Intercambiador de calor de carcasa y tubos pequeño | Compacto / Montado en patín | Placa tubular fija / Tubo en U | Materiales: AC / 304 / 316L / Ti
Descripción general – Intercambiador de calor de carcasa y tubos compacto
Un intercambiador de calor de carcasa y tubos pequeño es una unidad de transferencia de calor compacta diseñada para aplicaciones de servicio bajo a moderado donde el espacio de ocupación, el tiempo de instalación y el costo de capital están limitados. Los diámetros típicos de la carcasa varían de DN100 a DN500, con áreas de transferencia de calor de 1 m² a 50 m² por unidad.
Este producto está diseñado y fabricado según TEMA Clase C o B, ASME Sección VIII División 1 y GB/T 151. Es adecuado para enfriamiento de procesos, acondicionamiento de muestras, enfriamiento de aceite hidráulico, muestreo de vapor, servicio de planta piloto y sistemas auxiliares en plantas más grandes.
Aplicaciones Típicas
| Aplicación | Fluido del lado del tubo | Fluido del lado de la carcasa | Servicio Típico |
|---|---|---|---|
| Enfriador de aceite hidráulico | Aceite hidráulico | Agua de enfriamiento | 5 – 50 kW |
| Enfriador de muestras | Muestra de proceso | Agua de enfriamiento | 1 – 10 kW |
| Muestreo de vapor | Vapor / condensado | Agua de enfriamiento | 2 – 20 kW |
| Reactor de planta piloto | Fluido de proceso | Medio de calentamiento o enfriamiento | 5 – 100 kW |
| Enfriador de aceite de compresor | Aceite lubricante | Agua de enfriamiento | 10 – 80 kW |
| Enfriador de aceite lubricante auxiliar | Aceite lubricante de turbina | Agua de enfriamiento | 20 – 150 kW |
| Línea de dosificación química | Solución química | Fluido de enfriamiento o calentamiento | 1 – 30 kW |
Tipos de Construcción
Placa tubular fija (TEMA L / M / N)
Tubos fijos en ambos extremos a placas tubulares estacionarias
Carcasa y placas tubulares soldadas o atornilladas
Adecuado para fluidos limpios del lado de la carcasa y diferencial de temperatura moderado
Costo más bajo y construcción más simple
Tubo en U (TEMA U)
Tubos doblados en forma de U, ambos extremos fijos a una sola placa tubular
Los tubos se expanden libremente, acomodando un gran diferencial de temperatura
Paquete extraíble para limpieza del lado de la carcasa
Adecuado para diferencial de temperatura alto y lado de tubo de alta presión
Cabeza flotante (TEMA P / S / T)
Una placa tubular fija, una flotante
Paquete completamente extraíble para limpieza mecánica en ambos lados
Adecuado para servicio de ensuciamiento y gran diferencial de temperatura
Costo más alto que tubo fijo o en U
Parámetros de Diseño
| Parámetro | Rango | Nota |
|---|---|---|
| Diámetro de la carcasa | DN100 – DN500 | Huella compacta |
| OD del tubo | 12.7 mm – 25.4 mm | OD más pequeño para mayor presión |
| Espesor de pared del tubo | 1.0 mm – 2.5 mm | Según ASME VIII-1 UG-27 |
| Longitud del tubo | 500 mm – 3,000 mm | Limitado por transporte y manipulación |
| Área de transferencia de calor | 1 m² – 50 m² | Por unidad |
| Presión de diseño (lado del tubo) | Hasta 4.0 MPa | Mayor disponible por diseño especial |
| Presión de diseño (lado de la carcasa) | Hasta 2.5 MPa | Mayor disponible por diseño especial |
| Temperatura de diseño | -20°C a +400°C | Dependiente del material |
| Paso del tubo | 1.25 × – 1.5 × OD del tubo | Disposición triangular o cuadrada |
| Número de pases de tubo | 1, 2 o 4 | Según diseño térmico |
| Número de pases de carcasa | 1 o 2 | Según diseño térmico |
Selección de Materiales
Materiales de Tubo y Placa Tubular
| Material | Especificación | Rango de Temperatura | Aplicación |
|---|---|---|---|
| Acero al carbono | SA-179 / SA-106 Gr.B | -20°C a +425°C | Agua, aceite, vapor, fluidos limpios |
| Acero inoxidable 304 / 304L | ASTM A213 | -196°C a +400°C | Fluidos ligeramente corrosivos, vapor limpio |
| Acero inoxidable 316 / 316L | ASTM A213 | -196°C a +400°C | Ácidos orgánicos, soluciones salinas, cloruros ≤ 200 ppm |
| Titanio Gr.2 | ASTM B338 | -40°C a +230°C | Agua de mar, salmuera, servicio de alto contenido de cloruros |
Materiales de Carcasa
Acero al carbono SA-516 Gr.70 para fluidos del lado de la carcasa no corrosivos
Acero inoxidable 304L / 316L para fluidos del lado de la carcasa corrosivos
El material de la carcasa puede diferir del material del tubo para optimizar el costo
Materiales de Juntas
| Tipo de Junta | Rango de Temperatura | Límite de Presión | Aplicación |
|---|---|---|---|
| Fibra no asbesto | -40°C a +250°C | ≤ 4.0 MPa | Servicio general |
| Espiral (SS + grafito) | -196°C a +450°C | ≤ 10.0 MPa | Alta temperatura y presión |
| Envolvente de PTFE | -40°C a +200°C | ≤ 2.0 MPa | Servicio corrosivo y de alta pureza |
Parámetros de Diseño Térmico
| Parámetro | Rango Típico | Nota |
|---|---|---|
| Coeficiente de transferencia de calor global (agua-agua) | 800 – 1,500 W/m²·K | Depende de la velocidad y el ensuciamiento |
| Coeficiente de transferencia de calor global (aceite-agua) | 200 – 600 W/m²·K | Depende de la viscosidad del aceite |
