Alumiiniumpronks, mis on aastakümneid merevett teeninud
Alumiiniumpronks on vase{0}}põhine sulam, mis sisaldab 5–11% alumiiniumi, millele on lisatud rauda, niklit ja mangaani. Sulam moodustab kaitsva alumiiniumoksiidkile, mis on merevee korrosioonikindel, ja kile on kahjustumise korral ise-paranev. Korrosioonimäär puhtas merevees on tavaliselt alla 0,025 mm aastas, mis tagab tüüpilise toruseina paksuse puhul 20–30 aasta pikkuse kasutusea.
Alumiiniumpronksi kasutatakse merevee soojusvahetites, kuna see ühendab piisava korrosioonikindluse kõrge soojusjuhtivuse ja mõõdukate kuludega. Soojusjuhtivus on ligikaudu 60 W/m·K, mis on ligikaudu 240 korda kõrgem kui PTFE-l. Kõrge juhtivus tähendab, et alumiiniumpronkssoojusvahetid on kompaktsed ja suhteliselt odavad.
Alumiiniumpronksi piirang seisneb selle vastuvõtlikkuses erosioonile{0}}korrosioonile suurel voolukiirusel ja sulfiidirünnakule saastunud merevees. Erosiooni-korrosioonipiir on merevee teenindamisel tavaliselt 1,5–2,5 m/s, millest kõrgemal eemaldatakse mehaaniliselt kaitsekile ja korrosioonikiirus suureneb järsult. Sulfiidide rünnak toimub siis, kui merevesi sisaldab vesiniksulfiidi, mis on tavaline saastunud sadamates ja jõesuudmetes. Sulmiid reageerib sulamis sisalduva vasega ja moodustab vasksulfiidi, mis ei ole kaitsev.
PTFE, mis kõrvaldab korrosioonimehhanismid
PTFE on oma kasutusvahemikus mereveele vastupidav kõikidel kontsentratsioonidel ja temperatuuridel. Materjal ei korrodeeru ja kasutusea määravad pigem mehaanilised tegurid kui keemiline rünnak. PTFE ei ole suure voolukiiruse korral vastuvõtlik erosiooni{2}}korrosioonile ning seda ei ründa sulfiidid ega kloriidid.
Korrosioonimehhanismide kõrvaldamine on peamine põhjus, miks PTFE on ette nähtud merevee kasutamiseks, kus alumiiniumpronks ebaõnnestub. PTFE-seade ei tekita erosiooni-korrosiooni ega sulfiidide rünnakut, mis piirab alumiiniumpronksi kasutusiga, ja soojusülekande jõudlus püsib kogu kasutusaja jooksul stabiilsena.
Soojusjuhtivuse lõhe
Alumiiniumpronksi soojusjuhtivus on ligikaudu 60 W/m·K, võrreldes PTFE-ga 0,25 W/m·K. Suhe on ligikaudu 240:1.
Soojusvaheti jaoks, mis tõrjub 100 kW 30-kraadises merevees, vajab alumiiniumpronksseade ligikaudu 5 m² pinda, võttes aluseks üldise soojusülekandeteguri 1000 W/m²·K ja logaritmilise keskmise temperatuuri erinevuse 20 kraadi. Sama töö jaoks vajab PTFE-seade ligikaudu 25 m² pinda, võttes aluseks üldkoefitsiendi 200 W/m·K ja sama temperatuurierinevuse.
PTFE üksus on 5 korda suurem kui alumiiniumist pronksüksus. Suurem suurus suurendab kapitalikulusid, põrandapinda ja vedeliku mahtu. Väiksem soojusvoog vähendab toru seina temperatuuri, mis on protsessi jaoks kasulik, kuid suurem pindala annab ka rohkem pinda sademetele ja nõuab rohkem aega puhastamiseks.
