Dupleksais nerūsējošais tērauds, piemēram, 2205, bieži tiek izvēlēts to stiprības un izturības pret koroziju dēļ, taču bieži tiek pieņemts, ka to spēja pārvietot siltumu ir līdzīga 316L. Patiesais stāsts ir smalkāks un atklāj, kāpēc dupleksais siltummainis bieži var būt gan spēcīgāks, gan termiski efektīvāks. Vērtējotdupleksa nerūsējošā tērauda siltumvadītspēja pret 316L skābipakalpojumu lietojumiem, tiešs neapstrādātu siltumvadītspējas skaitļu salīdzinājums stāsta tikai nelielu daļu no stāsta.
Neapstrādāta siltumvadītspēja: neliela atšķirība
Istabas temperatūrā abu sakausējumu siltumvadītspēja patiešām ir tuva. Tipiskām siltummaiņa darba temperatūrām (20–100 grādi):
316L nerūsējošais tērauds: aptuveni 13 W/m·K.
Duplex 2205: aptuveni 15 W/m·K.
Praktiskā siltummaiņa konstrukcijā atšķirība aptuveni 2 W/m·K ir niecīga. Metāla caurules sienas termiskā pretestība jau ir ļoti maza kopējā siltuma pārneses koeficienta (U vērtības) daļa, īpaši, ja salīdzina ar robežslāņa pretestību caurules un korpusa pusēs. Tipiskai 1 mm caurules sieniņai vadītspējas pretestība (biezums dalīts ar vadītspēju) ir aptuveni 0,000077 m²·K/W 316 l un 0,000067 m²·K/W dupleksam -atšķirība ir tikai 0,00001 m²·K/W, kas tiek zaudēta tipiskās robežās. Tāpēc, pamatojoties tikai uz vadītspēju, duplekss nesniedz nekādas nozīmīgas priekšrocības.
Īstās termiskās priekšrocības nāk no spēka
Siltuma ieguvumu nodrošina nevis metāla vadītspēja, bet gan tas, ko pieļauj metāla izturība. Duplex 2205 minimālā tecēšanas robeža ir aptuveni 450 MPa, savukārt 316L ir aptuveni 170 MPa{5}}vairāk nekā divas reizes. Šī augstākā izturība ļauj konstruēt siltummaiņa caurules ar ievērojami plānākām sienām, vienlaikus izturot to pašu iekšējo spiedienu. Standarta cauruļu sieniņu biezums 316 L atšķaidītā skābē pie mērena spiediena (piemēram, 10 bāri) var būt 1,2–1,6 mm. Dupleksam 2205 tādu pašu spiediena pakāpi var sasniegt ar sieniņu biezumu 0,7–0,9 mm.
Plānāka caurules siena tieši samazina vadošo siltuma pretestību. Šķidruma-šķidruma siltummainim, kurā plēves siltuma pārneses koeficienti abās pusēs ir salīdzinoši augsti (piemēram, 2000–5000 W/m²·K), caurules sieniņu pretestība var būt ievērojama daļa no kopējās. Sienas biezuma samazināšana no 1,2 mm līdz 0,8 mm samazina metāla pretestību par vienu trešdaļu, kas var palielināt kopējo U vērtību par 3–8%, atkarībā no pakalpojuma. Lietojumprogrammās, kas ir svarīgas svaram vai telpai,{11}}piemēram, ārzonas platformās, mobilajās iekārtās vai kompaktajās procesa slīdēs{12}}šis uzlabojums var attaisnot materiālu jaunināšanu.
Izturība pret koroziju atšķaidītā skābē
Gan 316L, gan duplex 2205 izmanto atšķaidītā skābā vidē (piemēram, etiķskābē, citronskābē, atšķaidītā sērskābē vai fosforskābē). Tomēr duplekss piedāvā izcilu izturību pret hlorīda izraisītu sprieguma korozijas plaisāšanu (SCC). Atšķaidītās skābes plūsmās, kas satur pat nelielus hlorīdus (parasti rūpnieciskajā ūdenī), 316L ir jutīgs pret SCC temperatūrā virs aptuveni 50–60 grādiem. Duplex 2205 ir daudz augstāka izturība pret hlorīda SCC, kas ļauj darboties augstākā temperatūrā un koncentrācijā bez pēkšņas plaisāšanas riska.
Tā kā duplekso var izmantot apstākļos, kad 316L neizdodas, termiskās veiktspējas salīdzināšana dažkārt ir apšaubāma-ja 316L nevar droši darboties, izvēle ir spiesta. Bet, ja var izmantot abus, dupleksa plānāku sienu un SCC pretestības kombinācija nodrošina gan termiskās, gan mehāniskās priekšrocības.
