Tubos com Aletas Serrilhadas para HRSG – ASTM A179
Visão Geral do Produto
Tubos com aletas serrilhadas ASTM A179 para HRSG são tubos de transferência de calor projetados para aumentar a área externa efetiva de transferência de calor de geradores de vapor de recuperação de calor (HRSGs), particularmente em seções de recuperação de calor de temperatura baixa a moderada, como economizadores, pré-aquecedores de água de alimentação e outros módulos de recuperação de calor do lado do gás.
O tubo é fabricado em aço carbono de baixa liga, trefilado a frio e sem costura, ASTM A179, enquanto uma aleta metálica serrilhada ou segmentada é enrolada helicoidalmente ou de outra forma mecanicamente fixada à superfície do tubo. A geometria da aleta serrilhada aumenta a área de superfície externa, introduzindo turbulência controlada no fluxo de gás, melhorando a transferência de calor em comparação com um tubo nu.
O ASTM A179 destina-se especificamente a tubos de aço carbono de baixa liga, trefilados a frio e sem costura, utilizados em trocadores de calor, condensadores e equipamentos semelhantes de transferência de calor. A norma abrange diâmetros externos de tubo de 1/8 pol. a 3 pol. (3,2–76,2 mm).
Para aplicações em HRSG, o design de aleta serrilhada proporciona um equilíbrio prático entre eficiência de transferência de calor, queda de pressão do lado do gás, design compacto do equipamento, fabricação e acessibilidade de manutenção.
Principais Características
- Tubo base de aço carbono de baixa liga, trefilado a frio e sem costura, ASTM A179
- Construção de aleta serrilhada ou segmentada para área de transferência de calor aprimorada
- Alta área de superfície externa efetiva
- Transferência de calor do lado do gás aprimorada em comparação com tubos nus
- Adequado para economizadores e seções de recuperação de calor de HRSG de temperatura mais baixa
- Altura, espessura, passo e configuração de serrilhado da aleta flexíveis
- Disponível em comprimentos de tubo e configurações de aleta personalizados
- Adequado para projetos de HRSG e recuperação de calor de grande volume
- Inspeção dimensional e teste de pressão disponíveis de acordo com os requisitos do projeto
- Pode ser fornecido com tratamento de superfície especificado, preparação de extremidade e embalagem
Como os Tubos com Aletas Serrilhadas Funcionam em um HRSG
Um HRSG recupera energia térmica de gás de exaustão quente e transfere essa energia para água ou vapor. O gás de exaustão passa pelas baterias de tubos com aletas enquanto a água ou o vapor flui através do tubo.
As aletas serrilhadas aumentam a superfície de transferência de calor exposta ao gás de exaustão. Em vez de depender apenas da superfície externa relativamente pequena do tubo, as aletas fornecem uma área substancialmente maior para a troca de calor.
O processo de transferência de calor pode ser resumido como:
Gás de exaustão quente → aleta serrilhada → conexão aleta-tubo → parede do tubo → fluido interno
As serrilhas interrompem a camada limite do gás e promovem mistura adicional ao redor das superfícies das aletas. Isso pode melhorar a transferência de calor do lado do gás, permitindo que os projetistas controlem a queda de pressão através da seleção da altura, espessura, passo da aleta e arranjo do tubo.
Em um HRSG, este design é particularmente útil onde o coeficiente de transferência de calor do lado do gás é relativamente baixo em comparação com o coeficiente do lado da água.
Aplicações Típicas de HRSG
Tubos com aletas serrilhadas ASTM A179 são comumente considerados para:
1. Economizadores de HRSG
O economizador transfere calor do gás de exaustão para a água de alimentação da caldeira antes que a água entre nas seções de temperatura mais alta do HRSG.
Tubos com aletas serrilhadas aumentam a área de transferência de calor disponível do lado do gás, permitindo que o economizador recupere mais calor residual de exaustão dentro de um arranjo compacto de bateria de tubos.
2. Pré-aquecedores de Água de Alimentação
Para faixas de temperatura apropriadas, tubos com aletas serrilhadas podem ser usados para pré-aquecer a água de alimentação usando calor de exaustão ou de processo recuperado.
