Condensador Tubos Enrollado
Intercambiadores
Condensador de Carcasa y Tubos con Arrollamiento Helicoidal
1. Descripción del producto
El condensador de carcasa y tubos con arrollamiento helicoidal (también conocido como intercambiador de serpentín arrollado o intercambiador de tubos arrollados en espiral) es una unidad compacta de intercambio térmico de alta eficiencia en la que los tubos se arrollan capa por capa, con sentidos de hélice alternos, sobre un cilindro central para formar un haz arrollado, que luego se instala dentro de la carcasa. Consta de carcasa, placa tubular y caja de tubos, haz arrollado (cilindro central más varias capas de tubos contraarrollados), barras espaciadoras de forma especial entre capas, cilindro guía de flujo y placas de separación de pasos, bocas de entrada y salida y soportes. El medio de refrigeración (agua de refrigeración, salmuera fría, refrigerante de baja temperatura, etc.) circula por el lado de tubos o por el lado de carcasa, mientras que el vapor entra por el otro lado, se condensa en la superficie de la pared del tubo y cede calor latente al medio de refrigeración, completando el proceso de condensación y enfriamiento.
Amplia aplicación en: condensación de cabeza y recuperación de calor en refino de petróleo, lavado Rectisol en la industria química del carbón, licuefacción de gas natural y recondensación de BOG, intercambio térmico principal en unidades de separación de aire y criogenia, intercambio alimentación-efluente en unidades de síntesis de amoníaco e hidrogenación, condensación de reflujo de reactores en las industrias farmacéutica y de química fina, recuperación de disolventes y condensación de cabeza de columnas de destilación.
Características del equipo: estructura compacta con una superficie de transferencia de 100～200 m²/m³ por unidad de volumen; alto coeficiente de transferencia térmica gracias al flujo secundario inducido por el flujo en espiral; alta capacidad de presión en el lado de tubos, con una presión de diseño de hasta 35 MPa; el haz arrollado puede dilatarse y contraerse libremente para la autocompensación de la dilatación térmica, abarcando un amplio intervalo de temperaturas de -196 ℃～400 ℃; las barras espaciadoras intercapas forman canales de flujo uniformes con pérdida de carga controlable; puede manejar varias corrientes simultáneamente; disponible en diversos materiales de construcción y fabricado a medida según los requisitos.
2. Principio de funcionamiento
El vapor (o fluido caliente) entra por la boca de entrada y es distribuido por las placas de separación de pasos hacia las múltiples capas de tubos arrollados en espiral del haz (o hacia el lado de carcasa), donde intercambia calor con el medio de refrigeración del lado de carcasa (o del lado de tubos) en régimen de contracorriente pura o flujo cruzado. Los tubos se arrollan con un ángulo de hélice fijo y paso uniforme; el fluido sigue una trayectoria en espiral dentro de los tubos y genera una circulación secundaria que adelgaza la capa límite y eleva el coeficiente de transferencia de calor. Las capas de arrollamiento adyacentes se disponen en sentidos opuestos, lo que intensifica la perturbación entre capas y hace más uniforme el campo de flujo del lado de carcasa. Al entrar en contacto con la superficie más fría de la pared del tubo, el vapor cede su calor latente, se condensa formando una película líquida y fluye hacia abajo por la pared del tubo; el condensado se recoge y se descarga por la salida de condensado. Las barras espaciadoras de forma especial entre capas mantienen la separación entre tubos y los canales de flujo del lado de carcasa, permitiendo que los gases no condensables se descarguen por la purga.
