Una placa de tubos es el componente principal que contiene presión de un intercambiador de calor de carcasa y tubos que separa el fluido del lado de los tubos del fluido del lado de la carcasa y proporciona soporte estructural para el haz de tubos. Es una placa circular plana perforada con un patrón de orificios para aceptar tubos, que luego se expanden, sueldan o ambas cosas para formar la unión de tubo a placa de tubos.
La placa tubular funciona como:
Un límite de presión entre el lado del tubo y el lado de la carcasa (debe resistir la mayor de las dos presiones o la presión diferencial)
Un soporte estructural para el haz de tubos (transmite las cargas del tubo a la brida de la carcasa)
Un distribuidor de flujo (las boquillas de entrada/salida dirigen el fluido a filas de tubos específicas)
Este producto está diseñado y fabricado según ASME Sección VIII División 1 o División 2, TEMA Clase R (refinería), B (químico) o C (comercial) y GB/T 151 para aplicaciones domésticas. Las placas tubulares se suministran como placas forjadas o laminadas independientes, o como parte de un conjunto de haz de tubos completo.
La placa tubular está soldada o atornillada directamente a la carcasa en ambos extremos.
Los tubos se fijan en ambas placas de tubos; la carcasa es integral con las placas tubulares
Compensación de expansión térmica: Requiere junta de expansión en el armazón cuando ΔT entre el tubo y el armazón excede lo permitido (típicamente > 60°C para acero al carbono; > 40°C para acero inoxidable)
Aplicación: Fluidos limpios del lado de la carcasa, pequeña diferencia de temperatura, servicio sin incrustaciones
Limitación: La limpieza del lado de la carcasa no es posible sin retirar el paquete completo; sin acceso de limpieza mecánica en el lado de la carcasa
Una placa tubular está fijada (estacionaria) a la brida del armazón; el otro puede moverse libremente (flotar) para adaptarse a la expansión térmica
La placa de tubos flotantes no está soldada a la carcasa; permite el movimiento axial del haz
Aplicación: Gran diferencial de temperatura (ΔT > 60 °C), servicio de incrustaciones que requiere eliminación del paquete
Limitación: Requiere una disposición de sellado adicional (cubierta de cabezal flotante), lo que aumenta el costo y la complejidad del mantenimiento.
La placa de un solo tubo soporta ambos extremos de los tubos en forma de U
Todos los tubos están doblados en forma de U y ambos extremos del tubo están enrollados/soldados en la misma placa tubular.
Sin expansión térmica diferencial entre los tubos y la carcasa: cada tubo se expande de forma independiente
Aplicación: Alto diferencial térmico (ΔT hasta 200°C), servicio de gas a alta presión, servicio de hidrógeno, choque térmico
Limitación: Los tubos no se pueden limpiar mecánicamente (sólo limpieza química); El radio mínimo de curvatura en U limita la selección del diámetro exterior del tubo.
| Parámetro | Rango | Estándar / Nota |
|---|---|---|
| Diámetro (DE) | 200 mm – 4000 mm | Limitado por la capacidad de forjado/laminado y el transporte. |
| Espesor | 15 mm – 350 mm | Determinado por ASME VIII-1 UG-34 / TEMA RCB-4.3 |
| Diámetro del círculo de pernos | Combina con brida de carcasa o brida de canal | Según ASME B16.5/B16.47 |
| Número de agujeros para tornillos | Coincide con el estándar de brida | Según ASME/TEMA |
| Diámetro del agujero del perno | Diámetro del perno + 1,5 mm – 3,0 mm de espacio libre | Por estándar de brida |
| Superficie de asiento de la junta | Cara elevada (RF) o junta tipo anillo (RTJ) | Según ASME B16.5 |
| Parámetro | Rango | Estándar / Nota |
|---|---|---|
| Diámetro del agujero | Tubo OD + 0,2 mm – 0,5 mm (para juntas expandidas) | Según TEMA RCB-4.3 / GB/T 151 |
