Matériaux de tubes coudés en U et leur application industrielle

Le meilleurTube coudé en ULe matériau n’est pas nécessairement l’option la plus solide ou la plus résistante à la corrosion. C'est le matériau qui peut résister à la chimie réelle du fluide, à la pression, à la température, à la contrainte de flexion et aux conditions de nettoyage au coût total de cycle de vie le plus bas.

Cette distinction est cruciale. Un tuyau peut être entièrement conforme aux normes de matériaux pour les tuyaux droits, tout en présentant des problèmes tels qu'un amincissement excessif des parois, une ovalité, une contrainte résiduelle ou une corrosion prématurée après avoir subi un cintrage en U.

UNTube coudé en Un'est pas une qualité de métal distincte. Il s'agit d'un échangeur de chaleur, d'un condenseur ou d'un tube de chaudière qui a été formé en forme de U. Le matériau doit donc répondre à deux séries d’exigences :

• Les exigences de fonctionnement de l'équipement.
• Les exigences de fabrication du processus de pliage en U.

Où sont utilisés les tubes coudés en U ?

Les tubes coudés en U sont le plus souvent installés dans les échangeurs de chaleur à calandre, les condenseurs, les chauffe-eau d'alimentation, les refroidisseurs, les évaporateurs et les équipements de chauffage de procédé.

Leur conception continue en forme de U permet aux deux extrémités du tube d'être connectées à la même plaque tubulaire. La section incurvée peut également s'adapter à certains mouvements thermiques, réduisant ainsi le besoin d'une deuxième plaque tubulaire ou d'un agencement d'expansion séparé.

Les industries typiques comprennent :

• Production d'électricité
• Raffinage du pétrole et transformation pétrochimique
• Production de produits chimiques et d'engrais
• Ingénierie marine et offshore
• Dessalement
• Transformation des aliments et des boissons
• Fabrication pharmaceutique
• CVC et réfrigération
• Pâtes et papiers
• Récupération de chaleur perdue

Principaux matériaux des tubes coudés en U

1. Tubes coudés en U en acier au carbone

L'acier au carbone reste l'une des options les plus économiques pour l'eau propre, le pétrole, les condensats de vapeur et d'autres services relativement non corrosifs.

ASTM A179 couvre les tubes en acier sans soudure, étirés à froid et à faible teneur en carbone pour les échangeurs de chaleur, les condenseurs et les équipements de transfert de chaleur similaires. La spécification couvre les tubes jusqu'à 3 pouces, ou 76,2 mm, de diamètre extérieur.

Les applications typiques incluent :

• Refroidisseurs d'huile lubrifiante
• Échangeurs de chaleur généraux de raffinerie
• Condensateurs
• Chauffe-eau basse pression
• Systèmes de chauffage de l'eau industriels

Le tube coudé en U en acier au carbone est souvent la solution la moins coûteuse au stade de l'achat. Cependant, son adéquation dépend fortement de la teneur en oxygène, de la chimie de l’eau, de la vitesse d’écoulement, des dépôts et de la tolérance à la corrosion.

C’est généralement un mauvais choix lorsque le procédé contient des chlorures non contrôlés, des condensats acides, du sulfure d’hydrogène humide ou des produits chimiques fortement corrosifs.

2. Tubes coudés en U en acier allié

Les aciers alliés ferritiques sont sélectionnés lorsque l’acier au carbone n’offre pas une résistance suffisante aux températures élevées ou à l’oxydation.

ASTM A213 couvre les tubes en acier allié ferritique et austénitique sans soudure pour les chaudières, les surchauffeurs et les échangeurs de chaleur. Les nuances portant la désignation « H » ont des exigences différentes destinées à fournir une résistance à la rupture par fluage plus élevée que les nuances comparables non-H.

Les applications typiques incluent :

• Chauffe-eau d'alimentation haute pression
• Économiseurs de chaudière
• Surchauffeurs
• Réchauffeurs de processus de raffinerie
• Unités de récupération de chaleur perdue à haute température

Pour les tubes coudés en U en acier allié, l’approvisionnement ne doit pas se concentrer uniquement sur la qualité. Les exigences en matière de rayon de courbure, de niveau de déformation, de dureté et de traitement thermique après courbure doivent également être revues.

Un matériau adapté à un tube de chaudière droit peut nécessiter une relaxation contrôlée des contraintes ou un autre traitement thermique après un cintrage à rayon serré.

3. Tubes coudés en U en acier inoxydable austénitique

Les aciers inoxydables austénitiques tels que 304L et 316L sont largement utilisés car ils combinent résistance à la corrosion, formabilité, soudabilité et caractéristiques de surface propre.

Des tubes d'échangeur de chaleur en acier inoxydable sans soudure peuvent être fournis sous ASTM A213, tandis que des tubes austénitiques soudés pour chaudières, condenseurs et échangeurs de chaleur peuvent être fournis sous ASTM A249. ASTM A249 couvre spécifiquement les tubes austénitiques soudés et fortement écrouis à froid destinés aux chaudières, surchauffeurs, échangeurs de chaleur et condenseurs.

