Каковы лучшие материалы для труб теплообменника??
Введение
Теплообменники широко используются на электростанциях., нефтехимические объекты, корабли, промышленные процессы и многое другое для передачи тепла между жидкостями без прямого контакта. Сердцем любого теплообменника являются трубки или трубки, по которым течет жидкость., и выбор материала имеет решающее значение для обеспечения долгосрочной работы при требованиях к теплопередаче., условия окружающей среды и ограничения, такие как вес или стоимость. В этом отчете рассматриваются ключевые свойства материалов, влияющие на трубы теплообменника, и представлен обзор наиболее распространенных и современных вариантов сплавов, доступных сегодня..
Требования к материалам
Первый, the operating demands on heat exchanger pipe materials must be understood. Ключевые факторы включают в себя:
- Теплопроводность: Эффективно передает тепло между жидкостями, текущими внутри и снаружи стенки трубы..
- Сила: Выдерживает давление/механические напряжения, вызванные потоком жидкости и манипуляциями с трубами..
- Температурные пределы: Устойчивость к деградации от высоких/низких рабочих температур.
- Устойчивость к коррозии: Химическая инертность по отношению к жидкостям, а также к воздействию окружающей среды..
- Масса: Более легкие материалы облегчают сборку и обслуживание, особенно на море..
- Расходы: Доступность должна быть сбалансирована с преимуществами производительности..
Ни один материал не обладает всем спектром идеальных свойств.. Вместо, Выбор сильно зависит от конкретных условий эксплуатации теплообменника и конструктивных ограничений..
Углеродистая сталь
Как самый экономичный вариант, углеродистые стали, такие как ASTM A53, класс B, по-прежнему преобладают в теплообменниках с более низкими температурами, ниже примерно 400 ° F.. Сильные стороны варьируются до 60 ksi с удовлетворительной общей коррозионной стойкостью, достигаемой за счет защитных покрытий. Однако, Углеродистая сталь подвержена образованию окалины и точечной коррозии при воздействии агрессивных жидкостей..
Нержавеющая сталь
Хромсодержащие нержавеющие стали включают в себя различные марки, оптимизированные для широкого диапазона температур.. Аустенитные сплавы, такие как UNS S30400, превосходят углеродистую сталь по коррозионной стойкости., теплопроводность и прочность до 800°F, в то время как ферритные/мартенситные марки выдерживают более высокие температуры до 1200°F.. Специальные материалы, такие как дуплекс, обеспечивают лучший общий баланс, хотя и требуют более высоких затрат по сравнению с углеродистой сталью.. Однако, во время изготовления нержавеющей стали необходимо предотвратить сенсибилизацию, чтобы избежать растрескивания..
Никелевые сплавы
Теплообменники для морской воды или дымовых газов, работающие при температурах выше 1200°F, требуют коррозионной стойкости, которую могут обеспечить только никелевые сплавы., в лице Инконель 600 и 625. Еще большую прочность и стойкость к термическому удару обеспечивают семейства более твердых сплавов, такие как Hastelloy C-276 и Inconel. 690. Несмотря на стоимость в несколько раз выше, чем у углеродистой стали., никель остается незаменимым для самых агрессивных производств цветной металлургии, таких как электростанции, работающие на ископаемом топливе..
Титан
Реакторы с кипящей водой, рассчитывая на его исключительную коррозионную стойкость, используют чистый сорт 2 титан в более мелких компонентах теплообменника. Однако, низкая теплопроводность требует толстых стенок, что влияет на вес и стоимость, ограничение более широкого внедрения. Объединение также бросает вызов традиционным методам изготовления.. Тем не менее, появляются новые области применения теплообменников для опреснения морской воды.