Alumiiniumpronksi erosiooni{0}}korrosioonipiir
Erosiooni-korrosioonipiir on voolukiirus, mille ületamisel eemaldatakse mehaaniliselt alumiiniumpronksi kaitsekile ja korrosioonikiirus suureneb järsult. Piirang sõltub sulami koostisest, merevee keemiast ja toru geomeetriast.
Tavalise alumiiniumpronksi puhul puhtas merevees on erosiooni{0}}korrosioonipiir tavaliselt 1,5–2,5 m/s. Selle kiiruse ületamisel võib korrosioonikiirus suureneda viis kuni kümme korda ja kasutusiga lüheneb 20–30 aastalt 3–5 aastale.
Erosiooni{0}}korrosioonipiir on alumiiniumpronkssoojusvahetite kriitiline konstruktsiooniparameeter. Toru -külgmise kiirus peab jääma alla piiri, mis võib nõuda suuremat toru läbimõõtu või väiksemat voolukiirust. Suurem toru läbimõõt suurendab soojusvaheti suurust ja kapitalikulusid.
PTFE-l ei ole samas tähenduses erosiooni{0}}korrosioonipiirangut. Materjal ei ole vastuvõtlik kaitsekile mehaanilisele eemaldamisele, kuna puudub kaitsekile. PTFE soojusvaheti võib töötada suurematel voolukiirustel ilma erosiooni-korrosiooni ohuta, mis annab konstruktsioonis suurema paindlikkuse.
Sulfiidi rünnak alumiiniumpronksile
Sulfiidide rünnak toimub siis, kui merevesi sisaldab vesiniksulfiidi, mis on tavaline saastunud sadamates, jõesuudmetes ja tööstuslikes väljalaskepiirkondades. Sulfiid reageerib alumiiniumpronksis oleva vasega ja moodustab vasksulfiidi, mis ei ole kaitsev. Korrosioonikiirus suureneb järsult ja kasutusiga väheneb 20–30 aastalt 1–3 aastani.
Sulfiidirünnak on lokaalne nähtus, mis saab alguse torude otstest ja torude -to{1}} lehtede ühendustest, kus voolukiirus on väike ja sulfiidi kontsentratsioon kõrge. Rünnak avaldub süvenditena, mis tungib läbi toru seina ja põhjustab lekke.
PTFE-d ei ründa sulfiid. Materjal on vastupidav vesiniksulfiidile kõikidel kontsentratsioonidel ja temperatuuridel selle kasutusvahemikus. See on peamine põhjus, miks PTFE on ette nähtud merevee teenindamiseks saastunud sadamates ja suudmealadel.
Kahe materjali võrdlemine merevee soojusvahetuses
Järgmises tabelis on kokku võetud PTFE ja alumiiniumpronkssoojusvahetite jõudlus- ja kuluomadused merevee soojusvahetusteenuses 30 kraadi juures puhta mereveega ja voolukiirusel 1,5 m/s.