Praktiskā ietekme uz U vērtību un apmaiņas izmēru
Tipiskam atšķaidītas skābes siltummainim (piem., skābes – ūdens dzesēšanai vai sildīšanai) kopējais U vērtības uzlabojums, izmantojot plānākas dupleksās caurules, var būt neliels -varbūt par 50–100 W/m²·K augstāks nekā līdzvērtīgam 316 l modelim. Tas nozīmē nepieciešamās siltuma pārneses laukuma samazināšanos par 5–10%. Tas var nebūt pietiekami, lai samazinātu siltummaiņa izmēru par pilnu korpusa izmēru, taču tas var samazināt cauruļu skaitu vai garumu, ietaupot svaru un izmaksas.
Duplekss patiesi spīd lietojumos, kuros jau ir ierobežots spiediens vai biezums. Piemēram, augstspiediena skābes sildītājam, kam nepieciešamas biezas 316 l sienas (piem., 2 mm), var būt tik augsta vadoša pretestība, ka tiek ciesta siltuma veiktspēja. Duplekss var nodrošināt tādu pašu spiediena integritāti ar 1,2 mm sieniņu biezumu, ievērojami uzlabojot U vērtību un nodrošinot mazāku, vieglāku siltummaini.
Mehāniskās konstrukcijas apsvērumi
Norādot dupleksās caurules siltummaiņam, jāņem vērā vairāki faktori, kas pārsniedz vienkāršu sienu biezumu:
Minimālais ražošanas biezums– Pat ja spiediena konstrukcija pieļauj ļoti plānu cauruli (piem., 0,5 mm), caurules velmēšanai vai metināšanai cauruļu loksnēs ir nepieciešams minimālais sieniņu biezums, lai izvairītos no sabrukšanas vai izdegšanas. Dupleksai lielākajai daļai apvalka un cauruļu siltummaiņu praktiskais minimums ir 0,7–0,9 mm.
Erozijas pabalsts– Ja atšķaidītā skābe satur suspendētās cietās vielas, lielāka dupleksa stiprība nesamazina eroziju. Biezuma pielaide (piemēram, +0.3 mm) joprojām ir jāpievieno.
Termiskā izplešanās– Dupleksam ir termiskās izplešanās koeficients (apmēram 13 µm/m·K), kas ir nedaudz zemāks par 316L (apmēram 17 µm/m·K). Tas var samazināt spriegumus fiksētu cauruļu lokšņu konstrukcijās, ļaujot mazāk izplešanās šuvju.
Izgatavošanas izmaksas– Duplekss ir nedaudz dārgāks par kilogramu un prasa rūpīgākas metināšanas procedūras. Taču samazinātais metāla apjoms (plānākas sienas) daļēji kompensē izmaksas.
Piezīme par atšķaidītas skābes koroziju
Atšķaidītās skābēs gan 316L, gan dupleksa pamatā ir pasīva hroma oksīda plēve. Dupleksa augstākais molibdēna saturs (3% pret 2% 316L) nodrošina labāku izturību pret punktveida un plaisu koroziju, īpaši hlorīdu klātbūtnē. Tomēr ļoti agresīvās reducējošās skābēs (piemēram, karsti atšķaidītā sālsskābē) neviena no tām nav piemērota; būtu nepieciešams niķeļa sakausējums vai PTFE oderējums. Tipiskām organiskajām skābēm vai viegli agresīvām minerālskābēm mērenās temperatūrās duplekss darbojas lieliski.
Secinājums
Duplekss iegūst siltuma priekšrocības, pateicoties tā izturībai, nevis vadītspējai. Kamēr jēlsdupleksa nerūsējošā tērauda siltumvadītspēja pret 316L skābisalīdzinājums parāda tikai nelielu atšķirību (15 W/m·K pret 13 W/m·K), patieso ieguvumu sniedz dupleksa aptuveni dubultā tecēšanas robeža, kas ļauj ievērojami plānākas caurules sienas ar tādu pašu spiedienu. Plānāka siena samazina vadošo siltuma pretestību, uzlabojot kopējo siltuma pārneses koeficientu (U vērtību) par dažiem procentiem līdz gandrīz desmit procentiem atkarībā no pakalpojuma. Tas apvienojumā ar izcilu izturību pret hlorīda sprieguma korozijas plaisāšanu padara dupleksu par pārliecinošu izvēli atšķaidītas skābes siltummaiņiem, kur svars, telpa vai ilgtermiņa uzticamība ir prioritāte. Dažreiz labākais veids, kā uzlabot siltuma pārnesi, ir uzlabot mehānisko konstrukciju,{5}}un dupleksais nerūsējošais tērauds to lieliski pierāda. Rezultāts ir vieglāks, efektīvāks un izturīgāks siltummainis, ko nodrošina nevis labāks vadītājs, bet gan spēcīgāka struktūra.
