¿Cuáles son las mejores opciones de materiales para las tuberías del intercambiador de calor??
Introducción
Los intercambiadores de calor se utilizan ampliamente en centrales eléctricas., instalaciones petroquímicas, barcos, Procesos industriales y más para transferir calor entre fluidos sin contacto directo.. En el corazón de cualquier intercambiador de calor se encuentran los tubos o tuberías que transportan los fluidos., y la selección de materiales es fundamental para garantizar el rendimiento a largo plazo bajo los requisitos de transferencia de calor., Condiciones ambientales y limitaciones como peso o costes.. Este informe examina las propiedades clave de los materiales que afectan las tuberías de los intercambiadores de calor y proporciona una descripción general de las opciones de aleaciones más comunes y avanzadas disponibles en la actualidad..
Requisitos de materiales
Primero, las demandas operativas en tubería de intercambiador de calor Los materiales deben entenderse. Los factores clave incluyen:
- Conductividad térmica: Transfiere calor de manera eficiente entre los fluidos que fluyen dentro/fuera de la pared de la tubería..
- Fortaleza: Resiste presiones/esfuerzos mecánicos debidos al flujo de fluidos y la manipulación de tuberías..
- Límites de temperatura: Resistencia a la degradación por temperaturas de funcionamiento altas/bajas.
- Resistencia a la corrosión: Inercia química hacia los fluidos y exposición ambiental..
- Peso: Los materiales más ligeros facilitan el montaje/mantenimiento, especialmente en alta mar.
- Costo: La asequibilidad debe equilibrarse con los beneficios de rendimiento.
Ningún material posee todo el espectro de propiedades ideales.. En cambio, Las selecciones dependen en gran medida de las condiciones de servicio específicas del intercambiador de calor y de las limitaciones de diseño..
Acero carbono
Como la opción más económica., Los aceros al carbono como ASTM A53 Grado B siguen prevaleciendo para intercambiadores de calor de temperaturas más bajas, por debajo de aproximadamente 400 °F.. Las fortalezas varían hasta 60 ksi con resistencia a la corrosión general satisfactoria que se puede lograr mediante recubrimientos protectores. Sin embargo, El acero al carbono es susceptible a incrustaciones y picaduras si se expone a fluidos corrosivos..
Acero inoxidable
Los aceros inoxidables que contienen cromo abarcan diversos grados optimizados en amplios rangos de temperatura.. Las aleaciones austeníticas como UNS S30400 superan al acero al carbono en resistencia a la corrosión, Conductividad térmica y resistencia de hasta 800 °F., mientras que los grados ferríticos/martensíticos resisten temperaturas más altas de hasta 1200°F. Los materiales especiales como el dúplex brindan el mejor equilibrio general, aunque a costos mayores en comparación con el acero al carbono.. Sin embargo, Se debe evitar la sensibilización durante la fabricación de acero inoxidable para evitar grietas..
Aleaciones de níquel
Los intercambiadores de calor para aplicaciones con agua de mar o gases de combustión que involucran temperaturas superiores a 1200 °F requieren la resistencia a la corrosión que solo las aleaciones de níquel pueden proporcionar., representado por Inconel 600 y 625. Sin embargo, mayores fortalezas y resistencia al choque térmico provienen de familias de aleaciones más duras como Hastelloy C-276 e Inconel. 690. A pesar de unos costes varias veces superiores a los del acero al carbono, El níquel sigue siendo indispensable para las aplicaciones no ferrosas más agresivas, como las plantas de energía fósil..
Titanio
Los reactores de agua en ebullición que cuentan con su excepcional resistencia a la corrosión emplean grado puro. 2 titanio en componentes más pequeños del intercambiador de calor. Sin embargo, La baja conductividad térmica requiere paredes gruesas que afectan el peso y los costos., limitando la adopción más amplia. La unión también desafía los métodos de fabricación convencionales.. Sin embargo, Surgen nuevas aplicaciones en intercambiadores de calor para desalinización de agua de mar..
