Guía completa de tubos de intercambiador de calor: ASTM A179, A213 y A249

¿Qué son los tubos intercambiadores de calor?

Los tubos de intercambiador de calor son tubos de acero especializados que se utilizan en equipos de intercambio térmico, como intercambiadores de calor de carcasa-y-tubos, condensadores, evaporadores, calderas y otros aparatos de transferencia de calor. A diferencia de las tuberías estándar utilizadas para el transporte de fluidos, los tubos de los intercambiadores de calor deben cumplir requisitos estrictos de precisión dimensional, calidad de la superficie y propiedades de transferencia de calor. La pared del tubo debe ser lo suficientemente delgada como para permitir una transferencia de calor eficiente entre los fluidos interno y externo, pero lo suficientemente fuerte como para soportar la presión diferencial entre el lado del tubo y el lado de la carcasa. Las superficies internas y externas deben estar limpias y lisas para minimizar la contaminación y mantener la eficiencia de la transferencia de calor a lo largo del tiempo.

Los tubos intercambiadores de calor se utilizan en una amplia gama de industrias: refinerías petroquímicas (intercambiadores de calor de procesos, condensadores, hervidores), plantas de energía (tubos de condensadores, calentadores de agua de alimentación, tubos de calderas), sistemas HVAC (enfriadores, serpentines de enfriamiento), procesamiento de alimentos (pasteurizadores, esterilizadores) y plantas de desalinización (calentadores de salmuera, condensadores). La selección del material, el tamaño y el espesor de la pared del tubo depende de la temperatura de funcionamiento, la presión, la corrosividad del fluido y los requisitos de transferencia de calor de la aplicación específica.

ASTM A179 -Tubo intercambiador de calor estirado en frío-sin costura

ASTM A179 cubre tubos de acero-estirados en frío y con bajo contenido de carbono-sin costura para intercambiadores de calor, condensadores y aparatos similares de transferencia de calor. La norma cubre tubos con un espesor de pared máximo de 4,2 mm (0,165 pulgadas) y un espesor de pared mínimo de 0,5 mm (0,020 pulgadas). La composición química requiere 0,06-0,18% de carbono, 0,27-0,63% de manganeso y elementos residuales controlados a niveles bajos. El bajo contenido de carbono proporciona buena soldabilidad y conformabilidad, mientras que el proceso de estirado en frío produce las tolerancias dimensionales precisas y el acabado superficial suave necesarios para el servicio del intercambiador de calor.

El proceso de fabricación-estirado en frío ofrece varias ventajas para los tubos intercambiadores de calor. El trefilado a través de una matriz a temperatura ambiente produce una excelente precisión dimensional: la tolerancia del diámetro exterior de ±0,05 mm y la tolerancia del espesor de pared de ±5 % son estándar. El trabajo en frío también mejora el acabado superficial, con una rugosidad superficial típica Ra inferior o igual a 0,8 µm. Después del estirado en frío, los tubos se recocen para aliviar las tensiones internas y restaurar la ductilidad. Los tubos se pueden suministrar en longitudes rectas (normalmente 6-12 metros) o como tubos doblados en U-para configuraciones de intercambiadores de calor de tubos en U. Las aplicaciones del A179 incluyen-intercambiadores de calor de carcasa y tubos en refinerías, condensadores en centrales eléctricas, enfriadores de aceite e intercoolers en sistemas de compresores.

Tubo intercambiador de calor de acero inoxidable y aleación ASTM A213 -

ASTM A213 cubre tubos de calderas, sobrecalentadores e intercambiadores de calor de acero de aleación ferrítico y austenítico sin costura. Este es el estándar más completo para tubos de intercambiadores de calor de alta-temperatura, y cubre grados desde baja-aleación T11 (1,25Cr-0,5Mo) hasta alta-aleación T91 (9Cr-1Mo-V) y grados de acero inoxidable austenítico TP304, TP316, TP321 y TP347. El prefijo "T" en la designación del grado indica la forma del tubo (a diferencia de la "P" para tubería en A335). Para el acero inoxidable austenítico, los grados comunes incluyen TP304 (resistencia a la corrosión general), TP304L (bajo en carbono para aplicaciones soldadas), TP316 (resistencia a la corrosión mejorada con molibdeno), TP316L (versión con bajo contenido de carbono), TP321 (estabilizado con titanio para servicio a alta temperatura) y TP347 (estabilizado con niobio).