Покрытия & Облицовки
Усовершенствованная модификация поверхности обеспечивает повышенную производительность при разумных затратах по сравнению с массовой модернизацией сплава.. Никель-алюминиевые и цинк-никелевые покрытия, полученные методом газового напыления, превосходят пределы углеродистой стали до 1200°F, сохраняя при этом более низкие затраты.. При плакировании труб с помощью наплавки используются высоколегированные материалы для локальной защиты от коррозии в критических частях, подвергающихся воздействию жидкостей.. Керамические изоляторы также могут снизить температуру стенок труб и расширить диапазон эксплуатации углеродистой стали..
Пример выбора материала
Рассмотрим теплообменник для установки сернокислотного алкилирования, постоянно работающий при температуре 200–300°F.. Трубы из углеродистой стали удовлетворяют умеренным температурным требованиям., с теплоизоляцией из стекловолокна или Gilsil, поддерживающей температуру стен. Однако, концентрированная серная кислота требует чего-то более устойчивого к коррозии. Нержавеющая сталь 316 обеспечивает превосходное сопротивление по сравнению с 304, несмотря на 40% более высокая ценовая премия по сравнению с углеродистой сталью. Здесь производительность заслуживает повышения, учитывая роль теплообменника в главном производственном процессе.. Подкладка может представлять собой более экономичную альтернативу для периодического использования. высокая температура экскурсии.
Выводы
Выбор материала является ключевым фактором проектирования, определяющим долгосрочную надежность и стоимость теплообменника.. Хотя углеродистая сталь доминирует во многих низкотемпературных применениях., отличная коррозионная стойкость и устойчивость к высоким температурам мотивируют использование нержавеющих сталей., никелевые сплавы или футеровки/покрытия, особенно для тяжелых условий эксплуатации. Производительность должна быть разумно сбалансирована с такими ограничениями, как бюджет или вес, чтобы обеспечить трубопроводы, оптимизированные для полного срока службы теплообменника..
ОТ 17175 предназначен для работы в условиях повышенных температур, ABTER STEEL поставляет следующие марки стали: Ст35.8, Ст45.8, 15Мо3, 13КрМо44, 10КрМо910. ОТ 17175 бесшовные стальные трубы широко используются в теплообменных устройствах..
ASTM A179 охватывает минимальную толщину стенки., бесшовные холоднотянутые стальные трубы для трубчатых теплообменников, конденсаторы, и аналогичные устройства теплопередачи. Это своего рода низкоуглеродистые трубы, которые изготавливаются бесшовным способом и подвергаются холодной вытяжке..
EN10216-2 — это спецификация для бесшовных стальных труб, предназначенных для использования при повышенных температурах в качестве котельных труб., электростанции, и т. д., он имеет следующие марки стали: P195GH, P235GH, P265GH, 16Мо3, 14МоВ6-3, 13КрМо4-5, 10КрМо9-10, в комплекте с нелегированной и легированной сталью.
RU 10217-1 стандарт – европейский стандарт для сварных напорных труб., он регулирует технические требования к трубам из углеродистой стали.. Этот стандарт подходит для сварки труб из углеродистой стали, имеющих указанные свойства при комнатной температуре и номинальном давлении.. Основными требованиями настоящего стандарта являются минимальный предел текучести и предел прочности на разрыв., удлинение, свариваемость, Значения воздействия, неразрушающий контроль, и т. д.. Этот стандарт широко используется при строительстве сосудов под давлением и систем трубопроводов в нефтегазовой отрасли., нефтехимический, и электроэнергетика.
Теплообменник – это устройство, передающее тепло от одной среды к другой., часто с целью повторного использования или переработки тепла, которое в противном случае было бы потрачено впустую или потеряно.. Процесс теплообмена является основополагающим для многих бытовых приборов., например, холодильники и кондиционеры, а также имеет решающее значение во многих промышленных приложениях.
Стальные трубы ASTM A179, ASME SA179 имеют минимальную толщину стенки., Трубы бесшовные холоднотянутые из низкоуглеродистой стали для трубчатых теплообменников, конденсаторы, и аналогичные устройства теплопередачи.
