Aliuminio bronza, tarnaujanti jūros vandeniui dešimtmečius
Aliuminio bronza yra vario{0}}lydinys, kurio sudėtyje yra 5–11 % aliuminio, su geležies, nikelio ir mangano priedais. Lydinys sudaro apsauginę aliuminio oksido plėvelę, kuri yra atspari jūros vandens korozijai, o plėvelė savaime-gyja, jei ji yra pažeista. Korozijos greitis švariame jūros vandenyje paprastai yra mažesnis nei 0,025 mm per metus, todėl įprasto vamzdžio sienelės storio tarnavimo laikas yra 20–30 metų.
Aliuminio bronza naudojama jūros vandens šilumokaičiuose, nes ji derina tinkamą atsparumą korozijai su dideliu šilumos laidumu ir nedidelėmis sąnaudomis. Šilumos laidumas yra maždaug 60 W/m·K, tai yra maždaug 240 kartų didesnis nei PTFE. Didelis laidumas reiškia, kad aliuminio bronzos šilumokaičiai yra kompaktiški ir palyginti nebrangūs.
Aliuminio bronzos trūkumas yra jos jautrumas erozijai{0}}korozijai esant dideliam srauto greičiui ir sulfidų atakai užterštoje jūros vandenyje. Erozijos -korozijos riba paprastai yra 1,5–2,5 m/s jūros vandens eksploatavimui, kurią viršijus apsauginė plėvelė pašalinama mechaniškai ir korozijos greitis smarkiai padidėja. Sieros ataka įvyksta, kai jūros vandenyje yra sieros vandenilio, kuris yra įprastas užterštuose uostuose ir estuarijose. Sulfidas reaguoja su lydinyje esančiu variu ir sudaro vario sulfidą, kuris nėra apsauginis.
PTFE, kuris pašalina korozijos mechanizmus
PTFE yra atsparus jūros vandeniui esant bet kokiai koncentracijai ir temperatūrai jo naudojimo diapazone. Medžiaga nerūdija, o tarnavimo laiką lemia mechaniniai veiksniai, o ne cheminis poveikis. PTFE nėra jautrus erozijai{2}}korozijai esant dideliam srauto greičiui ir jo nepuola sulfidai ar chloridai.
Korozijos mechanizmų pašalinimas yra pagrindinė priežastis, dėl kurios PTFE yra skirtas naudoti jūros vandenyje, kai aliuminio bronza sugestų. PTFE blokas nesukelia erozijos-korozijos ar sulfidų poveikio, kuris riboja aliuminio bronzos tarnavimo laiką, o šilumos perdavimo charakteristikos išlieka stabilios per visą naudojimo laiką.
Šilumos laidumo spraga
Aliuminio bronzos šilumos laidumas yra maždaug 60 W/m·K, palyginti su 0,25 W/m·K PTFE. Santykis yra maždaug 240:1.
Šilumokaičiui, atmetančiam 100 kW 30 laipsnių jūros vandenyje, aliuminio bronzos blokui reikia maždaug 5 m² paviršiaus ploto, remiantis bendru šilumos perdavimo koeficientu 1000 W/m²·K ir 20 laipsnių vidutiniu temperatūros skirtumu. Tam pačiam darbui PTFE įrenginiui reikia maždaug 25 m² paviršiaus ploto, remiantis bendru 200 W/m·K koeficientu ir tuo pačiu temperatūrų skirtumu.
PTFE blokas yra 5 kartus didesnis nei aliuminio bronzos blokas. Didesnis dydis padidina kapitalo sąnaudas, grindų plotą ir skysčio tūrį. Mažesnis šilumos srautas sumažina vamzdžio sienelės temperatūrą, kuri yra naudinga procesui, tačiau didesnis paviršiaus plotas taip pat suteikia daugiau paviršiaus nuosėdoms ir reikalauja daugiau laiko valyti.
Aliuminio bronzos erozijos{0}}korozijos riba
Erozijos{0}}korozijos riba yra srauto greitis, kurį viršijus apsauginė aliuminio bronzos plėvelė pašalinama mechaniškai ir korozijos greitis smarkiai padidėja. Riba priklauso nuo lydinio sudėties, jūros vandens chemijos ir vamzdžio geometrijos.
