ES3049598T3

ES3049598T3 - Method for producing a double-walled heat exchanger tube

Info

Publication number: ES3049598T3
Application number: ES24179221T
Authority: ES
Inventors: Denis Sornin
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2023-06-02
Filing date: 2024-05-31
Publication date: 2025-12-17
Anticipated expiration: 2044-05-31
Also published as: JP2024173834A; EP4470689C0; KR20240173177A; US12397339B2; PL4470689T3; EP4470689A1; CN119057405A; US20240399440A1; FR3149371B1; EP4470689B1; FR3149371A1

Abstract

La invención se refiere a un método para la fabricación de un tubo intercambiador de calor de doble pared que comprende un tubo exterior y un tubo interior, metálicos, cilíndricos y coaxiales. Este método comprende las siguientes etapas: (i) suministro de: un primer tubo con un diámetro interno d1int y un diámetro externo d1ext, destinado a formar el tubo exterior; un segundo tubo con un diámetro interno d2int y un diámetro externo d2ext, destinado a formar el tubo interior; y una tira tubular cilíndrica y coaxial de Fe<0> con un diámetro interno dint y un diámetro externo dext, de manera que 0,15 mm <= d1int - dext <= 0,25 mm, 0,15 mm <= dint - d2ext <= 0,25 mm y 10 μm <= dext - dint <= 200 μm; (ii) el montaje coaxial del segundo tubo y la tira tubular en el interior del primer tubo, posicionándose la tira tubular entre el primer y el segundo tubo; (iii) la soldadura fuerte o encolado de un extremo del conjunto; (iv) la codeformación del conjunto; (v) el corte de los extremos del conjunto; (vi) la soldadura de los extremos cortados del conjunto; y (vii) el tratamiento térmico del conjunto mediante compresión isostática en caliente, obteniendo así el tubo intercambiador de calor de doble pared. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0003] Método de fabricación de un tubo intercambiador de calor de doble pared

[0005] Campo técnico de la invención

[0007] La presente invención se refiere a un método de fabricación de un tubo intercambiador de calor de doble pared, estando este tubo de doble pared destinado en particular a equipar dispositivos del tipo intercambiador de calor.

[0008] Estos intercambiadores de calor se utilizan sobre todo en la industria química y en el sector energético.

[0009] Estado de la técnica

[0011] Los intercambiadores de calor son dispositivos para transferir energía térmica de un primer fluido a un segundo fluido, sin mezclarlos.

[0013] Existen diferentes tipos de intercambiadores de calor de dos fluidos, entre los que se encuentran los equipados con un tubo de doble pared, también conocido como "tubo de doble pared", que comprende dos tubos cilíndricos (tubulares) y coaxiales roscados entre sí, estando la superficie interna del tubo de menor diámetro (tubo interno) destinada a entrar en contacto con uno de los fluidos y la superficie externa del tubo de mayor diámetro (tubo externo) destinada a entrar en contacto con el otro fluido.

[0015] La estructura particular de un tubo intercambiador de calor de doble pared tiene la ventaja de proporcionar una mayor seguridad al intercambiador de calor equipado con él, ya que cada tubo realiza, de manera redundante, una doble función, a saber, una función de estanqueidad para evitar que los dos fluidos entren en contacto y una función de resistencia a la presión ejercida por la circulación de estos dos fluidos.

[0017] Esta doble función es especialmente importante, por ejemplo, en los casos en que el intercambiador de calor se utiliza en instalaciones, como reactores químicos, en los que es necesario garantizar, de forma segura y eficaz, el intercambio de calor entre un primer fluido como metales o sales metálicas fundidos reactivos, por ejemplo a base de sodio, litio o potasio, y un segundo fluido como el agua. En efecto, cualquier fallo que se produjera a nivel de un tubo de doble pared que equipa dichas instalaciones tendría graves consecuencias sobre el funcionamiento debido a la reactividad química del fluido caloportador con el medio a enfriar. En este caso específico, las tensiones en servicio, además de la presión estática de los fluidos y la corrosión de las superficies, surgen de las tensiones de origen térmico y de las tensiones de fatiga impuestas por los ciclos de funcionamiento o las vibraciones inducidas por la termohidráulica.

[0019] La mayoría de los tubos intercambiadores de calor de doble pared contemplan dejar una holgura mecánica, o un espacio, entre los tubos interno y externo.

[0021] Conectando este espacio a un sistema de detección, es posible así detectar la presencia de fluido procedente de la perforación de uno de los dos tubos antes de que se altere la integridad del otro tubo.

[0023] Sin embargo, la presencia de este espacio es especialmente penalizadora respecto a las propiedades de conductividad térmica del tubo intercambiador de calor de doble pared y, además, no permite responder eficazmente a una hipotética perforación simultánea de los dos tubos que lo constituyen.