| Tolerancia del diámetro del agujero | H11 (p. ej., Ø25,2 mm +0,13/0) | Según la norma ISO 286 / TEMA |
| Acabado del agujero (Ra) | ≤ 1,6μm (expandido) / ≤ 3,2μm (soldado) | Para expansión: un acabado más fino garantiza resistencia a la extracción |
| Ancho del ligamento (puente) | Diámetro mínimo del orificio de 0,8* | Según ASME VIII-1 Apéndice A: previene la rotura de ligamentos |
| Desviación del ligamento del dibujo. | ≤ ±0,2 mm | Según TEMA RCB-4.3 |
| Perpendicularidad del agujero a la superficie | ≤ 0,5° | Previene la desalineación del tubo durante la inserción. |
| Patrón | Descripción | Solicitud |
|---|---|---|
| Triangular (30° o 60°) | Tubos dispuestos en triángulos equiláteros. | Densidad máxima del tubo; mayor superficie de transferencia de calor por sección transversal de la carcasa |
| Cuadrado (90°) | Tubos dispuestos en filas rectas, perpendiculares. | Permite el acceso de limpieza mecánica (varilla/cepillo) a través de carriles tubulares. |
| Cuadrado girado (45°) | Patrón cuadrado girado 45° | Mayor densidad de tubo que el cuadrado; acceso de limpieza moderado |
Paso triangular: 1,25* – 1,5* diámetro exterior del tubo (mínimo)
Paso cuadrado: 1,5* – 2,0* diámetro exterior del tubo (mínimo)
Tolerancia de paso: ±0,5 mm (orificios adyacentes) / ±1,0 mm (acumulación de paso general)
| Calificación | Especulación | Rango de temperatura | Solicitud |
|---|---|---|---|
| SA-516 Gr.60 / 65 / 70 | ASTM A516 | -20°C a +425°C | Servicio general de recipientes a presión: fluidos no corrosivos del lado del tubo |
| SA-266 Gr.2 / 3 / 4 | ASTM A266 | -20°C a +425°C | Placas de tubos forjados para servicio de alta presión |
| Q345R/16MnR | ES 713 | -20°C a +400°C | Norma nacional equivalente a SA-516 |
| 20# / 16Mn | ES 711 | -20°C a +400°C | Placas tubulares forjadas o laminadas |
| Calificación | Especulación | Rango de temperatura | Solicitud |
|---|---|---|---|
| SA-387 Gr.11 (1,25Cr-0,5Mo) | ASTM A387 | -20°C a +540°C | Temperatura elevada (hidrocraqueo, hidrotratamiento) – servicio de cloruro/H₂S |
| SA-387 Gr.22 (2,25Cr-1Mo) | ASTM A387 | -20°C a +540°C | Servicio de mayor temperatura (reformado catalítico, síntesis de amoníaco) |
| SA-336 Gr.F11/F22 | ASTM A336 | -20°C a +540°C | Placas de tubos forjados para servicio a alta temperatura |
| Calificación | Especulación | Rango de temperatura | Límite de cloruro | Solicitud |
|---|---|---|---|---|
| 304L / 304 | ASTM A240/A182 | -196°C a +425°C | ≤ 200 ppm | Ligeramente corrosivo, vapor limpio, alimentario/farmacéutico. |
| 316L / 316 | ASTM A240/A182 | -196°C a +425°C | ≤ 200 ppm | Ácidos orgánicos, soluciones salinas, cloruros (moderados) |
| 321 / 347H | ASTM A240/A182 | -196°C a +540°C | ≤ 200 ppm | Servicio a alta temperatura (> 425°C) – grados estabilizados |
| Dúplex 2205 | ASTM A240/A182 | -40°C a +280°C | ≤ 300 ppm a 80°C | Hidrocarburos que contienen cloruros, costa afuera |
| Súper Dúplex 2507 | ASTM A240/A182 | -40°C a +250°C | ≤ 500 ppm a 60°C | Servicio de cloruro severo, agua de mar |
| Calificación | Especulación | Rango de temperatura | Solicitud |
|---|---|---|---|
| Titanio Gr.2 | ASTM B265/B381 | -40°C a +230°C | Servicio de agua de mar, salmuera y alto contenido de cloruro. |
| Aleación 625 (Inconel) | ASTM B443/B564 | -196°C a +540°C | Gas ácido, corrosivo a alta temperatura, unidades de amina |
| Aleación C276 (Hastelloy) | ASTM B575/B564 | -196°C a +400°C | Servicio severo de ácido y cloruro |
| Cobre-níquel C70600 | ASTM B171 | -40°C a +200°C | Agua de refrigeración marina, agua salobre |