3. Clasificación del sistema
Según el tipo estructural
| Tipo | Características | Aplicación típica |
|---|---|---|
| Tipo arrollado vertical | Haz instalado verticalmente, el condensado se descarga por gravedad, pequeña superficie ocupada, baja altura de instalación | Condensadores de cabeza de columna, rehervidores, unidades de intercambio térmico pequeñas y medianas |
| Tipo arrollado horizontal | Haz instalado horizontalmente, inspección y extracción del haz sencillas, disposición flexible | Grandes unidades de refino, procesamiento de gas natural, intercambio térmico de servicios auxiliares |
| Tipo arrollado multicorriente | Varios haces de tubos independientes en una misma carcasa, permite el intercambio simultáneo de varios medios | Cajas frías de licuefacción de gas natural, separación criogénica, recuperación de calor multicorriente |
| Tipo integrado en caja fría | Varios haces arrollados integrados en una carcasa, entregados como skid completo | Unidades de separación de aire, lavado Rectisol, plantas de licuefacción montadas en skid |
Según la función de transferencia térmica
| Tipo | Características | Aplicación típica |
|---|---|---|
| Condensador | Vapor en el lado de tubos o de carcasa, condensado descargado por gravedad o presión diferencial | Condensación de cabeza de columna, condensación de reflujo de reactores, condensación de vapor |
| Rehervidor | El líquido del fondo de la columna se vaporiza y retorna a la columna, pequeña diferencia de temperatura y alto coeficiente de transferencia | Rehervido del fondo de columnas de destilación, calentamiento de sistemas de evaporación |
| Enfriador | El material de proceso se enfría hasta la temperatura de proceso requerida, con pérdida de carga controlable | Enfriamiento de material de proceso, postenfriamiento de producto |
| Unidad de recuperación de calor | Calor recuperado entre varias corrientes, diferencia de temperatura terminal de hasta 1～2 ℃ | Unidades criogénicas, recuperación de frío, aprovechamiento energético integral |
4. Parámetros técnicos detallados
4.1 Materiales de construcción habituales y condiciones de servicio aplicables
| Material | Calidad | Medios aplicables | Observaciones |
|---|---|---|---|
| Acero al carbono | Acero de caldera Q345R/Q245R | Agua de refrigeración no corrosiva, medios de proceso no corrosivos | Bajo coste; vida útil corta con medios corrosivos |
| Acero inoxidable304 | 06Cr19Ni10 | Medios levemente corrosivos, procesos químicos generales | Uso general, buena relación coste-rendimiento |
| Acero inoxidable316L | 022Cr17Ni12Mo2 | Medios con cloruros, ácido acético, servicios farmacéuticos y de química del carbón | Primera opción recomendada, excelente resistencia a la corrosión |
| Acero inoxidable321 | 06Cr18Ni11Ti | Servicio de alta temperatura, resistencia a la corrosión intergranular | Apto para servicio por encima de 400 ℃ |
| Acero inoxidable dúplex | S32205/S31803 | Medios con cloruros, refrigeración con agua de mar, entornos de alta tensión | Excelente resistencia a la picadura y al agrietamiento por corrosión bajo tensión |
| Titanio (TA2) | Titanio comercialmente puro | Agua de mar, cloro húmedo, medios fuertemente corrosivos | Buena conductividad térmica; coste elevado, suministrado bajo pedido |
| Hastelloy | C-276 | Medios de alta temperatura fuertemente corrosivos, servicios con ácidos mixtos | Coste más elevado, fabricado a medida por encargo |
| Aleación de cobre | H62/H68/cuproníquel | Servicios de refrigeración sin amoníaco ni cloruros | Alta conductividad térmica; apto para transferencia con pequeña diferencia de temperatura |
4.2 Especificaciones típicas de los condensadores de carcasa y tubos con arrollamiento helicoidal
| Diámetro del haz arrollado (mm) | Tamaño del tubo (mm) | Área de transferencia de calor (m²) | Presión de diseño del lado de carcasa (MPa) | Presión de diseño del lado de tubos (MPa) | Temperatura de diseño (℃) | Capacidad de condensación de referencia |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Φ300～500 | Φ12×1.0 | 5～30 | 1.0～4.0 | 5.0～10 | -60～200 | 0,5～3 t/h de condensación de vapor |
| Φ600～1000 | Φ14×1.5 | 30～150 | 1.6～6.4 | 10～25 | -100～300 | 3～15 t/h de condensación de vapor |
| Φ1200～2000 | Φ19×2.0 | 150～600 | 2.5～10 | 16～35 | -196～350 | 15～60 t/h de condensación de vapor |
| Φ2000～3500 | Φ25×2.5 | 600～2000 | 4.0～12 | 20～35 | -196～400 | 60～200 t/h de condensación de vapor |
| Φ3500～4500 | Φ25×2.5/Φ32×3 | 2000～4500 | 6.0～15 | 25～35 | -196～400 | 200～400 t/h de condensación de vapor |
| Diseño a medida | Según cálculo de proceso | Según cálculo de proceso | ≤20 | ≤40 | -196～450 | Grandes cajas frías / servicio multicorriente |
Nota: las especificaciones anteriores son configuraciones habituales. El diseño real se determina por las condiciones de proceso, las propiedades del medio, los requisitos de presión y temperatura y la pérdida de carga admisible, y puede personalizarse según los requisitos. Los tamaños de tubo también incluyen Φ16×1.5, Φ19×1.5 y Φ32×2; la capacidad de condensación de referencia se basa en la condensación de vapor de agua.
