Guida completa sui tubi dello scambiatore di calore: ASTM A179, A213 e A249

Cosa sono i tubi dello scambiatore di calore?

I tubi degli scambiatori di calore sono tubi di acciaio specializzati utilizzati nelle apparecchiature di scambio termico come scambiatori di calore a fascio tubiero-e-, condensatori, evaporatori, caldaie e altri apparecchi per il trasferimento di calore. A differenza dei tubi standard utilizzati per il trasporto dei fluidi, i tubi degli scambiatori di calore devono soddisfare severi requisiti di precisione dimensionale, qualità della superficie e proprietà di trasferimento del calore. La parete del tubo deve essere sufficientemente sottile da consentire un efficiente trasferimento di calore tra i fluidi interni ed esterni, ma allo stesso tempo sufficientemente resistente da resistere alla pressione differenziale tra il lato del tubo e il lato del mantello. Le superfici interne ed esterne devono essere pulite e lisce per ridurre al minimo le incrostazioni e mantenere l'efficienza del trasferimento di calore nel tempo.

I tubi degli scambiatori di calore sono utilizzati in un'ampia gamma di settori: raffinerie petrolchimiche (scambiatori di calore di processo, condensatori, ribollitori), centrali elettriche (tubi condensatori, riscaldatori dell'acqua di alimentazione, tubi di caldaie), sistemi HVAC (refrigeratori, serpentine di raffreddamento), lavorazione alimentare (pastorizzatori, sterilizzatori) e impianti di desalinizzazione (riscaldatori salamoia, condensatori). La scelta del materiale, delle dimensioni e dello spessore della parete del tubo dipende dalla temperatura di esercizio, dalla pressione, dalla corrosività del fluido e dai requisiti di trasferimento di calore dell'applicazione specifica.

ASTM A179 - Tubo per scambiatore di calore trafilato a freddo- senza giunzioni

ASTM A179 copre i tubi senza saldatura in acciaio-trafilati a freddo a basso-carbonio per scambiatori di calore, condensatori e apparecchi simili per il trasferimento di calore. Lo standard copre tubi con uno spessore massimo di parete di 4,2 mm (0,165 pollici) e uno spessore minimo di parete di 0,5 mm (0,020 pollici). La composizione chimica richiede carbonio 0,06-0,18%, manganese 0,27-0,63% ed elementi residui controllati a livelli bassi. Il basso contenuto di carbonio garantisce buona saldabilità e formabilità, mentre il processo di trafilatura a freddo produce le tolleranze dimensionali precise e la finitura superficiale liscia richieste per il servizio dello scambiatore di calore.

Il processo di produzione-trafilato a freddo offre numerosi vantaggi per i tubi degli scambiatori di calore. La trafilatura attraverso una matrice a temperatura ambiente produce un'eccellente precisione dimensionale: una tolleranza del diametro esterno di ±0,05 mm e una tolleranza dello spessore della parete di ±5% sono standard. La lavorazione a freddo migliora anche la finitura superficiale, con tipica rugosità superficiale Ra inferiore o uguale a 0,8 μm. Dopo la trafilatura a freddo, i tubi vengono ricotti per alleviare le tensioni interne e ripristinare la duttilità. I tubi possono essere forniti in lunghezze diritte (tipicamente 6-12 metri) o come tubi piegati a U-per configurazioni di scambiatori di calore con tubi a U-. Le applicazioni per A179 includono scambiatori di calore a fascio tubiero- nelle raffinerie, condensatori nelle centrali elettriche, radiatori dell'olio e intercooler nei sistemi di compressione.

Tubo per scambiatore di calore in lega e acciaio inossidabile ASTM A213 -

ASTM A213 copre tubi per caldaie, surriscaldatori e scambiatori di calore in acciaio legato ferritico e austenitico senza saldatura. Si tratta dello standard più completo per i tubi degli scambiatori di calore ad alta-temperatura, che copre i gradi da T11 a bassa-lega (1,25Cr-0,5Mo) a T91 ad alta-lega (9Cr-1Mo-V) e i gradi di acciaio inossidabile austenitico TP304, TP316, TP321 e TP347. Il prefisso "T" nella designazione del grado indica la forma del tubo (al contrario di "P" per il tubo in A335). Per l'acciaio inossidabile austenitico, i gradi comuni includono TP304 (resistenza generale alla corrosione), TP304L (a basso tenore di carbonio per applicazioni saldate), TP316 (resistenza alla corrosione migliorata con molibdeno), TP316L (versione a basso tenore di carbonio), TP321 (stabilizzato con titanio per servizio ad alta temperatura) e TP347 (stabilizzato con niobio).

