Dupleksās nerūsējošā tērauda siltummaiņa caurules: siltumvadītspēja un piesārņojuma izturība

Dupleksais nerūsējošais tēraudsir arvien izplatītāks siltummaiņa cauruļu materiāls dzesēšanas ūdenī, jūras ūdenī un iesāļā ūdenī, taču, lai to precīzi norādītu, ir jāsaprot divas īpašības, kuras bieži tiek sajauktas viena ar otru: siltumvadītspēja, kas nosaka, cik efektīvi siltums iziet cauri caurules sieniņai, un netīrumu pretestība, kas nosaka, cik labi caurule panes katlakmeni, bioplēvi un nogulsnes, nerūsējot zem tās. Šajā rokasgrāmatā šīs divas īpašības ir skaidri nodalītas, duplekss ir salīdzināts ar standarta austenīta nerūsējošā tērauda un tradicionālajiem vara sakausējuma cauruļu materiāliem un paskaidrots, kad duplekss ir pareizā siltummaiņa caurules izvēle.

Kāda ir dupleksā nerūsējošā tērauda siltumvadītspēja, salīdzinot ar citiem siltummaiņa materiāliem?

Dupleksā nerūsējošā tērauda siltumvadītspēja (aptuveni 17–19 W/m·K) ir nedaudz augstāka nekā standarta austenīta, piemēram, 316 L, bet joprojām ir daudz zemāka par cauruļu materiāliem, kuru pamatā ir vara-, piemēram, Admiralty misiņš vai vara -niķeļa sakausējumi, kas spēj vadīt siltumu divas līdz divdesmit piecas reizes efektīvāk.

Salīdzinošs skatījums uz siltumvadītspēju parastajos siltummaiņa cauruļu materiālos:

1. tabula. Reprezentatīvās siltumvadītspējas vērtības parastajiem siltummaiņa cauruļu materiāliem aptuveni istabas temperatūrā. Vērtības ir ilustratīvās un noapaļotas no bieži publicētiem atsauces datiem; siltumvadītspēja mainās atkarībā no temperatūras un specifiskās sakausējuma ķīmijas, tāpēc, lai veiktu konstrukcijas aprēķinus, apstipriniet precīzus skaitļus materiāla ražotāja datu lapā.

Šis salīdzinājums skaidri parāda, ka neviena nerūsējošā tērauda marka, ieskaitot dupleksos, nav materiāls ar augstu -siltumvadītspēju-absolūtā izteiksmē - varš, un vara sakausējumi paliek citā veiktspējas līmenī, lai nodrošinātu tīru siltuma pārneses efektivitāti. Dupleksa īstās priekšrocības salīdzinājumā ar standarta austenīta nerūsējošo materiālu šajā salīdzinājumā ir pieticīgas, nevis pārveidojošas, tāpēc siltummaiņa caurulēm duplekss ir izvēlēts galvenokārt citu iemeslu dēļ, nevis izcilas siltumvadītspējas dēļ, kas apspriests visā pārējā šajā rokasgrāmatā.

Kāpēc dupleksajam nerūsējošajam tēraudam ir nedaudz augstāka siltumvadītspēja nekā standarta austenīta pakāpēm?

Dupleksā nerūsējošā tērauda nedaudz augstāka siltumvadītspēja, salīdzinot ar pilnībā austenīta pakāpēm, ir saistīta ar tā ferīta fāzes saturu, jo ķermeņa -centrētā kubiskā ferīta struktūra parasti vada siltumu daudz efektīvāk nekā kubiskā austenīta struktūra, kas ir centrēta uz sejas, kas veido 100% no standarta 316L austenīta kategorijas.