A213 T11, T22 y T91 son tubos de acero de aleación ferrítica que se utilizan en aplicaciones de intercambiadores de calor de alta-temperatura, como sobrecalentadores, recalentadores y calentadores de agua de alimentación en plantas de energía. Estos grados mantienen su resistencia a temperaturas elevadas gracias al contenido de aleación de cromo-molibdeno. T91 es la opción de mayor-resistencia, ya que ofrece aproximadamente tres veces la resistencia a la rotura por fluencia del T22 a 600 grados, lo que permite paredes de tubo más delgadas y una mejor transferencia de calor. La temperatura máxima de servicio oscila entre 593 grados (T11, T22) y 649 grados (T91, TP304, TP316). Para comparaciones detalladas de las propiedades del acero aleado, consulte nuestraGuía de tubería de acero de aleación.

Tubo intercambiador de calor de acero inoxidable soldado ASTM A249 -

ASTM A249 cubre tubos soldados de acero inoxidable austenítico para intercambiadores de calor, condensadores y calderas. Los tubos se fabrican a partir de una tira o placa de acero inoxidable laminada-plana a la que se le da forma de tubo y se suelda mediante un proceso de soldadura automático (normalmente TIG o soldadura por arco de plasma con adición de metal de aportación, o soldadura por inducción de alta-frecuencia). Después de soldar, los tubos se estiran o trabajan en frío para refinar la microestructura de la zona de soldadura y mejorar la precisión dimensional, luego se recocen en solución para restaurar la resistencia a la corrosión y las propiedades mecánicas.

Los tubos soldados A249 ofrecen una alternativa rentable-a los tubos sin costura A213, normalmente entre un 10 % y un 20 % más baratos para el mismo material y dimensiones. El tubo soldado tiene propiedades mecánicas comparables a las sin costura después de un procesamiento adecuado, con un factor de eficiencia de la unión soldada típicamente de 0,85 a 0,95 dependiendo del END realizado. La norma exige que la costura de soldadura se inspeccione al 100% mediante pruebas de corrientes parásitas (ECT) o pruebas hidrostáticas. A249 está disponible en los mismos grados austeníticos que A213 (TP304, TP304L, TP316, TP316L, TP321, TP347) con los mismos requisitos de composición química.

Comparación de tres estándares

Dimensiones del tubo del intercambiador de calor

El rango de diámetro exterior estándar para los tubos del intercambiador de calor es de 6 mm (1/4") a 50,8 mm (2"), aunque hay disponibles diámetros más grandes para aplicaciones especializadas. El espesor de la pared se especifica comúnmente mediante el número BWG (Birmingham Wire Gauge), donde un número BWG más alto indica una pared más delgada. Los tamaños comunes incluyen 10 BWG (3,40 mm), 12 BWG (2,77 mm), 14 BWG (2,11 mm), 16 BWG (1,65 mm) y 18 BWG (1,24 mm). Por ejemplo, un tubo de 3/4" de diámetro exterior x 16 BWG tiene un diámetro exterior de 19,05 mm y un espesor de pared de 1,65 mm. La longitud suele ser de 6 mo 12 m para tubos rectos, y los tubos con curvatura en U tienen radios de curvatura específicos según el diseño del intercambiador de calor (normalmente 2 o 3 veces el radio de curvatura mínimo del diámetro exterior del tubo).

Inspección del tubo del intercambiador de calor

La inspección de los tubos del intercambiador de calor incluye verificación dimensional (OD, ID, espesor de pared, rectitud y longitud), prueba de corrientes parásitas (ECT) para detectar defectos en la superficie y el subsuelo, pruebas hidrostáticas según el estándar aplicable y pruebas mecánicas que incluyen abocardado (expandir el extremo del tubo para verificar la ductilidad) y aplanamiento (aplastar el tubo para verificar la integridad de la soldadura para tubos soldados). La limpieza de la superficie se verifica mediante inspección visual y, para aplicaciones críticas, mediante pruebas de hisopo con aceite-y-grasa.

Guía de selección de tubos

Seleccionar el tubo intercambiador de calor correcto implica evaluar la temperatura de funcionamiento (baja-temperatura < 200 grados, use acero al carbono A179; media-temperatura 200-500 grados, use baja-aleación A213 T11/T22; alta-temperatura > 500 grados, use acero inoxidable o T91), corrosividad media (uso no-acero al carbono corrosivo; uso corrosivo acero inoxidable 304/316; uso altamente corrosivo o cargado de cloruro 316L o dúplex) y requisitos de transferencia de calor (las paredes más delgadas proporcionan una mejor transferencia de calor pero menos tolerancia a la corrosión). El análisis de costos del ciclo de vida debe considerar el costo inicial del material más el mantenimiento esperado, la frecuencia de limpieza y el intervalo de reemplazo en el entorno de servicio específico.

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