3. Seções de Recuperação de Calor Residual
Eles podem ser incorporados em equipamentos de recuperação de calor onde há gás quente disponível, mas a temperatura de operação é compatível com materiais de tubo de aço carbono de baixa liga.
4. Recuperação de Calor Gás-para-Água
O design é adequado para tarefas de transferência de calor gás-para-líquido onde é necessária uma área de superfície externa aumentada.
5. Equipamentos Industriais de HRSG e WHR
- Plantas de energia de ciclo combinado
- Sistemas industriais de cogeração
- Recuperação de calor residual de turbina a gás
- Recuperação de calor de processo
- Sistemas de recuperação de calor residual de refinaria e petroquímica
- Caldeiras industriais e caldeiras de recuperação de calor
- Equipamentos de recuperação de calor de gás de exaustão
A seleção do material deve ser sempre baseada na temperatura real da parede do tubo, composição do gás, pressão, ambiente de corrosão e código de projeto aplicável. O ASTM A179 é um material de tubo de trocador de calor de baixa liga e não deve ser substituído automaticamente por graus de aço liga usados em seções de HRSG de temperatura mais alta.
Especificação do Tubo Base ASTM A179
O ASTM A179/A179M especifica tubos de aço carbono de baixa liga, trefilados a frio e sem costura para trocadores de calor, condensadores e equipamentos semelhantes de transferência de calor. A listagem atual da ASTM identifica A179/A179M-24 como a edição ativa.
A rota de fabricação é importante porque a trefilação a frio proporciona bom controle dimensional e qualidade de superfície. O ASTM A179 também requer tratamento térmico após a última passagem de trefilação a frio a 1200°F [650°C] ou superior sob os requisitos da especificação referenciada.
Faixa de Tamanho Comum
O próprio ASTM A179 permite diâmetros externos de tubo de 1/8 pol. a 3 pol. (3,2–76,2 mm).
Para tubos com aletas serrilhadas usados em equipamentos de HRSG e recuperação de calor, os tamanhos práticos de projeto são normalmente selecionados de acordo com a tarefa de transferência de calor necessária, velocidade do gás, queda de pressão, arranjo da bateria de tubos e requisitos de fabricação.
Dimensões Típicas do Tubo Base
| Item |
Faixa Comum / Opção |
| Material do tubo base |
ASTM A179 |
| OD do tubo |
Aprox. 12,7–63,5 mm comumente usado; outros tamanhos disponíveis |
| Espessura da parede do tubo |
Aprox. 1,5–5,0 mm comumente usado |
| Comprimento do tubo |
3.000–12.000 mm típico; comprimentos personalizados disponíveis |
| Material da aleta |
Aço carbono ou outro material especificado |
| Altura da aleta |
Aprox. 10–25 mm comumente usado |
| Espessura da aleta |
Aprox. 0,8–2,0 mm comumente usado |
| Passo da aleta |
Aprox. 2,0–8,0 mm comumente usado |
| Tipo de aleta |
Serrilhada / segmentada / enrolada helicoidalmente |
| Cobertura da aleta |
Contínua ou especificada de acordo com o projeto |
| Configuração da extremidade |
Lisa, sem aletas, chanfrada ou específica do projeto |
As faixas acima são faixas típicas de fornecimento de engenharia, em vez de limites impostos pelo ASTM A179. As dimensões finais devem ser confirmadas em relação ao projeto térmico e mecânico do HRSG.
Design de Aleta Serrilhada
A aleta serrilhada é fabricada com interrupções ou cortes repetidos ao longo da tira da aleta. Comparada com uma aleta helicoidal completamente contínua, a geometria segmentada pode melhorar a mistura de gás ao redor da aleta e facilitar o comportamento de expansão térmica.