4.3 Condiciones de diseño y datos de rendimiento
| Parámetro | Especificación |
|---|---|
| Rango de presión de diseño | Lado de carcasa: vacío～12 MPa; lado de tubos: vacío～35 MPa (presiónes superiores disponibles bajo pedido) |
| Rango de temperatura de diseño | -196 ℃～400 ℃ (según el material de construcción y las condiciones reales de servicio) |
| Coeficiente global de transferencia de calor (típico) | 1000～8000 W/(m²·K) (varía con el medio, la velocidad de flujo y el régimen de flujo) |
| Superficie de transferencia por unidad de volumen | 100～200 m²/m³ (tubos Φ12～Φ25, según el número de capas arrolladas) |
| Parámetros de tubos y arrollamiento | Tubos Φ12～Φ25, espesor de pared 1,0～2,5 mm; ángulo de hélice 3°～20°, dispuestos a paso uniforme dentro de cada capa |
| Diferencia de temperatura terminal | Disposición en contracorriente pura, diferencia de temperatura terminal de hasta 1～2 ℃ |
| Pérdida de presión admisible | Controlada según los requisitos de proceso en los lados de tubos y de carcasa; puede optimizarse mediante la disposición de pasos y la selección de las barras espaciadoras |
| Arrollamiento y ensayos no destructivos | Una vez conformado el haz arrollado se desengrasa y limpia en conjunto; las uniones soldadas tubo-placa tubular se examinan por radiografía o líquidos penetrantes conforme a NB/T 47013 |
| Vida de diseño y normas aplicables | Vida de diseño ≥20 años; diseñado y fabricado conforme a NB/T 10938-2022 y GB/T 151-2014 |
4.4 Parámetros eléctricos
| Región | Voltaje | Frecuencia |
|---|---|---|
| China / Rusia / Asia Central | 380V | 50Hz |
| Oriente Medio / Sudeste Asiático / África | 400V/415V | 50Hz |
| Corea del Sur | 380V | 60Hz |
| América (si se requiere) | 440V/480V | 60Hz |
Nota: los condensadores de carcasa y tubos con arrollamiento helicoidal estándar no tienen requisitos eléctricos. Los parámetros eléctricos solo aplican cuando se instalan instrumentación, trazado eléctrico de calefacción o monitorización remota. Si intervienen estas opciones, indique obligatoriamente la tensión y la frecuencia locales al realizar el pedido.
5. Selección de componentes principales
| Componente | Marca / Material Común | Características y aplicación |
|---|---|---|
| Tubos de intercambio térmico | A medida (tubos sin costura de acero inoxidable GB/T 14976) | Tubos sin costura Φ12～Φ25 conformados por arrollamiento en espiral; el elemento clave para la contención de presión y la transferencia de calor |
| Cilindro central | A medida (tubo sin costura 304/316L o chapa laminada y soldada) | Mandril portante del haz arrollado, forma también el canal de flujo más interior |
| Barra espaciadora de forma especial | A medida (perfil de acero inoxidable) | Mantiene la separación entre capas de arrollamiento adyacentes y forma canales de flujo uniformes en el lado de carcasa |
| Placa tubular y caja de tubos | Pieza forjada / chapa fabricada a medida | División de pasos y sellado estanco a la presión; el material se selecciona según la clase de presión y el medio |
| Juntas de sellado | Garlock, Flexitallic, marcas nacionales de calidad | Juntas metálicas en espiral y juntas envueltas en PTFE; resistentes a alta presión y corrosión fuerte |
| Instrumentación y accesorios de seguridad (opcional) | Siemens, E+H, Shanghai Valve Factory, SUFA | Monitorización de temperatura, presión y nivel; válvulas de seguridad taradas a 1,05～1,1 veces la presión de diseño |
Los clientes pueden especificar sus marcas preferidas; en el caso de equipos reacondicionados, esto está sujeto a la disponibilidad de existencias.
