del tubo: 1,2 mm – 5,0 mm (sin costura o soldado)
Longitud del tubo (entre placas tubulares): 2,0 m – 12,0 m según el estándar API 661
Paso del tubo (centro a centro):
Transversal (a través del flujo de aire): 1,5× – 2,5× diámetro exterior del tubo
Longitudinal (a lo largo del flujo de aire): 1,5× – 2,5× diámetro exterior del tubo
Disposición de los tubos: Escalada (triangular) o en línea (cuadrada) – la escalada proporciona un HTC más alto en el lado del aire; la en línea permite una limpieza más fácil.
Placas tubulares
Ubicación: Extremos delantero (entrada) y trasero (salida) del haz
Espesor: 15 mm – 80 mm (seleccionado según la presión del lado del tubo y la carga de la junta tubo-placa tubular)
Tolerancia del diámetro del agujero: H11 según ISO 286 (por ejemplo, Ø25,2 mm +0,13/0)
Acabado del agujero: Ra ≤ 1,6 µm para juntas expandidas; Ra ≤ 3,2 µm para juntas solo soldadas
Material: Acero al carbono, acero inoxidable revestido o acero inoxidable macizo – coincidente con la corrosividad del fluido del lado del tubo y la presión de operación
Retención del tubo: Los tubos se expanden (hidráulica o rodillo), se sueldan (sello de soldadura) o se combinan (soldadura + expansión) en las placas tubulares
Cajas de colector (Colectores de entrada / salida)
Selección del tipo (según API 661):
Colector de tapón – tapones roscados o atornillados extraíbles para acceso al tubo; adecuado para servicio limpio y baja presión
Colector de placa de cubierta – placa de cubierta atornillada para acceso completo al tubo; recomendado para servicio con ensuciamiento donde se requiere limpieza del tubo
Colector de tubería – conexiones de tubería soldadas; utilizado para alta presión o donde no se requiere acceso al tubo
Construcción de la caja del colector:
Sección transversal rectangular o redonda
Conexiones bridadas según ASME B16.5 o B16.47 (cuello de soldadura o deslizante)
Particiones de paso (deflectores internos) para configurar la ruta de flujo del lado del tubo (uno, dos o cuatro pasos)
Clasificación de presión de diseño: Coincidente con la presión de diseño del lado del tubo (0,1 – 10,0 MPa)
Conexiones de drenaje y ventilación: Conexiones roscadas NPT o de soldadura por encaje en puntos bajos/altos
Bastidores laterales y soportes
Marco estructural: Construcción de canal de acero o viga en I para soportar el peso del haz durante la elevación y operación
Orejetas de elevación: Soldadas a los bastidores laterales o placas tubulares – clasificadas para el peso del haz x 2,0 factor de seguridad
Puntos de soporte: Ubicados para minimizar la caída del tubo y mantener la nivelación del haz dentro de ±3 mm a lo largo de la longitud del haz
Tipos de aletas – Para haces de tubos de enfriador de aire
Los siguientes tipos de fijación de aletas están disponibles para haces de tubos de enfriador de aire. La selección se basa en la temperatura del lado del tubo, la corrosividad atmosférica y el ciclo térmico.
| Tipo de aleta | Temp. máx. | Material de la aleta | Aplicación |
|---|---|---|---|
| Pie en L (enrollado a tensión) | ≤ 150 °C | Al 1100 | Enfriamiento de gas a baja temperatura, enfriadores intermedios |
| Pie en L (estriado) | ≤ 320 °C | Al 1100 | Gas de proceso a temperatura media, posenfriadores |
| Pie en L (superpuesto) | ≤ 177 °C | Al 1100 o Cu | Atmósfera corrosiva, servicio costero |
| Extruido (bimetálico) | ≤ 230 °C | Exterior de Al 1100 | Atmósfera marina, costa afuera, alta corrosión |
| Soldado de alta frecuencia | ≤ 450 °C | AC o AI | Enfriamiento de gas a alta temperatura, recuperación de calor residual |
| Tubo liso (sin aleta) | Hasta 600 °C | Como material del tubo | Gas limpio a alta temperatura, vapor, bajo ensuciamiento |
Configuración del colector – Impacto en el reemplazo del haz
Al pedir un haz de reemplazo, la configuración del colector debe coincidir con las tuberías de la bahía existente y los requisitos de acceso al tubo.
