Cómo elegir tubos de acero sin costura para intercambiador de calor

Juegan un papel crucial, funcionando como transportadores térmicos altamente eficientes que transfieren calor de un medio a otro, asegurando el buen funcionamiento de los procesos de producción. El rendimiento y la vida útil de un intercambiador de calor afectan directamente no solo la seguridad de la producción sino también los beneficios económicos de la empresa. Tubos de acero sin costura, como componentes clave en, Tienen un proceso de selección de materiales aún más crítico, ya que determina directamente la estabilidad operativa y la vida útil del intercambiador de calor.

Los tubos de acero sin costura se encuentran en el núcleo del proceso de intercambio de calor y deben soportar altas temperaturas, altas presiones y corrosión química del medio de trabajo. Esto requiere que los tubos de acero sin costura posean una serie de características de rendimiento críticas.

• Fuerza y plasticidadEn primer lugar, los tubos de acero sin costura deben tener buena resistencia y plasticidad. Durante el intercambio de calor, la presión del fluido y la tensión mecánica causada por la expansión y contracción térmica actuarán sobre el tubo de acero. Si la resistencia y la plasticidad del tubo de acero son insuficientes, pueden producirse deformaciones plásticas y fallas por fatiga, lo que afecta el funcionamiento normal del intercambiador de calor.
• Estabilidad a alta temperatura: En condiciones de alta temperatura, el material del tubo de acero no debe sufrir ablandamiento térmico, oxidación o una disminución significativa de las propiedades mecánicas. Los intercambiadores de calor generalmente necesitan funcionar de manera estable durante largos períodos en entornos de alta temperatura. Si el rendimiento del material es inestable a altas temperaturas, puede conducir a una disminución en la eficiencia del intercambiador de calor o incluso a riesgos de seguridad.
• Resistencia a la oxidación y a la corrosión: Dependiendo del medio, los tubos de acero sin costura también deben tener buena resistencia a la oxidación y resistencia a la corrosión. La acción corrosiva del medio puede hacer que el tubo de acero se perfore o se escape, lo que provoca graves accidentes de seguridad. Por lo tanto, la selección de materiales con buena resistencia a la oxidación y resistencia a la corrosión es una garantía importante para la operación segura de los intercambiadores de calor.
• Conductividad térmica: Como la pared de transferencia de calor directa del medio de intercambio de calor, la conductividad térmica del tubo de acero afecta directamente la eficiencia de transferencia de calor. Aunque la conductividad térmica del acero es relativamente limitada, al optimizar el grosor y el diseño estructural del material, el efecto de transferencia de calor se puede mejorar de manera efectiva.
• Adaptabilidad del procesoLos tubos de acero sin costura también deben adaptarse a procesos como la soldadura, el doblado, el enderezamiento y el tratamiento de la superficie para garantizar la fabricación sin problemas de los intercambiadores de calor y la calidad del producto final. En la producción real, los tubos de acero sin costura se someten a una variedad de métodos de procesamiento. Si el material tiene poca adaptabilidad a estos procesos, afectará la calidad de fabricación y la eficiencia de producción del intercambiador de calor.

Dadas las diversas condiciones de funcionamiento de los intercambiadores de calor, los materiales de tubo de acero sin costura comúnmente utilizados incluyen principalmente acero al carbono, acero aleado y acero inoxidable.

• Acero de carbonoEl acero al carbono es un material económico adecuado para condiciones donde la temperatura no supera los 400 ° C y el medio no es significativamente corrosivo. El acero al carbono tiene una resistencia moderada, buena plasticidad y dureza, y puede soportar la presión en condiciones normales de funcionamiento. Sin embargo, el acero al carbono es propenso a la oxidación y la degradación del rendimiento a altas temperaturas, y su resistencia a la corrosión es débil. Por lo general, requiere medidas de protección como recubrimientos o revestimientos para mejorar su rendimiento. El acero al carbono tiene una excelente maquinabilidad y soldabilidad y se usa ampliamente en intercambiadores de calor de agua de enfriamiento en general y procesos de baja temperatura.
• Acero de aleaciónEl acero aleado mejora la resistencia y la resistencia a la corrosión al agregar elementos como cromo, molibdeno y níquel. El acero aleado tiene una resistencia y resistencia al calor significativamente mejores en comparación con el acero al carbono, lo que lo hace adecuado para condiciones de media a alta presión y temperatura. Comparado con el acero al carbono, el acero aleado es más resistente a la oxidación y corrosión y puede adaptarse a ambientes moderadamente corrosivos. El acero aleado también es soldable y fácil de mecanizar. Los grados típicos como 12Cr1MoV son ampliamente utilizados en tuberías de alta temperatura para calderas e intercambiadores de calor.
• El acero inoxidable ofrece una excelente resistencia a la corrosión y a altas temperaturas, por lo que es una opción ideal para materiales intercambiadores de calor. La alta tenacidad y la buena resistencia del acero inoxidable le permiten funcionar bien tanto en medios oxidativos como reductivos, con una excelente resistencia a la corrosión. El acero inoxidable se puede utilizar durante períodos prolongados a temperaturas superiores a 600 °C. El acero inoxidable también tiene una buena soldabilidad, aunque es relativamente más difícil de formar. Debido a sus excelentes propiedades, el acero inoxidable es ampliamente utilizado en industrias como la química, el petróleo y la energía nuclear, donde se requiere una alta resistencia a la corrosión y al calor.

