Tubo con tapones ASTM A312 TP316L con aletas de 11-13Cr para calentadores de refinería

Tubo con espárragos ASTM A312 TP316L con aletas de espárragos de 11-13Cr para calentadores de refinería

Este es un tubo de intercambiador de calor de alto rendimiento. Consiste en un tubo central hecho de acero inoxidable resistente a la corrosión (TP316L) con pequeñas aletas en forma de espárragos (hechas de acero con 11-13% de cromo) soldadas en su superficie exterior. El propósito principal es aumentar en gran medida el área de superficie de transferencia de calor en entornos exigentes, particularmente en aplicaciones de alta temperatura y corrosivas como calentadores y calderas de refinería.

Desglose detallado

1. Material del tubo base: ASTM A312 TP316L

(1). Composición química (porcentaje en peso)

La composición se especifica en la Tabla 1 de ASTM A312. Los valores para TP316L se muestran a continuación.

Nota: La norma también exige que el material contenga al menos 5 × %C hasta un máximo de 0.10% de cobre (Cu) para tubos sin costura. Este es un detalle menos citado pero importante para la verificación del producto.

(2). Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas se especifican en la Tabla 2 de ASTM A312. Estos son los valores mínimos requeridos.

2. Tubo con espárragos

Esto describe la forma física y la construcción.

Es un tubo desnudo (el tubo central) que tiene espárragos (pasadores cortos en forma de varilla) adheridos a su superficie externa. Estos espárragos no están simplemente pegados; están soldados por resistencia utilizando un proceso automatizado especializado. Esto crea una unión metalúrgica que es muy fuerte y eficiente para transferir calor.

3. Aletas de espárragos de 11-13Cr

Esto especifica el material de los espárragos (aletas) en sí.

11-13Cr significa que los espárragos están hechos de una aleación de acero que contiene del 11% al 13% de cromo.

¿Por qué un material diferente? Si bien el tubo base 316L se elige por su resistencia a la corrosión, los espárragos se eligen por diferentes razones:

• Resistencia a altas temperaturas: El acero con 11-13% de cromo (a menudo similar a grados como SA 213 T11) conserva su resistencia y resiste la oxidación (incrustación) a temperaturas muy altas mejor que un acero inoxidable como el 316L.
• Rentabilidad: Este material es típicamente menos costoso que el acero inoxidable 316L. Dado que los espárragos son numerosos, el uso de un material adecuado para el propósito optimiza el rendimiento y el costo.
• Compatibilidad: La tasa de expansión térmica del acero 11-13Cr es más cercana al acero al carbono que al acero inoxidable austenítico, lo que puede ser una consideración de diseño en ciertos conjuntos. La soldabilidad entre los dos materiales está bien establecida.

Cómo funciona (Función)

El propósito completo de este componente es la transferencia de calor mejorada:

• El tubo central transporta un fluido en el interior (por ejemplo, agua, aceite, fluido de proceso).
• Los gases de combustión calientes u otra fuente de calor fluyen sobre el exterior del tubo y los espárragos.
• Los espárragos aumentan drásticamente el área de superficie del tubo expuesta a la fuente de calor (de 3 a 8 veces o más).
• Esto permite que el calor se absorba o se disipe de manera mucho más eficiente de lo que podría hacerlo un tubo liso y desnudo.

Aplicación principal: Calentadores de combustión en refinerías y plantas petroquímicas

Esta es la aplicación más clásica y crítica. Estos tubos son el componente central en la sección radiante o sección de convección de grandes hornos industriales, a menudo llamados calentadores de combustión.

Cómo funciona:

• El tubo central TP316L transporta el fluido de proceso que necesita ser calentado (por ejemplo, petróleo crudo, hidrocarburos, materias primas químicas) a alta presión.
• El exterior del banco de tubos está expuesto al calor radiante intenso y a los gases de combustión calientes y corrosivos (más de 1000°C / 1800°F) de los quemadores.
• Los espárragos de 11-13Cr absorben este calor intenso y lo transfieren eficientemente al fluido dentro del tubo.

¿Por qué esta combinación específica de materiales es perfecta:

• Resistencia a la corrosión interna (TP316L): El fluido de proceso en el interior puede ser corrosivo. La excelente resistencia a la corrosión del TP316L protege la superficie interna del tubo del ataque, asegurando la integridad y evitando la contaminación del fluido de proceso.
• Resistencia a altas temperaturas externa (espárragos de 11-13Cr): Los espárragos están hechos de un material que conserva su resistencia y resiste la oxidación (incrustación) a las temperaturas extremas en el exterior del tubo. El acero inoxidable austenítico como el 316L sería más débil y podría sucumbir a la "corrosión en caliente" o la oxidación en este entorno.
• Transferencia de calor mejorada: Los espárragos aumentan el área de superficie externa del tubo de 3 a 8 veces, mejorando drásticamente la eficiencia de la captura de calor de los gases de combustión.

Otras aplicaciones clave

El mismo principio se aplica a otros escenarios exigentes de transferencia de calor:

• Calderas de generación de energía:
  • Se utilizan en secciones como el economizador (para precalentar el agua de alimentación) o el sobrecalentador (para calentar el vapor más allá de su punto de saturación).
  • Manejan agua/vapor a alta presión en el interior (resistente a la corrosión por 316L) y están expuestos a gases de combustión calientes de la combustión de carbón, gas o petróleo en el exterior (manejados por los espárragos).
• Unidades de recuperación de calor residual (WHRU):
  • Estos sistemas capturan la energía térmica de las corrientes de escape calientes de las turbinas de gas, incineradores u otros procesos industriales que de otro modo se desperdiciarían.
  • Los tubos con espárragos son ideales para extraer eficientemente el calor de estos gases de escape a menudo sucios y corrosivos.
• Industrias de procesos químicos:
  • En reactores de alta temperatura, reformadores y hornos de craqueo donde un proceso químico requiere un calentamiento preciso y eficiente en un entorno corrosivo.
• Calentadores de aire / Precalentadores de aire de combustión:
  • Se utilizan para precalentar el aire de combustión que se alimenta a un horno. El gas de combustión de escape caliente pasa sobre los tubos con espárragos, transfiriendo su calor residual al aire entrante, lo que mejora significativamente la eficiencia general del combustible del horno.