Les applications typiques incluent :

• Échangeurs de chaleur pour aliments et boissons
• Équipement de traitement pharmaceutique
• Refroidisseurs chimiques
• Condenseurs à vapeur propre
• Systèmes de traitement de l'eau
• Échangeurs de chaleur pétrochimiques généraux

Cependant, le 316L ne doit pas automatiquement être décrit comme une « qualité eau de mer ». La concentration de chlorure, la température, les dépôts, le niveau d'oxygène et les conditions d'arrêt peuvent augmenter considérablement le risque de piqûres, de corrosion caverneuse et de fissuration par corrosion sous contrainte.

Un cas de raffinerie a signalé des pannes répétées de tubes d'échangeur de chaleur 316L dans un environnement riche en chlorures et à haute température, démontrant qu'une qualité d'acier inoxydable familière peut toujours ne pas convenir lorsque la chimie réelle du processus n'est pas prise en compte.

4.Tubes coudés en U en acier inoxydable duplex et super duplex

Les aciers inoxydables duplex combinent une résistance mécanique élevée avec une résistance améliorée à la corrosion liée aux chlorures par rapport à de nombreuses nuances austénitiques conventionnelles.

Le grade 2205 est généralement envisagé pour les échangeurs de chaleur utilisant de l'eau de refroidissement contenant du chlorure ou saumâtre. Des qualités super duplex à alliages plus élevés, telles que le 2507, peuvent être sélectionnées pour les environnements chlorure plus agressifs.

Les applications typiques incluent :

• Refroidisseurs de processus offshore
• Échangeurs de chaleur à eau saumâtre
• Systèmes de refroidissement à l'eau de mer
• Condenseurs aériens de raffinerie
• Équipement de traitement chimique
• Digesteurs et évaporateurs de pâtes et papiers

Le duplex n’est pas simplement un remplacement plus résistant du 316L. Ses performances dépendent du maintien de la structure austénite-ferrite correcte pendant la production et tout traitement thermique ultérieur.

Pour les pliages duplex formés à froid fonctionnant à proximité des limites de corrosion du matériau, une solution après pliage ou un recuit par résistance peuvent être recommandés.

5. Tubes coudés en U en alliage de nickel

Les alliages de nickel sont utilisés lorsque les nuances d'acier inoxydable et duplex ne peuvent pas fournir une résistance suffisante aux acides agressifs, aux chlorures à haute température, aux sulfures ou aux environnements chimiques mixtes.

ASTM B163 couvre les tubes sans soudure en nickel et en alliage de nickel pour le service des condenseurs et des échangeurs de chaleur.

Les applications typiques incluent :

• Condenseurs aériens de raffinerie
• Échangeurs de chaleur à service acide
• Traitement de l'acide sulfurique et phosphorique
• Réacteurs chimiques et refroidisseurs
• Service de chlorure à haute température
• Équipement de production d'engrais

L’expression « alliage de nickel » est trop large pour une spécification d’achat. L'alliage 400, l'alliage 600, l'alliage 625 et l'alliage 825 peuvent se comporter très différemment dans les acides réducteurs, les acides oxydants, les chlorures et les milieux contenant du soufre.

Le bon choix doit donc être basé sur :

• Composition chimique du fluide de procédé
• Contaminants
• Température
• Concentration
• État du débit
• Dépôts attendus
• Produits chimiques de nettoyage
• Exposition à l'arrêt

6. Tubes coudés en titane

Le titane est fréquemment choisi pour les systèmes de refroidissement à base d'eau de mer, de saumure et de chlorure, où une longue durée de vie peut justifier un coût initial plus élevé du matériau.

ASTM B338 couvre les tubes en alliage de titane sans soudure et soudés pour les condenseurs de surface, les évaporateurs et les échangeurs de chaleur.

Les applications typiques incluent :

• Condenseurs à eau de mer
• Usines de dessalement
• Systèmes de refroidissement offshore
• Condenseurs de surface pour centrales électriques
• Équipement chlore-alcali
• Refroidisseurs de saumure
• Échangeurs de chaleur marins

La sélection du titane doit inclure la conception complète de l'échangeur. La compatibilité tube-plaque tubulaire, la corrosion galvanique, la méthode d'expansion, le soudage des joints et la chimie de l'eau doivent tous être examinés. Les tubes en titane utilisés avec des matériaux de plaques tubulaires différents peuvent nécessiter des précautions spécifiques contre la corrosion galvanique.

7.Tubes coudés en U en cuivre et cuivre-nickel

Les alliages de cuivre offrent une bonne conductivité thermique et ont une longue histoire dans les applications de condenseurs, d'évaporateurs, de CVC et de refroidissement marin.

ASTM B111 couvre les tubes sans soudure en cuivre et en alliage de cuivre pour les condenseurs, les évaporateurs et les échangeurs de chaleur. La norme ASTM B395 concerne spécifiquement les tubes d'échangeur de chaleur et de condenseur en cuivre et en alliage de cuivre sans soudure coudés en U.

Les applications typiques incluent :

• Condenseurs marins
• Refroidisseurs CVC
• Évaporateurs frigorifiques
• Refroidisseurs d'eau
• Échangeurs de chaleur à bord
• Condenseurs auxiliaires des centrales électriques

Torich Group aide ses clients à évaluer les matériaux des tubes coudés en U, les dimensions, les rayons de courbure, les conditions de traitement thermique, les exigences d'inspection et la documentation avant la production.

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