Standartinės aliuminio bronzos švariame jūros vandenyje erozijos{0}}korozijos riba paprastai yra 1,5–2,5 m/s. Virš šio greičio korozijos greitis gali padidėti nuo penkių iki dešimties kartų, o tarnavimo laikas sutrumpėja nuo 20–30 metų iki 3–5 metų.
Erozijos{0}}korozijos riba yra esminis aliuminio bronzos šilumokaičių konstrukcijos parametras. Vamzdžio -šoninis greitis turi būti mažesnis už ribą, todėl gali prireikti didesnio vamzdžio skersmens arba mažesnio srauto. Didesnis vamzdžio skersmuo padidina šilumokaičio dydį ir kapitalo sąnaudas.
PTFE ta pačia prasme erozijos{0}}korozijos ribos nėra. Medžiaga nėra jautri mechaniniam apsauginės plėvelės pašalinimui, nes nėra apsauginės plėvelės. PTFE šilumokaitis gali veikti didesniu srauto greičiu be erozijos{3}}korozijos pavojaus, o tai suteikia daugiau lankstumo projektuojant.
Sulfido ataka prieš aliuminio bronzą
Sulfido ataka įvyksta, kai jūros vandenyje yra vandenilio sulfido, kuris yra įprastas užterštuose uostuose, estuarijose ir pramonės išleidimo zonose. Sulfidas reaguoja su variu aliuminio bronzoje ir sudaro vario sulfidą, kuris nėra apsauginis. Korozijos greitis smarkiai padidėja, o tarnavimo laikas sutrumpėja nuo 20–30 metų iki 1–3 metų.
Sulfidų ataka yra lokalizuotas reiškinys, kuris prasideda vamzdžių galuose ir vamzdžio -su Priepuolis pasireiškia duobėmis, kurios prasiskverbia pro vamzdžio sienelę ir sukelia nuotėkį.
PTFE nepuola sulfidas. Medžiaga yra atspari vandenilio sulfidui bet kokiomis koncentracijomis ir temperatūromis jos naudojimo diapazone. Tai yra pagrindinė priežastis, dėl kurios PTFE naudojamas jūros vandens tiekimui užterštuose uostuose ir estuarijose.
Dviejų medžiagų palyginimas jūros vandens šilumos mainuose
Toliau pateiktoje lentelėje apibendrinamos PTFE ir aliuminio bronzos šilumokaičių eksploatacinės ir sąnaudos charakteristikos jūros vandens šilumos mainuose esant 30 laipsnių švariam jūros vandeniui ir 1,5 m/s srauto greičiui.
| Būdingas | Aliuminio bronzos šilumokaitis | PTFE šilumokaitis | Privalumas |
|---|---|---|---|
| Šilumos laidumas | 60 W/m·K | 0.25 W/m·K | Aliuminio bronza |
| Bendras šilumos perdavimo koeficientas | 1,000 W/m²·K | 200 W/m²·K | Aliuminio bronza |
| Paviršiaus plotas reikalingas 100 kW | 5 m² | 25 m² | Aliuminio bronza |
| Cheminis atsparumas švariam jūros vandeniui | Puikiai | Puikiai | Lygus |
| Cheminis atsparumas sulfidais{0}}užterštam jūros vandeniui | Vargšas | Puikiai | PTFE |
| Erozijos{0}}korozijos riba | 1.5–2.5 m/s | Nėra | PTFE |
| Maksimali darbinė temperatūra | 200 laipsnių | 260 laipsnių | PTFE |
| Mechaninis stiprumas | Aukštas | Vidutinis | Aliuminio bronza |
| Atsparumas šiluminiam smūgiui | Vidutinis | Aukštas | PTFE |
| Taisomumas | Ribotas | Gerai | PTFE |
| Tarnavimo laikas švariame jūros vandenyje | 20-30 metų | 15-20 metų | Aliuminio bronza |
| Tarnavimo laikas sulfidais{0}}užterštame jūros vandenyje | 1-3 metai | 15-20 metų | PTFE |
| Kapitalo sąnaudos už 100 kW muitą | $45,000 | $52,000 | Aliuminio bronza |
| Montavimo kaina | $6,000 | $5,000 | PTFE |
| Metinės priežiūros išlaidos | $2,000 | $3,000 | Aliuminio bronza |
| Bendra penkerių- metų kaina (švarus jūros vanduo) | $91,000 | $92,000 | Lygus |
| Bendra penkerių- metų kaina (užterštas sulfidu{1}}) | $180,000 | $92,000 | PTFE |
Penkerių{0}}metų bendrųjų išlaidų vertės sudaro 600 USD per valandą gamybos vertę ir apima kapitalo sąnaudas, įrengimo išlaidas ir priežiūros išlaidas per penkerius metus. Užteršto sulfido -dėklo atveju per penkerius metus reikia pakeisti vieną aliuminio bronzos bloko šilumokaitį.
