Tubesheet ASME SA336 F5N : Pièce forgée en acier chrome-molybdène pour échangeur de chaleur

Quel est le rôle de la plaque tubulaire dans l'échangeur de chaleur ?

Une plaque tubulaire est un composant essentiel des échangeurs de chaleur à calandre et à tubes, des appareils à pression et des réacteurs, servant d'ancrage structurel pour les tubes tout en maintenant la séparation entre les fluides côté calandre et côté tube. La plaque tubulaire ASME SA-336 F5N est un composant spécialisé en acier forgé conçu pour les environnements de service à haute température, haute pression (HPHT) et corrosifs. Cette nuance est largement utilisée dans des industries telles que le raffinage pétrochimique, la production d'électricité et le traitement de l'hydrogène en raison de sa résistance exceptionnelle, de sa résistance au fluage et de sa résistance à la fragilisation par l'hydrogène.

1. Spécifications des matériaux

L'ASME SA-336 F5N est un forgeage en acier au chrome-molybdène-vanadium (Cr-Mo-V) à 5 % normalisé et revenu, conforme au Code des chaudières et des appareils à pression ASME (BPVC) Section II. Le suffixe « N » indique le traitement thermique de normalisation.

Composition chimique (en % en poids)

Propriétés mécaniques

2. Traitement thermique

Le SA-336 F5N subit une normalisation (chauffage à 900–980 °C) suivie d'un revenu (650–750 °C) pour obtenir :

• Une microstructure uniforme (bainite/martensite à grains fins).

• Une résistance, une ductilité et une résistance à la fissuration induite par l'hydrogène (HIC) équilibrées.

• Une résistance au fluage améliorée à des températures allant jusqu'à 565 °C (1 050 °F).

3. Principaux avantages

• Résistance aux hautes températures : conserve les propriétés mécaniques lors d'une exposition prolongée à 500–565 °C.

• Résistance à l'hydrogène : résiste à la fragilisation par l'hydrogène et au cloquage dans les environnements acides (H₂S) ou à haute pression d'hydrogène.

• Résistance au fluage : convient aux charges thermiques cycliques à long terme (par exemple, les hydrocraqueurs de raffinerie).

• Aptitude au soudage : compatible avec le soudage à l'arc métallique protégé (SMAW) et le soudage à l'arc submergé (SAW) avec un préchauffage approprié (200–300 °C) et un traitement thermique post-soudage (PWHT).

4. Norme de conception et de fabrication

• ASME BPVC Section VIII : régit les règles de conception des appareils à pression.

• ASME BPVC Section IX : spécifie les procédures de soudage et de PWHT.

• Normes TEMA : guide la disposition des tubes, le pas et les tolérances de perçage.

• Exigences CND :

  • Contrôle par ultrasons (UT) : détecte les défauts internes dans les pièces forgées.

  • Contrôle par ressuage (MT) : identifie les fissures de surface.

  • Contrôle radiographique (RT) : facultatif pour les applications critiques.

5. Applications

Les plaques tubulaires SA-336 F5N sont idéales pour :

• Unités de traitement de l'hydrogène : hydrocraqueurs, réacteurs d'hydrodésulfuration (HDS).

• Production d'électricité : générateurs de vapeur haute pression, réchauffeurs d'eau d'alimentation.

• Pétrochimie : reformeurs catalytiques, cokéfaction différée.

• Nucléaire : systèmes de refroidissement des réacteurs (circuits secondaires).

6. Considérations de fabrication

Usinage

• Nécessite des outils à pointe en carbure en raison de la dureté élevée.

• Tolérance de perçage des trous de tube : ± 0,05 mm pour un alignement précis.

Soudage

• Métaux d'apport : AWS E8018-B2 (SMAW) ou ER80S-B2 (GTAW).

• PWHT : obligatoire à 650–700 °C pendant 1 heure par 25 mm d'épaisseur pour soulager les contraintes résiduelles.

Revêtement

• Revêtement facultatif en acier inoxydable (par exemple, 309L/347) ou en alliage de nickel (Inconel 625) pour une résistance à la corrosion sévère.

7. Comparaison avec des nuances similaires

8. Limitations

• Ne convient pas au service cryogénique : ténacité limitée en dessous de -20 °C.

• Corrosion dans les environnements chlorurés : nécessite un revêtement pour l'exposition à l'eau de mer ou aux chlorures acides.