[0025] Para mejorar la conductividad térmica de los tubos intercambiadores de doble pared, se ha propuesto rellenar al menos parcialmente el espacio entre los dos tubos.

[0027] El documento CN 203928838, referenciado [1] en la presente descripción, propone un método de fabricación de un tubo de doble pared que comprende una etapa de llenado del espacio entre los tubos interno y externo de dicho tubo intercambiador de calor de doble pared con un polvo metálico. Al garantizar una distribución radial de la temperatura, este polvo metálico proporciona una buena conductividad térmica al tubo de doble pared y también ayuda a reducir el riesgo de degradación vinculado a transiciones térmicas repentinas.

[0028] El documento CN 113458737, referenciado [2], propone un método de fabricación de un tubo de doble pared que comprende un tubo externo, una capa intermedia y un tubo interno, siendo los tubos externo e interno así como la capa intermedia metálicos, cilíndricos y coaxiales. El método descrito en el documento [2] comprende las siguientes etapas sucesivos:

[0030] (1) colocar el tubo interno recubierto con la capa intermedia en el tubo externo, siendo el espacio entre los tubos interno y externo el adecuado;

[0031] (2) sellar y soldar los tubos interno y externo en cada uno de sus extremos; e

[0032] (3) instalar los tubos así soldados para una etapa de compresión isostática en caliente en condiciones adecuadas para la soldadura por difusión.

[0033] En este documento [2], la capa intermedia, que está hecha de un material elegido entre cobre, níquel, cromo y vanadio, se produce mediante deposición química o electrolítica. En la etapa (1), el espacio adecuado entre los tubos interno y externo está entre 0,2 mm y 2 mm.

[0035] Aunque mejoran las propiedades de conductividad térmica de los tubos de doble pared, los métodos de fabricación descritos en los documentos [1] y [2] son relativamente caros y complicados de implementar a nivel industrial.

[0037] El objetivo de la presente invención es, por tanto, superar los inconvenientes de los métodos de la técnica anterior y proponer un método de fabricación de un tubo intercambiador de calor de doble pared que presenta una doble función de estanqueidad y de resistencia a la presión, en particular que resista la propagación de defectos de fatiga, así como buenas propiedades de conductividad térmica, permitiendo este método alcanzar una productividad y unos costes de implementación industrial ventajosos en comparación con los métodos descritos en los documentos [1] y [2].

[0039] Divulgación de la invención

[0041] Los objetivos antes mencionados y otros se consiguen mediante un método de fabricación de un tubo intercambiador de calor de doble pared del tipo mencionado anteriormente, es decir que comprende un tubo externo y un tubo interno, siendo los tubos externo e interno metálicos, cilíndricos y coaxiales.

[0043] Según la invención, el método de fabricación comprende las siguientes etapas (i) a (vii) sucesivas:

[0045] (i) el suministro:

[0047] • de un primer tubo que tiene un diámetro interno d<i n>y un diámetro externo d<ie x t>, este primer tubo está destinado a formar el tubo externo,

[0048] • de un segundo tubo que tiene un diámetro interno d<2int>y un diámetro externo d<2ext>, este segundo tubo está destinado a formar el tubo interno, y

[0049] • de un fleje tubular cilíndrico y coaxial de Fe<0>que tiene un diámetro interno d<n>y un diámetro externo d<ext>, tal como

[0050] 0,15 mm < (d1¡nt - dext) - 0,25 mm,

[0052] 0,15 mm < (dint - d2ext) ^ 0,25 mm,

[0053] y

[0056]

[0059] (ii) el ensamblaje coaxial del segundo tubo y del fleje dentro del primer tubo, estando posicionado el fleje entre el primer y segundo tubos;

[0060] (iii) el braseado o unión de un extremo del ensamblaje obtenido al final de la etapa (ii);

[0061] (iv) la codeformación del ensamblaje obtenido al final de la etapa (iii);

[0062] (v) el corte de los extremos del ensamblaje codeformado al final de la etapa (iv);

[0063] (vi) la soldadura de los extremos cortados del ensamblaje obtenido al final de la etapa (v); y

[0064] (vii) el tratamiento térmico del ensamblaje obtenido al final de la etapa (vi), realizándose este tratamiento térmico mediante compresión isostática en caliente, con lo que se obtiene el tubo intercambiador de calor de doble pared.

[0066] El método según la invención permite formar, entre los tubos externo e interno, una interfase metálica densa de hierro puro que llena todo el volumen inicial del espacio existente entre el primer y segundo tubos y permite así asegurar una unión mecánica uniforme entre los tubos externo e interno. La ausencia de holgura mecánica entre los tubos externo e interno impide el movimiento de estos dos tubos uno con respecto al otro: estos dos tubos, en cierto modo, forman un solo tubo, y luego se deforman de la misma manera que un tubo monolítico durante la tensión mecánica. Gracias al método de fabricación según la invención se obtiene un tubo intercambiador de calor de doble pared con una calidad geométrica especialmente alta.