6. Campos de aplicación típicos
Refino de petróleo: condensación de cabeza y recuperación de calor a baja/media temperatura en unidades de destilación atmosférica y al vacío, craqueo catalítico, hidrocraqueo y reformado
Química del carbón: unidades de lavado Rectisol, enfriamiento de gas de síntesis, intercambio alimentación-efluente de reactores de síntesis de metanol, intercambio térmico de servicios auxiliares de gasificación de carbón
Gas natural y GNL: intercambiadores principales en cajas frías de licuefacción, deshidrocarburación y deshidratación del gas natural, recondensación de BOG
Separación de aire y criogenia: intercambiadores principales, subenfriadores, intercambio térmico aguas arriba y aguas abajo de los expansores, intercambio criogénico en el lavado Rectisol
Farmacia y química fina: condensación de reflujo de reactores, condensación para recuperación de disolventes, condensación de cabeza de columnas de destilación (disponibles materiales de grado limpio GMP)
Nuevas energías y nuevos materiales: condensación de proceso de electrolitos para baterías de litio, polisilicio, biodiésel e intercambio térmico en procesos de aceites y grasas
7. Normas de diseño y certificación
| Estándar | Descripción |
|---|---|
| NB/T10938-2022 | Intercambiadores de calor arrollados (norma de la industria energética, norma específica para este tipo de equipo) |
| GB/T151-2014 | Intercambiadores de calor (norma básica para intercambiadores de carcasa y tubos) |
| GB/T 150.1～150.4-2024 | Recipientes a presión (requisitos generales, materiales, diseño, fabricación, inspección y aceptación) |
| TSG21-2016 | Reglamento de supervisión técnica de seguridad de recipientes a presión fijos |
| NB/T47013-2015 | Ensayos no destructivos de equipos a presión (radiografía, ultrasonidos, líquidos penetrantes, partículas magnéticas) |
| NB/T 47014-2011 / 47015-2011 | Cualificación de procedimientos de soldadura de equipos a presión / especificación de soldadura de recipientes a presión |
| GB/T14976-2012 | Tubos sin costura de acero inoxidable para transporte de fluidos (tubería para intercambiadores) |
| GB/T27698-2011 | Métodos de ensayo del rendimiento de intercambiadores de calor y elementos de transferencia térmica |
| JB/T4711 | Recubrimiento y embalaje de transporte de recipientes |
| ISO9001:2015/ CE / EAC / GOST-R | Sistema de gestión de calidad; CE (PED 2014/68/UE), EAC y GOST-R pueden gestionarse según los requisitos del mercado |
8. Personalización opcional
| Opción | Detalles |
|---|---|
| Tipo estructural | Vertical / horizontal / multicorriente / integrado en caja fría |
| Función de transferencia térmica | Condensador / rehervidor / enfriador / unidad de recuperación de calor |
| Tamaño del tubo | Φ12×1.0 / Φ14×1.5 / Φ16×1.5 / Φ19×2.0 / Φ25×2.5 / Φ32×3 |
| Material de los tubos | Acero al carbono / 304 / 316L / 321 / acero dúplex / titanio / Hastelloy / aleación de cobre |
| Material de la carcasa y de la placa tubular | Acero al carbono / acero inoxidable / acero dúplex / chapa chapada en titanio |
| Parámetros de arrollamiento | Ángulo de hélice, número de capas, paso y separación entre capas optimizados según el proceso y la pérdida de carga requerida |
| Orientación y tamaño de las bocas | Personalizados según la orientación de la tubería en planta; disponibles bridas de norma nacional o ANSI |
| Disposición de pasos | Un paso / varios pasos; el esquema de pasos en los lados de tubos y de carcasa se determina según el proceso |
| Tratamiento de superficie | Decapado y pasivado interiores (acero inoxidable) o limpieza por chorreado; pintura anticorrosión exterior / chorreado |
| Aislamiento térmico y aislamiento para frío | Aislamiento de lana de roca / silicato de aluminio, o perlita y aislamiento al vacío para servicio criogénico; revestimiento exterior de acero inoxidable o chapa de acero |
| Instrumentación | Sensores de temperatura, manómetros, vainas para termómetro, indicadores de nivel |
| Accesorios de seguridad | Válvula de seguridad, válvula de purga, válvula de drenaje, protección contra sobrepresión |
| Requisitos de ensayo | Prueba hidrostática y prueba de estanqueidad neumática; prueba de fugas con espectrómetro de masas de helio opcional para servicio criogénico |
| Diseño antisísmico | Cálculo y refuerzo sísmico (para zonas sísmicas) |
9. Términos de garantía
| Condición del Equipo | Período de garantía | Cobertura de garantía |
|---|---|---|
| Equipo nuevo | 12meses | Carcasa, haz arrollado, tubos de intercambio térmico, placa tubular, caja de tubos, bocas, juntas |
| Equipo reacondicionado | 6meses | Carcasa, haz arrollado, tubos de intercambio térmico, placa tubular, caja de tubos, bocas, juntas |
| Equipos sin uso (suministro tal cual) | 3meses | Componentes funcionales principales |
Las condiciones finales de garantía se rigen por el contrato. Todos los pedidos incluyen guía de instalación y asistencia remota para la puesta en marcha.
