Lựa chọn vật liệu tốt nhất cho ống trao đổi nhiệt là gì?
Giới thiệu
Bộ trao đổi nhiệt được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy điện, cơ sở hóa dầu, tàu thuyền, quy trình công nghiệp và hơn thế nữa để truyền nhiệt giữa các chất lỏng mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Trung tâm của bất kỳ bộ trao đổi nhiệt nào là các ống dẫn chất lỏng, và lựa chọn vật liệu là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất lâu dài theo yêu cầu truyền nhiệt, điều kiện môi trường và những hạn chế như trọng lượng hoặc chi phí. Báo cáo này xem xét các đặc tính vật liệu chính ảnh hưởng đến ống trao đổi nhiệt và cung cấp cái nhìn tổng quan về các tùy chọn hợp kim tiên tiến và phổ biến nhất hiện nay.
Yêu cầu về vật chất
Đầu tiên, the operating demands on heat exchanger pipe materials must be understood. Các yếu tố chính bao gồm:
- Dẫn nhiệt: Truyền nhiệt hiệu quả giữa các chất lỏng chảy bên trong/bên ngoài thành ống.
- Sức mạnh: Chịu được áp lực/ứng suất cơ học từ dòng chất lỏng và xử lý đường ống.
- Giới hạn nhiệt độ: Khả năng chống suy thoái từ nhiệt độ hoạt động cao/thấp.
- Chống ăn mòn: Độ trơ hóa học đối với chất lỏng cũng như tiếp xúc với môi trường.
- Cân nặng: Vật liệu nhẹ hơn dễ dàng lắp ráp/bảo trì, đặc biệt là ở nước ngoài.
- Trị giá: Khả năng chi trả phải được cân bằng với lợi ích hiệu suất.
Không có vật liệu đơn lẻ nào sở hữu toàn bộ các đặc tính lý tưởng. Thay vì, các lựa chọn phụ thuộc nhiều vào điều kiện sử dụng cụ thể của bộ trao đổi nhiệt và các hạn chế về thiết kế.
Thép carbon
Là sự lựa chọn tiết kiệm nhất, thép carbon như ASTM A53 Loại B vẫn phổ biến đối với các bộ trao đổi nhiệt ở nhiệt độ thấp hơn khoảng 400°F. Điểm mạnh có thể lên đến 60 ksi có khả năng chống ăn mòn tổng thể đạt yêu cầu thông qua lớp phủ bảo vệ. Tuy nhiên, thép carbon dễ bị đóng cặn và rỗ nếu tiếp xúc với chất lỏng ăn mòn.
Thép không gỉ
Thép không gỉ chứa crom bao gồm các loại đa dạng được tối ưu hóa trong phạm vi nhiệt độ rộng. Các hợp kim Austenitic như UNS S30400 vượt trội hơn thép carbon về khả năng chống ăn mòn, độ dẫn nhiệt và cường độ lên tới 800 ° F, trong khi các loại ferritic/martensitic chịu được nhiệt độ cao hơn tới 1200°F. Các vật liệu đặc biệt như song công mang lại sự cân bằng tổng thể tốt nhất mặc dù chi phí tăng so với thép cacbon. Tuy nhiên, phải ngăn chặn sự nhạy cảm trong quá trình chế tạo không gỉ để tránh bị nứt.
Hợp kim niken
Bộ trao đổi nhiệt cho nước biển hoặc khí thải liên quan đến nhiệt độ trên 1200°F yêu cầu khả năng chống ăn mòn mà chỉ hợp kim niken mới có thể cung cấp, đại diện bởi Inconel 600 Và 625. Tuy nhiên, sức mạnh và khả năng chống sốc nhiệt cao hơn đến từ các dòng hợp kim cứng hơn như Hastelloy C-276 và Inconel 690. Dù có giá thành cao gấp mấy lần thép carbon, niken vẫn không thể thiếu đối với các ứng dụng kim loại màu mạnh mẽ nhất như các nhà máy năng lượng hóa thạch.
Titan
Lò phản ứng nước sôi dựa vào khả năng chống ăn mòn đặc biệt của nó sử dụng loại tinh khiết 2 titan trong các bộ phận trao đổi nhiệt nhỏ hơn. Tuy nhiên, độ dẫn nhiệt thấp đòi hỏi các bức tường dày ảnh hưởng đến trọng lượng và chi phí, hạn chế áp dụng rộng rãi hơn. Việc tham gia cũng thách thức các phương pháp chế tạo thông thường. Tuy nhiên, ứng dụng mới xuất hiện trong bộ trao đổi nhiệt khử mặn nước biển.
