플릿 열 교환기에 탄소 강철의 응용: 재료 장점 및 최적의 서비스 조건
탄소 강철은 기계적 강도, 열 전도성,그리고 경제성현대 판 열 교환기 (PHE) 응용 프로그램은 점점 더 부식 저항성을 위해 스테인리스 스틸과 이국적인 합금으로 돌렸습니다.탄소강은 그 특성이 운영 요구 사항에 부합하는 특정 서비스 조건에서 여전히 중요한 역할을 수행합니다.이 기사 는 PHE 건설 에서 탄소 강철 의 본질적 이점, 즉 높은 열 전도성, 기계적 견고성, 비용 효과성,그리고 부식성 없는 또는 가벼운 부식성 유체와 호환성또한 특정 작업 환경, 특히 탄화수소, 증기, 열유,그리고 공격적인 부식 물질이 없는 공정 흐름에서 탄소 강철 판은 최적의 성능과 자본 효율성을 제공합니다..
판 열 교환기는 컴팩트한 설계, 높은 열 효율성 및 다양한 산업 분야에 대한 적응력으로 구별됩니다.판 재료의 선택은 장비의 수명을 지배하는 근본적인 엔지니어링 결정입니다, 열 성능, 총 소유 비용. 스테인리스 스틸, 티타늄 및 니켈 기반 초연금과 같은 부식 내성 합금은 공격적인 매체와 관련된 응용 프로그램을 지배하지만,이러한 재료가 불필요한 과잉 엔지니어링을 구성하는 열 교환기 시장의 상당 부분이 남아 있습니다..
탄소 강철은 각종 등급으로, 부식성이 없는 유체, 온도 온도, 자본비 절감에 중점을 둔 응용분야에서 매력적인 대안을 제공합니다.적절 한 선택 과 유지, 탄소 강철 판 열 교환기는 유리한 경제 프로파일로 신뢰할 수있는 서비스를 제공합니다.이 문서에서는 특정 PHE 애플리케이션에 적합하게 만드는 탄소 강철의 기술적 특성을 탐구하고 유용성을 극대화하는 서비스 조건에 대한 지침을 제공합니다..
탄소 강철은 철과 탄소의 합금으로, 탄소 함량은 일반적으로 0.05%에서 2.0% 정도입니다.탄소 함량이 0 이하의 저탄소 강철 (일반적으로 온화 강철이라고도 한다).30%가 주로 사용된다. 이 재료는 우수한 형성성, 용접성 및 유연성을 나타냅니다.모두 열전달판의 제조에 사용되는 심부름 및 스탬핑 프로세스에 필수적입니다..
일반적인 사양은 다음과 같습니다.
ASTM A285:압력 용기 판, 탄소 강철, 낮은 및 중간 견고성.
ASTM A516:압력 용기 판, 탄소 강철, 중저온 서비스.
ASTM A515:압력 용기 판, 탄소 강철, 중간 및 더 높은 온도 서비스.
EN 10028-2 P265GH:특정 고온 특성을 가진 압력 용기 강철에 대한 유럽 표준.
이 등급은 열 교환기의 작동 온도, 압력 및 제조 요구 사항에 따라 선택됩니다.
탄소 강철의 가장 중요한 기술적 장점 중 하나는 오스텐이트 스테인레스 스틸과 티타늄에 비해 높은 열 전도성입니다.탄소강은 주변 온도에서 약 45~55W/m·K의 열전도성을 나타냅니다., 316L 스테인레스 스틸의 약 15 W/m·K와 티타늄의 약 16 ∼21 W/m·K에 비해
이 우수한 열전도성 은 두 가지 주요 이점을 제공합니다.
전도 저항 감소:금속 벽 저항은 일반적으로 PHE의 전체 열 전달 저항의 소규모 구성 요소이지만 최소화되어 잠재적으로 더 높은 전체 열 전송 계수를 허용합니다.
얇은 판 잠재력:특정 애플리케이션에서 더 높은 전도성은 열 성능을 손상시키지 않고 더 얇은 판을 사용할 수 있으며, 재료 절감과 컴팩트한 단위 설계에 기여합니다.
탄소강은 압력 및 온도 조건에 적합하도록 하는 우수한 기계적 특성을 가지고 있습니다.
고출력 및 팽창 강도:각 등급에 따라 방온에서 탄소강의 강도는 200 MPa에서 300 MPa 이상이며, 304/316 스테인리스 강도와 비교되거나 초과됩니다.
유연성:저탄소 강철은 상당한 유연성을 나타내며, 열 전달을 향상시키고 차차 압력에 대한 구조적 딱딱성을 제공하는 복잡한 파동 패턴의 형성을 가능하게합니다.
