Los tubos rectos y de curva en U de los intercambiadores de calor influyen en cómo un intercambiador acomoda la expansión térmica, cómo se pueden limpiar sus superficies y cómo se inspeccionan o reemplazan los tubos dañados.
Los tubos rectos proporcionan acceso directo a través del diámetro interior y se pueden utilizar en varias configuraciones de intercambiador. Los tubos de curva en U proporcionan una ruta de retorno continua y permiten que el haz de tubos acomode la expansión térmica diferencial dentro de un diseño convencional de tubo en U.
La elección apropiada depende de la disposición completa del intercambiador, las condiciones de operación y la estrategia de mantenimiento. Para la adquisición, estos requisitos deben traducirse en dimensiones claras, especificaciones de materiales, requisitos de conformado e criterios de inspección.
Un tubo recto describe la forma de un componente. No identifica cómo se soporta el haz de tubos ni cómo se acomoda el movimiento térmico.
Los tubos rectos se pueden instalar tanto en intercambiadores de placas tubulares fijas como de cabezal flotante. En un intercambiador de tubos en U convencional, cada tubo tiene dos tramos rectos conectados por una curva de retorno, con ambos extremos terminando en la misma placa tubular.
ASHRAE describe las disposiciones de tubos rectos con haces tubulares fijos o extraíbles, así como haces tubulares de curva en U extraíbles. Esta distinción es esencial al comparar el acceso de mantenimiento y el comportamiento de la expansión térmica.
| Consideración de diseño | Tubos rectos: placas tubulares fijas | Tubos rectos: cabezal flotante | Tubos de curva en U: haz tubular de curva en U convencional |
|---|---|---|---|
| Disposición de los tubos | Tubos rectos entre placas tubulares fijas | Tubos rectos con un extremo capaz de moverse a través de la disposición de cabezal flotante | Dos tramos conectados por una curva de retorno |
| Expansión térmica diferencial | Debe evaluarse; puede ser necesaria una provisión de expansión | Acomodada por la disposición del cabezal flotante | Acomodada a través de la disposición de curva en U |
| Limpieza del lado del tubo | Acceso directo al diámetro interior cuando los cabezales son accesibles | Acceso directo al diámetro interior cuando los cabezales son accesibles | La curva limita el acceso de herramientas rígidas |
| Limpieza mecánica del lado de la carcasa | Generalmente restringida por el haz fijo | La extracción del haz proporciona acceso | La extracción del haz comúnmente proporciona acceso |
| Reemplazo individual de tubos | A menudo práctico, sujeto al diseño de la junta y al acceso | A menudo práctico después del desmontaje adecuado | Puede ser difícil, especialmente para las filas interiores |
| Énfasis en la adquisición | Longitud recta, condición del extremo y ajuste de la placa tubular | Dimensiones del tubo y compatibilidad con el conjunto extraíble | Geometría de la curva, pared terminada, identificación de fila y manipulación |
La literatura de selección del fabricante confirma estas distinciones prácticas, incluida la limpieza restringida del lado de la carcasa para diseños de placas tubulares fijas y las limitaciones en el reemplazo individual de tubos en haces de tubos en U.
La carcasa y los tubos pueden operar a diferentes temperaturas y también pueden tener diferentes coeficientes de expansión térmica. Por lo tanto, su crecimiento térmico libre puede diferir.
En un intercambiador de placas tubulares fijas, la restricción de este movimiento puede generar cargas en los tubos, la carcasa, las placas tubulares y las juntas. El diseño debe evaluar las condiciones operativas y transitorias relevantes.
Una disposición convencional de tubos en U permite que el extremo curvo se mueva a medida que los tubos se expanden y contraen. Xylem identifica la acomodación de la expansión diferencial entre la carcasa y los tubos, y entre tubos individuales, como una característica de su construcción de tubos en U.
Esta flexibilidad es particularmente útil cuando el movimiento térmico es una preocupación de diseño significativa. Aún se requiere la evaluación del arranque, la parada y el calentamiento desigual.
La forma del tubo por sí sola no establece una clasificación de presión.