[0068] Esta interfase metálica de hierro puro también permite conferir al tubo intercambiador de calor de doble pared excelentes propiedades de conductividad térmica asegurando una muy buena transferencia de calor entre los tubos externo e interno, lo que tiene el efecto de aumentar la eficiencia de un intercambiador de calor equipado con un intercambiador de calor de doble pared de este tipo. De manera inesperada y sorprendente, el inventor descubrió que esta interfase dúctil y densa de hierro Fe0 garantiza una excelente conductividad térmica que tiende a un valor cercano al de una pared sólida equivalente.

[0069] Esta ductilidad de la interfase metálica de hierro permite también desviar y/o detener la propagación de grietas por fatiga, en particular grietas por fatiga de alto ciclo, que se habrían formado y propagado en el interior de uno de los dos tubos, preservando así la integridad del otro tubo. En particular, cuando las grietas por fatiga se desvían, estas se propagan a la interfase metálica dúctil, proporcionando así una vida útil un 30 % más larga a temperatura ambiente.

[0071] Esta interfase de hierro se caracteriza además por una estanqueidad que permite evitar la propagación capilar del fluido procedente de dicha grieta entre los dos tubos y, por tanto, reducir drásticamente los riesgos de contacto entre el primer y el segundo fluido del intercambiador de calor, lo que es fundamental, en particular cuando el primer y el segundo fluido son reactivos, cuando existe riesgo de contaminación o cuando los tubos no son controlables en servicio.

[0073] Además, el método según la invención no implementa ninguna etapa de exposición de los elementos constitutivos del tubo de doble pared al hidrógeno, a diferencia de la deposición electrolítica que se implementa en el método del documento [2] y que, cuando la exposición al hidrógeno no está controlada, puede debilitar el material metálico que forma los elementos constitutivos del tubo, en particular cuando este material es acero.

[0074] El método según la invención permite fabricar un tubo intercambiador de calor de doble pared que tiene un diámetro interno d<INT>y un diámetro externo d<EXT>.

[0076] Según una realización, el diámetro interno d<INT>del tubo de doble pared está comprendido entre 6 mm y 30 mm y, ventajosamente, entre 8 mm y 15 mm.

[0078] Según una realización, el diámetro externo d<EXT>del tubo de doble pared está comprendido entre 6 mm y 30 mm y, ventajosamente, entre 10 mm y 20 mm.

[0080] Se especifica que la expresión "entre... y..." que se utiliza arriba pero también en el resto de esta descripción para definir un intervalo, debe entenderse como una definición no sólo de los valores del intervalo, sino también de los valores de los límites de este intervalo.

[0082] El método según la invención comprende las etapas (i) a (vii) mencionadas anteriormente y detalladas a continuación.

[0084] En la etapa (i) del método de fabricación según la invención, se proporcionan dos tubos, un primer tubo que está destinado a formar el tubo externo del tubo intercambiador de calor de doble pared, y un segundo tubo que está destinado a formar el tubo interno de este tubo intercambiador de calor de doble pared.

[0086] El primer tubo tiene un diámetro interno d<1int>y un diámetro externo d<1ext>, y el segundo tubo tiene un diámetro interno d<2¡nt>y un diámetro externo d<2ext>.

[0088] También se proporciona un fleje tubular cilíndrico y coaxial que está hecho de hierro con grado de oxidación 0, es decir, hierro puro Fe<0>. Este fleje de Fe<0>tiene un diámetro interno d<int>y un diámetro externo de<ext>.

[0090] El primer y segundo tubo y el fleje son tales que:

[0092] 0,15 mm < (d|¡nt - dext) < 0,25 mm,

[0094] 0,15 mm < (d¡nt - d2ext) ¿ 0,25 mm,

[0096] y

[0098] 10 |jm < (dext - d¡nt) á 200 |jm.

[0100] En otras palabras, el fleje tiene un espesor de entre 80 ^m y 200 ^m.

[0102] En una realización ventajosa, el fleje tiene un espesor de entre 80 ^m y 150 ^m.

[0104] En una variante ventajosa del método según la invención, al menos uno de los elementos elegidos entre el primer tubo, el segundo tubo y el fleje tubular no lleva soldadura.

[0106] En una variante preferida del método según la invención, el primer tubo, el segundo tubo y el fleje tubular se fabrican todos sin soldadura. De esta manera se maximiza la fiabilidad en términos de sellado y seguridad.

[0107] El primer y segundo tubos, ya sea con o sin soldadura, podrán fabricarse mediante cualquier proceso industrial convencional.