| Tipo de colector | Acceso al tubo | Capacidad de presión | Servicio típico |
|---|---|---|---|
| Colector de tapón (tapones roscados) | Limitado – extracción de tapón individual; el tapón puede ser difícil de extraer en servicio | Hasta 2,0 MPa (estándar) / hasta 5,0 MPa con tapón atornillado | Servicio limpio a baja presión, no corrosivo |
| Colector de tapón (tapones atornillados) | Fácil – extracción de tapón atornillado para limpieza del tubo | Hasta 5,0 MPa | Servicio limpio o ligeramente incrustante a media presión |
| Colector de placa de cubierta | Acceso completo – se retira toda la cubierta para limpieza mecánica de todos los tubos | Hasta 5,0 MPa | Servicio con ensuciamiento, donde se programa la limpieza del tubo |
| Colector de tubería | Sin acceso al tubo – construcción soldada | Hasta 10,0 MPa | Servicio de gas o líquido a alta presión, no se requiere limpieza |
Configuración de pasos del lado del tubo
El número de pasos del lado del tubo se determina por la caída de presión admisible del lado del tubo y el coeficiente de transferencia de calor requerido:
Un paso – ΔP más bajo del lado del tubo; adecuado para servicios de alto flujo y baja caída de presión
Dos pasos – ΔP moderado; proporciona mayor velocidad del lado del tubo para un mejor HTC
Cuatro pasos – ΔP más alto; se utiliza cuando el HTC del lado del tubo limita el rendimiento general y hay caída de presión disponible
Las particiones de paso dentro de las cajas de colector dirigen el flujo de entrada a salida. El número de filas de tubos también se ve afectado por la disposición de los pasos:
Para un paso: filas de tubos = tubos totales / número de tubos por fila (distribución uniforme)
Para múltiples pasos: las particiones de paso dividen el haz de tubos en grupos iguales
Selección de materiales – Tubo, Placa tubular y Colector
Opciones de material de tubo (según API 661)
| Material | Rango de temperatura | Límite de cloruro | Aplicación |
|---|---|---|---|
| Acero al carbono SA-179 / 106 Gr.B | -20 °C a +425 °C | N/A | Agua, aceite, hidrocarburos limpios |
| Acero inoxidable 304L / 316L | -196 °C a +600 °C | ≤ 200 ppm | Fluidos de proceso corrosivos, vapor limpio |
| Dúplex 2205 | -40 °C a +280 °C | ≤ 300 ppm a 80 °C | Fluidos que contienen cloruro, costa afuera |
| Titanio Gr.2 | -40 °C a +230 °C | Hasta 20.000 ppm | Enfriamiento con agua de mar, servicio de salmuera |
| Cobre-níquel C70600 | -40 °C a +200 °C | < 500 ppm | Agua de enfriamiento marina, agua salobre |
Opciones de material de placa tubular y colector
Acero al carbono SA-516 Gr.70 – servicio no corrosivo del lado del tubo
Revestido de acero inoxidable (316L o 304L sobre AC) – servicio corrosivo con alta presión; espesor del revestimiento ≥ 3 mm según ASME VIII-1 UW-13
Acero inoxidable macizo 304L / 316L – servicio totalmente corrosivo, sin soporte de acero al carbono
Dúplex macizo / titanio – para servicio severo con cloruro o servicio costa afuera
El material de la caja del colector generalmente coincide con el material de la placa tubular para evitar la corrosión galvánica en juntas atornilladas o soldadas. Para colectores de acero al carbono en servicio corrosivo, se aplica un recubrimiento interno (epoxi o fenólico) según API 661.
Parámetros de fabricación – Control de proceso
Taladrado de placas tubulares
Tamaño de la broca: Controlado a tolerancia H11 según ISO 286
Acabado del agujero: Ra ≤ 1,6 µm para juntas expandidas; Ra ≤ 3,2 µm para juntas soldadas
Desviación del ligamento (pared entre agujeros): ≤ ±0,2 mm del dibujo
Limpieza de agujeros: Se eliminan los escombros y se inspeccionan los agujeros en busca de rebabas y virutas antes de la inserción del tubo
Expansión de tubos (Hidráulica)
Presión de expansión: 160 – 220 MPa (hidráulica) o expansión por rodillo (mecánica) con rodillo calibrado
Profundidad de expansión: Mínimo 1,5× diámetro exterior del tubo o 2× espesor de pared del tubo en la placa tubular
Tiempo de retención de la expansión: 5 – 8 segundos (hidráulica)
Verificación del calibre post-expansión: 100% de los tubos aceptan una bola calibre 0,5 mm más pequeña que el diámetro interior del tubo
Verificación de la resistencia a la tracción: Prueba de tracción del primer artículo por haz – objetivo ≥ 20 MPa (AC) / ≥ 25 MPa (AI)
Soldadura tubo-placa tubular (si se especifica)
Proceso de soldadura: GTAW (TIG) – automático o manual
Tipo de soldadura: Soldadura de filete (sello) o soldadura de penetración completa (para servicio tóxico/alta presión)
Altura de la pata del filete: 1,5 mm – 2,0 mm para soldadura de sello