Kai aliuminio bronza yra geresnis pasirinkimas
Aliuminio bronza yra geresnis pasirinkimas kelioms konkrečioms reikmėms.
Švaraus jūros vandens paslauga.Kai jūros vanduo yra švarus, o srauto greitis mažesnis už erozijos{0}}korozijos ribą, aliuminio bronza užtikrina puikų našumą mažesnėmis kapitalo sąnaudomis.
Mažo{0}}greičio paslauga.Kai srauto greitis mažesnis nei 1,5 m/s, erozijos{1}}korozijos rizika yra maža, o aliuminio bronza yra geresnis pasirinkimas.
Instaliacijos, kuriose -ribota erdvė.Kai laisvos vietos yra labai ribotos, mažesnis aliuminio bronzos blokas gali būti vienintelis įmanomas pasirinkimas. PTFE įrenginiui reikės 5 kartus didesnio paviršiaus ploto, kuris gali netilpti į turimą erdvę.
Aukšto{0}}slėgio paslauga.Aliuminio bronza turi didesnį mechaninį stiprumą nei PTFE ir gali atlaikyti didesnį slėgį. Jūros vandens tiekimui esant didesniam nei 10 barų slėgiui, aliuminio bronza gali būti vienintelė tinkama išeitis.
Kai PTFE yra geresnis pasirinkimas
PTFE yra geresnis pasirinkimas keliose konkrečiose programose.
Sulfida{0}}užterštas jūros vanduo.PTFE yra atsparus sulfidui, o aliuminio bronza yra atakuojama. Jūros vandens tiekimui užterštuose uostuose ir estuarijose PTFE yra geresnis pasirinkimas.
Didelio{0}}greičio paslauga.PTFE neturi erozijos{0}}korozijos ribos, todėl jis tinkamas naudoti esant dideliam srauto greičiui.
Terminių dviračių paslauga.PTFE atsparumas šiluminiam smūgiui yra didesnis nei aliuminio bronzos, todėl jis tinkamas naudoti dažnai keičiantis temperatūrai.
Remontuojamas servisas.PTFE šilumokaičius vietoje gali suremontuoti kvalifikuotas technikas, todėl sumažėja prastovos ir gamybos nuostoliai.
Ilgas tarnavimo laikas užterštoje jūros vandenyje.Kai jūros vanduo yra užterštas, o šilumokaičio tarnavimo laikas turėtų būti 10 ar daugiau metų, PTFE yra geresnis pasirinkimas, nes jis atsparus cheminiam poveikiui ilgesnį laiką.
Dizaino savybės, kurios prailgina tarnavimo laiką
Keletas dizaino ypatybių prailgina tiek PTFE, tiek aliuminio bronzos šilumokaičių eksploatavimo laiką eksploatuojant jūros vandenį.
Srauto greičio valdymas.Išlaikant srauto greitį žemiau erozijos{0}}korozijos ribos, sumažėja aliuminio bronzos korozijos greitis.
Sulfido stebėjimas.Stebint sulfidų koncentraciją jūros vandenyje, operatorius gali pereiti prie kito aušinimo šaltinio, jei sulfido koncentracija pakyla virš slenksčio.