Para servicio corrosivo, la placa del tubo se puede suministrar con una capa de aleación resistente a la corrosión (CRA) revestida o superpuesta con soldadura en la superficie orientada al proceso. Los métodos de revestimiento incluyen:
Placa revestida adherida por explosión: Material base (CS) + capa de CRA unida metalúrgicamente mediante detonación explosiva
Placa revestida laminada: Laminado en caliente bajo presión para formar un vínculo entre CS y CRA
Recubrimiento de soldadura (revestimiento de tiras): Material CRA depositado sobre la superficie CS en tiras superpuestas
soldadura de mantequilla: Capa de CRA aplicada a la superficie de la placa tubular mediante soldadura y luego mecanizada en plano
| Parámetro | Rango / Valor | Estándar / Nota |
|---|---|---|
| material de revestimiento | 304L / 316L / Dúplex / Ti / Aleación 625 / Aleación C276 | Corrosividad del fluido por proceso |
| Espesor del revestimiento | 2 mm – 6 mm (mínimo 3 mm según ASME VIII-1 UW-13) | Espesor del revestimiento excluido del cálculo de presión a menos que esté completamente adherido |
| Resistencia al corte de unión (unida por explosión) | ≥ 140MPa | Según ASTM B898 |
| Unión del área revestida | ≥ 99% del área adherida | Parches individuales no adheridos ≤ 100 mm²; total ≤ 1% |
| Espesor de la capa de soldadura | 3 mm – 6 mm mínimo | Medido después del mecanizado hasta la superficie final |
| Acabado superficial después del revestimiento. | Ra ≤ 1,6μm (para juntas expandidas) / Ra ≤ 3,2μm (para juntas soldadas) | Por tema |
El espesor mínimo requerido de una placa tubular se calcula según ASME VIII-1 Apéndice A o TEMA RCB-4.3. Fórmulas simplificadas para dimensionamiento preliminar:
t = F * (P * D) / (2 * S * E – 0,2 * P) * C (corrección para la eficiencia del ligamento del orificio del tubo)
Donde: F = factor de diseño (típicamente 1,0 – 1,5 dependiendo del tipo de unión de tubo a placa de tubos), P = presión de diseño (mayor del lado del tubo o del lado de la carcasa, o diferencial), D = diámetro de la placa de tubos, S = tensión permitida a la temperatura de diseño, E = eficiencia del ligamento (área del ligamento / área de paso total)
Eficiencia del ligamento η = (p – d) / p (para paso triangular), donde p = paso, d = diámetro del agujero
t = d * raíz cuadrada (C * P / S * E)
Donde: d = diámetro de la placa tubular (para placas circulares), C = factor de restricción del borde (0,3 – 0,5 dependiendo de la condición del soporte)
Para juntas de tubos expandidos: Espesor mínimo de la placa del tubo ≥ 1,5* diámetro exterior del tubo o ≥ diámetro exterior del tubo + 20 mm (lo que sea mayor)
Para juntas de tubos soldados: Espesor mínimo ≥ 1,0* diámetro exterior del tubo o ≥ 20 mm (lo que sea mayor)
Para combinado (soldar + expandir): Espesor mínimo ≥ tubo OD + 15 mm
| Método | Tolerancia | Aplicación típica |
|---|---|---|
| Perforación CNC | ±0,05 mm – ±0,10 mm | Patrones de múltiples orificios de alta precisión, placas de tubos grandes |
| Perforación radial | ±0,1 mm – ±0,2 mm | Fabricación convencional, tolerancias moderadas. |
| Perforación con pistola | ±0,025 mm | Orificios profundos (> 5* diámetro), alta precisión |
| Perforación láser | ±0,02 mm | Placas de tubos finos (≤ 20 mm) |
Para juntas expandidas: acabado de la superficie del orificio Ra ≤ 1,6 μm: garantiza una fricción adecuada para el agarre mecánico
Para uniones soldadas: Acabado de la superficie del orificio Ra ≤ 3,2 μm – menos estricto; La fusión de soldadura requiere limpieza.
Para uniones combinadas: Ra ≤ 1,6μm (parte de expansión) / Ra ≤ 3,2μm (área de soldadura)
Desbarbado: Todos los orificios deben desbarbarse en ambas caras; las rebabas provocan dificultades en la inserción del tubo y defectos en las juntas.