Parâmetros típicos de projeto incluem:
- Altura da aleta
- Espessura da aleta
- Passo da aleta
- Largura da serrilha
- Profundidade da serrilha
- Frequência da serrilha
- Fixação da aleta ao tubo
- Extremidades do tubo nuas
- Arranjo da bateria de tubos
A configuração ideal depende da taxa de fluxo de gás de exaustão do HRSG, temperatura do gás, queda de pressão permitida, tendência de incrustação, meta de transferência de calor e espaço de instalação disponível.
Para projetos que exigem desempenho térmico preciso, as dimensões das aletas devem, portanto, ser selecionadas a partir do cálculo de projeto térmico, em vez de um tamanho padrão genérico.
Composição Química do ASTM A179
O ASTM A179 é uma liga de aço de baixo carbono com uma composição química relativamente simples. A composição especificada é:
| Elemento |
Requisito ASTM A179 |
| Carbono (C) |
0,06–0,18% |
| Manganês (Mn) |
0,27–0,63% |
| Fósforo (P) |
≤0,035% |
| Enxofre (S) |
≤0,035% |
| Silício (Si) |
Não especificado como faixa de liga requerida |
| Cromo (Cr) |
Não especificado |
| Níquel (Ni) |
Não especificado |
| Molibdênio (Mo) |
Não especificado |
A especificação ASTM identifica especificamente os requisitos de carbono, manganês, fósforo e enxofre para esta liga.
A composição de baixo carbono suporta boa fabricação e torna o material adequado para tubos de trocador de calor trefilados a frio.
Propriedades Mecânicas do ASTM A179
Os requisitos mecânicos mínimos típicos para tubos ASTM A179 incluem:
| Propriedade |
Requisito |
| Resistência à tração |
≥325 MPa |
| Limite de escoamento |
≥180 MPa |
| Alongamento |
≥35% |
| Dureza |
≤72 HRB |
Esses valores são comumente relatados para tubos ASTM A179; a especificação de compra aplicável e a edição atual da norma devem reger a aceitação final.
O requisito de alongamento relativamente alto é benéfico para operações de conformação e fabricação de tubos. As propriedades mecânicas estão sujeitas aos limites de aplicabilidade dentro do ASTM A179, incluindo restrições para tubos muito pequenos e paredes muito finas.
Processo de Fabricação
Uma rota de fabricação típica para tubos com aletas serrilhadas ASTM A179 é:
Billet de aço → perfuração → laminação a quente → trefilação a frio → tratamento térmico → endireitamento → corte → inspeção dimensional → preparação da aleta → fixação da aleta → formação de serrilha/formação da aleta → inspeção do tubo com aletas acabado → teste → marcação e embalagem
O tubo base ASTM A179 é fabricado pelo processo sem costura e trefilado a frio.
Para a produção de tubos com aletas, atenção especial é dada a:
- OD e espessura da parede do tubo
- Retilinidade do tubo
- Altura da aleta
- Passo da aleta
- Espessura da aleta
- Fixação da aleta
- Contato aleta-tubo
- Consistência da serrilha
- Comprimento da extremidade do tubo nu
- Comprimento total do tubo
Inspeção e Testes
O controle de qualidade pode incluir tanto inspeção do tubo base quanto inspeção do tubo com aletas acabado.
1. Análise Química
A análise de calor e, quando exigido, a análise de produto verificam que o tubo base está em conformidade com a química especificada do ASTM A179.
2. Teste de Tração
O teste de tração verifica a resistência à tração, o limite de escoamento e o alongamento do material do tubo.
3. Teste de Dureza
O teste de dureza confirma a conformidade com os requisitos de propriedade mecânica especificados.
4. Teste de Achatamento
O teste de achatamento avalia a ductilidade do tubo e a resistência à deformação. O ASTM A179 identifica o teste de achatamento entre os exames de tubo exigidos.
5. Teste de Alargamento
O teste de alargamento avalia a capacidade do tubo de sofrer expansão controlada sem rachaduras ou defeitos inaceitáveis.
6. Teste de Flangeamento
Onde aplicável, o teste de flangeamento pode ser realizado de acordo com os requisitos de compra e a especificação aplicável.
7. Teste Hidrostático
O teste hidrostático verifica a integridade de pressão do tubo acabado. O ASTM A179 identifica o teste hidrostático entre seus testes de tubo especificados.
