Haz de tubos como conjunto primario de transferencia de calor
Un haz de tubos es el conjunto central de transferencia de calor de un intercambiador de calor de carcasa y tubos. Consta de tubos, placas de tubos, deflectores o placas de soporte, tirantes, espaciadores y componentes asociados. El haz separa el fluido del lado del tubo del fluido del lado de la carcasa y proporciona la superficie de transferencia de calor entre las dos corrientes.
Se puede suministrar un haz de tubos como haz de repuesto, como haz de repuesto o como conjunto completo para intercambiadores de calor nuevos. Está diseñado y fabricado según TEMA Clase C, B o R, ASME Sección VIII División 1 o División 2 y GB/T 151 para aplicaciones domésticas.
Tipos de haces de tubos: clasificación estructural
Paquete de láminas de tubos fijos (TEMA L / M / N)
Los tubos se fijan por ambos extremos en placas tubulares estacionarias. Las placas tubulares están soldadas o atornilladas a la carcasa. La expansión térmica se acomoda mediante una junta de expansión en la carcasa cuando el diferencial de temperatura entre los tubos y la carcasa excede el límite permitido para la combinación de materiales.
Aplicación típica: fluidos limpios del lado de la carcasa, diferencial de temperatura moderado, servicio sin incrustaciones.
Paquete de tubos en U (TEMA U)
Los tubos se doblan en forma de U y ambos extremos se fijan a una sola placa tubular. Cada tubo se expande de forma independiente, por lo que no se requiere junta de expansión de carcasa para grandes diferencias de temperatura.
Aplicación típica: alto diferencial térmico, servicio de gas a alta presión, servicio de hidrógeno, condiciones de choque térmico.
Limitación: los tubos individuales no se pueden limpiar mecánicamente desde el interior; Se requiere limpieza química.
Paquete de cabezal flotante (TEMA P / S / T / W)
Una placa tubular está fija y la otra puede moverse libremente con la expansión térmica. El cabezal trasero es extraíble, lo que permite extraer el paquete para su limpieza mecánica.
Aplicación típica: servicio de incrustaciones severas, gran diferencial de temperatura, alto factor de incrustaciones en el lado de la carcasa.
Componentes principales: especificaciones
tubos
Hojas de tubo
Deflectores y placas de soporte
Selección de materiales: tubos y placas tubulares
Materiales del tubo
Materiales de láminas tubulares
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Acero al carbono SA-516 Gr.70 para fluidos no corrosivos del lado del tubo
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Revestido de acero inoxidable sobre acero al carbono para servicio corrosivo con alta presión; espesor del revestimiento mínimo 3 mm
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Acero inoxidable sólido 304L / 316L para servicio totalmente corrosivo
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Dúplex o titanio para servicio costa afuera y agua de mar
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Recubrimiento de aleación como Inconel 625 para servicios severos de acidez o cloruro
Tipos de juntas de tubo a placa tubular
Proceso de fabricación: controles clave
Perforación de láminas tubulares
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Tamaño de broca controlado según tolerancia H11 según ISO 286
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Desviación del ligamento ≤ ±0,2 mm respecto al dibujo
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Acabado de la superficie del agujero Ra ≤ 1,6 μm para juntas expandidas
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Todos los agujeros desbarbados en ambas caras y limpiados antes de la inserción del tubo.
Expansión del tubo
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Presión de expansión hidráulica 160–220 MPa; tiempo de espera 5 a 8 segundos
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Profundidad de expansión mínima de 1,5 × diámetro exterior del tubo o 2 × espesor de pared del tubo en la placa del tubo
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Comprobación del calibre posterior a la expansión: el 100 % de los tubos aceptan una bola de calibre 0,5 mm más pequeña que el diámetro interior del tubo.