Al seleccionar materiales de tubo de acero sin costura para intercambiadores de calor, se deben considerar múltiples factores para garantizar que el material cumpla con las condiciones de trabajo reales.

• Temperatura y presiónLa temperatura y la presión son factores primarios que influyen en la selección del material. En entornos de alta temperatura y alta presión, los materiales deben tener un alto límite de elasticidad y resistencia a la fluencia. Los aceros de aleación de alta temperatura y los aceros inoxidables austeníticos se usan comúnmente para satisfacer tales demandas.
• Características medianasLos diferentes medios de transferencia de calor (como agua, vapor, aceite, soluciones ácidas o alcalinas) exhiben niveles variables de efecto corrosivo sobre los materiales. El acero al carbono es adecuado para medios no corrosivos o levemente corrosivos, pero para condiciones con medios corrosivos, se debe usar acero inoxidable o aceros de aleación especiales.
• Conductividad térmica: La conductividad térmica del material afecta directamente la eficiencia de transferencia de calor. Aunque la conductividad inherente del acero es limitada, la optimización del grosor y el diseño puede mejorar efectivamente la transferencia de calor.
• Costo y eficiencia económicaEl costo del material y la dificultad de fabricación influyen directamente en el costo total del intercambiador de calor. Si bien el acero al carbono es barato, requiere un mantenimiento y reemplazo más frecuente. El acero inoxidable tiene un costo inicial más alto, pero una vida útil más larga y una mejor eficiencia económica general. Por lo tanto, equilibrar los costos de los materiales con la vida útil es esencial para evitar reemplazos y reparaciones frecuentes causados por materiales baratos y de baja calidad.
• Compatibilidad del proceso de fabricaciónEl material debe ser adaptable a los procesos de fabricación de tubos de acero sin costura, incluidos el laminado en caliente, el laminado en frío, el tratamiento térmico y la soldadura, para garantizar la calidad y el rendimiento del producto final.

En los intercambiadores de calor de carcasa y tubo, la conexión entre el tubo y la lámina de tubo es una estructura clave, que requiere tanto una operación a prueba de fugas como una resistencia a la presión del medio. Los métodos de conexión comunes incluyen expansión, soldadura y una combinación de expansión y soldadura.

• La expansión es simple y rentable, adecuada para situaciones en las que las fugas no causarán consecuencias graves.
• Estrés residual: El estrés residual surge de la deformación plástica en el extremo del tubo durante la expansión. El estrés desaparecerá gradualmente a altas temperaturas, debilitando el sello.
• Condiciones aplicables: Presión generalmente ≤ 4 MPa, temperatura ≤ 300 °C.
• Dureza del material: la dureza de la lámina del tubo debe ser más alta que el extremo del tubo para garantizar la resistencia a la expansión.
• Rugosidad de la superficie: Ra 12,5, tipo de agujero (liso o con ranuras) influye en la calidad de expansión.

• La soldadura es un método de conexión ampliamente utilizado, con las siguientes características:
• Facilidad de procesamiento: No hay necesidad de ranuras en el orificio del tubo o recocido o pulido del extremo del tubo.
• Alta resistencia: Las uniones soldadas proporcionan alta resistencia y resistencia a la extracción. También se pueden reparar si se producen fugas.
• Conveniente para el mantenimiento: se pueden usar herramientas especiales para eliminar los tubos con fugas, lo cual es más conveniente que la expansión.

• Este método es adecuado para condiciones de alta presión, alta permeabilidad o corrosión de un solo lado para garantizar un sellado absoluto. Los métodos comunes incluyen expandir primero y luego soldar, soldar y luego expandir, o soldar y luego expandir con la expansión posterior:
• Primera expansión y luego soldadura: mejora el rendimiento de fatiga de la soldadura pero requiere limpieza del aceite de expansión para evitar problemas de calidad de soldadura.
• Primero soldadura y luego expansión: evita la contaminación del aceite pero puede agrietar las soldaduras durante la expansión. La distancia entre el extremo del tubo y la placa debe aumentarse (aproximadamente 16mm) para evitar el agrietamiento.

Los tubos de acero sin costura son componentes clave indispensables en los intercambiadores de calor industriales, con selección de materiales y procesos de conexión que determinan su rendimiento y vida útil. En aplicaciones prácticas, es necesario considerar exhaustivamente factores como la resistencia, la plasticidad, la estabilidad a altas temperaturas, la resistencia a la oxidación y la corrosión, la conductividad térmica y la adaptabilidad del proceso al seleccionar materiales. Al mismo tiempo, la selección del método de conexión de la lámina tubo a tubo adecuado garantiza el sellado y la resistencia, lo cual es esencial para el funcionamiento seguro y eficiente de los intercambiadores de calor. Al hacer selecciones científicas de materiales y diseños de procesos, el rendimiento del intercambiador de calor y la vida útil se pueden mejorar de manera efectiva, contribuyendo a la seguridad industrial y la eficiencia económica.