| Iseloomulik | Alumiiniumist pronkssoojusvaheti | PTFE soojusvaheti | Eelis |
|---|---|---|---|
| Soojusjuhtivus | 60 W/m·K | 0.25 W/m·K | Alumiiniumist pronks |
| Üldine soojusülekandetegur | 1,000 W/m²·K | 200 W/m²·K | Alumiiniumist pronks |
| Vajalik pindala 100 kW jaoks | 5 m² | 25 m² | Alumiiniumist pronks |
| Keemiline vastupidavus puhtale mereveele | Suurepärane | Suurepärane | Võrdne |
| Keemiline vastupidavus sulfiidiga{0}}saastunud mereveele | Vaene | Suurepärane | PTFE |
| Erosioon{0}}korrosioonipiirang | 1.5–2.5 m/s | Mitte ühtegi | PTFE |
| Maksimaalne töötemperatuur | 200 kraadi | 260 kraadi | PTFE |
| Mehaaniline tugevus | Kõrge | Mõõdukas | Alumiiniumist pronks |
| Soojuslöögikindlus | Mõõdukas | Kõrge | PTFE |
| Remondivõime | Piiratud | Hea | PTFE |
| Kasutusaeg puhtas merevees | 20-30 aastat | 15-20 aastat | Alumiiniumist pronks |
| Kasutusiga sulfiidiga{0}}saastunud merevees | 1-3 aastat | 15-20 aastat | PTFE |
| Kapitalikulu 100 kW tollimaksu jaoks | $45,000 | $52,000 | Alumiiniumist pronks |
| Paigalduskulu | $6,000 | $5,000 | PTFE |
| Iga-aastane hoolduskulu | $2,000 | $3,000 | Alumiiniumist pronks |
| Viie-aasta kogukulu (puhas merevesi) | $91,000 | $92,000 | Võrdne |
| Viie-aasta kogukulu (sulfiidiga-saastunud) | $180,000 | $92,000 | PTFE |
Viie{0}}aasta kogumaksumuse väärtused eeldavad tootmisväärtust 600 $ tunnis ning sisaldavad kapitalikulusid, paigalduskulusid ja hoolduskulusid viie aasta jooksul. Sulfiidiga-saastunud korpus eeldab, et alumiiniumpronksseadme soojusvaheti tuleb viie aasta jooksul välja vahetada.
Kui alumiiniumpronks on parem valik
Alumiiniumpronks on parem valik mitmes konkreetses rakenduses.
Puhta merevee teenus.Kui merevesi on puhas ja voolukiirus on alla erosiooni{0}}korrosioonipiiri, tagab alumiiniumpronks suurepärase jõudluse väiksema kapitalikuluga.
Madala{0}}kiirusega teenus.Kui voolukiirus on alla 1,5 m/s, on erosiooni-korrosioonirisk väike ja alumiiniumpronks on parem valik.
Ruumipiiranguga -installatsioonid.Kui saadaolev ruum on tõsiselt piiratud, võib väiksem alumiiniumpronksüksus olla ainus teostatav valik. PTFE-seade nõuaks 5-kordset pinda, mis ei pruugi olemasolevasse ruumi mahtuda.
Kõrg{0}}rõhuteenus.Alumiiniumpronksil on suurem mehaaniline tugevus kui PTFE-l ja see talub suuremat rõhku. Merevee teenindamiseks rõhul üle 10 baari võib alumiiniumpronks olla ainus lahendus.
Kui PTFE on parem valik
PTFE on parem valik mitmes konkreetses rakenduses.
Sulfiid{0}}saastunud merevesi.PTFE on vastupidav sulfiidile, samas kui alumiiniumpronks on rünnatud. Merevee teenindamiseks saastunud sadamates ja suudmealadel on PTFE parem valik.
Kiire{0}}kiirusega teenus.PTFE-l ei ole erosiooni{0}}korrosioonipiirangut, mistõttu see sobib kasutamiseks suure voolukiiruse korral.
Termorattateenus.PTFE-l on kõrgem soojuslöögikindlus kui alumiiniumpronksil, mis muudab selle sobivaks hoolduseks sagedaste temperatuurimuutuste korral.
Remonditeenus.PTFE soojusvahetid saab kohapeal parandada kvalifitseeritud tehnik, mis vähendab seisakuid ja tootmiskadusid.
Pika kasutusea nõue saastunud merevees.Kui merevesi on saastunud ja soojusvaheti eeldatav kasutusiga on 10 aastat või rohkem, on PTFE parem valik, kuna see peab keemilise rünnaku vastu pikema aja jooksul.
Disainifunktsioonid, mis pikendavad kasutusiga
Mitmed disainifunktsioonid pikendavad nii PTFE kui ka alumiiniumpronkssoojusvahetite kasutusiga mereveeteenistuses.
Voolukiiruse juhtimine.Voolukiiruse hoidmine erosiooni{0}}korrosioonipiirist madalamal vähendab alumiiniumpronksi korrosioonikiirust.