피로 저항성:탄소 강철은 기계적 피로에 대한 좋은 저항을 보여 주기적인 열 또는 압력 부하에 적용하기에 적합합니다.
탄소강은 부식 저항성 합금보다 훨씬 저렴합니다.원자재 비용은 보통 오스텐이트 인 스테인리스 스틸의 20~30%이며 티타늄 또는 니켈 합금의 비용도 더 적습니다.이 비용 차이는 직접적으로 초기 자본 지출이 낮아집니다.탄소 강철 PHEs가 부식 저항이 주요 요구 사항이 아닌 응용 분야에 경제적으로 매력적인 선택이 되는 것.
탄소 강철은 우수한 용접성과 가공성을 나타냅니다. 현대 PHE 설계에 필요한 복잡한 판 기하학으로 쉽게 형성됩니다.탄소강판은 경미하게 부식성 환경에서 서비스 수명을 연장하기 위해 보호 재료로 코팅 또는 포장 될 수 있습니다., 더 이국적인 합금에서 항상 사용할 수 없는 유연성.
PHE 애플리케이션에서 탄소강의 가장 설득력 있는 장점은 낮은 초기 비용입니다.또는 산업 공정 냉각 루프의 경우 탄소강과 스테인리스강의 재료 비용 차이는 수십만 달러에 달할 수 있습니다.서비스 환경이 부식 저항성 합금이 필요하지 않은 경우 탄소 강철은 가장 낮은 전체 설치 비용을 제공합니다.
언급했듯이 탄소 강철의 열 전도성은 PHE 건설에 사용되는 대부분의 부식 저항성 합금의 열 전도도를 초과합니다.PHE의 전체 열 전달 계수는 유체 경계층 저항에 의해 지배되는 동안, 금속 벽의 기여는 특히 높은 유체 측 계수 (예를 들어, 응축 또는 증발 서비스) 를 가진 응용 프로그램에서 무시 할 수 없습니다.탄소강의 우수한 전도성은 측정 가능한 성능 장점을 제공합니다..
탄소 강철 판은 설치, 유지 보수 및 운영 중에 기계적 손상에 대한 뛰어난 저항을 제공합니다.또는 더 얇은 척도의 스테인리스 스틸 또는 티타늄 판에 비해 변형이 견고성 은 가스켓 교체 또는 판 팩 재 조립 도중 취급 관련 손상의 위험을 줄입니다.
탄소 강철 판은 다양한 코팅과 포름으로 효과적으로 보호 될 수 있습니다. 그 중 하나는 다음과 같습니다.
에포시 코팅:가볍게 공격적인 액체로부터의 부식에 대한 장벽을 제공하기 위해 판 표면에 적용됩니다.
가연화:핫 디프 진열은 탄소 강철 프레임에 적용 될 수 있으며 일부 설계에서는 낮은 온도, 낮은 부식성을위한 판에 적용 될 수 있습니다.
고무 부리:가려기 용액 또는 희석 산을 처리하는 판에는 엘라스토머리 류가 적용 될 수 있습니다.
이 적응력은 탄소강이 그 기본 소재가 적합하지 않은 환경에서 사용되도록 허용합니다.
탄소 강철은 잘 정립된 설계 코드, 제조 방법, 검사 기준을 가진 성숙한 엔지니어링 재료입니다.ASME 보일러 및 압력 용기 코드 섹션 VIII와 같은 압력 용기 코드에서는 탄소 강철 열 교환기 건설에 대한 포괄적인 지침을 제공합니다.이 친숙성은 엔지니어링, 조달 및 규제 준수를 단순화합니다.
탄소 강철 판 열 교환기는 공정 및 서비스 유체가 부식적이지 않거나 가벼운 부식성이있는 애플리케이션에 가장 적합합니다.작동 온도가 증명된 재료의 범위 내에 있는 경우, 그리고 경제적인 사유로 인해 초기 자본 투자가 낮아지는 경우.
정제 및 석유화학 산업은 탄소 강철을 최소한의 물과 무시 할 수있는 부식성 종을 포함하는 탄화수소 흐름을 포함하는 응용 프로그램에서 광범위하게 사용합니다.
상태:탄화수소 액체, 원유, 연료유, 윤활유 및 낮은 산성 및 낮은 수 함량을 가진 공정 중간물질
이유:자유 물과 황화수소나 유기산과 같은 부식성 오염 물질이 없으면 탄소 강철은 수용 가능한 부식률을 나타냅니다.탄소 강철의 높은 열 전도성은 특히 석유 냉각 및 난방 서비스에 유리합니다..
전형적인 응용 프로그램:
윤활유 냉각기:압축기, 터빈 및 엔진의 윤활유 냉각
연료 오일 난방기:중량 연료유의 사전 난방으로 가열기에 분화하기 위해 점도를 감소시킵니다.
