Tubes à ailettes à goujonssont devenues l'élément de transfert de chaleur par défaut dans les raffineries et la pétrochimiesections de convection. Dans un faisceau de convection de réchauffeur à combustion, la vitesse élevée des gaz de combustion, les cendres abrasives et le débordement de chaleur radiante détruisent les tubes à ailettes conventionnels en quelques cycles de maintenance.

La section de convection traite les gaz de combustion quittant la boîte radiante à 700–1 000 °C, mais la température du métal du tube à goujons lui-même est régie par la nuance de base du tube – l'ASME SA213 T9, par exemple, est limitée à environ 593 °C à long terme et 650 °C à court terme. La vitesse du gaz à travers le faisceau peut atteindre 8–15 m/s, transportant des fines de catalyseur et des particules de cendres qui agissent comme un sablage sur toute surface exposée. Une ailette hélicoïdale mince et continue – qu'elle soit extrudée ou encastrée – a un grand bord non supporté qui s'érode rapidement, et une fois que l'ailette s'érode, la surface de transfert de chaleur disparaît.

Un tube à ailettes à goujons porte des goujons cylindriques courts, de 6 à 12 mm de diamètre et de 10 à 25 mm de hauteur, soudés par soudage par résistance à haute fréquence. Comparé à une ailette continue, le réseau discret de goujons offre :

• Tolérance à l'érosion – chaque goujon est soudé sur toute sa circonférence de racine, il n'y a donc pas de bord libre qui puisse se soulever ou peler ; la perte d'un goujon ne compromet pas le réseau.
• Résistance au fouling – la géométrie ouverte permet aux cendres de tomber au lieu de former des ponts entre les ailettes.
• Capacité de température plus élevée – les goujons peuvent être fournis en nuances 11Cr, 13Cr ou 9Cr correspondantes, bien au-dessus des limites des tubes à ailettes en aluminium.
• Résistance mécanique – la surface à goujons raidit le tube et résiste à la fatigue par vibration dans les gaz à haute vitesse.

La sélection repose sur trois variables :

1. Nuance de base du tube – acier allié ASME SA213 T9/T11 pour un service de fluage modéré, TP316L/TP347H pour un service corrosif, ASTM A106 Gr.B pour des serpentins à plus basse température.
2. Matériau des goujons – les goujons 11Cr et 13Cr sont les chevaux de bataille des faisceaux de convection de raffinerie sur des tubes de base 9Cr ; les goujons 18Cr sont spécifiés là où la résistance à la sulfuration est requise, mais leur décalage de dilatation thermique par rapport au 9Cr nécessite une procédure de soudage dissimilaire qualifiée.
3. Géométrie des goujons – le diamètre, la hauteur et le pas définissent le rapport de surface étendue ; la densité est choisie de manière à ce que la vitesse du côté gaz reste dans la limite d'érosion tout en atteignant le coefficient de transfert de chaleur cible.

• Fissuration de la racine des goujons – causée par de mauvais paramètres de soudage, un décalage de dilatation de métaux dissimilaires ou un cyclage thermique. La nuance de goujon doit toujours être sélectionnée en tenant compte de la compatibilité de dilatation thermique avec le tube de base, et la procédure de soudage qualifiée en conséquence.
• Pontage de cendres – contrôlé par la sélection du pas et la disposition des nettoyeurs de suie.
• Fuites de joints – contrôlées par les procédures de dilatation et de soudage d'étanchéité, plus un test hydrostatique à 1,5 fois la pression de conception.
• Corrosion inattendue – prévention par identification positive des matériaux sur chaque coulée.

Yuhong Holding Group produit des tubes à ailettes et à goujons depuis 1990, exportant plus de 80 % de sa production vers des projets de raffineries, de pétrochimie et d'énergie. Le soudage des goujons s'effectue sur des lignes de soudage par résistance à haute fréquence, suivi de tests de traction de la liaison des ailettes, d'un examen par courants de Foucault selon la norme produit applicable, et d'un test hydrostatique de chaque tube.

Les tubes à ailettes à goujons sont le seul élément de surface étendue qui combine capacité de haute température, tolérance à l'érosion et résistance au fouling en un seul composant – la combinaison qui maintient un réchauffeur en ligne entre les arrêts. Envoyez vos paramètres de service à notre équipe d'ingénierie pour une recommandation de matériau et de géométrie de goujons.

Environ 593 °C pour un service continu à long terme et 650 °C à court terme. Une section de convection peut traiter des gaz de combustion à 700–1 000 °C, mais la paroi du tube elle-même doit rester dans la limite de la nuance de base sélectionnée.

Nuances 13Cr ou 9Cr adaptées à la dilatation thermique. Les goujons 18Cr peuvent être utilisés là où la résistance à la sulfuration est requise, mais uniquement avec une procédure de soudage de métaux dissimilaires qualifiée.

Goujons de 6 à 12 mm de diamètre et de 10 à 25 mm de hauteur, soudés par résistance à haute fréquence sur toute la racine du goujon, avec un pas sélectionné pour équilibrer la surface par rapport à la vitesse des gaz de combustion.