El diseño de presión depende del material, la temperatura, las dimensiones, la pared mínima disponible, la condición de fabricación y las reglas de construcción aplicables. Para los tubos de curva en U, la evaluación debe tener en cuenta la geometría de la curva terminada y cualquier adelgazamiento de pared introducido durante el conformado.
La presión externa también importa. Un tubo puede experimentar una presión mayor en el exterior que en el interior durante la operación, la parada o las pruebas.
Tanto los tubos rectos como los de curva en U requieren un soporte adecuado contra la vibración inducida por el flujo.
Para los haces de tubos en U, la región de la curva merece especial atención porque su geometría y disposición de soporte difieren de las de los tramos rectos. Las Normas TEMA incluyen disposiciones que abordan los soportes en el área de la curva en U, reforzando la necesidad de tratar esta región como una consideración de diseño específica.
Los requisitos de mantenimiento deben establecerse antes de seleccionar la configuración del tubo.
Los tubos rectos proporcionan una ruta directa para el equipo de limpieza adecuado cuando la disposición del canal o del cabezal permite el acceso. Esto puede ser valioso cuando los depósitos requieren una eliminación mecánica regular.
Una herramienta de limpieza rígida no puede seguir una curva en U. Sin embargo, los tubos en U no se limitan universalmente a la limpieza química. Las lanzas flexibles adecuadas y las herramientas especializadas de chorro de agua pueden limpiar ciertas geometrías de tubos en U. StoneAge, por ejemplo, ofrece herramientas destinadas a haces de tubos en U y pasajes de pequeño diámetro que contienen curvas.
La cobertura de limpieza alcanzable depende de:
Diámetro interior del tubo.
Radio mínimo de la curva.
Dimensiones de la herramienta y la manguera.
Tipo y gravedad del depósito.
Acceso a través del canal.
Compatibilidad del proceso de limpieza con el material del tubo.
Especifique el método de limpieza previsto y confirme que puede alcanzar las superficies requeridas.
El acceso del lado de la carcasa depende principalmente de la removilidad del haz, la disposición de los tubos y el espacio disponible entre los tubos.
Un haz de tubos en U extraíble puede proporcionar acceso a las superficies externas de los tubos. Un haz de cabezal flotante de tubos rectos también puede proporcionar este acceso.
Para cualquiera de las disposiciones, el espaciado cercano de los tubos y los componentes de soporte pueden restringir las herramientas de limpieza. La extracción del haz por sí sola no garantiza el acceso a todas las superficies.
El acceso de inspección a través de una curva en U depende de la sonda y la geometría real del tubo.
Las sondas de corrientes de Foucault flexibles están disponibles para examinar tubos de curva en U adecuados, incluido el acero inoxidable austenítico. Su disponibilidad significa que la inspección de la curva puede ser factible, pero el paso de la sonda y el rendimiento del examen deben confirmarse para el diámetro interior y el radio seleccionados.
Un plan de inspección útil identifica cualquier región inaccesible y los métodos utilizados para evaluarlas.
Los tubos rectos a menudo ofrecen una ruta de reemplazo más directa, sujeta a la construcción de la junta y al espacio de extracción adecuado.
En los haces de tubos en U, los tubos vecinos pueden obstruir la extracción de un tubo individual, particularmente en las filas interiores. La planificación del mantenimiento debe abordar si los tubos dañados se pueden reemplazar, si una estrategia de taponamiento diseñada es aceptable y cuándo se hace necesario el reemplazo del haz.
Ni la geometría recta ni la de curva en U garantizan un mejor rendimiento térmico.
La comparación debe utilizar la carga requerida, las propiedades del fluido, los caudales, las suposiciones de ensuciamiento y las caídas de presión admisibles. El área de transferencia de calor, la velocidad del lado del tubo, la distribución del flujo del lado de la carcasa y la disposición de los pasos influyen en el resultado.
Una curva en U convencional proporciona una ruta de flujo de ida y vuelta. Los intercambiadores de tubos rectos también pueden usar múltiples pasos del lado del tubo a través de su disposición de cabezal y partición.