Limpieza del orificio: soplado de aire comprimido o lavado con solvente para eliminar virutas y residuos de líquido de corte
Se verifica el diámetro del 100 % de los orificios con calibre de tapón (GO/NOGO): el calibre GO debe pasar; El ancho de vía NOGO no debe pasar
100% de los orificios comprobados para las dimensiones del ligamento (puente) – tolerancia ±0,2 mm
Muestra (5%) de orificios verificados para determinar el acabado de la superficie por comparador: comparación visual con el estándar
Comprobación de la perpendicularidad del orificio: indicador de cuadrante en la cara de la placa del tubo: desviación máxima ≤ 0,5°
| Tipo de junta | Método | Fuerza de extracción (mín.) | Servicio aplicable | Inspección |
|---|---|---|---|---|
| Sólo ampliado | Expansión hidráulica a 160–220 MPa, mantener de 5 a 8 s; o expansión de rodillos | ≥ 20 MPa (CS) / ≥ 25 MPa (SS) | Fluidos limpios, no tóxicos y no cíclicos. | Hidrotest + prueba de extracción del primer artículo |
| Soldado únicamente (soldadura de sello) | Soldadura de filete GTAW (TIG), tramo de 1,5 a 2,0 mm | N/A (retención mecánica únicamente por soldadura) | Gas a alta presión, servicio de hidrógeno, fluidos tóxicos. | 100 % PT según ASME VIII-1 UW-51 |
| Soldar + expandir (combinado) | Soldadura de sello + expansión hidráulica a 160–200 MPa | ≥ 25MPa | Térmico cíclico (> 500 ciclos/año), alta presión, tóxico | 100% PT + hidrotest + prueba de extracción |
| Soldado (penetración total) | Soldadura de penetración total GTAW, unión completa | ≥ 30MPa | Presión extrema (> 15 MPa), hidrógeno, alto factor de seguridad | 100% PT + 100% RT (spot) |
| Examen | Método | Alcance | Criterios de aceptación (según ASME VIII-1) |
|---|---|---|---|
| Laminación (placa) | UT (haz recto) | 100% del área de la placa (antes de perforar) | Laminaciones ≤ 20 mm² por 100 cm²; sin laminación de bordes |
| Grietas superficiales | PT (líquido penetrante) | 100% de la cara perforada + superficie de revestimiento | Sin grietas; porosidad ≤ 0,8 mm; sin porosidad agrupada |
| Integridad de la unión revestida (si está revestida) | UT (escaneo de ondas de corte/enlace) | 100% de la superficie revestida | Sin delaminación > 20 mm; sin indicaciones agrupadas |
| Condición de la pared del agujero | Boroscopio (visual) | 5% – 10% de los agujeros (aleatorios) | Sin hendiduras ni rayones > 0,1 mm de profundidad |
| Soldadura de lámina de tubo a carcasa (si está soldada) | RT/MT/PT | Por UW-51 (completo) o UW-52 (spot) | Según ASME VIII-1 UW-51 / UW-52 |
| Parámetro | Tolerancia | Método |
|---|---|---|
| Diámetro del agujero (DI) | H11 según ISO 286 (p. ej., Ø25,2 mm +0,13/0) | Calibre de tapón/micrómetro de diámetro interior |
| Desviación del ligamento del agujero (puente) | ≤ ±0,2 mm | Comparador óptico / CMM |
| Acumulación de brea (más de 1 m de luz) | ≤ ±1,0 mm | CMM / comparador óptico |
| Planitud de la cara de la placa tubular | ≤ 1 mm por 1.000 mm de diámetro | Indicador de cuadrante / regla |
| Rugosidad de la superficie (revestida o CS) | Ra ≤ 1,6μm (expandido) / ≤ 3,2μm (soldado) | Comparador de superficies / perfilómetro |
| Variación del espesor total | ±3% del espesor nominal | Micrómetro (en 5 puntos) |
| Diámetro del círculo del agujero del perno | Según estándar de brida ASME B16.5 | Plantilla / CMM |
| Alineación de orificios para pernos | ≤ 1,0 mm de desviación del dibujo | Plantilla / CMM |
Si la placa de tubos se suministra como un componente independiente (no ensamblada en la carcasa), la prueba hidrostática generalmente se realiza después del ensamblaje del intercambiador de calor completo. Sin embargo, se realizan las siguientes comprobaciones intermedias:
Prueba de fugas en los orificios del tubo: aplique aire a baja presión (0,2 MPa) a cada orificio (con el tubo falso insertado) – compruebe si hay fugas con burbujas de jabón – aceptación: sin burbujas
Para placas de tubos revestidos: hidroprueba ligera (0,5 MPa) en la superficie revestida – comprobar si hay ampollas o delaminación en el revestimiento – aceptación: sin ampollas visibles
Prueba de presión del orificio del perno (para placas de tubos conectadas con bridas): Verificación de la integridad del orificio del perno: no hay fugas desde el orificio del perno al orificio del tubo con aire a 0,6 MPa