[0109] Según una realización ventajosa, el primer y segundo tubos se obtienen implementando, antes de la etapa (i), las etapas (i<ü>) y (i<i>) siguientes sucesivas:

[0111] (i<ü>) hilado en caliente o laminado en caliente de una barra perforada (también llamada palanquilla), mediante lo cual se obtiene una pieza bruta tubular, y

[0112] (1<1>) estirado en frío o laminado de paso de peregrino de la pieza bruta tubular obtenida al final de la etapa (i)<ü>).

[0114] La implementación de estas etapas (i<o>) y (i<i>) permite obtener tubos sin soldadura que pueden alcanzar longitudes de hasta 6 m.

[0116] Según una realización ventajosa, el fleje tubular sin soldadura se obtiene implementando, antes de la etapa (i), las etapas (i<2>) a (i<4>) siguientes sucesivas:

[0118] (1<2>) perforación de una varilla de hierro Fe<0>,

[0119] (1<3>) torneado de la varilla perforada obtenida al final de la etapa (i<2>), con lo que se obtiene una pieza bruta tubular, y

[0120] (1<4>) laminado de paso de peregrino de la pieza bruta tubular obtenida al final de la etapa (i<3>).

[0122] En una variante, que se ilustrará en el ejemplo descrito a continuación, la etapa (i<4>) de laminado de paso del peregrino se puede reproducir al menos una vez. El método según la invención puede comprender además una etapa (i<4>') de tratamiento térmico preferentemente realizado entre cada etapa (i<4>) y, por ejemplo, a 850 °C durante 1 h.

[0124] Según una realización ventajosa, el método según la invención comprende además una etapa de limpieza de al menos la superficie interna del primer tubo, las superficies interna y externa del fleje tubular y la superficie externa del segundo tubo, siendo esta etapa de limpieza implementada antes de la etapa (ii) de ensamblaje coaxial.

[0126] Esta etapa de limpieza optimiza el contacto posterior entre el fleje tubular y las superficies de los tubos externo e interno con los que dicho fleje estará en contacto y, al hacerlo, mejora el sellado y la conductividad térmica del tubo intercambiador de calor de doble pared.

[0128] El método de fabricación según la invención comprende, después de la etapa (i), una etapa (ii) de ensamblaje coaxial del primer y segundo tubos y el fleje tubular de hierro Fe<0>. Más particularmente, en esta etapa (ii), el segundo tubo y el fleje se introducen en el interior del primer tubo, quedando dispuesto el fleje entre el primer y segundo tubos.

[0130] En otras palabras, al final de la etapa (ii), se obtiene un ensamblaje en el que el fleje tubular de hierro Fe<0>está situado entre el primer y segundo tubos.

[0132] El método de fabricación según la invención comprende, después de la etapa (ii) de ensamblaje coaxial, una etapa (iii) de braseado o unión de un extremo del ensamblaje obtenido al final de la etapa (ii).

[0134] Esta etapa (iii) de braseado permite mantener el ensamblaje para la implementación de las etapas siguientes del método según la invención, en particular su etapa (iv) de codeformación, pero también proteger el fleje tubular de cualquier contaminación, en particular la generada por los lubricantes que se utilizan durante esta etapa posterior (iv) de codeformación.

[0136] Ventajosamente, la unión por braseado debe tener suficiente ductilidad para poder codeformarse con los tubos y el fleje tubular durante la etapa (iv).

[0138] En una realización particular que involucra el primer y segundo tubos de acero inoxidable, la etapa (iii) de braseado se lleva a cabo con una unión por braseado con alto contenido de plata.

[0140] El método de fabricación según la invención comprende, después de la etapa (iii) de braseado, una etapa (iv) de codeformación del ensamblaje obtenido al final de la etapa (iii).

[0142] Esta etapa (iv) de codeformación permite reducir el volumen de la holgura mecánica existente entre el primer tubo y el fleje, por una parte, así como entre el segundo tubo y el fleje, por otra parte, lo que favorece el alargamiento homogéneo de los tubos y del fleje, la conservación de la geometría del ensamblaje de estos elementos durante las operaciones posteriores, garantizando la ausencia de arrugas del fleje durante la deformación.

[0143] Esta etapa (iv) de codeformación puede implementarse, en particular, mediante coestiramiento o mediante colaminación.

[0145] En una variante ventajosa del método según la invención, esta etapa (iv) de codeformación se realiza mediante colaminación de paso de peregrino del ensamblaje obtenido al final de la etapa (iii).

[0147] La elección de esta etapa (iv) de colaminación de paso de peregrino tiene la ventaja de reducir el volumen de holgura mecánica entre el primer y segundo tubos y el fleje tubular. De este modo, la cantidad de gas contenida en el ensamblaje se vuelve insignificante y no es necesario ninguna etapa de desgasificación antes de implementar las etapas siguientes, en particular la etapa (vi) de soldadura.

