Alumīnija bronza, kas ir kalpojusi jūras ūdenim gadu desmitiem
Alumīnija bronza ir vara{0}}sakausējums, kas satur 5–11% alumīnija, pievienojot dzelzi, niķeli un mangānu. Sakausējums veido aizsargājošu alumīnija oksīda plēvi, kas ir izturīga pret jūras ūdens koroziju, un plēve pati-atjaunojas, ja tā ir bojāta. Korozijas ātrums tīrā jūras ūdenī parasti ir mazāks par 0,025 mm gadā, kas nodrošina 20–30 gadu kalpošanas laiku tipiskam caurules sieniņu biezumam.
Alumīnija bronza tiek izmantota jūras ūdens siltummaiņos, jo tā apvieno atbilstošu izturību pret koroziju ar augstu siltumvadītspēju un mērenām izmaksām. Siltumvadītspēja ir aptuveni 60 W/m·K, kas ir aptuveni 240 reizes lielāka nekā PTFE. Augstā vadītspēja nozīmē, ka alumīnija bronzas siltummaiņi ir kompakti un salīdzinoši lēti.
Alumīnija bronzas ierobežojums ir tās jutīgums pret eroziju{0}}koroziju pie lieliem plūsmas ātrumiem un pret sulfīdu iedarbību piesārņotā jūras ūdenī. Erozijas -korozijas robeža jūras ūdens izmantošanai parasti ir 1,5–2,5 m/s, virs kuras tiek mehāniski noņemta aizsargplēve un strauji palielinās korozijas ātrums. Sērfīdu uzbrukums notiek, ja jūras ūdens satur sērūdeņradi, kas ir izplatīts piesārņotās ostās un estuāros. Sulfīds reaģē ar sakausējuma varu un veido vara sulfīdu, kas nav aizsargājošs.
PTFE, kas novērš korozijas mehānismus
PTFE ir izturīgs pret jūras ūdeni visās koncentrācijās un temperatūrās tā darbības diapazonā. Materiāls nerūsē, un kalpošanas laiku nosaka mehāniski faktori, nevis ķīmiska iedarbība. PTFE nav uzņēmīgs pret eroziju-koroziju pie lieliem plūsmas ātrumiem, un to neuzbrūk sulfīdi vai hlorīdi.
Korozijas mehānismu likvidēšana ir galvenais iemesls, kāpēc PTFE ir paredzēts izmantošanai jūras ūdenī, kur alumīnija bronza sabojājas. PTFE iekārta neizraisa erozijas-koroziju vai sulfīdu iedarbību, kas ierobežo alumīnija bronzas kalpošanas laiku, un siltuma pārneses veiktspēja saglabājas stabila visā kalpošanas laikā.
Siltumvadītspējas sprauga
Alumīnija bronzas siltumvadītspēja ir aptuveni 60 W/m·K, salīdzinot ar 0,25 W/m·K PTFE. Attiecība ir aptuveni 240:1.
Siltummainim, kas atgrūž 100 kW jaudu jūras ūdenī 30 grādu temperatūrā, alumīnija bronzas blokam ir nepieciešams aptuveni 5 m² virsmas, pamatojoties uz kopējo siltuma pārneses koeficientu 1000 W/m²·K un logaritmisko vidējo temperatūras starpību 20 grādi. PTFE iekārtai tādam pašam darbam ir nepieciešams aptuveni 25 m² virsmas, pamatojoties uz kopējo koeficientu 200 W/m·K un tādu pašu temperatūras starpību.
PTFE bloks ir 5 reizes lielāks nekā alumīnija bronzas bloks. Lielāks izmērs palielina kapitāla izmaksas, grīdas platību un šķidruma tilpumu. Zemāka siltuma plūsma samazina caurules sieniņu temperatūru, kas ir labvēlīga procesam, bet lielāka virsmas laukums nodrošina arī vairāk virsmas nogulsnēm un prasa vairāk laika tīrīšanai.
Alumīnija bronzas erozijas{0}}korozijas robeža
Erozijas-korozijas robeža ir plūsmas ātrums, virs kura alumīnija bronzas aizsargplēve tiek mehāniski noņemta un korozijas ātrums strauji palielinās. Ierobežojums ir atkarīgs no sakausējuma sastāva, jūras ūdens ķīmijas un caurules ģeometrijas.
