Qu'est-ce qu'un tube en titane GR1 ?
Tube titane GR1est lenorme de l'industriepour les applications d'échangeurs de chaleur nécessitantrésistance supérieure à la corrosion, haute efficacité thermique, etlongue durée de vie. Aussi connu sous le nomASTM B338 Niveau 1tubes, ce matériau est largement utilisé danssystèmes de refroidissement à l'eau de mer, usines de dessalement, traitement chimique, etproduction d'électricité.
Normes pour les tubes d'échangeur de chaleur
Lors de l'approvisionnementtube en titane gr1pour les échangeurs de chaleur, vous devez préciser la bonne norme.
| Standard | Formulaire de produit | Convient pour l'échangeur de chaleur ? |
|---|---|---|
| ASTM B338 Niveau 1 | Tubes sans soudure ou soudés | OUI – Spécification principale |
| ASME SB338, niveau 1 | Tubes sans soudure ou soudés | OUI – Code appareil sous pression |
| ASTM B861 niveau 1 | Tuyau sans soudure (parois plus épaisses) | NON – Pour la tuyauterie générale, pas pour l'expansion des tubes |
| ASTM B862 Gr1 | Tube soudé | OUI – Pour les applications moins critiques |
Précisez toujoursASTM B338 niveau 1sur votre bon de commande de tubes échangeurs de chaleur. Cette norme comprend des exigences spécifiques pouressai d'aplatissement, essai de torchage, ettest d'aplatissement inverséqui sont critiques pour l’expansion du tube.
Formes de tubes d'échangeur de chaleur en titane
| Forme | Description | Type d'échangeur de chaleur |
|---|---|---|
| Tube droit | Forme cylindrique standard | Le plus courant– coque et tube |
| Tube en U-courbé | Plié en forme de U- | Échangeur de chaleur à tubes en U-– permet la dilatation thermique |
| Tube à ailettes | Ailettes externes extrudées de la paroi du tube | Échangeurs de chaleur refroidis par air- |
| Tube ondulé hélicoïdal | Crêtes en spirale sur ID ou OD | Transfert de chaleur amélioré– écoulement turbulent |
| Tube conique | Diamètre extérieur variable sur la longueur | Service chimique spécialisé |
Composition chimique du titane GR1 pour échangeur de chaleur
| Élément | Composition (% maximum) | Pourquoi c'est important |
|---|---|---|
| Azote (N) | 0.03 | Empêche la fragilisation |
| Carbone (C) | 0.08 | Maintient l’intégrité structurelle |
| Hydrogène (H) | 0.015 | Empêche la fragilisation par l'hydrogène |
| Fer (Fe) | 0.20 | Impureté contrôlée |
| Oxygène (O) | 0.18 | Clé de ductilité – inférieure à GR2 |
| Titane (Ti) | Équilibre | Métal commun |
Le0,18 % d'oxygène maximumdanstitane grade 1c'est ce qui le renddoux et ductile. GR2 contient 0,25 % d'oxygène, ce qui augmente la résistance maisréduit l'allongement de 24 % à 20 %– une différence critique pour l’expansion des tubes.
Propriétés mécaniques du tube en titane GR1
| Propriété | Valeur | Importance |
|---|---|---|
| Résistance à la traction (min) | 240 MPa | Adéquat pour la pression nominale |
| Limite d'élasticité du titane Gr1(minutes) | 138 MPa | Expansion faible – facile du tube |
| Allongement (min) | 24% | Élevé – pas de fissures lors du torchage |
| Dureté du titane de grade 1 | 70-80 HRB | Doux – résiste au grippage pendant le roulement |
| Densité du titane grade 1 | 4,51 g/cm³ | Léger : 40 % de moins que le cuivre-nickel |
| Module d'élasticité | 103 GPa | Flexible – absorbe la dilatation thermique |
| Conductivité thermique | 16 W/m·K | Adéquat pour la plupart des tâches de transfert de chaleur |
Dimensions et tolérances des tubes d'échangeur de chaleur
ASTM B338 niveau 1spécifie les dimensions standard pourtube en titane gr1en service d’échangeur de chaleur.