Certificados de prueba de materiales (EN 10204 3.1 o 3.2): placa base, material de revestimiento, materiales de relleno
Informe de datos del sello ASME U (si corresponde), incluidos los cálculos de diseño
Hoja de datos de TEMA (Clase R/B/C) – si corresponde
Informe de inspección dimensional (diámetro del orificio, paso, desviación del ligamento, planitud, espesor)
Informes NDE: UT (laminación), UT (unión revestida), PT (superficie), boroscopio
Informe de prueba de resistencia al corte de unión del revestimiento (si está revestido, adherido por explosión o por laminación)
Informe de acabado de la superficie del orificio del tubo (registros perfilómetros: muestra del 5 % de los orificios)
Especificación del procedimiento de soldadura (WPS) y registro de calificación (PQR): si se aplica una superposición de soldadura revestida o soldaduras de lámina de tubo a carcasa
Cuadro de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT), si se realiza (registro de tiempo y temperatura)
Dibujo (tal como está construido): con coordenadas, paso y dimensiones del patrón de orificios
Al solicitar una placa tubular (nueva, de repuesto o de repuesto), proporcione:
Tipo de placa de tubo– Fijo / Flotante / Tubo en U
ID de Shell e ID de canal– determina el diámetro de la placa tubular
Recuento de tubos y patrón de disposición de los tubos.– Triangular / Cuadrado / Cuadrado girado
Diámetro exterior del tubo y espesor de pared– determina el diámetro y el paso del agujero
Paso del tubo(distancia de centro a centro) – según TEMA o GB/T 151
Diámetro del orificio del tubo– Tolerancia H11 según ISO 286
Tipo de unión de tubo a placa tubular– Expandido / Soldado / Combinado / Penetración total
Espesor de la chapa del tubo– según ASME VIII-1 Apéndice A o TEMA RCB-4.3
Material de la hoja de tubo– CS / SS / Dúplex / Ti / Aleación (sólida o revestida)
Requisito de revestimiento(si corresponde) – material, espesor, método (unido por explosión/unido por rodillo/recubrimiento por soldadura)
Presión de diseño– lado del tubo y lado de la carcasa (especificar también la presión diferencial)
Temperatura de diseño– lado del tubo y lado de la carcasa
Tipo de conexión de brida– RF (cara elevada) o RTJ (junta tipo anillo) – si la placa del tubo tiene bridas
Estándar de perforación de bridas– ASME B16.5 / B16.47 o HG/T 20615
Requisito PWHT– basado en el espesor del material y el servicio (según UCS-56)
Requisito de ECM– según ASME VIII-1 o especificación del proyecto
Tratamiento superficial(si es necesario) – decapado / pasivado / recubrimiento / electropulido
La placa tubular como producto independiente está sujeta a las siguientes limitaciones:
No está clasificado para presión interna hasta que se ensambla con la carcasa, los tubos y las bridas; se aplica la clasificación completa del recipiente.
Debe coincidir con el patrón de pernos de la brida de la carcasa y la superficie de asiento de la junta; Los orificios para pernos o el perfil de la junta que no coinciden impedirán el sellado adecuado.
Para placas tubulares revestidas, la temperatura de servicio está limitada por la temperatura de servicio máxima más baja del material base o del material de revestimiento (p. ej., base CS + revestimiento de Ti → máx. 230 °C debido al límite de Ti).
No apto para fluidos del lado del tubo o del lado de la carcasa que excedan la resistencia a la corrosión del grado de material seleccionado; verifique con la tabla de selección
No apto para ciclos térmicos que excedan el límite de fatiga de la unión de tubo a placa de tubos (las uniones solo expandidas están limitadas a < 500 ciclos/año; las uniones combinadas se recomiendan para > 500 ciclos/año)
Para diámetros muy grandes (> 3000 mm) o secciones muy gruesas (> 300 mm), la disponibilidad de placas forjadas o revestidas en rollo puede ser limitada; consulte al fabricante para conocer los plazos de entrega.
Las placas tubulares con revestimiento soldado requieren un PWHT cuidadoso para evitar el agrietamiento por hidrógeno en el material base y la sensibilización en el revestimiento (para el revestimiento de acero inoxidable, es posible que se requiera recocido por solución después de la soldadura)