[0149] En una realización, el método de fabricación según la invención no comprende una etapa de desgasificación entre la etapa (iv) de codeformación y la etapa (vi) de soldadura.

[0151] La eliminación de esta etapa de desgasificación, especialmente compleja de implementar a nivel industrial en el contexto de la fabricación de tubos de doble pared, contribuye a una reducción significativa de los tiempos de ciclo, de los costes y de las demoras de producción.

[0153] El método de fabricación según la invención comprende, al final de la etapa (iv) de codeformación, una etapa (v) de corte de los extremos del ensamblaje codeformado, de manera que se eliminen los extremos del ensamblaje afectados, por un lado, por la unión por braseado y, por el otro, por la percolación de fluidos lubricantes.

[0155] Estos extremos cortados en la etapa (v) se someten luego a una etapa (vi) de soldadura.

[0157] Esta etapa (vi) de soldadura de los dos extremos del ensamblaje permite aislar del entorno las interfaces del fleje tubular con el primer y segundo tubos.

[0159] En una realización, la etapa (vi) de soldadura se lleva a cabo mediante un método de soldadura por arco con un electrodo no consumible, por ejemplo de tungsteno, y sin añadir material. Esta soldadura puede realizarse ventajosamente bajo gas neutro.

[0161] El método de fabricación según la invención comprende, después de la etapa (vi) de soldadura, una etapa (vii) de tratamiento térmico del ensamblaje obtenido al final de la etapa (vi).

[0163] Esta etapa (vii) de tratamiento térmico del ensamblaje obtenido al final de la etapa (vi), se realiza mediante compresión isostática en caliente (HIC), mediante la cual se obtiene el tubo intercambiador de calor de doble pared.

[0165] Esta etapa (vii) de compresión isostática en caliente permite soldar, por difusión, por una parte, la superficie interna del primertubo a la superficie externa del fleje tubulary, por otra parte, la superficie externa del segundo tubo a la superficie interna del fleje tubular. Al final de la etapa (vii) de compresión isostática en caliente, se obtiene una unión mecánica uniforme entre el primer y segundo tubos, que está formada por una interfase de hierro puro procedente del fleje tubular. La presencia de una pequeña cantidad de oxígeno atrapado en las rugosidades de las interfases del fleje y los tubos (ausencia de desgasificación) contribuye a la formación de óxidos mixtos de hierro y cromo (en el caso de los tubos de acero), jugando estos óxidos un papel favorable en la delaminación de las superficies durante la propagación de una grieta por fatiga.

[0167] Esta etapa (vii) de compresión isostática en caliente, que provoca poca o ninguna deformación del primer y segundo tubos y del fleje tubular, permite optimizar la conservación de la geometría del ensamblaje formado por estos tubos y fleje y, en consecuencia, respetar las tolerancias geométricas de los tubos acabados, lo que permite asegurar la reproducibilidad, y por tanto la fiabilidad, de los tubos de intercambiadores de calor de doble pared fabricados mediante el método según la invención.

[0169] En una realización particular, la etapa (vii) se lleva a cabo a una temperatura de entre 800 °C y 1200 °C, a una presión de entre 50 MPa y 200 MPa y durante una duración de entre 30 min y 4 h.

[0171] En una realización ventajosa, la etapa (vii) se lleva a cabo a una temperatura de entre 1000 °C y 1200 °C, a una presión de entre 100 MPa y 200 MPa y durante una duración de entre 30 min y 2 h.

[0173] El método según la invención permite fabricar tubos intercambiadores de calor de doble pared de longitudes y geometrías variables.

[0175] Los materiales del primer tubo y del segundo tubo pueden ser idénticos o diferentes y pueden incluir hierro.

[0176] En una variante ventajosa, el primer y segundo tubos están hechos de un material que comprende hierro, en particular acero inoxidable. Este acero inoxidable puede ser ventajosamente un acero martensítico, ventajosamente Eurofer-97 o acero T-91.

[0177] En una realización preferida, los materiales del primer y segundo tubos son idénticos.

[0178] En una realización, el método de fabricación según la invención comprende además, después de la etapa (vii) de tratamiento térmico, una o más de las siguientes etapas (viii) a (xii):

[0179] (viii) enfriamiento del tubo intercambiador de calor de doble pared, por ejemplo a una velocidad de 50 °C/h; (ix) combadura del tubo intercambiador de calor de doble pared obtenido al final de la etapa (viii);

[0180] (x) rebordeo del tubo intercambiador de calor de doble pared obtenido al final de la etapa (viii) o (ix); (xi) tratamiento térmico del tubo intercambiador de calor de doble pared obtenido al final de la etapa (ix) o (x), tal como temple o revenido normalizado; y

[0181] (xii) enderezado del tubo intercambiador de calor de doble pared obtenido al final de la etapa (ix), (x) o (xi). En particular, y principalmente cuando el primer y segundo tubos están fabricados en acero inoxidable y, más particularmente, en Eurofer-97, una etapa (viii) de enfriamiento permite mantener el tubo de doble pared en un estado adecuado para permitir la combadura y/o rebordeo del tubo.