Penetración completa: Penetración de la raíz de la soldadura ≥ 0,5 mm en la pared del tubo
Inspección: 100% de penetrante líquido (PT) según ASME VIII-1 UW-51 – aceptación: sin grietas ni porosidad
Procedimiento de soldadura: Calificado según ASME Sección IX con PQR y WPS
Fabricación de la caja del colector
Caja del colector (entrada/salida) – construcción de acero soldado con conexiones bridadas ASME B16.5
Dimensiones de la caja del colector coincidentes con el patrón de placas tubulares del haz (recuento de tubos y disposición)
Particiones de paso (deflectores internos) soldadas al interior de la caja del colector – material y procedimiento de soldadura coincidentes con el material del colector
Conexiones de drenaje y ventilación: Accesorios roscados NPT o de soldadura por encaje
Ensamblaje y elevación del haz
Tubos insertados desde un extremo y expandidos/soldados en las placas tubulares
Deflectores o soportes de tubos (si se requieren) instalados a espaciado especificado
Bastidores laterales y orejetas de elevación acoplados para soportar el peso del haz
Prueba de elevación del haz (si se requiere): Elevar el haz a 1,1× el peso del haz – verificado por el fabricante antes del envío
Parámetros operativos – Clasificación del haz de tubos de enfriador de aire
| Parámetro | Rango | Notas |
|---|---|---|
| Presión de diseño del lado del tubo | Vacío (–0,1 MPa) a 10,0 MPa | Presión más alta según diseño especial |
| Temperatura de diseño del lado del tubo | -40 °C a +450 °C | Dependiente del material; más alta con tubo liso / aleación de alta temperatura |
| Temperatura de entrada del lado del aire (ambiente) | -40 °C a +55 °C | Base de diseño API 661 |
| Velocidad de entrada de aire (aproximación) | 1,5 – 4,0 m/s | Seleccionado en función de la potencia del ventilador y los límites de ruido |
| Caída de presión del lado del aire | 100 – 300 Pa | A través del haz; ventilador seleccionado para superar esto |
| Velocidad del fluido del lado del tubo (líquido) | 1,5 – 4,5 m/s | Límite de velocidad de erosión según TEMA / API 661 |
| Velocidad del fluido del lado del tubo (gas) | 10 – 30 m/s | Limitado por caída de presión y vibración |
| Área de cara del haz por unidad | 10 – 200 m² | Estándar por bahía; mayores capacidades usan múltiples bahías |
Pruebas de fugas y pruebas hidrostáticas
Haz de tubos (antes de la instalación del colector)
Juntas tubo-placa tubular: Prueba hidrostática a 1,3 × presión de diseño del lado del tubo (según ASME VIII-1 UG-99) – mantener 30 minutos, caída de presión cero, sin fugas visibles
Después de la prueba: Lado del tubo drenado y secado; agujeros de los tubos inspeccionados en busca de goteo
Caja del colector (ensamblada al haz)
Prueba hidrostática final (haz completo incluyendo colectores): Presión de prueba según UG-99 (solo lado del tubo – el lado de la carcasa está a presión atmosférica)
Medio de prueba: Agua limpia (potable o desmineralizada) – con inhibidor de corrosión para acero al carbono
Duración de la prueba: Mínimo 30 minutos
Aceptación: Caída de presión cero; sin fugas visibles de las juntas de los tubos, soldaduras del colector, conexiones bridadas o tapones
Prueba de fugas neumática (si se especifica)
Se utiliza para servicio de hidrógeno, fluidos tóxicos o donde los residuos de agua no son aceptables
Presión de prueba: 0,6 MPa de aire o nitrógeno
Detección de fugas: Aplicación de burbujas de jabón en todas las juntas y soldaduras
Aceptación: Tasa de fugas ≤ 1×10⁻⁵ Pa·m³/s según el método de orificio equivalente de ASME Apéndice VI
Documentación por envío – Haz de reemplazo
Certificados de prueba de materiales (EN 10204 3.1 o 3.2) – tubos, placas tubulares, colectores, bridas y acero estructural
Hoja de datos API 661 completada (o hoja de datos ISO 13706)
Informe de datos con sello U de ASME (si corresponde)
Hoja de datos TEMA (Clase R o B – si corresponde)
Informe de inspección dimensional (longitud del haz, diseño de agujeros de la placa tubular, diámetro exterior del tubo, altura/paso de aleta si es aletado)
Informe de prueba hidrostática (con registro de gráfico de presión)
Informe de prueba de fugas neumática (si se realizó)
Informes de END (PT / UT / VT según lo realizado)
Especificación del procedimiento de soldadura (WPS) y registro de calificación del procedimiento (PQR) – para soldaduras tubo-placa tubular y soldaduras de colector
Dibujo del haz de tubos tal como se construyó – con recuento de tubos, disposición de pasos de tubos, dimensiones del colector