Sulfiidide seire.Sulfiidikontsentratsiooni jälgimine merevees võimaldab operaatoril lülituda teisele jahutusallikale, kui sulfiidi kontsentratsioon tõuseb üle läve.
Katoodkaitse.Ohveranoodid või muljetavaldav voolukatoodkaitsesüsteem võivad vähendada alumiiniumpronksi korrosioonikiirust.
Kohaldage-puhastusmeetmed.Puhastuslahuse etteande ja tagasivoolu ühendused võimaldavad soojusvaheti puhastamist lahti võtmata, mis vähendab seisakuid ja tootmiskadusid.
Temperatuuri jälgimine.Soojusvaheti sisse- ja väljalaskeava juures olevad temperatuuriandurid võimaldavad jälgida soojusülekande jõudlust, mis võimaldab varakult tuvastada saastumist või lagunemist.
Merevee soojusvahetuse spetsifikatsiooniparameetrid
Seadmeinsenerid, kes hindavad PTFE ja alumiiniumpronkssoojusvahetiid merevee soojusvahetuse jaoks, peaksid tarnijaga kinnitama järgmised parameetrid.
Merevee keemia.Täpsustage kloriidi kontsentratsioon, sulfiidi kontsentratsioon ja kõik muud saasteained.
Töötemperatuur.Määrake maksimaalne töötemperatuur ja eeldatav temperatuuriprofiil.
Voolukiirus.Määrake alumiiniumpronksi maksimaalne voolukiirus ja erosiooni{0}}korrosiooni piir.
Töörõhk.Määrake maksimaalne töörõhk.
Soojuskoormus ja pindala.Määrake iga materjalivaliku jaoks soojuskoormus ja nõutav pindala.
Ruumipiirangud.Määrake saadaolev ruum ja maksimaalne lubatud jalajälg.
Hooldusvõime.Täpsustage rajatise hooldusvõime, sealhulgas soojusvaheti kohapeal parandamise võimalus.
Kasutusaja nõue.Määrake eeldatav kasutusiga ja asendamise ajakava.
Materjalivaliku sobitamine merevee teenindustingimustega
PTFE ja alumiiniumpronkssoojusvahetite valik merevee soojusvahetuses sõltub merevee keemiast, voolukiirusest, ruumipiirangutest ja kasutusea nõudest. Alumiiniumpronksil on kõrgem soojusjuhtivus ja see nõuab vähem pinda, kuid see on vastuvõtlik erosioonile-korrosioonile ja sulfiidile. PTFE-l on madalam soojusjuhtivus ja see nõuab rohkem pinda, kuid see on vastupidav kõigile merevee saasteainetele ja voolukiirustele.
Valikuotsus peaks põhinema rajatise{0}}spetsiifilisel analüüsil, mis hõlmab kapitalikulusid, paigalduskulusid, hoolduskulusid ja tootmiskao riski. Nende kulukomponentidega lihtne tabelimudel pakub otsuse tegemiseks vajalikku teavet.
Merevee soojusvahetusseadmete puhul, mis hindavad soojusvaheti valikuid, peaks materjali valik põhinema kogu eeldatava kasutusea kuludel, mitte ainult kapitalikuludel või soojustõhususel. Madalama kapitalikuluga alumiiniumpronksist seadmel võib olla kõrgem eluiga, kui merevesi on saastunud ja seadet tuleb sageli vahetada.
Seadmeinsenerid ja hankespetsialistid, kes hindavad PTFE-soojusvaheti spetsifikatsioone merevee soojusvahetuse või muu söövitava teenuse jaoks, võivad taotleda projekti läbivaatamist, mis hõlmab merevee keemiat, töötemperatuuri, voolukiirust, töörõhku ja ruumipiiranguid, et kinnitada, et materjali valik on vastavuses rajatise tegelike teenindustingimuste ja kulustruktuuriga.