Tailles OD courantes pour les échangeurs de chaleur :
| Diamètre extérieur (mm) | DE (pouces) | Épaisseur de paroi typique (mm) |
|---|---|---|
| 12.7 | 0.500 | 0.5 – 1.2 |
| 15.9 | 0.625 | 0.7 – 1.2 |
| 19.05 | 0.750 | 0,9 – 1,6 (le plus courant) |
| 25.4 | 1.000 | 1.0 – 2.0 |
| 31.8 | 1.250 | 1.2 – 2.5 |
Tolérances OD (ASTM B338) :
| Plage DE (mm) | Tolérance (± mm) |
|---|---|
| 3 – 25 | ± 0.10 |
| 25 – 50 | ± 0.13 |
| 50 – 100 | ± 0.20 |
Tolérances d'épaisseur de paroi :
| Plage de poids (mm) | Tolérance (± %) |
|---|---|
| 0.5 – 1.0 | ± 15% |
| 1.0 – 2.0 | ± 12% |
| 2.0 – 3.0 | ± 10% |
Expansion des tubes
L'expansion du tube (également appelée laminage du tube ou sertissage du tube) est le processus deexpansion mécanique du tube dans la plaque tubulairepour créer un-joint étanche.
Pourquoi le titane GR1 est supérieur pour l'expansion des tubes :
| Propriété | GR1 Titane | GR2 Titane | Cuivre-Nickel | Inox 316L |
|---|---|---|---|---|
| Limite d'élasticité (MPa) | 138 (faible) | 275 | 105 | 205 |
| Allongement (%) | 24 (haut) | 20 | 30 | 40 |
| Force d'expansion requise | Faible | Haut | Faible | Moyen |
| Risque de fissuration | Très faible | Modéré | Faible | Faible |
| Usure des outils roulants | Faible | Haut | Moyen | Haut |
Ledifférence entre le titane pur gr1 et gr2pour l'expansion du tube estsignificatif. les GR1limite d'élasticité inférieureetallongement plus élevéfais-lebeaucoup plus facilese dilater sans se fissurer. De nombreux fabricants d'échangeurs de chaleurrefuser d'utiliser GR2pour l'expansion des tubes.
Tableau des paramètres de soudage pour tube en titane GR1
| Paramètre | Valeur |
|---|---|
| Processus | GTAW (TIG) |
| Gaz de protection | Argon (pur à 99,995 %) |
| Débit de gaz (torche) | 10 – 15 L/min |
| Débit de gaz (purge arrière) | 5 à 10 L/min |
| Tension | 10 – 14 V |
| Intensité de courant | 40 – 100 A |
| Électrode de tungstène | 1,6 mm (2 % cérié) |
| Métal d'apport | ERTi-1 |
| Température entre passes | Inférieur ou égal à 150 degrés |
| Max Oxygen (purge arrière) | < 100 ppm |
Résistance à la corrosion du titane GR1 dans l'échangeur de chaleur
Échangeur de chaleur en titane Gr1offre de tubesrésistance exceptionnelle à la corrosionen milieu agressif :
| Environnement | Performances GR1 | Performances des concurrents |
|---|---|---|
| Eau de mer (ambiante) | Immunisé contre les piqûres | Cuivre-nickel : piqûres après 5 à 10 ans |
| Chlorures (jusqu'à 200 degrés) | Pas de CCS | 316L : SCC à 60 degrés + |
| Eau saumâtre | Excellent | Cuivre : érosion-corrosion |
| Acide nitrique (dilué) | Excellent | Inox : acceptable |
| Acide acétique | Excellent | Cuivre : ne convient pas |
| Acide sulfurique (dilué) | Bon (jusqu'à 10%) | Inox : médiocre |
| Acide chlorhydrique | Limité (à éviter) | Titane déconseillé |
Échangeur de chaleur en titane Gr1les tubes sont leschoix standardpour les usines de dessalement flash à plusieurs-étages (MSF) et à distillation multi-effets (MED). Durée de viedépasse 30 ansavecpas de tolérance à la corrosion.