원유 전열:정제공업에서 열 회수를 원유 공급으로
증기는 적절한 작동 조건에서 부식적이지 않은 매체입니다. 특히 보일러 물 화학이 정해진 지침에 따라 유지될 때입니다.
상태:포화 또는 과열된 증기, 중도적 압력 (일반적으로 40bar 이하) 까지, 그리고 적절한 pH 조절으로 깨끗한 응고물.
이유:탄소 강철은 증기 서비스의 전통적인 재료입니다. 용해 된 산소의 부재와 적절한 알칼리성 통제는 강철 표면에 수동 마그네티트 (Fe3O4) 층을 유지합니다.부식 보호.
전형적인 응용 프로그램:
스팀-워터 히터:지역 난방 시스템, 건물 난방, 가공 온수 생산.
콘덴세트 냉각기:보일러 공급 물 시스템에 반환하기 전에 증기 응축물의 하차 냉각
증기 발전기 및 증발기:산업 공정에서 저압 증기 생성.
유기 열 전달 유체 (열화유) 는 증기와 관련된 압력 없이 고온 가열을 필요로 하는 산업 공정에서 널리 사용됩니다.
상태:합성 또는 미네랄 오일 기반의 열 전달 액체, 150°C에서 350°C까지의 온도에서 폐쇄된 순환에서 작동하며 최소한의 산소 흡입을 한다.
이유:탄소강은 고온 강도, 열 전도성,및 적절하게 유지되는 열유의 비성식성 특성과 호환성.
전형적인 응용 프로그램:
열유 냉각기:화학 원자로, 플라스틱 처리 및 식품 처리에서 사용되는 열 기름 루프에서 열 회수.
열유 난방기:열유와 공정 액체 사이의 열 교환기로 탄소 강철 PHE를 사용하여 공정 흐름의 간접 난방
순수 해수나 염기성 물에는 부식 저항성 합금이 필요하지만, 탄소 강철은 물 화학이 통제되는 냉각 물 시스템에 적합합니다.
상태:염화 억제제 (예를 들어, 나이트리트, 몰리브다트 또는 아졸) 로 처리 된 폐쇄 루프 냉각 물 시스템 또는 pH, 경도가 조절된 부식성 없는 단수물을 사용하는 일회용 시스템그리고 용해된 고체.
이유:적절하게 처리 된 냉각수는 탄소 강철 표면에 보호막을 유지하여 합리적 인 비율로 부식을 제한합니다.부식 현저히 감소.
전형적인 응용 프로그램:
폐쇄회로 냉각탑:열 교환판은 열 냉각 타워 물에서 공정 냉각 루프를 분리합니다.
엔진 자켓 물 냉각기:에너지 생산 및 해상용 용기의 내연기관 냉각 회로의 냉각
수압유 냉각기:산업용 기계의 수압 시스템의 냉각
탄소 강철은 역사적으로 냉각 시스템, 특히 냉매제로 암모니아를 포함하는 응용 프로그램에서 사용되었습니다.
상태:암모니아 (NH3) 냉각수 및 적절한 부식 억제와 함께 소금 또는 글리콜 용액과 같은 2차 냉각수.
이유:탄소강은 무수수 암모니아와 호환되며 특정 소금류 시스템에서 스테인리스에 영향을 미치는 염화와 관련된 실패 메커니즘을 겪지 않습니다.적당한 pH 및 억제 수치를 유지하기 위해 소금 물 용액에 주의가 필요합니다..
전형적인 응용 프로그램:
암모니아 증발기 및 응축기:냉장고, 식품 가공 및 빙상용 냉장 시스템.
소금물 냉각기:냉각 시스템에서 칼슘 염화물 또는 글리콜 소금을 냉각합니다.
산업 시설에서 많은 유틸리티 서비스는 탄소 강철이 충분한 수명을 제공하는 비 부식성 또는 가벼운 부식성 유체를 포함합니다.
상태:비분석화 된 물, 부드러운 물, 식용 물 (올바른 pH 조절) 과 공기 또는 무활성 가스 흐름.
이유:소량 이온 함유량 및 이산화탄소를 흡수하는 경향이 있기 때문에 탈분석 물은 탄소 강철에 부식력이 있습니다. 그러나,적당한 공기 제거와 pH 조절 (일반적으로 암모니아 또는 모르폴린)탄소강은 성공적으로 사용될 수 있습니다.
전형적인 응용 프로그램:
핫러 피드워더:증기 또는 공정 열을 사용하여 공기를 제거한 보일러 공급수를 미리 가열합니다.
압축 공기 냉각기:공기 압축기 후 냉각기.