Standarta alumīnija bronzai tīrā jūras ūdenī erozijas{0}}korozijas robeža parasti ir 1,5–2,5 m/s. Pārsniedzot šo ātrumu, korozijas ātrums var palielināties piecas līdz desmit reizes, un kalpošanas laiks tiek samazināts no 20–30 gadiem līdz 3–5 gadiem.
Erozijas{0}}korozijas robeža ir svarīgs alumīnija bronzas siltummaiņu konstrukcijas parametrs. Caurules -sānu ātrums ir jāsaglabā zem robežas, kas var prasīt lielāku caurules diametru vai mazāku plūsmas ātrumu. Lielāks caurules diametrs palielina siltummaiņa izmēru un kapitāla izmaksas.
PTFE nav erozijas{0}}korozijas ierobežojumu tādā pašā nozīmē. Materiāls nav jutīgs pret mehānisku aizsargplēves noņemšanu, jo nav aizsargplēves. PTFE siltummainis var darboties ar lielāku plūsmas ātrumu, neradot erozijas-korozijas risku, kas nodrošina lielāku konstrukcijas elastību.
Sulfīda uzbrukums alumīnija bronzai
Sulfīdu uzbrukums notiek, ja jūras ūdens satur sērūdeņradi, kas ir izplatīts piesārņotās ostās, estuāros un rūpnieciskās izplūdes zonās. Sulfīds reaģē ar varu alumīnija bronzā un veido vara sulfīdu, kas nav aizsargājošs. Korozijas ātrums strauji palielinās, un kalpošanas laiks tiek samazināts no 20–30 gadiem līdz 1–3 gadiem.
Sulfīdu uzbrukums ir lokalizēta parādība, kas sākas cauruļu galos un caurules -līdz-caurules lokšņu savienojuma vietās, kur plūsmas ātrums ir mazs un sulfīda koncentrācija ir augsta. Uzbrukums izpaužas kā bedres, kas iekļūst caurules sieniņā un izraisa noplūdi.
PTFE neuzbrūk sulfīds. Materiāls ir izturīgs pret sērūdeņradi visās koncentrācijās un temperatūrās tā darbības diapazonā. Tas ir galvenais iemesls, kāpēc PTFE ir paredzēts jūras ūdens apkalpošanai piesārņotās ostās un estuāros.
Divu materiālu salīdzināšana jūras ūdens siltuma apmaiņā
Nākamajā tabulā ir apkopotas PTFE un alumīnija bronzas siltummaiņu veiktspējas un izmaksu raksturlielumi jūras ūdens siltummaiņā 30 grādu temperatūrā ar tīru jūras ūdeni un plūsmas ātrumu 1,5 m/s.
| Raksturīgs | Alumīnija bronzas siltummainis | PTFE siltummainis | Priekšrocība |
|---|---|---|---|
| Siltumvadītspēja | 60 W/m·K | 0.25 W/m·K | Alumīnija bronza |
| Kopējais siltuma pārneses koeficients | 1,000 W/m²·K | 200 W/m²·K | Alumīnija bronza |
| Nepieciešamā virsma 100 kW | 5 m² | 25 m² | Alumīnija bronza |
| Ķīmiskā izturība pret tīru jūras ūdeni | Lieliski | Lieliski | Vienlīdzīgi |
| Ķīmiskā izturība pret sulfīdu{0}}piesārņotu jūras ūdeni | Nabaga | Lieliski | PTFE |
| Erozijas{0}}korozijas ierobežojums | 1.5–2.5 m/s | Nav | PTFE |
| Maksimālā darba temperatūra | 200 grādi | 260 grādi | PTFE |
| Mehāniskā izturība | Augsts | Mērens | Alumīnija bronza |
| Termiskā triecienizturība | Mērens | Augsts | PTFE |
| Labojamība | Ierobežots | Labi | PTFE |
| Kalpošanas laiks tīrā jūras ūdenī | 20-30 gadi | 15-20 gadi | Alumīnija bronza |
| Kalpošanas laiks sulfīdu{0}}piesārņotā jūras ūdenī | 1-3 gadi | 15-20 gadi | PTFE |
| Kapitāla izmaksas par 100 kW nodevu | $45,000 | $52,000 | Alumīnija bronza |
| Uzstādīšanas izmaksas | $6,000 | $5,000 | PTFE |
| Ikgadējās uzturēšanas izmaksas | $2,000 | $3,000 | Alumīnija bronza |
| Piecu{0}}gadu kopējās izmaksas (tīrs jūras ūdens) | $91,000 | $92,000 | Vienlīdzīgi |
| Piecu-gadu kopējās izmaksas (sulfīda-piesārņojums) | $180,000 | $92,000 | PTFE |
Piecu{0}}gadu kopējo izmaksu vērtībās tiek pieņemta ražošanas vērtība 600 ASV dolāru stundā, un tās ietver kapitāla izmaksas, uzstādīšanas izmaksas un uzturēšanas izmaksas piecu gadu laikā. Sulfīdu -piesārņotajā korpusā piecu gadu laikā alumīnija bronzas vienībai ir jānomaina viens siltummainis.