10. Embalaje y entrega
| Artículo | Método de embalaje |
|---|---|
| Cuerpo del condensador | Embalaje desnudo sujeto con flejes de acero o en caja de madera; caras de brida protegidas y bocas con tapones de protección |
| Juntas de repuesto | Sellado impermeable y luego embalaje en cajas de cartón |
| Accesorios pequeños | Embalaje en cajas de cartón o de madera |
Capacidad estimada de contenedor (solo referencia, sujeta a la configuración real):
Condensadores con diámetro de haz inferior a 1 m: aprox. 2-4 unidades en un contenedor 20'GP
Condensadores con diámetro de haz de 1～1,5 m: aprox. 1-2 unidades en un contenedor 20'GP
Condensadores con diámetro de haz de 1,5～2,5 m: aprox. un contenedor 40'GP o un 40'OT
Condensadores con diámetro de haz de 2,5～3,5 m: un contenedor 40'OT o carga fraccionada
Unidades grandes integradas en caja fría: carga fraccionada o contenedor de plataforma
Servicio de instalación: puede proporcionarse guía de instalación in situ. Para proyectos grandes se pueden enviar técnicos a la planta (los gastos de viaje y alojamiento corren a cargo del comprador).
11. Información necesaria para el presupuesto
Para obtener un presupuesto exacto, facilite la siguiente información:
Función del proceso (condensación de cabeza de columna / condensación de reflujo / rehervido / recuperación de disolventes / enfriamiento / recuperación de calor multicorriente)
Medio a condensar (nombre del vapor, composición, caudal o carga de condensación, en kg/h o kW)
Tipo de medio de refrigeración (agua de refrigeración / salmuera fría / refrigerante de baja temperatura / otro) y temperaturas de entrada y salida
Lado de condensación preferido: condensación en el lado de carcasa / condensación en el lado de tubos
Presión de operación y presión de diseño en los lados de carcasa y de tubos (valores de presión positiva y de vacío por separado)
Temperatura de operación y temperatura de diseño (indique si se aplican condiciones criogénicas o de alta temperatura)
Superficie de transferencia térmica requerida (si se conoce) o datos de cálculo de proceso (carga, diferencia de temperatura, pérdida de carga admisible)
Tipo estructural preferido: vertical / horizontal / multicorriente / integrado en caja fría
Requisitos de material para la carcasa, los tubos de intercambio térmico y la placa tubular
Diámetro del haz arrollado o limitaciones de espacio para la instalación
Requisitos de orientación y tamaño de las bocas, norma de bridas (norma nacional / ANSI)
Si se requiere aislamiento térmico o aislamiento para frío
Si se requiere instrumentación (temperatura, presión, nivel) y válvulas de seguridad
Tensión y frecuencia locales (si se requiere instrumentación o trazado eléctrico de calefacción)
Preferencia de estado del equipo: nuevo / reacondicionado / sin uso
Condiciones de entrega: FOB/CIF/DDP; puerto de destino o dirección de entrega (para el cálculo del flete)