Apa Pilihan Material Terbaik untuk Pipa Penukar Panas?

Perkenalan
Penukar panas banyak digunakan di pembangkit listrik, fasilitas petrokimia, kapal, proses industri dan lebih banyak lagi untuk mentransfer panas antar cairan tanpa kontak langsung. Inti dari setiap penukar panas adalah tabung atau pipa yang membawa cairan, dan pemilihan material sangat penting untuk memastikan kinerja jangka panjang berdasarkan persyaratan perpindahan panas, kondisi lingkungan dan kendala seperti berat atau biaya. Laporan ini mengkaji sifat material utama yang mempengaruhi pipa penukar panas dan memberikan gambaran umum tentang opsi paduan paling umum dan canggih yang tersedia saat ini.
Persyaratan Materi
Pertama, the operating demands on heat exchanger pipe materials must be understood. Faktor kuncinya meliputi:
- Konduktivitas termal: Mentransfer panas secara efisien antara fluida yang mengalir di dalam/di luar dinding pipa.
- Kekuatan: Tahan terhadap tekanan/tekanan mekanis dari aliran fluida dan penanganan pipa.
- Batas suhu: Ketahanan terhadap degradasi dari suhu pengoperasian tinggi/rendah.
- Tahan korosi: Kelambanan kimia terhadap cairan serta paparan lingkungan.
- Berat: Bahan yang lebih ringan memudahkan perakitan/pemeliharaan terutama di lepas pantai.
- Biaya: Keterjangkauan harus diimbangi dengan manfaat kinerja.
Tidak ada satu material pun yang memiliki seluruh spektrum sifat ideal. Alih-alih, pilihannya sangat bergantung pada kondisi layanan spesifik penukar panas dan batasan desain.
Baja karbon
Sebagai pilihan paling ekonomis, baja karbon seperti ASTM A53 Grade B tetap lazim untuk penukar panas suhu rendah di bawah sekitar 400°F. Kekuatan berkisar hingga 60 ksi dengan ketahanan korosi umum yang memuaskan yang dapat dicapai melalui lapisan pelindung. Namun, baja karbon rentan terhadap kerak dan lubang jika terkena cairan korosif.
Besi tahan karat
Baja tahan karat yang mengandung kromium memiliki beragam tingkatan yang dioptimalkan pada rentang suhu yang luas. Paduan austenitik seperti UNS S30400 melebihi baja karbon dalam hal ketahanan terhadap korosi, konduktivitas termal dan kekuatan hingga 800°F, sedangkan kadar feritik/martensit tahan terhadap suhu yang lebih tinggi hingga 1200°F. Bahan khusus seperti dupleks memberikan keseimbangan terbaik secara keseluruhan meskipun dengan biaya yang lebih tinggi dibandingkan baja karbon. Namun, sensitisasi harus dicegah selama fabrikasi stainless untuk menghindari retak.
Paduan Nikel
Penukar panas untuk tugas air laut atau gas buang yang melibatkan suhu di atas 1200°F memerlukan ketahanan terhadap korosi yang hanya dapat diberikan oleh paduan nikel, diwakili oleh Inconel 600 Dan 625. Namun kekuatan yang lebih besar dan ketahanan terhadap guncangan termal berasal dari keluarga paduan yang lebih keras seperti Hastelloy C-276 dan Inconel 690. Meskipun biayanya beberapa kali lebih tinggi dari baja karbon, nikel tetap diperlukan untuk aplikasi non-ferrous yang paling agresif seperti pembangkit listrik tenaga fosil.
titanium
Reaktor air mendidih yang mengandalkan ketahanan terhadap korosi yang luar biasa menggunakan kualitas murni 2 titanium dalam komponen penukar panas yang lebih kecil. Namun, konduktivitas termal yang rendah memerlukan dinding tebal yang mempengaruhi berat dan biaya, membatasi adopsi yang lebih luas. Bergabung juga menantang metode fabrikasi konvensional. Namun, aplikasi baru muncul dalam penukar panas desalinasi air laut.
Pelapis & Kelongsong
Modifikasi permukaan tingkat lanjut memberikan peningkatan kinerja dengan biaya yang wajar dibandingkan peningkatan paduan massal. Pelapisan nikel-aluminium dan seng-nikel dengan teknik semprotan obor melampaui batas baja karbon hingga 1200°F sekaligus mempertahankan biaya yang lebih rendah. Pelapisan tabung menggunakan pengelasan overlay menggunakan bahan paduan tinggi untuk perlindungan korosi lokal pada bagian kritis yang terkena cairan. Insulator keramik juga dapat menurunkan suhu dinding tabung untuk memperluas jangkauan layanan baja karbon.
Contoh Pemilihan Bahan
Pertimbangkan penukar panas untuk unit alkilasi asam sulfat yang terus beroperasi antara 200-300°F. Tabung baja karbon memenuhi kebutuhan suhu sedang, dengan fiberglass atau insulasi termal Gilsil yang menjaga suhu dinding. Namun, asam sulfat pekat membutuhkan sesuatu yang lebih tahan korosi. Stainless 316 menawarkan resistensi yang unggul versus 304, meskipun a 40% harga premium yang lebih tinggi dibandingkan baja karbon. Di sini kinerjanya perlu ditingkatkan mengingat peran penukar panas dalam proses pabrik utama. Lapisan dapat mewakili alternatif yang lebih hemat biaya untuk sesekali suhu tinggi tamasya.
Kesimpulan
Pemilihan material merupakan faktor desain utama yang mengatur keandalan dan biaya penukar panas jangka panjang. Sementara baja karbon mendominasi banyak aplikasi suhu rendah, ketahanan korosi yang sangat baik dan kekuatan suhu tinggi memotivasi penggunaan baja tahan karat, paduan nikel atau lapisan/pelapis khususnya untuk kondisi servis yang berat. Kinerja harus diseimbangkan secara bijaksana terhadap kendala seperti anggaran atau berat untuk mendapatkan perpipaan yang dioptimalkan untuk masa pakai penukar panas secara penuh..