GR1 Titane vs GR2 pour les tubes d'échangeur de chaleur
| Propriété | GR1 Titane | GR2 Titane | Verdict |
|---|---|---|---|
| Teneur en oxygène | 0,18% maximum | 0,25% maximum | GR1 plus pur |
| Limite d'élasticité | 138 MPa (faible) | 275 MPa (élevé) | GR1 pour extension |
| Élongation | 24 % (élevé) | 20 % (inférieur) | GR1 pour le torchage |
| Résistance à la corrosion | Excellent | Excellent | Même |
| Adéquation de l’expansion du tube | Excellent | Médiocre à Passable | GR1 uniquement |
| Pression nominale (même mur) | Inférieur | Plus haut | GR2 pour coque, pas tubes |
| Prix au kg | 25-40 $ USD | 22-35 $ USD | GR2 moins cher |
Différence entre le titane pur gr1 et gr2 pour les échangeurs de chaleur :UtiliserGR1 pour tubes(à besoin d'extension). UtiliserGR2 pour plaques tubulaires et coques(a besoin de force).Ne remplacez jamais GR2 par GR1 dans les tubes de l'échangeur de chaleur.
Applications des tubes d'échangeur de chaleur en titane GR1
Échangeur de chaleur en titane Gr1les tubes sont utilisés dans les industries suivantes :
| Industrie | Application spécifique |
|---|---|
| Dessalement | Réchauffeurs de saumure MSF (flash multi-étages), évaporateurs MED (distillation multi-effets) |
| Production d'énergie | Condenseurs-refroidis à l'eau de mer, échangeurs de chaleur à eau de refroidissement |
| Traitement chimique | Refroidisseurs d'acide, réchauffeurs, rebouilleurs |
| Marin | Refroidisseurs d'eau de chemise de moteur, refroidisseurs d'huile hydraulique |
| CVC | Refroidisseurs-à eau de mer, condenseurs de réfrigération |
| Pharmaceutique | Chauffage/refroidissement de l'eau pure (non-contaminante) |
| Pâtes et papiers | Échangeurs de chaleur pour usines de blanchiment |
Inspection
| Test | Standard | Fréquence | But |
|---|---|---|---|
| Analyse chimique | ASTM E2371 | Par chaleur | Vérifiercomposition chimique du titane gr1 |
| Essai de traction | ASTM E8 | Par chaleur | Vérifierlimite d'élasticité du titane gr1 |
| Essai de dureté | ASTM E18 | Par chaleur | Vérifierdureté du titane de grade 1 |
| Essai hydrostatique | ASTMB338 | 100% | Détection de fuite |
| Test par courants de Foucault (ECT) | ASTM E215 | 100% | Défauts de surface et de sous-sol |
| Test d'aplatissement | ASTMB338 | Par lot | Vérifier la ductilité |
| Essai de torchage | ASTMB338 | Par lot | Vérifier la capacité d'extension |
| Test d'aplatissement inversé | ASTMB338 | Par lot | Intégrité des coutures des tubes soudés |
| Contrôle dimensionnel | Micromètre laser | 100% | OD, WT, longueur |
| Inspection visuelle | Grossissement 10x | 100% | Défauts de surface |
Conditionnement
| Étape | Méthode | But |
|---|---|---|
| 1 | Embouts en plastiqueaux deux extrémités | Prévenir les dommages aux bords et les débris |
| 2 | Sac en polyéthylène individuelpar tube | Prévenir les rayures de surface |
| 3 | Emballage en papier kraft | Protection supplémentaire contre les rayures |
| 4 | Caisses en bois(NIMP-15 fumigé) | Protection structurelle |
| 5 | Cerclage en acierà l'intérieur de la caisse | Empêcher le mouvement du tube |
| 6 | Étiquettes à code couleur-(bleu pour GR1) | Grade, numéro de coulée, taille, quantité |
| 7 | Doublure en plastique imperméable | Protection contre l'humidité |
Usine et équipement
| Équipement | Quantité | Fonction |
|---|---|---|
| Moulins à pèlerins à froid | 8 unités | Réduction de tube de précision – tolérances OD/WT serrées |
| Fours de recuit(vide) | 4 unités | Soulagement du stress –pas de contamination par l'oxygène |
| Machines à lisser | 5 unités | La rectitude intérieure0,5 mm/m |
| Ligne de test par ultrasons | 2 unités | Détection automatisée des défauts |
| Testeurs de courants de Foucault | 3 unités | Détection des défauts de surface (ECT) |
| Machines de découpe CNC | 6 unités | Coupe de longueur de précision ± 1 mm |
| Lignes de polissage et de décapage | 2 lignes | Finition de surface Ra Inférieur ou égal à 0,8 μm |
| Spectromètre d'émission optique | 2 unités | Vérification chimique-interne |
| Machine d'essai universelle | 2 unités | Limite d'élasticité du titane Gr1essai |
| Testeur de dureté | 2 unités | Dureté du titane de grade 1vérification |
| Testeurs hydrostatiques | 4 unités | Test d'étanchéité à 100 % |
FAQ
Q1 : Quelle est la différence entre ASTM B338 Grade 1 et ASTM B861 Grade 1 pour les applications d'échangeurs de chaleur ?