가공용 물 온도기:비중이 없는 용도로 세척물 또는 공정수의 난방
균형 잡힌 기술적 관점을 제공하기 위해서는 판 열 교환기 서비스에서 탄소 강철의 한계를 인정하는 것이 중요합니다.탄소강은 다음과 같은 경우에 적합하지 않거나 특별한 주의가 필요합니다.:
탄소강은 다음 용도로 권장되지 않습니다.
바닷물 또는 염기성 물:클로라이드 농도는 500ppm 이상으로 일반적으로 가속화 된 구덩이와 일반적인 부식으로 이어집니다.
산성 용액:미네랄산 (황산, 염수산, 질소산) 또는 유기산 (취산, 개미산) 이 미량 농도를 초과하는 모든 응용.
수소황화물 (H2S) 을 이용한 공정:습한 H2S 사용은 탄소 강철에서 황화수소 스트레스 크래킹 (SSC) 및 수소 유도 크래킹 (HIC) 을 초래할 수 있습니다.
산소 풍부 한 환경:물에 녹은 높은 산소 농도는 부식 속도를 높입니다.
탄소 강철은 높은 온도에서 미세 구조적 변화를 겪습니다. 425°C 이상 지속된 서비스에서, 스크립은 설계 고려 사항이됩니다.그리고 합금강이나 스테인리스강 같은 재료가 선호됩니다.반대로 탄소강은 -29°C 이하의 온도에서 깨지기 때문에 충격 테스트와 낮은 온도 서비스에 특화된 재료가 필요합니다.
소소한 물질 손실을 겪는 부식 내성 합금과 달리 탄소강은 균일한 부식에 시달립니다.이것은 판 두께 설계에 부식 허용을 포함함으로써 수용되어야합니다.일반적으로 판이 얇은 PHE에서는, 이것은 측정 가능한 부식률이있는 모든 환경에서 예상되는 서비스 수명에 실질적인 제한을 부과합니다.
탄소 강철 판이 시스템 (예를 들어, 구리 파이프, 스테인리스 스틸 프레임) 에서 다른 금속과 결합되면 회로가 전해질로 완료되면 갈바닉 진열이 발생할 수 있습니다.이 위험을 줄이기 위해 적절한 격리 및 시스템 설계가 필요합니다..
PHE 응용 프로그램에서 탄소 강철의 경제적 사례는 적절한 서비스에서 낮은 초기 비용과 수용 가능한 성능에 뿌리를두고 있습니다. 라이프 사이클 비용 분석은 일반적으로 다음과 같이 나타냅니다.
낮은 자본비용:탄소 강철 PHEs는 일반적으로 동등한 스테인레스 스틸 단위보다 30~50% 저렴하고 티타늄 또는 니켈 기반 단위보다 훨씬 저렴합니다.
적당 한 유지보수 비용:탄소강판은 처리된 물 서비스에서 10~15년 후에 교체해야 할 수 있지만,이 교체 비용은 종종 염증 저항 합금 단위를 구매하는 추가 비용보다 낮습니다..
수리 가 쉽다:탄소 강철 부품은 기존 기술을 사용하여 용접하여 쉽게 수리 할 수 있으며 정지 시간과 수리 비용을 줄입니다.
처분 값:사용 기간이 끝나면, 탄소강은 폐기물 가치를 유지하며, 일부 폐업 비용을 보상합니다.
탄소 강철은 열전도성, 기계적 강도성 및 경제 효율성의 유리한 조합을 제공하여 판 열 교환기 건설에 필수적인 재료로 남아 있습니다.이의 장점은 탄화수소와 관련된 응용 분야에서 가장 완전히 실현됩니다., 증기, 열유 및 식식 물질이 없거나 통제되는 처리 된 물 시스템.
산업용 열 교환의 추세는 점점 더 부식 저항성 합금에 호응하고 있지만,탄소 철강의 지속적인 중요성은 적절한 서비스 조건에서 낮은 초기 비용으로 신뢰할 수있는 성능을 제공하는 능력에 있습니다..
부식적이지 않거나 경미하게 부식하는 용도로 장비를 지정하는 엔지니어에게는 탄소 강철 판 열 교환기가 기술적으로 건전하고 경제적으로 신중한 솔루션을 나타냅니다.
그러나 탄소 강철의 선택은 유체 화학, 작동 온도 및 부식 잠재력을 철저히 평가해야합니다. 이러한 요소가 적절히 평가되면,탄소강은 견고한, 다양한 산업용 용도로 효율적인 열 관리를 위한 비용 효율적인 기반입니다.
키워드:탄소 강철, 판 열 교환기, 열 전도성, 탄수화물 처리, 증기 시스템, 열유, 처리 냉각수, 수명 주기의 비용, 부식 허용