Metālu siltumvadītspēju ietekmē kristāla struktūra, kā arī citi faktori, un uz ķermeņa -centrētām kubiskām struktūrām, piemēram, ferītam, parasti ir augstāka siltumvadītspēja nekā kubiskām konstrukcijām, kas ir centrētas uz sejas, piemēram, austenītam, un visas pārējās struktūras ir līdzīgas. Tā kā dupleksais nerūsējošais tērauds satur aptuveni vienādas abu fāžu proporcijas, nevis pilnībā austenīta, tas manto daļēju labumu no ferīta fāzes labvēlīgākās siltuma vadīšanas, kas ir galvenais iemesls, kāpēc duplekso un superduplekso tēraudu siltumvadītspēja konsekventi pārbauda nedaudz augstāku nekā ķīmiski salīdzināmas pilnībā austenīta kategorijas. Šis efekts ir reāls un izmērāms, taču pieticīgs -, kas parasti ir 10–20% uzlabojums salīdzinājumā ar 316 l -, tāpēc to vislabāk var saprast kā sekundāru, atbalstošu ieguvumu no abpusējās caurules izvēles, nevis kā primāro virzītājspēku.

Vai zemāka siltumvadītspēja padara dupleksu par sliktu izvēli siltummaiņa caurulēm?

Neviena - siltumvadītspēja nav tikai viens no faktoriem kopējā siltummaiņa veiktspējā, un citas dupleksa īpašības, jo īpaši tā lielākā izturība (ļaujot plānākas cauruļu sieniņas) un augstākā izturība pret koroziju un piesārņojumu, bieži vien kompensē vai atsver tā zemāko iekšējo vadītspēju salīdzinājumā ar vara-balstītām alternatīvām reālajā{2}}pasaulē.

Kopējā siltuma pārnese caur caurules sienu ir atkarīga gan no materiāla siltumvadītspējas, gan no sienas biezuma, kam siltumam jāiziet cauri, jo siltuma pretestība palielinās līdz ar sienas biezumu un samazinās, palielinoties vadītspējai. Dupleksa ievērojami augstāka izturība salīdzinājumā ar standarta austenīta nerūsējošā tērauda (un ievērojami augstāka nekā vairumam vara sakausējumu) ļauj norādīt plānākas caurules sienu noteiktam spiediena rādītājam, kas daļēji kompensē tās zemāko raksturīgo vadītspēju -, kas ir sīkāk izpētīta vēlāk šajā rokasgrāmatā.

Tikpat svarīgi ir tas, ka siltumvadītspēja ir tikai viena caurules veiktspējas dimensija: caurule, kas ļoti efektīvi vada siltumu, bet korodē, perforējas vai bieži jāmaina ar piesārņojumu saistītās kļūmes dēļ, nodrošina sliktu reālo siltummaiņa veiktspēju neatkarīgi no tā vadītspējas līmeņa, kas ir tieši spraugas dupleksa piesārņojuma tolerance, kas paredzēta, lai aizvērtu.

Ko siltummaiņa cauruļu materiāliem patiesībā nozīmē “noturība pret piesārņošanu”?

Izvēloties siltummaiņa materiālu, “noturība pret piesārņojumu” vispraktiskāk attiecas uz caurules materiāla spēju izturēt nogulsnes, bioplēvi un daļiņu nogulsnes uz tās virsmas, neciešot paātrinātu lokalizētu koroziju zem šīm nogulsnēm - ne vienmēr materiāla tendence uzkrāties mazāk piesārņojuma.

Ir izplatīts un saprotams nepareizs uzskats, ka "noturība pret piesārņojumu" nozīmē, ka materiāls vienkārši piesaista vai uzkrāj mazāku zvīņu un bioloģisko izaugumu uz tā virsmas; praksē nogulšņu uzkrāšanās lielā mērā ir atkarīga no ūdens ķīmijas, plūsmas ātruma, virsmas apdares un bioloģiskajiem apstākļiem, kas ir līdzīgi daudzām gludām metāla cauruļu virsmām neatkarīgi no sakausējuma.