[0182] Los tubos de doble pared fabricados mediante el método según la invención se pueden doblar y ensamblar como los tubos convencionales.

[0183] Se debe tener en cuenta que la elección de hierro puro para el fleje tubular y, por tanto, para la interfase del tubo de doble pared, no modifica la composición del baño de fusión durante la soldadura de dichos tubos. Por tanto, es posible considerar el montaje de los tubos en todo su espesor sin modificar significativamente la composición del cordón de soldadura debido a la presencia de la interfase de hierro.

[0184] Sería muy diferente con una interfase de cobre, cromo, níquel o vanadio como la descrita en el documento [2] que requiere un cambio significativo en la composición del cordón de soldadura, con el posible riesgo de modificar las propiedades mecánicas del cordón de soldadura de dicho tubo.

[0185] El método según la invención favorece por tanto en gran medida la fabricación industrial de tubos intercambiadores de calor de doble pared, evitando la creación de zonas sin interfase, también llamadas reservas, situadas a nivel de futuras soldaduras.

[0186] En términos generales, la etapa (xi) de tratamiento térmico tiene como objetivo conferir las propiedades mecánicas esperadas para el tubo de doble pared fabricado mediante el método según la invención.

[0187] Este tratamiento térmico (xi) puede elegirse, por ejemplo, entre temple, revenido normalizado y recocido, o incluso ser una combinación de éstos (temple seguido de revenido normalizado), adaptándose este tratamiento a las especificaciones del o de los materiales que forman el primer y segundo tubos.

[0188] Además, debido al cambio de fase que puede ocurrir durante la etapa (xi) de tratamiento térmico, es posible que se produzca una distorsión geométrica del tubo intercambiador de calor de doble pared. Luego se puede considerar una etapa (xii) de enderezado para asegurar la conformidad geométrica de este tubo intercambiador de calor de doble pared.

[0189] Otras características y ventajas de la invención aparecerán con la lectura del ejemplo siguiente que se refiere a la fabricación de un tubo intercambiador de calor de doble pared.

[0190] Se especifica que este ejemplo se da solo como ilustración del objeto de la invención y no constituye en modo alguno una limitación de este objeto.

[0191] Descripción detallada de una realización particular

[0192] Se fabricó un tubo intercambiador de calor de doble pared mediante el método según la invención.

[0193] Producción de tubos y flejes

[0194] El primer y segundo tubos, destinados a formar respectivamente el tubo externo y el tubo interno del intercambiador de calor de doble pared, fueron fabricados en acero inoxidable Eurofer-97, cuya composición (en porcentaje de masa) se especifica en la Tabla 1 a continuación.

[0195] Tabla 1

[0198]

[0201] Estos primer y segundo tubos son tubos cilindricos sin soldadura que se han fabricado mediante un proceso industrial convencional a partir de una pieza bruta de acero Eurofer-97 que se ha trefilado de tal forma que se obtienen tubos con una longitud de 2,5 m y:

[0203] - para el primer tubo, un espesor de 1,45 mm y diámetros externo e interno respectivos de 14,00 mm (d-<ie x t>) y 11,12 mm (d^<nt>), y

[0204] - para el segundo tubo, un espesor de 1,20 mm y diámetros externo e interno respectivos de 10,62 mm (d<2ext>) y 8,2 mm (d<2int>).

[0206] El fleje tubular cilíndrico de hierro puro se preparó a partir de hierro puro comercializado por la empresa Liffs con el nombre ARMCO<®>Hierro puro grado 4.

[0208] Las piezas brutas tubulares de 500 mm de longitud y con diámetros exterior e interior respectivos de 16,22 mm y 12,57 mm se mecanizaron primero mediante perforación y luego mediante torneado antes de ser laminados.

[0209] A continuación, las piezas brutas tubulares fueron sometidas a un primer laminado de paso de peregrino, seguido de un primer tratamiento térmico a 850 °C durante 1 h, a continuación a un segundo laminado de paso de peregrino seguido de un segundo tratamiento térmico a 850 °C durante 1 h, a continuación a un tercer laminado de paso de peregrino seguido de un tercer tratamiento térmico a 850 °C durante 1 h y, finalmente, a un cuarto y último laminado de paso de peregrino.