Especificación de pintura/recubrimiento (si se aplica) – espesor del recubrimiento epoxi/fenólico y certificado de prueba de lote
Lista de verificación de selección – Haz de tubos de enfriador de aire de reemplazo
Al pedir un haz de reemplazo, proporcione lo siguiente para garantizar el ajuste y el rendimiento correctos:
Número de dibujo del haz original (si está disponible)
Número de bahía API 661 y posición del haz (superior, medio, inferior si es multibay)
Recuento de tubos, diámetro exterior del tubo, espesor de pared y longitud (entre placas tubulares)
Paso del tubo (transversal y longitudinal) y disposición del tubo (escalonado o en línea)
Tipo de aleta (si es aletado) – Pie en L / KL / LL / Extruido / soldado por alta frecuencia / tubo liso
Especificación de la aleta (altura, paso/aletas por pulgada, material)
Tipo de colector – Tapón (roscado o atornillado) / Placa de cubierta / Colector de tubería
Tamaño y clasificación de la conexión del colector – clasificación de brida (Clase ASME 150 / 300 / 600) o conexión de soldadura
Configuración de pasos del lado del tubo – un paso / dos pasos / cuatro pasos (con dibujo de partición de paso si está disponible)
Material y espesor de la placa tubular (si se requiere coincidencia exacta)
Presión de diseño y temperatura de diseño (lado del tubo)
Composición del fluido – para verificar la compatibilidad del material
Tolerancia de corrosión requerida (pared del tubo y cara de la placa tubular)
Especificación de pintura/recubrimiento – si se requiere protección contra la corrosión atmosférica
Clasificación y ubicación de las orejetas de elevación (para que coincidan con el equipo de elevación existente)
Puntos de inspección para la recepción (lado del comprador)
Al entregar un haz de reemplazo, verifique lo siguiente antes de la instalación:
Longitud total del haz (entre placas tubulares) – dentro de ±1,5 mm del dibujo
Patrón de agujeros de la placa tubular – recuento de tubos y configuración de partición de paso (coincidir con la caja del colector existente)
Diámetro exterior del tubo, altura/paso de aleta (si es aletado) – dentro de la tolerancia según el dibujo
Orientación de la brida de la caja del colector y alineación de los agujeros de los pernos (coincidir con las boquillas existentes)
Verificación visual de la junta tubo-placa tubular – sin signos de grietas o defectos de soldadura
Registros de prueba hidrostática – verificar presión y tiempo de retención
Orejetas de elevación – verificación visual del tamaño correcto e integridad de la soldadura
Pintura/recubrimiento – verificar espesor (espesor de película seca según especificación), sin puntos desnudos ni agujeros de alfiler
Embalaje del haz – envuelto o embalado en caja para evitar daños durante el transporte y almacenamiento
Directrices de almacenamiento y preservación
Si el haz no se instala inmediatamente después de su recepción:
Almacenar en interiores o bajo cubierta impermeable – proteger de la lluvia, la nieve y la luz solar directa
Almacenar en posición horizontal – sobre soportes en los puntos de elevación especificados por el fabricante para evitar la caída del tubo
Para haces de acero al carbono: Aplicar recubrimiento temporal inhibidor de corrosión (papel VCI, película de aceite o desecante) – según la recomendación del fabricante
Extremos de los tubos y aberturas del colector: Sellados con tapas de plástico o cubiertas bridadas para evitar la entrada de escombros
Inspección antes de la instalación: Retirar las tapas, inspeccionar los extremos de los tubos y el interior del colector en busca de humedad o escombros
Declaración de limitación de diseño – Haz de tubos de enfriador de aire
El haz de tubos de enfriador de aire como producto independiente está sujeto a las siguientes limitaciones:
Debe instalarse en una bahía con geometría coincidente (patrón de agujeros de la placa tubular, configuración de la caja del colector y dimensiones del envolvente del haz)
No está clasificado para presión interna del lado de la carcasa (el lado del aire está a presión atmosférica – no contiene presión interna)
No es adecuado para contenido de sólidos en el lado del tubo > 2% en peso (riesgo de erosión y adelgazamiento de la pared del tubo)
No se puede utilizar con fluidos que sean incompatibles con el material del tubo (validar con la tabla de selección de materiales)
Para presiones muy altas del lado del tubo (> 10,0 MPa), consulte para el diseño de colector personalizado (colector de tubería con soldaduras de penetración completa y placas tubulares de pared gruesa)