Kad alumīnija bronza ir labāka izvēle
Alumīnija bronza ir labāka izvēle vairākos īpašos lietojumos.
Tīra jūras ūdens pakalpojums.Ja jūras ūdens ir tīrs un plūsmas ātrums ir mazāks par erozijas{0}}korozijas robežu, alumīnija bronza nodrošina izcilu veiktspēju ar zemākām kapitāla izmaksām.
Zema{0}}ātruma pakalpojums.Ja plūsmas ātrums ir mazāks par 1,5 m/s, erozijas{1}}korozijas risks ir zems, un alumīnija bronza ir labāka izvēle.
Vietas-ierobežotas instalācijas.Ja pieejamā telpa ir ļoti ierobežota, mazākā alumīnija bronzas vienība var būt vienīgā iespējamā iespēja. PTFE ierīcei būtu nepieciešams 5 reizes lielāks virsmas laukums, kas var neietilpst pieejamajā telpā.
Augsta spiediena{0}}serviss.Alumīnija bronzai ir augstāka mehāniskā izturība nekā PTFE, un tā var izturēt lielāku spiedienu. Jūras ūdens apkalpošanai ar spiedienu virs 10 bāriem alumīnija bronza var būt vienīgā reālā iespēja.
Kad PTFE ir labāka izvēle
PTFE ir labāka izvēle vairākos īpašos lietojumos.
Sulfīdu{0}}piesārņots jūras ūdens.PTFE ir izturīgs pret sulfīdiem, bet alumīnija bronza ir izturīgs. Jūras ūdens apkalpošanai piesārņotās ostās un estuāros PTFE ir labāka izvēle.
Liela{0}}ātruma pakalpojums.PTFE nav erozijas{0}}korozijas ierobežojumu, tāpēc tas ir piemērots lietošanai ar lielu plūsmas ātrumu.
Termiskā riteņbraukšanas pakalpojums.PTFE ir augstāka termiskā triecienizturība nekā alumīnija bronzai, kas padara to piemērotu lietošanai ar biežām temperatūras izmaiņām.
Remontējams serviss.PTFE siltummaiņus var remontēt uz vietas kvalificēts tehniķis, kas samazina dīkstāves laiku un ražošanas zudumus.
Ilgs kalpošanas laiks piesārņotā jūras ūdenī.Ja jūras ūdens ir piesārņots un paredzams, ka siltummaiņa kalpošanas laiks ir 10 gadi vai vairāk, PTFE ir labāka izvēle, jo tas iztur ķīmisko uzbrukumu ilgākā laika periodā.
Dizaina funkcijas, kas pagarina kalpošanas laiku
Vairākas konstrukcijas iezīmes pagarina gan PTFE, gan alumīnija bronzas siltummaiņu kalpošanas laiku jūras ūdens apkalpošanā.
Plūsmas ātruma kontrole.Plūsmas ātruma uzturēšana zem erozijas{0}}korozijas robežas samazina alumīnija bronzas korozijas ātrumu.
Sulfīdu monitorings.Sulfīdu koncentrācijas uzraudzība jūras ūdenī ļauj operatoram pārslēgties uz citu dzesēšanas avotu, ja sulfīda koncentrācija pārsniedz slieksni.