A213 T11, T22 e T91 sono tubi di acciaio legato ferritico utilizzati in applicazioni di scambiatori di calore ad alta-temperatura come surriscaldatori, riscaldatori e riscaldatori di acqua di alimentazione nelle centrali elettriche. Questi gradi mantengono la loro resistenza a temperature elevate grazie al contenuto di lega di cromo-molibdeno. T91 è l'opzione con la resistenza più elevata-, offrendo circa tre volte la resistenza alla rottura per scorrimento viscoso di T22 a 600 gradi, consentendo pareti del tubo più sottili e un migliore trasferimento di calore. La temperatura massima di servizio varia da 593 gradi (T11, T22) a 649 gradi (T91, TP304, TP316). Per confronti dettagliati sulle proprietà degli acciai legati, vedere il nostroGuida per tubi in acciaio legato.

ASTM A249 - Tubo per scambiatore di calore saldato in acciaio inossidabile

ASTM A249 copre tubi saldati in acciaio inossidabile austenitico per scambiatori di calore, condensatori e caldaie. I tub Dopo la saldatura, i tubi vengono trafilati o lavorati a freddo per affinare la microstruttura della zona di saldatura e migliorare la precisione dimensionale, quindi solubilizzati per ripristinare la resistenza alla corrosione e le proprietà meccaniche.

I tubi saldati A249 offrono un'alternativa-economica ai tubi senza saldatura A213, in genere inferiori del 10-20% in termini di costi per lo stesso materiale e le stesse dimensioni. Il tubo saldato ha proprietà meccaniche paragonabili a quelle senza saldatura dopo un'adeguata lavorazione, con un fattore di efficienza del giunto saldato tipicamente pari a 0,85-0,95 a seconda dell'NDT eseguito. Lo standard richiede che il cordone di saldatura venga ispezionato al 100% mediante test con correnti parassite (ECT) o test idrostatici. A249 è disponibile negli stessi gradi austenitici di A213 (TP304, TP304L, TP316, TP316L, TP321, TP347) con gli stessi requisiti di composizione chimica.

Confronto di tre standard

Dimensioni del tubo dello scambiatore di calore

La gamma di diametro esterno standard per i tubi degli scambiatori di calore è compresa tra 6 mm (1/4") e 50,8 mm (2"), sebbene siano disponibili diametri maggiori per applicazioni specializzate. Lo spessore della parete è comunemente specificato dal numero BWG (Birmingham Wire Gauge), dove un numero BWG più alto indica una parete più sottile. Le dimensioni comuni includono 10 BWG (3,40 mm), 12 BWG (2,77 mm), 14 BWG (2,11 mm), 16 BWG (1,65 mm) e 18 BWG (1,24 mm). Ad esempio, un tubo con diametro esterno di 3/4" x 16 BWG ha un diametro esterno di 19,05 mm e uno spessore di parete di 1,65 mm. La lunghezza è generalmente di 6 m o 12 m per i tubi diritti, con tubi con curvatura a U- con raggi di curvatura specifici a seconda del design dello scambiatore di calore (tipicamente 2-3 volte il raggio di curvatura minimo del diametro esterno del tubo).

Ispezione del tubo dello scambiatore di calore

L'ispezione dei tubi degli scambiatori di calore comprende la verifica dimensionale (diametro esterno, diametro interno, spessore della parete, rettilineità e lunghezza), test con correnti parassite (ECT) per rilevare difetti superficiali e sotterranei, test idrostatici secondo lo standard applicabile e test meccanici tra cui svasatura (espansione dell'estremità del tubo per verificare la duttilità) e appiattimento (schiacciamento del tubo per verificare l'integrità della saldatura per i tubi saldati). La pulizia della superficie viene verificata mediante ispezione visiva e, per le applicazioni critiche, mediante test su tampone di olio-e-grasso.

Guida alla scelta dei tubi

Per selezionare il tubo dello scambiatore di calore corretto è necessario valutare la temperatura di esercizio (bassa-temperatura < 200 gradi utilizzare acciaio al carbonio A179; media-temperatura 200-500 gradi utilizzare bassa-lega A213 T11/T22; alta-temperatura > 500 gradi utilizzare acciaio inossidabile o T91), corrosività media (uso non corrosivo al carbonio acciaio inossidabile 304/316 per uso corrosivo; acciaio inossidabile 316L o duplex altamente corrosivo o ricco di cloruri) e requisiti di trasferimento di calore (le pareti più sottili forniscono un migliore trasferimento di calore ma una minore tolleranza alla corrosione). L'analisi dei costi del ciclo di vita dovrebbe considerare il costo iniziale dei materiali più la manutenzione prevista, la frequenza di pulizia e l'intervallo di sostituzione nell'ambiente di servizio specifico.

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Categorie di prodotti

• Tubo in acciaio inossidabile
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• Tubo in acciaio legato
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