Recubrimientos & Revestimientos
La modificación avanzada de la superficie proporciona un rendimiento mejorado a costos razonables en comparación con las actualizaciones de aleaciones a granel.. Los recubrimientos de níquel-aluminio y zinc-níquel mediante técnicas de pulverización con soplete superan los límites del acero al carbono hasta 1200°F manteniendo costos más bajos. Los tubos de revestimiento que utilizan soldadura superpuesta introducen materiales de alta aleación para una protección contra la corrosión localizada en partes críticas expuestas a fluidos.. Los aisladores cerámicos también pueden reducir las temperaturas de las paredes de los tubos para ampliar los rangos de servicio del acero al carbono..
Ejemplo de selección de materiales
Considere un intercambiador de calor para una unidad de alquilación de ácido sulfúrico que funcione continuamente entre 200 y 300 °F.. Los tubos de acero al carbono satisfacen las necesidades de temperatura moderada, con aislamiento térmico de fibra de vidrio o Gilsil manteniendo la temperatura de las paredes. Sin embargo, El ácido sulfúrico concentrado exige algo más resistente a la corrosión.. Inoxidable 316 ofrece una resistencia superior frente a 304, a pesar de un 40% prima de precio más alta que el acero al carbono. En este caso, el rendimiento merece una mejora dada la función del intercambiador de calor en un proceso importante de la planta.. El revestimiento podría representar una alternativa más rentable para uso ocasional. alta temperatura excursiones.
Conclusiones
La selección de materiales representa un factor de diseño clave que rige la confiabilidad y los costos del intercambiador de calor a largo plazo.. Si bien el acero al carbono domina muchas aplicaciones de temperaturas más bajas, La excelente resistencia a la corrosión y a las altas temperaturas motiva el uso de aceros inoxidables., aleaciones de níquel o revestimientos/recubrimientos especialmente para condiciones de servicio exigentes. El rendimiento debe equilibrarse juiciosamente frente a limitaciones como el presupuesto o el peso para conseguir tuberías optimizadas para la vida útil completa de un intercambiador de calor..
DE 17175 está diseñado para fines de temperatura elevada, ABTER STEEL suministra los siguientes grados de acero: St35.8, St45.8, 15Mo3, 13CrMo44, 10CrMo910. DE 17175 Los tubos de acero sin costura se utilizan ampliamente en aparatos de intercambio de calor..
ASTM A179 cubre el espesor mínimo de pared, tubos de acero sin costura estirados en frío para intercambiadores de calor tubulares, condensadores, y aparatos similares de transferencia de calor. Es un tipo de tubos con bajo contenido de carbono que se fabricarán mediante un proceso sin costuras y se estirarán en frío..
EN10216-2 es una especificación hecha para tubos de acero sin costura para propósitos específicos de temperatura elevada como tubo de caldera., plantas de energía, etc., Tiene los siguientes grados de acero.: P195GH, P235GH, P265GH, 16Mo3, 14MoV6-3, 13CrMo4-5, 10CrMo9-10, con acero aleado y sin alear incluido.
El ES 10217-1 La norma es la norma europea para tuberías de presión soldadas., Regula los requisitos técnicos para tubos de acero al carbono.. Esta norma es adecuada para soldar tubos de acero al carbono que tienen propiedades de temperatura ambiente y presiones nominales especificadas.. Los requisitos esenciales de esta norma son el límite elástico mínimo y la resistencia a la tracción., alargamiento, soldabilidad, Valores de impacto, prueba no destructiva, etc.. Esta norma se utiliza ampliamente en la construcción de recipientes a presión y sistemas de tuberías en las industrias de petróleo y gas., petroquímico, y industrias energéticas.
Un intercambiador de calor es un dispositivo que transfiere calor de un medio a otro., a menudo con el objetivo de reutilizar o reciclar el calor que de otro modo se desperdiciaría o se perdería. El proceso de intercambio de calor es fundamental para muchos electrodomésticos cotidianos., como refrigeradores y aires acondicionados, y también es fundamental en muchas aplicaciones industriales..
Los tubos de acero ASTM A179, ASME SA179 cubren un espesor mínimo de pared, tubos de acero con bajo contenido de carbono estirados en frío sin costura para intercambiadores de calor tubulares, condensadores, y aparatos similares de transferencia de calor.