Katoda aizsardzība.Upura anodi vai iespaidīga strāvas katoda aizsardzības sistēma var samazināt alumīnija bronzas korozijas ātrumu.
Ieviesiet-tīrīšanas noteikumus.Savienojumi tīrīšanas šķīduma padevei un atgriešanai ļauj tīrīt siltummaini bez demontāžas, kas samazina dīkstāves laiku un ražošanas zudumus.
Temperatūras uzraudzība.Temperatūras sensori pie siltummaiņa ieejas un izejas ļauj uzraudzīt siltuma pārneses veiktspēju, kas ļauj agrīni noteikt piesārņojumu vai degradāciju.
Specifikācijas parametri jūras ūdens siltuma apmaiņai
Iekārtu inženieriem, kas novērtē PTFE un alumīnija bronzas siltummaiņus jūras ūdens siltuma apmaiņai, ar piegādātāju jāapstiprina šādi parametri.
Jūras ūdens ķīmija.Norādiet hlorīda koncentrāciju, sulfīdu koncentrāciju un visus citus piesārņotājus.
Darba temperatūra.Norādiet maksimālo darba temperatūru un paredzamo temperatūras profilu.
Plūsmas ātrums.Norādiet alumīnija bronzas maksimālo plūsmas ātrumu un erozijas{0}}korozijas ierobežojumu.
Darba spiediens.Norādiet maksimālo darba spiedienu.
Siltuma slodze un virsmas laukums.Katrai materiāla opcijai norādiet siltuma slodzi un nepieciešamo virsmas laukumu.
Telpas ierobežojumi.Norādiet pieejamo vietu un maksimālo pieļaujamo nospiedumu.
Apkopes iespējas.Norādiet objekta apkopes iespējas, tostarp iespēju remontēt siltummaini uz vietas.
Prasība kalpošanas laikam.Norādiet paredzamo kalpošanas laiku un nomaiņas grafiku.
Materiālu izvēles atbilstība jūras ūdens apkalpošanas nosacījumiem
Izvēle starp PTFE un alumīnija bronzas siltummaiņiem jūras ūdens siltuma apmaiņā ir atkarīga no jūras ūdens ķīmiskās sastāva, plūsmas ātruma, telpas ierobežojumiem un ekspluatācijas ilguma prasībām. Alumīnija bronzai ir augstāka siltumvadītspēja, un tai ir nepieciešams mazāks virsmas laukums, taču tā ir jutīga pret eroziju{1}}koroziju un sulfīdu iedarbību. PTFE ir zemāka siltumvadītspēja, un tam ir nepieciešams lielāks virsmas laukums, taču tas ir izturīgs pret visiem jūras ūdens piesārņotājiem un plūsmas ātrumiem.
Atlases lēmumam ir jābūt balstītam uz{0}}iekārtas specifisku analīzi, kas ietver kapitāla izmaksas, uzstādīšanas izmaksas, uzturēšanas izmaksas un ražošanas zudumu risku. Vienkāršs izklājlapas modelis ar šiem izmaksu komponentiem sniedz informāciju, kas nepieciešama lēmuma pieņemšanai.
Jūras ūdens siltuma apmaiņas iekārtām, kas novērtē siltummaiņa iespējas, materiālu izvēlei jābalstās uz kopējām īpašuma izmaksām paredzamajā kalpošanas laikā, nevis tikai uz kapitāla izmaksām vai siltuma veiktspēju. Alumīnija bronzas blokam ar zemākām kapitāla izmaksām var būt augstākas ekspluatācijas izmaksas, ja jūras ūdens ir piesārņots un vienība ir bieži jāmaina.
Iekārtu inženieri un iepirkumu speciālisti, kas novērtē PTFE siltummaiņa specifikācijas jūras ūdens siltuma apmaiņai vai citam kodīgam pakalpojumam, var pieprasīt projekta pārskatīšanu, kas aptver jūras ūdens ķīmisko sastāvu, darbības temperatūru, plūsmas ātrumu, darba spiedienu un telpas ierobežojumus, lai pārliecinātos, ka materiāla izvēle atbilst faktiskajiem ekspluatācijas apstākļiem un objekta izmaksu struktūrai.