No tā izrietošā-atkarīgākā īpašība ir tā, kas notiek, tiklīdz veidojas nogulsnes: stāvoši, zems skābekļa apstākļi zem iegulas rada lokālu vidi, kas ir ļoti līdzīga plaisai, un materiāli ar zemāku izturību pret spraugām un punktveida koroziju var ciest no paātrināta, lokalizēta uzbrukuma, kas īpaši attiecas uz šīm nogulsnēm. - citās vietās korozija bieži vien būtu pirms vispārējas problēmas. Šis ir praktiskais, no sakausējuma{4}}atkarīgais risks, ko patiešām novērš "netīrīšanās pretestība", izvēloties siltummaiņa caurules, un to regulē tie paši punktveida un plaisu korozijas izturības principi -, ko kvantitatīvi nosaka PREN -, kas aplūkoti citās tehniskajās diskusijās par nerūsējošā tērauda un duplekso sakausējumu izvēli.

Kā Duplex Stainless Steel PREN vērtība uzlabo tā izturību pret piesārņojuma nogulsnēm?

Dupleksajām un superdupleksajām kategorijām ir ievērojami augstākas PREN vērtības nekā standarta austenīta nerūsējošajam tēraudam, kas tieši izpaužas kā lielāka izturība pret zemu{0}}nogulšņu un plaisu koroziju, ko var izraisīt piesārņojuma uzkrāšanās, padarot dupleksās caurules ievērojami pielaidīgākas ekspluatācijā, kur nogulšņu veidošanos ir grūti pilnībā novērst.

Parasto cauruļu materiālu salīdzinājums pēc PREN un to vispārējās tolerances pret nogulsnēšanos{0}}saistīto koroziju:

2. tabula. PREN un ar piesārņojumu saistītās korozijas tolerances reprezentatīvs salīdzinājums starp parastajiem siltummaiņa cauruļu materiāliem. Skaitļi ir vispārīgi ilustratīvi skrīninga norādījumi; faktiskā lauka veiktspēja ir atkarīga no konkrētas ūdens ķīmijas, plūsmas stāvokļa, nogulšņu veida un darba temperatūras, un tā ir jāapstiprina, izmantojot lietojumprogrammas-specifisku kritisko pakalpojumu novērtēšanu.

Šis ir galvenais praktiskais arguments, lai dzesēšanas ūdens un jūras ūdens siltummaiņa servisā norādītu duplekso nerūsējošo tēraudu: pat labi-izstrādāta tīrīšanas un apkopes programma nevar garantēt nulles nogulšņu veidošanos visā caurules kalpošanas laikā, un dupleksa augstākais PREN nodrošina nozīmīgu drošības rezervi pret konkrēto atteices režīmu - zem-caurules, visticamāk, neizraisītu{3} bezcaurules koroziju vai bojājumu}. piesārņojuma-nodrošinātā apkalpošanā.

Kā duplekss ir salīdzināms ar vara-niķeļa un Admiralitātes misiņa caurulēm dzesēšanas ūdens pakalpojumos?

Dupleksais nerūsējošais tērauds parasti nodrošina labāku izturību pret lokalizētu koroziju un eroziju{0}} nekā Admiralty misiņa vai vara-niķeļa caurules, savukārt vara sakausējumi saglabā īstu siltumvadītspējas priekšrocību un vēsturisku reputāciju dabiskās bioloģiskās piesārņojuma novēršanas jomā -, kas rada reālu pāreju{3}} augstais-PREN nerūsējošais materiāls daudzos jaunos siltummaiņu dizainos.

Vara-cauruļu materiāliem ir sena un veiksmīga vēsture jūras ūdens un dzesēšanas ūdens siltummaiņu apkalpošanā, un to salīdzinoši augstā siltumvadītspēja joprojām ir patiesa priekšrocība salīdzinājumā ar jebkuru nerūsējošo tēraudu, ieskaitot dupleksos. Tomēr vara sakausējumiem ir savas labi -dokumentētās ievainojamības: - erozija-korozija pie lieliem plūsmas ātrumiem, sadalīšanās (selektīva cinka izskalošanās no misiņa vai niķeļa izskalošanās no vara-niķeļa sakausējumiem noteiktos apstākļos) un parasti zemāka biezuma mehāniskā izturība, kas ir nepieciešama divpusīgai izturībai.