Lớp phủ & Tấm ốp
Sửa đổi bề mặt tiên tiến mang lại hiệu suất nâng cao với chi phí hợp lý so với việc nâng cấp hợp kim số lượng lớn. Lớp phủ niken-nhôm và kẽm-niken bằng kỹ thuật phun ngọn đuốc vượt qua giới hạn của thép carbon lên tới 1200°F trong khi vẫn giữ được chi phí thấp hơn. Ống ốp sử dụng hàn phủ giới thiệu vật liệu hợp kim cao để bảo vệ chống ăn mòn cục bộ tại các phần quan trọng tiếp xúc với chất lỏng. Chất cách điện bằng gốm cũng có thể hạ nhiệt độ thành ống để mở rộng phạm vi sử dụng thép cacbon.
Ví dụ lựa chọn vật liệu
Hãy xem xét một bộ trao đổi nhiệt cho thiết bị alkyl hóa axit sulfuric hoạt động liên tục trong khoảng 200-300°F. Ống thép carbon đáp ứng nhu cầu nhiệt độ vừa phải, bằng sợi thủy tinh hoặc vật liệu cách nhiệt Gilsil duy trì nhiệt độ tường. Tuy nhiên, axit sulfuric đậm đặc đòi hỏi thứ gì đó có khả năng chống ăn mòn cao hơn. không gỉ 316 cung cấp sức đề kháng vượt trội so với 304, mặc dù 40% giá cao hơn thép carbon. Ở đây, hiệu suất đáng được nâng cấp do vai trò của bộ trao đổi nhiệt trong quy trình chính của nhà máy. Lớp lót có thể là giải pháp thay thế tiết kiệm chi phí hơn cho những trường hợp không thường xuyên nhiệt độ cao chuyến du ngoạn.
Kết luận
Lựa chọn vật liệu đại diện cho yếu tố thiết kế quan trọng quyết định độ tin cậy và chi phí của bộ trao đổi nhiệt lâu dài. Trong khi thép carbon chiếm ưu thế trong nhiều ứng dụng ở nhiệt độ thấp hơn, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và độ bền nhiệt độ cao khuyến khích sử dụng thép không gỉ, hợp kim niken hoặc lớp lót/lớp phủ đặc biệt cho các điều kiện dịch vụ đòi hỏi khắt khe. Hiệu suất phải được cân bằng một cách thận trọng trước những hạn chế như ngân sách hoặc trọng lượng để mua được đường ống được tối ưu hóa cho toàn bộ thời gian sử dụng của bộ trao đổi nhiệt.
TỪ 17175 được thiết kế cho mục đích nhiệt độ cao, ABTER STEEL cung cấp các chủng loại thép: St35.8, St45.8, 15Mo3, 13CrMo44, 10CrMo910. TỪ 17175 ống thép liền mạch được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị trao đổi nhiệt.
ASTM A179 bao gồm độ dày thành tối thiểu, ống thép kéo nguội liền mạch cho bộ trao đổi nhiệt dạng ống, Thiết bị ngưng tụ, và thiết bị truyền nhiệt tương tự. Nó là một loại ống carbon thấp được chế tạo theo quy trình liền mạch và được kéo nguội.
EN10216-2 là đặc điểm kỹ thuật dành cho ống thép liền mạch cho các mục đích nhiệt độ cao được chỉ định như ống nồi hơi, nhà máy điện, vân vân, nó có các loại thép sau: P195GH, P235GH, P265GH, 16Mo3, 14MoV6-3, 13CrMo4-5, 10CrMo9-10, bao gồm thép không hợp kim và thép hợp kim.
EN 10217-1 tiêu chuẩn là tiêu chuẩn Châu Âu cho ống hàn áp lực, nó chi phối các yêu cầu kỹ thuật đối với ống thép carbon. Tiêu chuẩn này phù hợp để hàn các ống thép cacbon có đặc tính nhiệt độ phòng và áp suất định mức quy định.. Các yêu cầu thiết yếu của tiêu chuẩn này là cường độ điểm chảy tối thiểu và độ bền kéo, sự kéo dài, khả năng hàn, Giá trị tác động, kiểm tra không phá hủy, vân vân. Tiêu chuẩn này được sử dụng rộng rãi trong việc xây dựng các bình chịu áp lực và hệ thống đường ống trong ngành dầu khí., hóa dầu, và ngành điện.
Bộ trao đổi nhiệt là thiết bị truyền nhiệt từ môi trường này sang môi trường khác, thường với mục tiêu tái sử dụng hoặc tái chế nhiệt mà nếu không sẽ bị lãng phí hoặc thất thoát. Quá trình trao đổi nhiệt là nền tảng cho nhiều thiết bị hàng ngày, như tủ lạnh và máy điều hòa, và cũng rất quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp.
Ống thép ASTM A179, ASME SA179 có độ dày thành tối thiểu, ống thép cacbon thấp kéo nguội liền mạch cho bộ trao đổi nhiệt dạng ống, Thiết bị ngưng tụ, và thiết bị truyền nhiệt tương tự.