Katodinė apsauga.Aukojami anodai arba įspūdinga srovės katodinės apsaugos sistema gali sumažinti aliuminio bronzos korozijos greitį.
Numatykite{0}}valymo nuostatas.Valymo tirpalo padavimo ir grąžinimo jungtys leidžia valyti šilumokaitį neišmontuojant, o tai sumažina prastovą ir gamybos nuostolius.
Temperatūros stebėjimas.Temperatūros jutikliai prie šilumokaičio įėjimo ir išleidimo angų leidžia stebėti šilumos perdavimo efektyvumą, o tai leidžia anksti aptikti užsiteršimą ar gedimą.
Jūros vandens šilumos mainų specifikacijos parametrai
Įrangos inžinieriai, vertinantys PTFE ir aliuminio bronzos šilumokaičius jūros vandens šilumos mainams, turėtų su tiekėju patvirtinti šiuos parametrus.
Jūros vandens chemija.Nurodykite chlorido koncentraciją, sulfido koncentraciją ir visus kitus teršalus.
Darbinė temperatūra.Nurodykite maksimalią darbinę temperatūrą ir numatomą temperatūros profilį.
Srauto greitis.Nurodykite aliuminio bronzos didžiausią srauto greitį ir erozijos{0}}korozijos ribą.
Darbinis slėgis.Nurodykite didžiausią darbinį slėgį.
Šilumos apkrova ir paviršiaus plotas.Kiekvienam medžiagos variantui nurodykite šilumos apkrovą ir reikalingą paviršiaus plotą.
Erdvės apribojimai.Nurodykite laisvą erdvę ir didžiausią leistiną plotą.
Priežiūros galimybės.Nurodykite įrenginio techninės priežiūros galimybes, įskaitant galimybę remontuoti šilumokaitį vietoje.
Tarnavimo trukmės reikalavimas.Nurodykite numatomą tarnavimo laiką ir keitimo grafiką.
Medžiagos parinkimas atitinka jūros vandens paslaugų sąlygas
PTFE ir aliuminio bronzos šilumokaičių pasirinkimas jūros vandens šilumos mainuose priklauso nuo jūros vandens chemijos, srauto greičio, erdvės apribojimų ir eksploatavimo trukmės reikalavimų. Aliuminio bronzos šilumos laidumas yra didesnis ir reikalauja mažesnio paviršiaus ploto, tačiau ji yra jautri erozijai{1}}korozijai ir sulfidų poveikiui. PTFE turi mažesnį šilumos laidumą ir reikalauja didesnio paviršiaus ploto, tačiau yra atsparus visiems jūros vandens teršalams ir tėkmės greičiams.
Pasirinkimo sprendimas turėtų būti pagrįstas konkrečia įrenginio{0}}analize, apimančia kapitalo sąnaudas, įrengimo išlaidas, priežiūros išlaidas ir gamybos nuostolių poveikį. Paprastas skaičiuoklės modelis su šiais išlaidų komponentais suteikia informaciją, reikalingą sprendimui priimti.
Jūros vandens šilumos mainų įrenginiuose, kuriuose vertinamos šilumokaičio galimybės, medžiagų pasirinkimas turėtų būti grindžiamas bendromis eksploatavimo išlaidomis per numatomą tarnavimo laiką, o ne tik kapitalo sąnaudas ar šilumines savybes. Aliuminio bronzos blokas su mažesnėmis kapitalo sąnaudomis gali turėti didesnes eksploatavimo išlaidas, jei jūros vanduo yra užterštas ir įrenginį reikia dažnai keisti.
Įrangos inžinieriai ir pirkimo specialistai, vertinantys PTFE šilumokaičio specifikacijas, skirtas jūros vandens šilumos mainams ar kitoms korozinėms paslaugoms, gali paprašyti projekto peržiūros, apimančios jūros vandens chemiją, darbinę temperatūrą, srauto greitį, darbinį slėgį ir erdvės apribojimus, kad patvirtintų, kad medžiagų pasirinkimas atitinka faktines įrenginio eksploatavimo sąlygas ir sąnaudų struktūrą.