A: ASTM B338 Niveau 1est spécialement conçu pourtube d'échangeur de chaleur et de condenseur. Il comprendessais d'aplatissement, d'évasement et d'aplatissement inverséqui vérifient la ductilité pour l’expansion du tube.ASTM B861 niveau 1est pourtuyau sans soudureutilisé dans un service général de résistance à la corrosion- ; il n'inclut pas ces tests de ductilité.Spécifiez toujours ASTM B338 Grade 1pouréchangeur de chaleur en titane gr1tubes.
Q2 : Le tube soudé ASTM B862 Gr1 peut-il être utilisé pour un échangeur de chaleur en titane gr1 ?
R : Oui,ASTM B862 Gr1le tube soudé peut être utilisé pourapplications d'échangeurs de chaleur moins critiquesoù se trouve le tubenon développé(par exemple, les évaporateurs à film tombant, certains refroidisseurs chimiques). Cependant, pourexpansion du tube dans des plaques tubulaires, sans soudure ASTM B338 Grade 1est préférable car les tubes soudés peuvent avoirfissure des coutureslors de l'expansion. Pour les condenseurs refroidis à l'eau de mer-,utilisez toujours sans couture.
Q3 : Pourquoi la limite d'élasticité du titane gr1 est-elle importante pour l'expansion des tubes dans les plaques tubulaires ?
A: Limite d'élasticité du titane Gr1(138 MPa min) estassez baspour permettre une déformation plastique lors de l'expansion du tube sanssurcharge de la plaque tubulaire. Les matériaux à limite d'élasticité plus élevée (comme le GR2 à 275 MPa) nécessitentplus de force de roulement, ce qui peutdéformer les trous de la plaque tubulaireoucasser le tube. Une faible limite d'élasticité signifie égalementmoins de retour élastique– le tube reste dilaté.
Q4 : Comment le titane de grade 1 par rapport au grade 2 affecte-t-il la sélection des tubes d'échangeur de chaleur ?
A: Titane grade 1 vs grade 2pour les tubes d'échangeur de chaleur :GR1 est correct pour les tubesparce qu'il aallongement plus élevé (24 % contre 20 %)etlimite d'élasticité inférieure (138 MPa contre 275 MPa)– tous deux essentiels à l’expansion des tubes.GR2 est utilisé pour les plaques tubulaires et les coquesoù une plus grande résistance est nécessaire.Différence entre le titane pur gr1 et gr2est la teneur en oxygène (0,18 % contre 0,25 %), qui crée cette différence de propriétés mécaniques.
Q5 : Quelle est la température de fonctionnement maximale pour un échangeur de chaleur en titane gr1 ?
A: Échangeur de chaleur en titane Gr1peut fonctionner en continu à des températures allant jusqu'à150 degréssans dégradation des propriétés mécaniques. Entre150 degrés et 200 degrés, la force commence à diminuer. Au-dessus de200 degrés, une exposition à long terme-peut provoqueroxydationetabsorption d'hydrogène. Pour un service supérieur à 200 degrés, utilisezGR2 ou GR7titane. Pour le service à l'eau de mer, limiter la température à120 degréspour éviter la corrosion caverneuse.
Q6 : Le tube en titane gr1 peut-il être utilisé dans les condenseurs refroidis à l'eau de mer- ?
A: Absolument. Tube titane Gr1est lematériau préférépour les condenseurs refroidis à l'eau de mer-dans les centrales électriques et les installations de dessalement. Contrairement au cuivre-nickel (qui subit des piqûres après 5 à 10 ans) ou à l'acier inoxydable (qui subit une corrosion caverneuse),tuyau en titane gr1offres>Durée de vie de 30 ansavecpas de tolérance à la corrosion. Des dizaines de milliers de tonnes deASTM B338 Niveau 1Les tubes sont en service dans le monde entier.
