Quais são as melhores opções de materiais para tubos de trocadores de calor?
Introdução
Trocadores de calor são amplamente utilizados em usinas de energia, instalações petroquímicas, navios, processos industriais e muito mais para transferir calor entre fluidos sem contato direto. No coração de qualquer trocador de calor estão os tubos ou tubulações que transportam os fluidos, e a seleção do material é fundamental para garantir o desempenho a longo prazo sob os requisitos de transferência de calor, condições ambientais e restrições como peso ou custos. Este relatório examina as principais propriedades dos materiais que afetam os tubos dos trocadores de calor e fornece uma visão geral das opções de ligas mais comuns e avançadas disponíveis atualmente..
Requisitos de materiais
Primeiro, the operating demands on heat exchanger pipe materials must be understood. Os principais fatores incluem:
- Condutividade térmica: Transfere calor de forma eficiente entre fluidos que fluem dentro/fora da parede do tubo.
- Força: Suporta pressões/tensões mecânicas do fluxo de fluidos e manuseio de tubos.
- Limites de temperatura: Resistência à degradação por temperaturas operacionais altas/baixas.
- Resistência à corrosão: Inércia química em relação a fluidos, bem como exposição ambiental.
- Peso: Materiais mais leves facilitam a montagem/manutenção, especialmente offshore.
- Custo: A acessibilidade deve ser equilibrada com benefícios de desempenho.
Nenhum material possui todo o espectro de propriedades ideais. Em vez de, as seleções dependem fortemente das condições de serviço específicas do trocador de calor e das restrições de projeto.
Aço carbono
Como a escolha mais econômica, aços carbono como ASTM A53 Grau B permanecem predominantes para trocadores de calor de temperatura mais baixa abaixo de aproximadamente 400°F. Os pontos fortes variam até 60 ksi com resistência geral à corrosão satisfatória, alcançável através de revestimentos protetores. No entanto, o aço carbono é suscetível a incrustações e corrosão se exposto a fluidos corrosivos.
Aço inoxidável
Os aços inoxidáveis contendo cromo abrangem diversos graus otimizados em amplas faixas de temperatura. Ligas austeníticas como UNS S30400 excedem o aço carbono em resistência à corrosão, condutividade térmica e resistência até 800°F, enquanto os graus ferríticos/martensíticos suportam temperaturas mais altas de até 1.200°F. Materiais especiais como duplex proporcionam o melhor equilíbrio geral, embora com custos mais elevados em comparação com o aço carbono. No entanto, a sensibilização deve ser evitada durante a fabricação de aço inoxidável para evitar rachaduras.
Ligas de Níquel
Trocadores de calor para água do mar ou gases de combustão envolvendo temperaturas acima de 1.200°F exigem a resistência à corrosão que somente as ligas de níquel podem fornecer, representado por Inconel 600 e 625. No entanto, maiores resistências e resistência ao choque térmico vêm de famílias de ligas mais duras, como Hastelloy C-276 e Inconel 690. Apesar dos custos várias vezes superiores aos do aço carbono, o níquel continua indispensável para as aplicações não ferrosas mais agressivas, como usinas de energia fóssil.
Titânio
Os reatores de água fervente, contando com sua excepcional resistência à corrosão, empregam 2 titânio em componentes menores do trocador de calor. No entanto, a baixa condutividade térmica requer paredes espessas que afetam o peso e os custos, limitando a adoção mais ampla. A adesão também desafia os métodos convencionais de fabricação. Apesar disso, novas aplicações surgem em trocadores de calor de dessalinização de água do mar.
Revestimentos & Revestimentos
A modificação avançada de superfície proporciona melhor desempenho a custos razoáveis em relação às atualizações de liga em massa. Os revestimentos de níquel-alumínio e zinco-níquel por técnicas de pulverização com maçarico superam os limites do aço carbono até 1.200°F, mantendo custos mais baixos. O revestimento de tubos usando soldagem por sobreposição introduz materiais de alta liga para proteção localizada contra corrosão em porções críticas expostas a fluidos. Os isoladores cerâmicos também podem reduzir as temperaturas da parede do tubo para ampliar as faixas de serviço do aço carbono.
Exemplo de seleção de materiais
Considere um trocador de calor para uma unidade de alquilação de ácido sulfúrico operando continuamente entre 200-300°F. A tubulação de aço carbono satisfaz as necessidades de temperatura moderada, com isolamento térmico em fibra de vidro ou Gilsil mantendo a temperatura das paredes. No entanto, ácido sulfúrico concentrado exige algo mais resistente à corrosão. Inoxidável 316 oferece resistência superior versus 304, apesar de um 40% prêmio de preço mais alto em relação ao aço carbono. Aqui, o desempenho merece ser melhorado, dada a função do trocador de calor em um importante processo da planta. O forro poderia representar uma alternativa mais econômica para usos ocasionais. Temperatura alta excursões.
Conclusões
A seleção do material representa um fator chave de projeto que rege a confiabilidade e os custos do trocador de calor a longo prazo. Embora o aço carbono domine muitas aplicações em temperaturas mais baixas, excelente resistência à corrosão e resistência a altas temperaturas motivam o uso de aços inoxidáveis, ligas de níquel ou revestimentos/revestimentos especialmente para condições de serviço exigentes. O desempenho deve ser criteriosamente equilibrado em relação a restrições como orçamentos ou peso para obter tubulações otimizadas para toda a vida útil de um trocador de calor.
DE 17175 é projetado para fins de temperatura elevada, A ABTER STEEL fornece os seguintes tipos de aço: St35.8, St45.8, 15Mo3, 13CrMo44, 10CrMo910. DE 17175 tubos de aço sem costura são amplamente utilizados em aparelhos de troca de calor.
ASTM A179 cobre espessura mínima de parede, tubos de aço estirados a frio sem costura para trocadores de calor tubulares, condensadores, e aparelhos semelhantes de transferência de calor. É uma espécie de tubos de baixo carbono, feitos pelo processo sem costura e trefilados a frio.
EN10216-2 é uma especificação feita para tubos de aço sem costura para fins específicos de temperatura elevada como tubo de caldeira, usinas de energia, etc., tem os seguintes tipos de aço: P195GH, P235GH, P265GH, 16Mo3, 14MoV6-3, 13CrMo4-5, 10CrMo9-10, com aço não ligado e liga incluído.
O PT 10217-1 padrão é o padrão europeu para tubos de pressão soldados, rege os requisitos técnicos para tubos de aço carbono. Esta norma é adequada para soldagem de tubos de aço carbono que possuem propriedades de temperatura ambiente e pressões nominais especificadas.. Os requisitos essenciais desta norma são resistência mínima ao limite de escoamento e resistência à tração, alongamento, soldabilidade, Valores de impacto, teste não destrutivo, etc.. Esta norma é amplamente utilizada na construção de vasos de pressão e sistemas de tubulação nas indústrias de petróleo e gás., petroquímico, e indústrias de energia.
Um trocador de calor é um dispositivo que transfere calor de um meio para outro, muitas vezes com o objetivo de reutilizar ou reciclar calor que de outra forma seria desperdiçado ou perdido. O processo de troca de calor é fundamental para muitos aparelhos do dia a dia, como geladeiras e aparelhos de ar condicionado, e também é crítico em muitas aplicações industriais.
Tubos de aço ASTM A179, ASME SA179 cobrem espessura mínima de parede, tubos de aço de baixo carbono estirados a frio sem costura para trocadores de calor tubulares, condensadores, e aparelhos semelhantes de transferência de calor.