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Prueba de extracción del primer artículo por paquete
Soldadura de tubo a placa tubular
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Proceso GTAW, automático o manual
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Altura de la pata en ángulo de 1,5 a 2,0 mm para soldadura de sellado
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Penetración total de la raíz de la soldadura ≥ 0,5 mm en la pared del tubo
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Prueba 100 % de líquidos penetrantes según ASME VIII-1 UW-51
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Procedimiento de soldadura calificado según ASME Sección IX
Tratamiento térmico posterior a la soldadura
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Requerido cuando el espesor de la lámina de tubos de acero al carbono excede los 38 mm
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Requerido cuando el servicio contiene H₂S húmedo según NACE MR0175 / ISO 15156
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Ciclo PWHT típico: 620°C ± 10°C, mantener 1 hora por cada 25 mm de espesor, mínimo 1 hora
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Velocidad de enfriamiento controlada ≤ 50°C/hora a 400°C
Inspección y pruebas por paquete
Verificación dimensional
Examen no destructivo
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Soldaduras de tubo a placa de tubos: 100% prueba de líquidos penetrantes según ASME VIII-1 UW-51
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Revestimiento de lámina tubular: prueba 100% ultrasónica para la integridad de la unión según ASME VIII-1 UW-13
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Superficie interna del tubo: Inspección por boroscopio en muestra aleatoria; El 100% de los tubos pasan la bola medidora.
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Tubos con aletas, si corresponde: Inspección visual para detectar aletas sueltas o faltantes
Prueba de presión
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Prueba hidrostática: 1,3 × presión de diseño según ASME VIII-1 UG-99
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Tiempo de espera: mínimo 30 minutos
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Aceptación: caída de presión cero y sin fugas visibles
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Prueba de fuga neumática, si se especifica: 0,6 MPa de aire o nitrógeno; detección de burbujas de jabón
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Aceptación de tasa de fuga: ≤ 1×10⁻⁵ Pa·m³/s por método de orificio equivalente
Documentación por envío
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Certificados de prueba de materiales según EN 10204 3.1 o 3.2
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Informe de datos del sello ASME U, si corresponde
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Hoja de datos de TEMA completada por diseño
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Informe de inspección dimensional
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Informe de prueba hidrostática con tabla de registro de presión.
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Informes NDE para PT, UT, RT o VT tal como se realizaron
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Especificación del procedimiento de soldadura y registro de calificación del procedimiento.
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Dibujo de instalación del haz de tubos
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Informe de prueba de extracción del tubo para el primer artículo.
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Lista de embalaje con dimensiones y peso de envío del paquete
Lista de verificación de selección: paquete de tubos
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Tipo TEMA – Placa de tubo fijo / Tubo en U / Cabezal flotante
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Diámetro interior de la carcasa y diámetro de la placa del tubo.
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Diámetro exterior del tubo, espesor de pared y longitud
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Paso y disposición de los tubos: triangular / cuadrado
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Material del tubo y material de la placa del tubo.
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Tipo de unión tubo-placa tubular – Expandida / Soldada / Combinada
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Presión de diseño para el lado del tubo y el lado de la carcasa
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Temperatura de diseño para el lado del tubo y el lado de la carcasa
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Composición del fluido para ambos lados: para verificar la compatibilidad del material
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Tolerancia por corrosión para tubos y placas tubulares.
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Tipo y espaciado de deflectores: según los criterios de caída de presión y vibración permitidos
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NDE y requisitos de prueba según la especificación del proyecto
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Requisito de PWHT basado en material y servicio.
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Cantidad: paquete de reemplazo, paquete de repuesto o equipo nuevo
Declaración de limitaciones de diseño: haz de tubos
El haz de tubos está sujeto a las siguientes limitaciones:
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Debe coincidir con la geometría de la carcasa, las dimensiones de la placa de tubos y el patrón de bridas del intercambiador de calor existente.
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No está clasificado para presión interna hasta que se ensambla con la carcasa, los canales y las bridas.
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No se recomienda un contenido de sólidos en el lado del tubo superior al 2 % en peso sin filtración aguas arriba, debido al riesgo de erosión y obstrucción del tubo.
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No se recomiendan las juntas expandidas para ciclos térmicos superiores a 500 ciclos por año o para servicio tóxico.
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Los haces de tubos en U no se pueden limpiar mecánicamente dentro de los tubos; Se requiere limpieza química.
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Los haces de placas de tubos fijos pueden requerir una junta de expansión de carcasa cuando el diferencial de temperatura excede el límite permitido.
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Para servicio de vacío por debajo de 1 kPa absoluto, es posible que se requiera refuerzo o soporte adicional según ASME VIII-1 UG-29.
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El agua de hidroprueba para acero inoxidable austenítico debe tener un contenido de cloruro ≤ 50 ppm para evitar el agrietamiento por corrosión bajo tensión.