1. Posicionamento da Aplicação: Um Elemento de Transferência de Calor Resistente a Incrustações

Em aquecedores tubulares de refinaria CDU/VDU, unidades de coqueificação e reforma, o forno é dividido em uma seção radiante e uma seção de convecção. A seção radiante transfere calor principalmente por radiação, com seus feixes de tubos voltados para a chama, enquanto a seção de convecção fica acima e recupera calor do gás de combustão de alta temperatura que sai da câmara radiante (tipicamente 815–925 °C, cerca de 1500–1700 °F). Tubos com pinos ASME A106 Gr.B são o elemento central de transferência de calor da seção de convecção.

Um tubo com pinos é um tubo de aço carbono nu com pinos de metal densos soldados em sua superfície externa, expandindo a área externa para 2–3 vezes a de um tubo nu. Seu objetivo não é a eficiência extrema, mas uma solução confiável e tolerante à limpeza para gases de combustão empoeirados e propensos a incrustações que necessitam de sopro de fuligem mecânico.

2. Por que a Seção de Convecção Precisa de Tubos com Pinos, Não Tubos com Aletas Ordinários

O gás de combustão vem da queima de combustível; com combustão incompleta ou combustíveis pesados, ele carrega carbono não queimado, cinzas e partículas de sulfeto que se depositam nas superfícies dos tubos.

Tubos com aletas comuns (aletas de alumínio ou aço) têm espaçamento estreito, de modo que os depósitos se unem e endurecem nas raízes das aletas e eventualmente bloqueiam os canais entre as aletas. A área de fluxo então encolhe, a resistência aumenta e a eficiência da transferência de calor cai acentuadamente. Quando a incrustação externa excede cerca de 7 mm, a resistência térmica da incrustação pode crescer mais de cinco vezes o valor de projeto.

Tubos com pinos resolvem isso: os pinos são discretos com espaço aberto entre eles, de modo que as partículas raramente formam pontes contínuas. A incrustação adere principalmente às superfícies e raízes dos pinos e é facilmente removida por sopro de fuligem a vapor ou sônico, ou limpeza com água/gelo seco — a vantagem estrutural que torna os tubos com pinos insubstituíveis em aquecedores de serviço sujo.

3. Lógica de Seleção de Material: O Papel do ASME A106 Gr.B

ASME A106 Gr.B é a classe padrão para tubos de aço carbono sem costura para serviço de alta temperatura. Baseado em carbono, manganês e silício, sem cromo ou níquel, possui uma resistência ao escoamento à temperatura ambiente de pelo menos 240 MPa e boa retenção de resistência abaixo de 425 °C.

A106 Gr.B é adequado para a zona de gás de combustão de média e baixa temperatura. À medida que o gás de combustão esfria de cerca de 815–925 °C na saída radiante, linha por linha, a temperatura de serviço do banco de convecção cai de cima para baixo. Tubos com pinos de aço carbono são colocados na região de temperatura mais baixa (aproximadamente abaixo de 400–500 °C), onde a oxidação é controlável e as temperaturas do lado do processo são moderadas. Para as linhas superiores de alta temperatura, onde o gás de combustão pode exceder o limite seguro a longo prazo do aço carbono, aços de baixa liga 5Cr-1Mo ou 9Cr-1Mo — ou aço inoxidável em serviços severos — são usados. Tubos com pinos A106 Gr.B são, portanto, posicionados para bancos de convecção com temperatura moderada do gás de combustão, baixa corrosividade e confiabilidade mecânica e economia.

4. Valor Central: Equilibrando Economia de Energia e Confiabilidade Estrutural

Economiza espaço. Com 2–3 vezes a área externa de um tubo nu, os tubos com pinos reduzem as linhas de tubos e o volume do feixe para a mesma carga térmica, tornando a seção de convecção mais compacta e reduzindo a altura do forno e o uso de aço. Em uma unidade atmosférica-vácuo de 45 milhões de kcal/h, a mudança para tubos com pinos, juntamente com outras medidas, elevou a eficiência térmica de 75% para 86%, economizando cerca de 4 milhões de kcal/h.

Resiste a condições severas. Tubos com pinos de aço carbono A106 Gr.B têm um limite de temperatura de cerca de 425 °C — acima do limite de 280–300 °C dos tubos com aletas de alumínio — e resistência mecânica muito maior. Os pinos são soldados por resistência ou soldagem automática com controle de penetração total ou profunda, de modo que suportam o impacto cíclico de sopradores de fuligem a vapor e limpeza. Tubos com aletas extrudadas de alumínio, por outro lado, tendem a dobrar ou soltar do tubo base sob o choque térmico repetido e as forças mecânicas do sopro de fuligem a vapor.

5. Parâmetros Típicos de Seleção

Parâmetros específicos dependem do tipo de combustível, teor de poeira do gás de combustão, meio do lado do processo e método de limpeza.

6. Essenciais de Manutenção

A remoção regular de fuligem é fundamental. Aquecedores a óleo combustível geralmente possuem sopradores de fuligem a vapor que devem operar conforme programado. Se a incrustação endureceu, água de alta pressão pode danificar as soldas dos pinos, portanto, purga de baixa pressão com assistência mecânica ou limpeza com gelo seco sem contato é recomendada.

A integridade da solda dos pinos é um indicador chave se um banco de tubos precisa ser substituído: soldas rachadas ou pinos soltos reduzem a área de transferência de calor local e expõem o tubo base à corrosão localizada acelerada. Verifique pontualmente as soldas dos pinos em cada inspeção.