1. Positionnement de l'application : un élément de transfert de chaleur résistant à l'encrassement

Dans les fours tubulaires des unités de distillation du brut (CDU/VDU), de cokéfaction et de reformage des raffineries, le four est divisé en une section radiante et une section de convection. La section radiante transfère la chaleur principalement par rayonnement, ses faisceaux de tubes étant orientés vers la flamme, tandis que la section de convection se situe au-dessus et récupère la chaleur des gaz de combustion à haute température quittant la chambre de combustion (typiquement 815-925 °C, soit 1500-1700 °F). Les tubes à goujons ASME A106 Gr.B sont l'élément de transfert de chaleur principal de la section de convection.

Un tube à goujons est un tube en acier au carbone nu avec des goujons métalliques denses soudés sur sa surface extérieure, ce qui augmente la surface externe de 2 à 3 fois celle d'un tube nu. Son objectif n'est pas une efficacité extrême, mais une solution fiable et tolérante au nettoyage pour les gaz de combustion poussiéreux et sujets à l'encrassement nécessitant un soufflage de suie mécanique.

2. Pourquoi la section de convection nécessite des tubes à goujons, et non des tubes à ailettes ordinaires

Les gaz de combustion proviennent de la combustion du carburant ; en cas de combustion incomplète ou de carburants lourds, ils transportent du carbone imbrûlé, des cendres et des particules de sulfure qui se déposent sur les surfaces des tubes.

Les tubes à ailettes ordinaires (ailettes en aluminium ou en acier) ont un espacement étroit, de sorte que les dépôts pontent et durcissent aux racines des ailettes, bloquant finalement les canaux entre les ailettes. La surface d'écoulement se rétrécit alors, la résistance augmente et l'efficacité du transfert de chaleur chute brutalement. Lorsque l'encrassement externe dépasse environ 7 mm, la résistance thermique de l'encrassement peut augmenter de plus de cinq fois par rapport à la valeur de conception.

Les tubes à goujons résolvent ce problème : les goujons sont discrets avec un espace ouvert entre eux, de sorte que les particules forment rarement des ponts continus. L'encrassement adhère principalement aux surfaces et aux racines des goujons et est facilement éliminé par soufflage de suie à la vapeur ou sonique, ou par nettoyage à l'eau / à la glace carbonique — l'avantage structurel qui rend les tubes à goujons irremplaçables dans les fours à usage intensif.

3. Logique de sélection des matériaux : le rôle de l'ASME A106 Gr.B

L'ASME A106 Gr.B est la nuance standard pour les tubes en acier au carbone sans soudure destinés aux services à haute température. Basé sur le carbone, le manganèse et le silicium, sans chrome ni nickel, il a une limite d'élasticité à température ambiante d'au moins 240 MPa et une bonne rétention de résistance en dessous de 425 °C.

L'A106 Gr.B convient à la zone de température moyenne et basse des gaz de combustion. Alors que les gaz de combustion se refroidissent d'environ 815-925 °C à la sortie radiante, rangée par rangée, la température de service des faisceaux de convection diminue du haut vers le bas. Les tubes à goujons en acier au carbone sont placés dans la région à plus basse température (environ en dessous de 400-500 °C), où l'oxydation est contrôlable et les températures du côté procédé sont modérées. Pour les rangées supérieures à haute température, où les gaz de combustion peuvent dépasser la limite de sécurité à long terme de l'acier au carbone, des aciers faiblement alliés 5Cr-1Mo ou 9Cr-1Mo — ou de l'acier inoxydable pour les services sévères — sont utilisés. Les tubes à goujons A106 Gr.B sont ainsi positionnés pour les faisceaux de convection avec une température modérée des gaz de combustion, une faible corrosivité, et une fiabilité mécanique et une économie.

4. Valeur fondamentale : Équilibrer les économies d'énergie et la fiabilité structurelle

Économise de l'espace.Avec 2 à 3 fois la surface extérieure d'un tube nu, les tubes à goujons réduisent le nombre de rangées de tubes et le volume du faisceau pour la même charge thermique, rendant la section de convection plus compacte et réduisant la hauteur du four et l'utilisation d'acier. Dans une unité atmosphérique-vide de 45 millions de kcal/h, le passage à des tubes à goujons et à d'autres mesures a permis d'augmenter l'efficacité thermique de 75 % à 86 %, économisant environ 4 millions de kcal/h.

Résiste aux conditions difficiles.Les tubes à goujons en acier au carbone A106 Gr.B ont une limite de température d'environ 425 °C — supérieure à la limite de 280-300 °C des tubes à ailettes en aluminium — et une résistance mécanique beaucoup plus élevée. Les goujons sont soudés par résistance ou par soudage automatique avec un contrôle de pénétration total ou profond, de sorte qu'ils résistent à l'impact cyclique des souffleurs de suie à vapeur et au nettoyage. Les tubes à ailettes extrudées en aluminium, en revanche, ont tendance à se plier ou à se détacher du tube de base sous le choc thermique répété et les forces mécaniques du soufflage de suie à la vapeur.

5. Paramètres de sélection typiques

Les paramètres spécifiques dépendent du type de combustible, de la teneur en poussière des gaz de combustion, du milieu côté procédé et de la méthode de nettoyage.

6. Essentiels de maintenance

Le retrait régulier de la suie est essentiel. Les fours alimentés au combustible liquide sont généralement équipés de souffleurs de suie à vapeur qui doivent fonctionner selon un calendrier. Si l'encrassement s'est durci, l'eau à haute pression peut endommager les soudures des goujons, de sorte qu'un purge à basse pression avec assistance mécanique ou un nettoyage à la glace carbonique sans contact est recommandé.

L'intégrité des soudures des goujons est un indicateur clé de la nécessité de remplacer un faisceau de tubes : des soudures fissurées ou des goujons tombés réduisent la surface de transfert de chaleur locale et exposent le tube de base à une corrosion localisée accélérée. Vérifiez ponctuellement les soudures des goujons à chaque inspection.