Dupleksa augstas stiprības, izcilas hlorīda pretestības un plaisu izturības un saprātīgas (ja ne vara{0}}līmeņa) siltumvadītspējas kombinācija ir padarījusi to par arvien konkurētspējīgāku alternatīvu jauno siltummaiņu konstrukcijās, jo īpaši gadījumos, kad erozijas-korozijas risks, augstāks konstrukcijas spiediens vai vēlme izvairīties no vara sakausējumu sadalīšanās ievainojamības.

Kā sienas biezums mijiedarbojas ar siltumvadītspēju kopējā siltuma pārneses veiktspējā?

Tā kā dupleksa nerūsējošā tērauda augstā izturība nodrošina plānāku caurules sienu nekā standarta austenīta nerūsējošā tērauda vai daudziem vara sakausējumiem ar tādu pašu spiediena pakāpi, šīs plānākas sienas pievienotā termiskā pretestība daļēji kompensē dupleksa zemāko raksturīgo siltumvadītspēju, kas nozīmē, ka kopējā siltuma pārneses veiktspēja bieži vien ir konkurētspējīgāka, nekā to varētu domāt vienkāršs vadītspējas{0}}vērtības salīdzinājums.

Termiskā pretestība caur caurules sieniņu palielinās tieši proporcionāli sienas biezumam un samazinās tieši proporcionāli siltumvadītspējai, tāpēc materiāls ar zemāku iekšējo vadītspēju, bet plānāku nepieciešamo sienu var nodrošināt salīdzināmu vai pat labāku kopējo siltuma pārneses koeficientu nekā materiāls ar augstāku vadītspēju, kas norādīts pie biezākas sienas.

Dupleksa ievērojami augstāka tecēšanas robeža, salīdzinot ar standarta austenīta nerūsējošo tēraudu (un bieži vien arī salīdzinājumā ar vara sakausējumiem), ļauj tieši šāda veida sieniņu{0}}biezumu samazināt noteiktam projektējamam spiedienam, tāpēc cauruļu materiālu salīdzināšana tikai ar publicētajām siltumvadītspējas vērtībām, neņemot vērā faktisko sienu biezumu, kas nepieciešams katram materiālam konkrētajā dizainā, var būt reāla siltummaiņa veiktspējas novērtēšana.

Kad siltummaiņiem izvēlēties duplekso nerūsējošo tēraudu, nevis vara sakausējumus vai standarta austenīta caurules?

Dupleksais nerūsējošais tērauds parasti ir vēlamā siltummaiņa caurules izvēle, kur hlorīdu{0}}saturošs vai piesārņots-ūdens tiek apvienots ar vajadzību pēc lielāka konstrukcijas spiediena, erozijas-noturības pret koroziju vai vara -sakausējuma sadalīšanās riska, savukārt standarta austenīta nerūsējošā tērauda tērauda albūms joprojām ir zems, {{4}hlorīds ir piemērots lietošanai. mala, kur neapstrādāta siltumvadītspēja ir dominējošais dizaina virzītājspēks un to korozijas ierobežojumi ir labi kontrolēti.

Praktiska atlases sistēma:

• Izvēlieties duplekso nerūsējošo tēraudu šādos gadījumos:dzesēšanas ūdens ir iesāļš, jūras ūdens vai citādi hlorīda{0}}bagāts; piesārņojumu un nosēdumu veidošanos nevar droši novērst ar tīrīšanas palīdzību; augsts projektētais spiediens dod priekšroku plānākai, lielākai{1}}izturības caurules sienai; vai vara-sakausējuma erozijas-korozijas vai sadalīšanās risks ir dokumentēta problēma līdzīgā pakalpojumā.
• Standarta austenīta nerūsējošā tērauda (316L) var palikt piemērots, ja:dzesēšanas ūdens satur zemu-hlorīdu un labi attīrīts, piesārņojuma risks ir zems, un dupleksa pievienotā korozijas robeža un izmaksu piemaksa nav skaidri pamatota ar ekspluatācijas apstākļiem.
• Vara sakausējumiem joprojām var dot priekšroku, ja:neapstrādāta siltumvadītspēja ir dominējošais dizaina virzītājspēks, plūsmas ātrums tiek labi kontrolēts sakausējuma erozijas{0}}korozijas robežās, un sistēmai ir pieņemama veiktspēja ar vara-sakausējuma caurulēm līdzīgā darbībā.
• Novērtējiet sienas biezumu un patieso siltuma pārneses koeficientu kopā,ne tikai siltumvadītspējas vērtības, salīdzinot kandidātmateriālus konkrētam projektētam spiedienam un slodzei.

Bieži uzdotie jautājumi

Vai Super duplex 2507 ir jēgpilni labāks par standarta duplex 2205 siltumvadītspējas ziņā?

Neviena - siltumvadītspēja starp standarta dupleksu 2205 un superdupleksu 2507 nav gandrīz līdzīga, jo abiem ir salīdzināma divfāzu austenīta-ferīta struktūra; nozīmīgā atšķirība starp šīm divām kategorijām ir izturība pret koroziju (PREN) un izturība, nevis siltumvadītspēja.

Vai bioloģiskais piesārņojums mazāk viegli piestiprinās pie dupleksa nerūsējošā tērauda nekā vara sakausējumiem?

Vara sakausējumiem ir ilgstoša -atzīta dabisko bioloģisko piesārņojumu-nomācošā iedarbība, jo vara toksiskums daudziem jūras organismiem nav kopīgs dupleksam un citiem nerūsējošajiem tēraudiem; tā ir patiesa priekšrocība vara sakausējumiem, izmantojot bioloģisko piesārņojumu,{2}}kas atšķiras no zemas-nogulšņu korozijas tolerances priekšrocībām, ko piedāvā dupleksais piedāvājums, tiklīdz notiek piesārņojums.

Vai tam pašam pakalpojumam dupleksajām nerūsējošā tērauda caurulēm var būt plānākas{0}}sienas nekā Admiralitātes misiņa caurulēm?

Parasti jā, ņemot vērā, ka dupleksam ir ievērojami augstāka tecēšanas robeža nekā Admiralty misiņam, kas var palīdzēt kompensēt dupleksa zemāko siltumvadītspēju vispārējā siltuma pārneses salīdzinājumā, lai gan faktiskais nepieciešamais sienas biezums jebkuram konkrētam dizainam ir jāaprēķina pēc piemērojamā koda, nevis jāpieņem.

Vai dupleksais nerūsējošais tērauds ir piemērots lielas{0}}plūsmas-jūras ūdens padevei, kur vara sakausējumi cieš no erozijas-korozijas?

Jā, - dupleksais nerūsējošais tērauds parasti nodrošina labāku izturību pret eroziju-koroziju nekā cauruļu sakausējumi, kuru pamatā ir vara-, kas ir viens no praktiskiem iemesliem, kāpēc to arvien vairāk izmanto jūras ūdens siltummaiņu konstrukcijās ar lielāku plūsmas ātrumu, nekā var droši izturēt tradicionālās vara-sakausējuma caurules.

Vai dupleksā nerūsējošā tērauda netīrumu izturība novērš nepieciešamību periodiski tīrīt caurules?

Neviena - dupleksa augstāka PREN nepalielina toleranci pret nogulsnēm, neatceļot periodiskas tīrīšanas vērtību, jo nogulsnes joprojām samazina siltuma pārneses efektivitāti, palielinot termisko pretestību pat tad, ja tās aktīvi neizraisa koroziju; tīrīšana joprojām ir svarīga siltuma veiktspējai, savukārt dupleksa korozijas robeža galvenokārt aizsargā pret neplānotu caurules bojājumu.