Избор на материал за топлообменник: клас 5 срещу клас 2 титан

Защо топлообменниците налагат съществено решение

Кожухотръбен--топлообменник при работа с хлорид трябва да отговаря на четири изисквания едновременно: да издържа на локализирана корозия за проектния живот, да пренася топлина ефективно, да поддържа налягане при работна температура и да отговаря на бюджета на проекта. Титанът влиза в решението, защото издържа на морска вода и хлориди по-добре от неръждаемата стомана и практическият въпрос е кой клас титан: клас 2 (търговски чист, UNS R50400) или клас 5 (Ti-6Al-4V, UNS R56400). Анализът по-долу е работещ пример за 200 градуса, 15 бара хлоридно обслужване с 20-годишен проектен живот и изискван коефициент на топлопреминаване над 800 W/(m2·K).

Сравнение на имоти, което води до избора

Клас 5 предлага приблизително 2,6 пъти по-голяма якост на опън от клас 2, което позволява по-тънки стени и по-леки снопове. Но топлообменникът е първо устройство за пренос на топлина: степен 2 провежда топлина с около 2,5 пъти по-висока скорост от степен 5, а в хлоридна среда границата му на корозия е по-широка. За тръби, при които дебелината на стената се определя от допустимото ниво на корозия, а не от налягането, предимството на якостта на клас 5 не купува нищо, докато неговото наказание за проводимост струва повърхностна площ.

Работно решение за примерното задължение

За 200 градуса, 15 бара хлоридно обслужване, управляващите натоварвания са по-скоро налягане и корозия, отколкото умора. Тръба от степен 5 ще се нуждае от приблизително половината от стената на степен 2 за същото номинално налягане, но допускането на корозия и рискът от пукнатини при съединенията между тръба-към-тръбна плоча правят по-тънката стена непривлекателна при работа с горещ хлорид. Тръба от клас 2 със стена от 1,2 mm отговаря както на номиналното налягане, така и на допустимата корозия, а нейната по-висока проводимост намалява необходимата повърхностна площ и дължина на снопа. С подобрено покритие на повърхността за минимизиране на замърсяването, пакетът от степен 2 постига коефициент на топлопреминаване близо до 950 W/(m2·K), над изискването за 800 W/(m2·K), с прогнозирано спестяване на разходи от около 20% в сравнение с алтернативата от степен 5 и без повреди,-причинени от корозия през проектния живот.

Когато 5 клас стане правилният избор

Степен 5 печели, когато натоварването е доминирано от якост-: високо вътрешно налягане с тънки стени, вибрации и натоварване от умора в снопа или повишена температура над приблизително 150-200 градуса, където силата на пълзене от степен 2 пада. Той също така е подходящ за тръбни листове и фланци, където твърдостта и натоварванията на болтовете управляват, и структурните компоненти на рамката на топлообменника. Много проекти използват и двата класа в един модул: клас 5 за тръбния лист и фланците, клас 2 за тръбите.

Стандарти и сертифициране

ЧЗВ

Титан от клас 5 винаги ли е по-добър от клас 2?

Не. Клас 5 е по-силен, но клас 2 има приблизително 2,5 пъти по-висока топлопроводимост, по-широка граница на корозия при хлориди, по-лесно заваряване и по-ниска цена. Правилният клас зависи от това дали натоварването е с доминиране на-топлопренос-или сила-.

Колко по-силен е степен 5 от степен 2?

Клас 5 има около 2,6 пъти минималната якост на опън от клас 2 (895 MPa срещу 345 MPa) и 3 пъти минималната граница на провлачване (828 MPa срещу 275 MPa) според ASTM B265.

Защо степен 2 е предпочитана за топлообменници с морска вода?

Тъй като обслужването с морска вода е-обусловено от корозия, а не от здравина-. Степен 2 е имунизиран срещу питинг в морска вода при температура на околната среда, провежда топлина много по-добре от степен 5 и избягва чувствителността на пукнатини, която степен 5 може да покаже в гореща саламура при ставите на тръбите.

Може ли изобщо да се използва титан клас 5 в топлообменници?

Да, главно при високо-налягане, висока-температура или-натоварени с вибрации снопове, където се изискват тънки, здрави тръби, както и за тръбни листове и фланци. Това е по-скоро допълнение към степен 2, отколкото негов заместител.

Какви стандарти покриват титаниеви тръби за топлообменник?

ASTM B338 (безшевна и заварена тръба за кондензатори и топлообменници) и ASTM B861 (безшевна тръба) са основните спецификации, с ASME SB-338 и SB-861 за кодиране на съдове под налягане и EN 10204 3.1 сертификати за проследимост на материала.