[0211] Al final de estas etapas de laminación intercaladas con etapas de tratamiento térmico, se obtuvo el fleje tubular sin soldadura con un espesor de 100 pm y diámetros externo e interno respectivos de 10,97 mm (d<ext>) y 10,77 mm (d<int>).

[0213] Preparación de la superficie

[0215] La superficie interna del primer tubo destinado a formar el tubo externo fue limpiada mediante arenado con corindón para no afectar el diámetro interno d-m más de 50 pm.

[0217] La superficie externa del segundo tubo destinado a formar el tubo interno se cepilló utilizando un cepillo abrasivo del tipo Scotch-Brite.™ para no afectar el diámetro externo d<2>ext más de 50 pm.

[0219] Las superficies interna y externa del primer y segundo tubo, así como las superficies interna y externa del fleje tubular de hierro puro, se limpiaron cuidadosamente con un paño y luego con acetona.

[0221] Montaje de tubos y fleje

[0223] Luego, el segundo tubo y el fleje tubular se ensamblaron coaxialmente dentro del primer tubo, posicionándose el fleje tubular entre el primer y segundo tubos.

[0225] Teniendo en cuenta los diámetros externo e interno respectivos del primer y segundo tubos y del fleje tubular tal como se obtienen después de la preparación de las diferentes superficies, existe una holgura técnica de al menos 150 pm entre el fleje y el primer tubo, por una parte, y entre el fleje y el segundo tubo, por otra parte, lo que facilita evidentemente el ensamblaje de estos tres elementos.

[0227] Braseado del ensamblaje

[0229] El segundo tubo interno se colocó de tal manera que sobresalía varios centímetros del primer tubo. Luego, el primer y segundo tubos se calentaron con un soplete de oxiacetileno antes de depositar una unión por braseado con plata entre los dos tubos. Se especifica que la unión por braseado con plata tiene un contenido compatible con el acero del primer y segundo tubo que comprende un 9 % en masa de cromo. La unión por braseado se filtra en la holgura de montaje entre los tubos a lo largo del área calentada por el soplete. Cabe señalar que esta unión por braseado se caracteriza por una ductilidad suficiente para ser codeformada con los tubos y el fleje durante la siguiente etapa de codeformación.

[0231] Luego se realizó un enfriamiento escalonado para no generar una estructura martensítica frágil.

[0233] Codeformación del ensamblaje

[0235] Luego el ensamblaje fue sometido a un laminado con paso de peregrino.

[0236] En la Tabla 2 a continuación se muestran los diámetros externo e interno (indicados como dexterno, d¡nterno y expresado en mm) del primer y segundo tubos y del fleje tubular antes y después de esta etapa de codeformación por laminación de paso de peregrino del ensamblaje.

[0237] Tabla 2

[0240]

[0242] Corte y soldadura

[0243] Los extremos del ensamblaje obtenido al final de la etapa de codeformación se cortaron para eliminar el extremo afectado térmicamente por la unión por braseado así como el extremo opuesto posiblemente afectado por la percolación del fluido lubricante.

[0244] A continuación, el ensamblaje se cortó en secciones de longitud compatible con el recinto en el que se llevó a cabo posteriormente la etapa de compresión isostática en caliente (HIC).

[0245] Posteriormente las secciones fueron soldadas mediante un proceso de soldadura con electrodo de tungsteno sin añadir material y bajo gas neutro. Esta etapa de soldadura se realiza sin desgasificación previa, siendo la holgura técnica entre los tubos y el fleje muy pequeña después de la etapa de codeformación.

[0246] Tratamiento térmico por compresión isostática en caliente (CIC)

[0247] Luego, las secciones se colocaron en un recinto para someterlas a un ciclo de compresión isostática en caliente realizado a una temperatura de 1100 °C, a una presión de 1200 bar (120 MPa), durante 1 hora.

[0248] Tratamientos complementarios

[0249] Tras la etapa de CIC, las secciones de tubo de doble pared obtenidas se enfriaron a una velocidad de 50 °C/h, lo que les confirió un estado metalúrgico ferrítico (sin martensita) que permitió curvarlas como tubos convencionales.

[0250] Estos tubos, así moldeados y soldados, se trataron luego térmicamente mediante temple y revenido.

[0251] Los perfiles de tubo de doble pared así fabricados mediante el método según la invención tenían un diámetro externo de 13,50 mm (± 0,25 mm) y un espesor de 2,75 mm (± 0,35 mm).

[0252] El tubo de doble pared así fabricado puede contener agua a presión a una temperatura media de 325 °C, precisándose que cada uno del primer y segundo tubos puede, por sí solo, soportar las fuerzas ligadas a la presión del agua.

