ASTM A192 Tubos de caldeira de alta pressão com geometria de costelas internas controladas para transferência de calor melhorada

Os tubos de caldeira estriados internamente ASTM A192 e ASTM A210 são tubos de aço carbono sem costura fabricados com nervuras helicoidais internas controladas. A superfície interna nervurada gera fluxo rotacional, melhora a mistura do lado da água, rompe a camada limite térmica e ajuda a manter o resfriamento estável da parede do tubo sob condições de alto fluxo de calor.

Esses tubos são comumente selecionados para circuitos de fornos de caldeiras de alta pressão, onde tubos convencionais de diâmetro liso podem fornecer turbulência interna insuficiente com fluxo de massa reduzido. A classe do material, a espessura mínima restante da parede, a geometria das nervuras, as tolerâncias dimensionais, o tratamento térmico e os testes de pressão devem ser especificados separadamente no pedido de compra.

A altura da nervura, a inclinação da nervura, o ângulo de ataque, o raio da raiz da nervura e o número de partidas são controlados de acordo com um desenho de seção transversal aprovado. A inspeção do perfil das nervuras deve ser realizada em ambas as extremidades do tubo e em posições intermediárias acordadas.

A especificação de compra deve distinguir claramente entre:

• Espessura nominal da parede na seção lisa
• Espessura mínima restante da parede abaixo da raiz da costela
• Altura máxima das costelas
• Área mínima de fluxo interno
• Desvio permitido do perfil das costelas

As nervuras helicoidais induzem um componente rotacional no fluxo de água-vapor. Isto aumenta a mistura interna e reduz a espessura da camada limite térmica adjacente à parede do tubo.

O benefício de desempenho depende da combinação completa de:

• Relação entre altura e furo da costela
• Passo da costela e ângulo de ataque
• Taxa de fluxo de massa
• Qualidade do vapor
• Pressão operacional
• Fluxo de calor aplicado
• Orientação do tubo

A geometria do rifling deve, portanto, ser selecionada a partir do cálculo termo-hidráulico do projetista da caldeira, e não a partir de uma dimensão genérica de catálogo.

Para cálculos de pressão, a dimensão crítica da parede é normalmente a parede restante mínima medida abaixo da ranhura do estriado ou na raiz da nervura, e não a parede aparente medida através da nervura elevada.

Nossa inspeção dimensional pode incluir:

• Mapeamento ultrassônico de espessura de parede
• Medição de seção metalográfica
• Verificação da altura das costelas
• Cálculo da área do furo
• Medição de excentricidade
• Inspeção de continuidade de costela de ponta a ponta

A ASTM A192 cobre tubos de caldeira de aço carbono sem costura para serviços de alta pressão, enquanto a ASTM A210 cobre tubos de caldeira e superaquecedor de aço de médio carbono sem costura nos Graus A-1 e C.

A verificação típica inclui:

• Análise de calor
• Análise do produto quando necessário
• Teste de tração
• Teste de achatamento ou alargamento
• Teste de dureza
• Testes elétricos não destrutivos hidrostáticos ou permitidos
• Inspeção dimensional
• Exame visual da superfície
• Medição do perfil da nervura interna

Um erro de compra frequente é especificar apenas a espessura nominal da parede, ignorando o metal deslocado durante o estriamento.

Antes da produção, confirmamos:

• Parede inicial de tubo liso
• Parede mínima acabada abaixo da raiz da costela
• Altura das costelas
• Diâmetro interno final
• Área mínima de fluxo
• Excentricidade permitida

Isso evita que um tubo atenda às dimensões externas e ao mesmo tempo não atenda aos requisitos mínimos de parede do projeto de pressão.

O padrão de material por si só não define a geometria de desempenho térmico de um tubo estriado internamente. As dimensões das nervuras devem ser acordadas separadamente entre o projetista da caldeira, o comprador e o fabricante do tubo.

Os registros de inspeção podem incluir:

• Altura das costelas
• Passo de costela
• Ângulo de ataque
• Número de inícios de costela
• Raio da costela
• Área de fluxo interno
• Fotografias de perfil ou réplicas de medidas

Isto fornece evidências rastreáveis ​​de que o tubo fornecido corresponde ao projeto aprovado da caldeira.

Um tubo estriado internamente pode atender às propriedades do material, mas ainda criar problemas de fabricação se as extremidades do tubo, a ovalização, a tensão residual ou a terminação das nervuras não forem controladas.

Os controles disponíveis incluem:

• Zonas de extremidade lisa para soldagem
• Excentricidade controlada das costelas
• Extremidades quadradas e rebarbadas
• Inspeção dimensional local em zonas de solda
• Condição normalizada ou aliviada pelo estresse
• Exame macro da seção final
• Suporte à qualificação de procedimentos de soldagem usando material de produção

Tubos estriados internamente são usados ​​como tubos de parede de água que suportam pressão em zonas de forno de alto fluxo de calor. As nervuras aumentam a turbulência no lado da água e ajudam a estabilizar o resfriamento do tubo onde o projeto operacional permite um fluxo de massa menor do que normalmente seria aceitável para tubos de diâmetro liso.

Para esta aplicação, a especificação de compra deve definir:

• Pressão de projeto da caldeira
• Temperatura do metal projetada
• Faixa de fluxo de calor
• Fluxo de massa água-vapor
• Orientação do tubo
• Grau do material
• Parede mínima na raiz da costela
• Geometria das costelas
• Comprimento de soldagem de extremidade lisa
• END obrigatório
• Código de construção de caldeira aplicável

Os valores abaixo são requisitos máximos ou de faixa em porcentagem de massa. A aceitação final deverá seguir a edição exata da norma especificada e o relatório de ensaio do moinho certificado.

A composição ASTM A192 publicada inclui 0,06-0,18% de carbono, 0,27-0,63% de manganês, máximo de 0,035% de fósforo, máximo de 0,035% de enxofre e máximo de 0,25% de silício.

As propriedades mecânicas variam de acordo com as dimensões do produto, a orientação do teste, o tratamento térmico e a edição da norma aplicável. Os valores abaixo são propriedades de temperatura ambiente mínima comumente especificadas.