| Coeficiente de transferencia de calor global (vapor-agua) | 1,000 – 2,500 W/m²·K | Depende de la calidad del vapor |
| Velocidad del lado del tubo (líquido) | 0.5 – 2.5 m/s | Mayor velocidad aumenta el HTC pero también la caída de presión |
| Velocidad del lado de la carcasa (líquido) | 0.3 – 1.5 m/s | Limitado por la caída de presión admisible |
| Caída de presión admisible del lado del tubo | 20 – 50 kPa | Según requisito de aplicación |
| Caída de presión admisible del lado de la carcasa | 20 – 50 kPa | Según requisito de aplicación |
| Factor de ensuciamiento (agua) | 0.0001 – 0.0003 m²·K/W | Según tabla TEMA |
| Factor de ensuciamiento (aceite) | 0.0002 – 0.0005 m²·K/W | Según tabla TEMA |
Configuraciones Estándar
Placa tubular fija – Tapa atornillada
Carcasa: Tubo sin costura o chapa enrollada
Placa tubular: Atornillada entre la brida de la carcasa y la brida del canal
Canal: Tapa atornillada con conexiones bridadas
Conexiones: Roscadas NPT o bridadas según ASME B16.5
Aplicación típica: Agua de enfriamiento, aceite lubricante, enfriamiento de muestras
Tubo en U – Paquete extraíble
Carcasa: Tubo sin costura con cierre bridado en un extremo
Placa tubular: Placa tubular estacionaria única
Paquete: Extraíble para limpieza del lado de la carcasa
Conexiones: Bridadas según ASME B16.5
Aplicación típica: Diferencial de temperatura alto, servicio de vapor
Unidad montada en patín
Intercambiador de calor montado en un patín de acero estructural con tuberías, válvulas e instrumentación
Incluye: Manómetros de temperatura, manómetros de presión, indicadores de flujo y válvulas de control según sea necesario
Dimensiones del patín: Típicamente 1.0 m × 0.8 m a 2.5 m × 1.5 m
Orejetas de elevación proporcionadas para transporte e instalación
Aplicación típica: Planta piloto, sistemas auxiliares, ubicaciones remotas
Fabricación e Inspección
Junta tubo-placa tubular
Solo expandido: Expansión hidráulica a 160 – 200 MPa, mantener 5 – 8 segundos
Solo soldado: Soldadura de filete GTAW, lado 1.5 – 2.0 mm
Soldado + expandido: Soldadura de sellado más expansión para servicio cíclico
Pruebas de penetración al 100% en juntas soldadas
Prueba de extracción en el primer artículo, objetivo ≥ 20 MPa para acero al carbono
Prueba Hidrostática
Presión de prueba: 1.3 × presión de diseño según ASME VIII-1 UG-99
Tiempo de mantenimiento: ≥ 30 minutos
Aceptación: Cero caída de presión y sin fugas visibles
Medio de prueba: Agua limpia con inhibidor de corrosión
Verificación Dimensional
Diámetro y longitud de la carcasa
Patrón de orificios de la placa tubular
Orientación y proyección de la boquilla
Dimensiones generales y ubicación de las orejetas de elevación
Documentación por envío
Certificados de prueba de materiales según EN 10204 3.1 o 3.2
Hoja de datos TEMA completada según diseño
Informe de inspección dimensional
Informe de prueba hidrostática con gráfico de presión
Informes de END para PT y RT según lo realizado
Especificación de procedimiento de soldadura y registro de calificación de procedimiento
Dibujo tal cual
Manual de operación y mantenimiento
Lista de Verificación de Selección – Intercambiador de calor de carcasa y tubos pequeño
Nombres de los fluidos del lado del tubo y del lado de la carcasa
Temperaturas de entrada y salida para ambos lados
Presión de diseño para ambos lados
Temperatura de diseño para ambos lados
Potencia térmica requerida en kW
Caída de presión admisible para ambos lados
Preferencia de material para tubos y carcasa
Preferencia de tipo TEMA: Fijo, tubo en U o cabeza flotante
Tipo de conexión: Roscada o bridada
Montaje: Independiente o montado en patín
Requisitos de instrumentación
Estándar aplicable: TEMA, ASME VIII-1 o GB/T 151
Declaración de Limitación de Diseño – Intercambiador de calor de carcasa y tubos pequeño
El intercambiador de calor de carcasa y tubos pequeño está sujeto a las siguientes limitaciones:
Está diseñado solo para la presión y temperatura especificadas. La operación fuera de estos límites anula el diseño.
El diseño de placa tubular fija puede requerir una junta de expansión si el diferencial de temperatura entre los tubos y la carcasa excede los 60°C para acero al carbono o los 40°C para acero inoxidable.
No se recomienda contenido de sólidos en el lado del tubo superior al 2% en peso sin filtración aguas arriba.
La limpieza mecánica del lado del tubo requiere tubos rectos y acceso a ambas caras de la placa tubular. Los paquetes de tubos en U no se pueden limpiar mecánicamente dentro de los tubos.
Para servicio de ensuciamiento, se recomienda un diseño de cabeza flotante o de tubo en U con paquete extraíble.
El agua de la prueba hidrostática para acero inoxidable debe tener un contenido de cloruro ≤ 50 ppm para prevenir el agrietamiento por corrosión bajo tensión.
Las unidades montadas en patín requieren una base nivelada y acceso adecuado para el mantenimiento.