Para diseños de tubos en U, la evaluación hidráulica debe incluir la pérdida de la curva de retorno y la longitud real de la ruta de flujo. Las diferentes filas de curvas también pueden tener diferentes longitudes de ruta.
Para comparaciones de adquisición, exija que ambos diseños propuestos cumplan con los mismos casos operativos y criterios de rendimiento. Un diámetro exterior de tubo igual o un área superficial nominal igual no establecen un rendimiento de intercambiador igual.
Una solicitud como "Tubo en U de 19.05 mm, 6 m de largo" deja varias dimensiones indefinidas.
El dibujo debe distinguir la longitud del tramo recto, el contorno general y la longitud desarrollada del tubo.
| Dimensión | Definición |
|---|---|
| Diámetro exterior, D | Diámetro exterior del tubo |
| Espesor de pared, t | Pared especificada con su base nominal, mínima o promedio |
| Radio de la línea central de la curva, R | Radio medido a la línea central del tubo |
| Longitudes de tramo recto, L₁ y L₂ | Longitudes desde los respectivos extremos cortados hasta los puntos tangentes de la curva |
| Espaciado entre centros de tramos | Distancia entre las líneas centrales de los tramos paralelos |
| Contorno general | Dimensiones externas máximas del componente terminado |
| Longitud desarrollada | Longitud medida a lo largo de la línea central del tubo |
Para una curva semicircular ideal de 180° plana con tramos paralelos:
Espaciado entre centros de tramos = 2R
Longitud desarrollada geométrica = L₁ + L₂ + πR
El radio interior de la curva es menor que el radio de la línea central en la mitad del diámetro exterior del tubo. Estas definiciones de radio deben identificarse claramente en el dibujo.
Supongamos:
Diámetro exterior del tubo: 19.05 mm.
Radio de la línea central de la curva: 75 mm.
Longitud del tramo recto desde cada extremo cortado hasta su punto tangente: 6,000 mm.
Tramos iguales con sus extremos cortados en el mismo plano.
| Dimensión calculada | Resultado |
|---|---|
| Espaciado entre centros de tramos | 150.00 mm |
| Ancho exterior a través de la curva | 169.05 mm |
| Longitud del arco de la línea central semicircular | 235.62 mm |
| Longitud desarrollada geométrica | 12,235.62 mm |
| Contorno axial general, desde el plano del extremo cortado hasta la corona exterior de la curva | Aproximadamente 6,084.53 mm |
Un tubo con dos tramos rectos de 6 m, por lo tanto, tiene una longitud desarrollada geométrica de aproximadamente 12.236 m.
El fabricante debe establecer la longitud real del material en bruto inicial, incluidas las tolerancias de corte y proceso. El cálculo anterior describe la geometría ideal y no es una instrucción de corte ni una tolerancia de conformado.
Para un haz que contiene múltiples radios, proporcione un programa de curvas que muestre cada fila, radio, longitud del tramo y cantidad.
Las especificaciones comunes de tubos para intercambiadores de calor de acero inoxidable incluyen:
| Especificación | Alcance del producto relevante |
|---|---|
| ASTM A213/A213M | Tubos sin costura para calderas, sobrecalentadores e intercambiadores de calor, incluidas las calidades especificadas de acero inoxidable |
| ASTM A249/A249M | Tubos austeníticos soldados y fuertemente trabajados en frío para calderas, sobrecalentadores, intercambiadores de calor y condensadores |
| ASTM A688/A688M | Tubos sin costura y soldados de acero inoxidable austenítico para calentadores de agua de alimentación, incluidos tubos en U cuando se especifiquen |
A213 incluye suministro de pared mínima y, cuando se solicita, pared promedio. A249 utiliza una base de pared nominal en su alcance. A688 aborda específicamente los tubos de calentador de agua de alimentación. Estas especificaciones deben seleccionarse según el producto y el servicio en lugar de tratarse como etiquetas intercambiables.