8. Corrente de Foucault / Exame Não Destrutivo
O exame por corrente de Foucault ou outro método NDE adequado pode ser especificado pelo comprador ou padrão de projeto aplicável para detectar descontinuidades no tubo.
9. Inspeção Dimensional
Os tubos acabados são inspecionados quanto a:
- OD do tubo
- Espessura da parede
- Comprimento total
- Altura da aleta
- Passo da aleta
- Espessura da aleta
- Densidade da aleta
- Comprimento da extremidade nua
- Retilinidade
- Fixação da aleta
10. Inspeção Visual
As superfícies do tubo e da aleta são examinadas quanto a rachaduras, oxidação excessiva, deformação, aletas danificadas, fixação inadequada e outros defeitos visíveis.
O ASTM A179 exige que os tubos acabados estejam livres de incrustações, com uma pequena quantidade de oxidação não considerada incrustação.
Vantagens dos Tubos com Aletas Serrilhadas ASTM A179 para HRSG
Área de Transferência de Calor Aumentada
A aleta aumenta substancialmente a área de superfície externa disponível para transferência de calor do gás de exaustão.
Equipamento de Recuperação de Calor Compacto
Mais superfície de transferência de calor pode ser instalada dentro de um envelope de fluxo de gás determinado, ajudando a reduzir o tamanho do equipamento onde apropriado.
Transferência de Calor do Lado do Gás Aprimorada
As serrilhas interrompem a camada limite e promovem a mistura de gás ao redor da superfície da aleta.
Boas Características de Fabricação
O tubo de baixo carbono ASTM A179 oferece boa ductilidade e é bem adequado para fabricação de trocadores de calor.
Material Custo-Efetivo
Para regimes de temperatura onde o aço carbono é tecnicamente apropriado, o A179 pode fornecer uma alternativa econômica a tubos de liga superior.
Design de Engenharia Flexível
A altura, passo, espessura da aleta, espaçamento dos tubos e dimensões das extremidades nuas podem ser personalizados de acordo com o projeto térmico do HRSG.
Por Que Escolher Nossos Tubos com Aletas Serrilhadas ASTM A179?
Fabricamos tubos com aletas serrilhadas de acordo com requisitos térmicos, dimensionais, de material e de inspeção específicos do cliente, em vez de depender de uma configuração única para todos.
Nossa capacidade de fornecimento pode incluir:
- Tubos base ASTM A179 / ASME SA179
- OD e espessura da parede do tubo personalizados
- Altura e passo da aleta personalizados
- Configurações de aleta serrilhada ou segmentada
- Comprimentos de tubo personalizados
- Extremidades de tubo nuas especificadas
- Rastreabilidade de material e dimensional
- Inspeção de propriedades mecânicas
- Testes hidrostáticos e NDE conforme necessário
- Certificados de teste de usina e documentação de inspeção
- Embalagem de exportação adequada para transporte de longa distância
Para projetos de HRSG, os clientes podem fornecer a temperatura do gás, fluxo de gás, condições de água/vapor, pressão de projeto, queda de pressão permitida, dimensões da bateria de tubos e tarefa de calor necessária, permitindo que a configuração do tubo com aletas seja selecionada em torno da aplicação real.
Nota Importante sobre Seleção de Material
O ASTM A179 é um material de tubo de trocador de calor de baixo carbono, não uma liga de aço cromo-molibdênio. Portanto, é geralmente mais apropriado para tarefas de recuperação de calor de temperatura mais baixa adequadas do que para as partes de tubo de HRSG mais quentes.
Para economizadores de alta temperatura, superaquecedores, reaquecedores ou outras seções com temperaturas de metal elevadas, ligas como ASTM/ASME T11, T12, T22, T91 ou ligas inoxidáveis podem ser necessárias, dependendo do projeto de engenharia.
O material final do tubo deve sempre ser selecionado de acordo com temperatura de projeto, pressão de projeto, condições de corrosão, código de caldeira/vaso de pressão aplicável e requisitos de engenharia do fabricante do HRSG.
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