Como selecionar tubos de aço aletado: guia de engenharia para temperatura, corrosão e confiabilidade do ciclo de vida

Por que spec aTubo do aço aletaPor um simples? Porque o ar é um meio terrível calor transferência. Tubos lisos não podem compensar-os tubos aletados podem, multiplicando a área de superfície externa 5 a 15 vezes. É por isso que você os encontra em condensadores refrigerados a ar, resfriadores a ar de refinaria, unidades de recuperação de calor residual e bobinas evaporadoras HVAC. Tubo de aço aletado é um tubo de aço com aletas metálicas presas à sua superfície externa. O tubo base transporta fluido pressurizado do processo-líquido ou gás. As aletas estendem-se para fora, aumentando a área de troca térmica e equilibrando o coeficiente de transferência térmica pobre do ar. Materiais do tubo de base: aço carbono (SA106 Gr.B, SA53-B), aço inoxidável (304, 316L), aço de liga (P91, P22) ou ligas especiais. Materiais de barbatanas: Alumínio (mais comum), cobre (maior condutividade, mais pesado), aço carbono (alta temperatura) ou aço inoxidável (resistência à corrosão).

Como funcionam os tubos aço aletados

O calor se move do fluido do processo para a parede do tubo por convecção. Ele conduz através da parede para as barbatanas, depois transfere para o ar circundante sobre a área de superfície expandida. As aletas compensam o coeficiente fraco da transferência térmica do ar:

• Coeficiente do lado da água: 1.000-3.000 W/m² · K
• Coeficiente do ar-lado: 10-100 W/m² · K

Sem aletas, a resistência do lado do ar domina. Com aletas, a área superficial efetiva equilibra a equação-mais calor transferido em menos espaço. A eficiência do fin também importa. Alumínio e cobre conduzem bem o calor às pontas das barbatanas. Aletas de aço têm menor condutividade, então projetos de aço normalmente usam aletas mais curtas ou densidades mais baixas do que o alumínio.

Tipos de tubos aço aletado

Tubos Alfinados Soldados de Alta Frequência (HFW)

A tira de aço é continuamente soldada no tubo OD usando soldagem por resistência elétrica de alta frequência. A ligação metalúrgica oferece excelente transferência térmica e resistência mecânica.

• Temperatura limite: ~ 450 °C
• Aplicações: Caldeiras, economizadores, refrigeradores a ar, aquecedores acionados
• Vantagem: Forte vínculo para serviço de alta temperatura
• Desvantagem: A área soldada pode corroer se o revestimento é danificado

Tubos Aletados Extrudados

Uma luva de alumínio é extrudida mecanicamente sobre o tubo base. As barbatanas formam-se de uma camada metálica contínua-nenhuma tira separada. O alumínio envolve totalmente o tubo base.

• Limite de temperatura: 250-300 °C
• Aplicações: Plataformas offshore, ambientes marinhos, plantas químicas
• Vantagem: Proteção total contra corrosão, sem fendas
• Desvantagem: Baixa temperatura limite

Tubos aletados incorporados (tipo G)

Uma ranhura helicoidal é usinada no tubo OD. A tira do aleta é encaixada e travada mecanicamente no lugar.

• Limite de temperatura: Até 450 °C
• Aplicações: Recuperação térmica de alta temperatura, seções de convecção disparadas do calefator
• Vantagem: Parede do tubo não diluída soldando
• Desvantagem: As alfinetes podem afrouxar sob o ciclismo térmico

Espiral ferida Aletado Tubos

A tira do metal é envolvida helicoidalmente em torno do tubo e fixada soldando nas extremidades ou pela tensão apenas. Opção de menor custo.

• Temperatura limite: Soldadas termina ~ 400 ° C; tensão-somente mais baixo
• Aplicações: Trocadores de calor refrigerados a ar, torres refrigerando secas
• Vantagem: Baixo custo
• Desvantagem: As aletas tensão-ferida afrouxam ao longo do tempo com ciclismo térmico

Aplicações

Tubos do aço aletadoSão especificados sempre que um lado tenha um coeficiente de transferência térmica significativamente inferior ao outro:

• Trocadores de calor refrigerados a ar (ACHEs): Refinaria e resfriamento do processo petroquímico
• Caldeiras industriais: seções do economizador e do superheater
• Recuperação de calor residual (WHRUs): Captura de calor de turbina a gás
• Geração de energia: condensadores refrigerados a ar
• Sistemas AVAC: Bobinas do evaporador, bobinas do condensador, aquecedores unitários
• Aquecedores Process: Tubos de convecção em reformadores e crackers
• Torres de resfriamento seco: Substitua sistemas refrigerados a água em regiões com escassez de água
• Processamento de óleo e gás: Compressor aftercoolers, refrigeradores a gás

As densidades típicas das aletas variam de 4 a 16 aletas por polegada. A maior densidade aumenta a área superficial, mas também a queda de pressão no ar. A seleção deve equilibrar a transferência térmica contra a queda permissível da pressão.

Critérios seleção

A temperatura exclui os materiais. Abaixo 250 °C: alumínio aletas trabalho. 250-450 °C: aletas de aço soldadas. Acima de 450 °C: aletas embutidas com tubos de liga ou redesenho. Especificar alumínio a 400 °C causa perda de tensão em meses.

Corrosão decide o material do tubo. Ambientes marinhos atender aletas de alumínio extrudido protegendo tubos de aço carbono. Mas se o fluido do processo contiver cloretos, o tubo base precisa de aço inoxidável 316L ou duplex-independentemente do material da aleta.

Vibração e matéria ciclagem térmica. As aletas encaixadas e soldadas seguram o ciclismo melhor do que a tensão-ferida. As aletas soldadas resistem a vibração melhor do que encaixadas. Trabalhos de tensão para serviço em estado estacionário-não para pulsação de descarga do compressor.

A qualidade do fabrico determina a vida útil. Especifique o teste de integridade para aletas soldadas e extrudidas. Exigir verificações dimensionais: altura da aleta, passo, tolerância do OD. Exija testes hidrostáticos em tubos base. Insista em certificados de material (MTCs) para tubos e aletas. Use PMI se o tubo liga é especificado.

Perguntas Frequentes

Q1: Quanto finning aumenta a área de transferência térmica?
A: Tipicamente 5 a 15 vezes, segundo a densidade da aleta, a altura, e a espessura.

Q2: Qual é a temperatura máxima para tubos com aletas de alumínio?
A: 250-300 ° C para alumínio extrudado. Acima disso, o alumínio se arrasta e perde a aderência mecânica.

Q3: Quanto tempo os tubos de aço finned duram?
A: Quando especificado corretamente, 20 anos. Combinações materiais erradas causam falha em meses.

Q4: Que densidade da aleta devo eu especificar?
A: 4-16 aletas por polegada é padrão. Combine a densidade com a potência permitida do ventilador e o orçamento de pressão.

Resumo

Tubos do aço aletadoAumente a área de transferência térmica pelo × 5-15, permitindo permutadores de calor menores, mais eficientes. Tubos soldados HFW atendem ao serviço de caldeira de alta temperatura. As aletas extrudidas do alumínio protegem contra a corrosão marinha. Aletas embutidas lidam com ciclismo térmico. A ferida espiral é a opção barata para refrigerar de ar do estado estacionário. A seleção se resume à temperatura, corrosão, estresse mecânico e qualidade de fabricação-nessa ordem. Obtenha a combinação material errada, e a falha da aleta acontece dentro dos meses. Obtenha-o direito, e os tubos finned correm 20 anos com degradação mínima.