Indique el código de construcción aplicable por separado. La Sección VIII del ASME BPVC aborda el diseño, la fabricación, la inspección y las pruebas de recipientes a presión dentro de su alcance. Los requisitos TEMA y API 660 también pueden aplicarse cuando se especifiquen para el intercambiador y la industria en cuestión.
La orden de compra debe identificar las ediciones aplicables y establecer cómo se resolverán los requisitos contradictorios.
El tratamiento térmico posterior a la curva depende de la calidad del material, la cantidad de trabajo en frío, las condiciones de servicio y los requisitos aplicables.
El hecho de que el tubo de partida se suministrara recocido no establece la condición requerida después de la curva. Igualmente, el término "curva en U" por sí solo no establece un ciclo de tratamiento térmico obligatorio.
Los fabricantes ofrecen diferentes tratamientos según la especificación y la calidad. Alleima enumera el recocido en solución, la alivio de tensiones y la estabilización entre sus capacidades de tratamiento de curvas en U; TPS distingue de manera similar las opciones de tratamiento por material.
Donde se requiera tratamiento, defina:
La condición final requerida del material.
Las regiones de la curva y los tramos adyacentes a tratar.
El procedimiento de calentamiento y enfriamiento aprobado.
Protección de la superficie y limpieza posterior.
Registros de temperatura requeridos y pruebas de verificación.
Términos como "recocido después de la curva" deben respaldarse con un procedimiento identificable.
La inspección del tubo recto de partida y la aceptación del tubo en U terminado cumplen diferentes propósitos.
Los registros del material de partida establecen la identidad y el cumplimiento del tubo suministrado. La inspección del componente terminado debe abordar los cambios introducidos por la curva, el tratamiento térmico, el corte y la limpieza.
| Elemento de inspección | Enfoque en tubo recto | Enfoque adicional en curva en U |
|---|---|---|
| Identificación del material | Calidad, número de colada y trazabilidad del certificado | Trazabilidad mantenida a través del conformado y la asignación de fila |
| Dimensiones | Diámetro exterior, pared, rectitud y longitud terminada | Radio, espaciado de tramos, longitudes de tramos, paralelismo y alineación del plano de la curva |
| Espesor de pared | Cumplimiento de la base de pared solicitada | Pared mínima en la curva formada |
| Forma de la sección transversal | Requisitos de redondez aplicables | Ovalidad o aplanamiento de la curva |
| Condición de la superficie | Rayaduras, abolladuras, condición del extremo y limpieza | Arrugas, marcas de conformado y condición de la superficie relacionada con el tratamiento térmico |
| Examen no destructivo | Método requerido, cobertura y criterios de aceptación | Idoneidad para la geometría de la curva y cualquier región inaccesible |
| Prueba de presión o fuga | Requisitos aplicables del producto y del pedido | Etapa de prueba requerida después del conformado y tratamiento |
| Documentación | Registros de materiales y pruebas | Programa de curvas, registros dimensionales y registros de tratamiento |
El plan de inspección debe definir el muestreo, las ubicaciones de medición y los límites de aceptación. Incluso términos como "ovalidad" y "aplanamiento" necesitan especificar el método de cálculo, ya que diferentes documentos pueden usar diferentes definiciones.
Los fabricantes identifican la inspección dimensional, las verificaciones de pared de la curva, las pruebas de fugas, el examen con penetrante y las verificaciones de paso entre los controles disponibles para tubos en U. La combinación requerida debe establecerse en el pedido.
Una prueba de paso verifica que un calibre especificado pueda pasar a través del tubo. No establece la integridad de la pared. De manera similar, las pruebas con penetrante abordan indicaciones que rompen la superficie y no reemplazan un examen volumétrico requerido.
Donde se requiera prueba de presión o fuga posterior a la curva, identifique explícitamente el procedimiento, los criterios de aceptación y los requisitos de informes.
