Como um dispositivo de troca de calor de alta{0}}eficiência amplamente utilizado na indústria, o processo de formação de trocadores de calor de casco-e-de tubo determina diretamente a integridade estrutural, a confiabilidade da vedação e o desempenho da transferência de calor do equipamento. O processo de conformação abrange vários estágios, incluindo laminação de chapas metálicas, processamento de chapas tubulares, montagem de feixes de tubos, soldagem e usinagem geral. Cada estágio requer controle rigoroso sobre a precisão dimensional, a qualidade da superfície e as propriedades mecânicas para atender aos requisitos operacionais sob condições de alta temperatura, alta pressão e multi-médios.
A formação da casca é a primeira etapa crítica na fabricação de trocadores de calor. Placas de aço-de alta qualidade são normalmente usadas como matéria-prima, cortadas e chanfradas de acordo com o diâmetro projetado e a espessura da parede. As placas de aço são gradualmente dobradas em uma forma cilíndrica usando uma laminadora CNC. Durante este processo, é necessário controlar a uniformidade da curvatura e minimizar as tensões residuais para evitar rugas ou fissuras. A soldagem de costura longitudinal usa soldagem por arco submerso ou soldagem por arco de metal a gás. A costura de solda requer múltiplas camadas e passes, e a temperatura entre passes e a entrada de calor devem ser controladas para evitar grãos grossos e deformação excessiva. Pós-soldagem, inspeção visual e testes não{8}}destrutivos são necessários para garantir que a solda esteja livre de porosidade, inclusões de escória e defeitos de fusão incompletos. O tratamento térmico-de alívio de tensão é então realizado de acordo com o projeto para melhorar a estabilidade dimensional da casca.
A formação de chapas tubulares requer precisão e resistência extremamente altas. Os blanks de chapas tubulares podem ser usinados a partir de peças forjadas ou chapas de aço grossas. A usinagem de desbaste é realizada para remover o excesso de material, seguida de furação ou mandrilamento. A posição e o diâmetro do furo devem estar estritamente em conformidade com os requisitos de montagem do feixe de tubos, garantindo que a perpendicularidade do eixo do furo à superfície da placa e a tolerância do espaçamento dos furos estejam dentro da faixa de projeto. Para chapas tubulares que requerem conexões soldadas, o perímetro dos furos deve ser chanfrado e limpo para facilitar a formação da solda e a qualidade da fusão. Para estruturas de cabeçote flutuante ou tubo em U, uma margem de usinagem razoável e flexibilidade estrutural devem ser reservadas no lado móvel para acomodar o deslocamento de expansão térmica.
A formação e o pré-tratamento de tubos de troca de calor são fundamentais para garantir a eficiência da transferência de calor. Os tubos são endireitados, desengraxados e limpos de superfície de acordo com as especificações para remover impurezas e camadas de óxido que podem afetar as juntas de dilatação ou a qualidade da soldagem. Para tubos roscados, tubos corrugados ou tubos com aletas necessários para maior transferência de calor, as dimensões geométricas e a rugosidade da superfície devem atender aos requisitos de projeto durante o processo de conformação para evitar redução da resistência à corrosão devido ao endurecimento por trabalho ou microfissuras.
A montagem e conexão do feixe de tubos são o núcleo do processo de formação. Os tubos do trocador de calor são inseridos um por um nos orifícios da placa do tubo e fixados por meio de expansão mecânica ou soldagem de acordo com os requisitos do projeto. A expansão utiliza um mandril cônico ou expansão hidráulica para garantir um ajuste perfeito entre a parede do tubo e a parede do furo, formando uma vedação inicial e força de ligação, adequada para aplicações de média a baixa pressão que requerem desmontagem e manutenção. A soldagem usa soldagem a arco de argônio automática ou semi{3}}automática para formar soldas de filete ou soldas de resistência nas extremidades do tubo, proporcionando maior vedação e resistência à pressão, comumente usada em ambientes de alta-pressão ou meios altamente corrosivos. O processo de soldagem requer controle preciso de corrente, tensão e velocidade de deslocamento para evitar queimadura-, deformação ou corrosão intergranular na zona-afetada pelo calor. Testes de raios X ou ultrassônicos pós-soldagem- são necessários para garantir que não haja defeitos.
A formação de defletores requer corte e modelagem de acordo com o projeto de dinâmica de fluidos, e entalhes de guia de fluxo e furos de fixação são usinados na superfície. A folga de montagem entre os defletores e o conjunto de tubos e invólucros deve ser rigorosamente controlada para garantir um fluxo uniforme de fluido através do conjunto de tubos sem ressonância ou desgaste. A formação da placa de suporte e do espaçador deve garantir rigidez e precisão de posicionamento para manter o alinhamento estável do feixe de tubos durante a operação.
A formação das tampas e flanges inclui corte, usinagem das superfícies de vedação e perfuração/rosqueamento. As superfícies de vedação devem atingir a planicidade e a rugosidade da superfície projetadas para garantir uma compressão uniforme da junta e uma vedação confiável. A soldagem dos flanges ao casco deve garantir coaxialidade e penetração; Pós-soldagem, testes não{3}}destrutivos e tratamento térmico também são realizados.
Após a formação geral, são necessários testes hidrostáticos e de estanqueidade para verificar a vedação e a resistência do casco, dos tubos e do lado do casco sob pressão nominal; se necessário, são realizados testes de desempenho a quente para verificar se o coeficiente de transferência de calor e a queda de pressão atendem às especificações do projeto. Registros completos de parâmetros de processo e arquivos de inspeção de qualidade devem ser estabelecidos para cada etapa do processo de conformação para garantir a rastreabilidade do produto e a melhoria contínua.
Em resumo, o processo de conformação de trocadores de calor-e{1}}tubos é um projeto de engenharia sistemático que integra processamento de materiais, controle de conformação, tecnologia de soldagem e métodos de teste. Ele enfatiza a precisão, a densidade e a confiabilidade, estabelecendo uma base estrutural sólida para a operação eficiente e estável do equipamento em ambientes complexos de alta-temperatura e alta-pressão.