[0253] Bibliografía

[0254] [1] CN 203928838

[0255] [2] CN 113458737

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un método de fabricación de un tubo intercambiador de calor de doble pared que comprende un tubo externo y un tubo interno, siendo los tubos externo e interno metálicos, cilíndricos y coaxiales, siendo dicho método de fabricación caracterizado porque comprende las siguientes etapas sucesivas (i) a (vii):

(i) el suministro:

. de un primer tubo que tiene un diámetro interno du<nt>y un diámetro externo d<1ext>, este primer tubo está destinado a formar el tubo externo,

. de un segundo tubo que tiene un diámetro interno d<2int>y un diámetro externo d<2ext>, este segundo tubo está destinado a formar el tubo interno, y

. de un fleje tubular cilíndrico y coaxial de Fe<0>que tiene un diámetro interno d<int>y un diámetro externo d<ext>,

tal como

y

(ii) el ensamblaje coaxial del segundo tubo y del fleje dentro del primer tubo, estando posicionado el fleje entre el primer y segundo tubos;

(iii) el braseado o unión de un extremo del ensamblaje obtenido al final de la etapa (ii);

(iv) la codeformación del ensamblaje obtenido al final de la etapa (iii);

(v) el corte de los extremos del ensamblaje codeformado obtenido al final de la etapa (iv);

(vi) la soldadura de los extremos cortados del ensamblaje obtenido al final de la etapa (v); y (vii) el tratamiento térmico del ensamblaje obtenido al final de la etapa (vi), realizándose este tratamiento térmico mediante compresión isostática en caliente, con lo que se obtiene el tubo intercambiador de calor de doble pared.

2. Un método según la reivindicación 1, en el que el primer y segundo tubos proporcionados en la etapa (i) no tienen soldadura, habiéndose obtenido ventajosamente cada uno de estos primer y segundo tubos mediante la implementación, antes de la etapa (i), de las etapas (i<0>) y (h) siguientes sucesivas:

(i0) hilado en caliente o laminado en caliente de una varilla perforada, con lo que se obtiene una pieza bruta tubular, y

(h) estirado en frío o laminado de paso de peregrino de la pieza bruta tubular obtenida al final de la etapa (i<0>).

3. Método según la reivindicación 1 o 2, en el que el fleje tubular previsto en la etapa (i) está libre de soldaduras y se obtiene ventajosamente realizando, antes de la etapa (i), las etapas (i<2>) a (i<4>) siguientes sucesivas:

(1<2>) perforación de una varilla de hierro Fe0,

(1<3>) torneado de la varilla perforada obtenida al final de la etapa (i<2>), con lo que se obtiene una pieza bruta tubular, y

(1<4>) laminado de paso de peregrino de la pieza bruta tubular obtenida al final de la etapa (i<3>).

4 Método según la reivindicación 3, en el que la etapa (i4) de laminado de paso del peregrino se reproduce al menos una vez, pudiendo el método comprender, además, una etapa (i<4>') de tratamiento térmico preferentemente realizado entre cada etapa (i4) y, por ejemplo, a 850 °C durante 1 h.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además una etapa de limpieza de al menos la superficie interna del primer tubo, las superficies interna y externa del fleje tubular y la superficie externa del segundo tubo, realizándose esta etapa de limpieza antes de la etapa (ii) de ensamblaje coaxial.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la etapa (iv) de codeformación se realiza mediante coestiramiento o mediante colaminación y, preferentemente, mediante colaminación de paso de peregrino, del ensamblaje obtenido al final de la etapa (iii).

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que no comprende una etapa de desgasificación entre la etapa (iv) de codeformación y la etapa (vi) de soldadura.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la etapa (vi) de soldadura se realiza mediante un método de soldadura por arco con un electrodo no fusible, por ejemplo de tungsteno, y sin adición de material.

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la etapa (vii) se lleva a cabo a una temperatura entre 800 °C y 1200 °C, a una presión entre 50 MPa y 200 MPa y por una duración entre 30 min y 4 h.

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende además, después de la etapa (vii), uno o más de las siguientes etapas (viii) a (xii):

(viii) enfriamiento del tubo intercambiador de calor de doble pared, por ejemplo a una velocidad de 50 °C/h;

(ix) combadura del tubo intercambiador de calor de doble pared obtenido al final de la etapa (viii); (x) rebordeo del tubo intercambiador de calor de doble pared obtenido al final de la etapa (viii) o (ix) ;

(xi) tratamiento térmico del tubo intercambiador de calor de doble pared obtenido al final de la etapa (ix) o (x), tal como temple o revenido normalizado; y

(xii) enderezado del tubo intercambiador de calor de doble pared obtenido al final de la etapa (ix), (x) o (xi).

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el primer y segundo tubos están hechos de acero inoxidable martensítico, ventajosamente Eurofer-97 o acero T-91.

12. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que los materiales del primer y segundo tubos son idénticos.