Una RFQ técnicamente completa debe permitir a los proveedores cotizar el mismo componente terminado.
| Elemento de RFQ | Información a proporcionar |
|---|---|
| Alcance del suministro | Tubos rectos, tubos en U terminados, tubos de repuesto o un haz ensamblado |
| Material | Calidad, especificación del producto, edición y condición requerida |
| Dimensiones del tubo | Diámetro exterior, espesor de pared, base de pared y tolerancias |
| Longitud del tubo recto | Longitud terminada y cualquier tolerancia de fabricación acordada |
| Geometría de la curva en U | Dibujo aprobado, radio de la línea central, longitudes de tramos, espaciado y tolerancias |
| Cantidad | Cantidad de piezas terminadas y desglose por fila de curva |
| Aceptación del conformado | Pared mínima de la curva terminada, límites de ovalidad o aplanamiento, requisitos de superficie |
| Tratamiento térmico | Procedimiento requerido, región tratada y registros |
| Extremos del tubo | Preparación del extremo, desbarbado, limpieza y requisitos relacionados con la junta |
| Inspección | Métodos, cobertura, muestreo, criterios de aceptación y puntos de testigo |
| Documentación | Certificados, trazabilidad, informes dimensionales y registros de pruebas |
| Embalaje | Disposición de soporte, identificación, protección del extremo y requisitos de descarga |
Un tubo en U terminado tiene dos tramos y dos extremos abiertos.
Por ejemplo, un pedido de 200 tubos en U terminados representa 400 extremos de tubo. La orden de compra, el programa de curvas y la lista de empaque deben distinguir consistentemente las piezas terminadas de los tramos, los extremos y los metros desarrollados totales.
El embalaje de tubos en U debe soportar los tramos rectos y proteger las curvas contra la distorsión y los daños por contacto.
Clasificar los tubos por radio o fila ayuda a la inspección de recepción y al ensamblaje. TPS describe el embalaje basado en radio con soportes que aseguran los tubos y permiten la extracción en orden de ensamblaje.
Acuerde una identificación que permanezca legible después del desembalaje. Proteja los extremos de los tubos y mantenga la limpieza interna especificada durante el transporte y el almacenamiento.
Una cotización de tubo en U terminado puede incluir conformado, inspección adicional, tratamiento térmico, clasificación y embalaje especializado.
A nivel de intercambiador, un diseño de tubo en U convencional puede simplificar la construcción del extremo trasero, mientras que una disposición de tubo recto puede ofrecer ventajas de mantenimiento.
Compare la fabricación, la instalación, el acceso de inspección, la limpieza, las opciones de reparación y el tiempo de inactividad esperado junto con el precio de compra inicial.
La selección depende de la expansión térmica diferencial, la capacidad del material, la presión, el ciclo y los requisitos de mantenimiento. La alta temperatura por sí sola no determina la disposición preferida de los tubos.
Algunos se pueden limpiar utilizando equipo flexible adecuado o herramientas especializadas de chorro de agua. Confirme el paso a través del diámetro interior real y el radio mínimo de la curva, junto con la capacidad de eliminar los depósitos esperados.
No existe un radio mínimo único aplicable a todos los materiales, diámetros, espesores de pared y procesos de conformado. El radio especificado debe satisfacer los requisitos de diseño y la capacidad demostrada del fabricante, cumpliendo al mismo tiempo los límites de pared terminada y forma.
Sí, si los tubos de partida se especifican para la operación de conformado planificada. Confirme la longitud de partida suficiente, la tolerancia de pared, la condición del material, la trazabilidad y la responsabilidad del tratamiento e inspección posteriores a la curva antes de comprar.
El reemplazo depende de su ubicación, los tubos vecinos, los soportes y la construcción de la junta. Los tubos de las filas interiores pueden ser particularmente difíciles de quitar, por lo que la estrategia de mantenimiento debe establecerse durante la selección del intercambiador.
Elija la disposición del intercambiador en función del movimiento térmico, el ensuciamiento, el acceso de inspección y los requisitos de reparación. Luego, especifique la geometría del tubo, la condición del material y los criterios de aceptación necesarios para respaldar esa elección.
Para la adquisición de curvas en U, un dibujo aprobado y un programa de curvas fila por fila son especialmente valiosos. Junto con la inspección posterior al conformado definida y el embalaje protector, hacen que los tubos terminados sean más fáciles de verificar e instalar.
