مواد صفحه: طبقه بندی، عملکرد، کاربرد متوسط و اصل کار

مبادلات حرارتی صفحه ای (PHEs) به دلیل طراحی جمع و جور، بهره وری حرارتی بالا و انعطاف پذیری آنها، اسب کار انتقال گرما در کاربردهای صنعتی، تجاری و مسکونی هستند.اما حقيقت اينه: عملکرد، دوام و طول عمر یک PHE همه به یک عنصر حیاتی کاهش می یابد:صفحه های انتقال گرمامواد این صفحه ها به طور مستقیم تعیین می کند که مبادله کننده چقدر با رسانه های مختلف برخورد می کند، در برابر خوردگی مقاومت می کند، در برابر دمای / فشار مقاومت می کند و انتقال گرما را در طول زمان ارائه می دهد.

این که آیا شما مهندس انتخاب PHE برای یک کارخانه شیمیایی، یک مدیر خرید منابع تجهیزات برای سیستم های HVAC، یا یک تعمیر و نگهداری تکنولوژی مشکل حل عملکرد،درک مواد صفحه قابل مذاکره نیستدر این راهنما، ما رایج ترین مواد صفحه ی مبادله گرما، عملکردهای اصلی آنها، مناسب ترین رسانه ها را تجزیه و تحلیل می کنیم.و اصل اصلی کار که همه چیز را به هم متصل می کند، سبک مرتبط با صنعت که هضم آن آسان است (و برای آنچه واقعاً باید بدانید بهینه شده است).

صفحه های مبادله گرما از مواد طراحی شده برای تعادل سه عامل کلیدی ساخته شده اند: رسانایی حرارتی (برای انتقال گرما کارآمد) ، مقاومت در برابر خوردگی (برای رسیدگی به رسانه های خشن) ،و مقاومت مکانیکی (برای مقاومت در برابر فشار و دمای کار)مواد به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند به چهار دسته اصلی تقسیم می شوند، هر کدام دارای خواص منحصر به فرد متناسب با کاربردهای خاص هستند..

فولاد ضد زنگ ستون فقرات صفحه های PHE است که بیش از 70 درصد از کاربردهای صنعتی و تجاری را تشکیل می دهد.و عملکرد حرارتیدو درجه محبوب تر برای پلاک های PHEAISI 304وAISI 316Lهرکدام با موارد استفاده متمایز

انواع کلیدی و خواص:

• AISI 304 فولاد ضد زنگ: حاوی 18٪ کروم و 8٪ نیکل است که مقاومت بنیادی در برابر خوردگی آب، هوا و رسانه های آلی / غیر آلی نرم را ارائه می دهد.این دستگاه دارای رسانایی حرارتی ~ 16 W/ (((m·K) است و می تواند دمای تا 120 ° C (248 ° F) و فشار تا 1.6 MPa. این برای کاربردهای کلی که رسانه ها بسیار خوردنی نیستند استفاده می شود.
• AISI 316L فولاد ضد زنگ: یک نسخه ارتقا یافته با 2٪ مولیبدن اضافه شده، مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد، به ویژه در برابر کلریدها، اسیدها و آب شور.اما آن را با دمای بالاتر (تا 150 ° C / 302 ° F) و فشار (تا 2 ° C).5 MPa) انتخاب برتر برای محیط های خشن یا خوردنی است.

تيتانيوم استاندارد طلايي براي لايه هاي PHE در محیط هاي خوردگي شديدارهو تقریباً در برابر خوردگی بیشتر مواد خشن مقاوم است، که آن را برای صنایع که در آن خرابی تجهیزات گران قیمت (یا خطرناک) است، ایده آل می کند.

ویژگی های کلیدی: رسانایی حرارتی ~17 W/ (((m·K) ، مقاومت در برابر دمای تا 200 ° C (392 ° F) ، و مقاومت در برابر فشار تا 3.0 MPa. صفحات تیتانیوم اغلب در اندازه های نازک (0.5 ‰ 0.0 ‰) استفاده می شود.8 میلی متر) برای تعادل وزن و بهره وری حرارتی، اگرچه با قیمت بالاتری نسبت به فولاد ضد زنگ عرضه می شوند.

هستلوئی یک خانواده از داروهای فوق فلزی مبتنی بر نیکل است که برای شدیدترین شرایط شیمیایی و دمایی طراحی شده است. هنگامی که فولاد ضد زنگ و حتی تیتانیوم کافی نیستند، هستلوئی وارد عمل می شود.مقاومت در برابر طیف گسترده ای از مواد خوردنی، از جمله اسیدهای قوی (کربنی، هیدروکلوریک) ، قلی و حلال های آلی.

ویژگی های کلیدی: رسانایی حرارتی با درجه (11 ′′ 15 W / (((m · K)) ، مقاومت در برابر دمای تا 250 ° C (482 ° F) و مقاومت در برابر فشار تا 3.5 MPa متفاوت است.درجه های رایج برای صفحات PHE شامل Hastelloy C-276 و Hastelloy B-2 است.، هر کدام برای محیط های شیمیایی خاص بهینه شده اند (به عنوان مثال، C-276 برای اسیدهای اکسید کننده، B-2 برای اسیدهای کاهش دهنده).

مس و آلیاژ های مس (به عنوان مثال، مس، cupronickel) همه در مورد بهره وری حرارتی هستند، آنها بالاترین رسانایی حرارتی از تمام مواد معمولی صفحه PHE را دارند.این باعث می شود آنها را ایده آل برای برنامه های کاربردی که در آن انتقال حرارت سریع حیاتی است، حتی اگر آنها مقاوم در برابر خوردگی کمتر از فولاد ضد زنگ یا تیتانیوم باشند.

انواع کلیدی و خواص:

• مس: رسانایی حرارتی ~ 401 W/ (((m·K) (بسیار بالاتر از فولاد ضد زنگ) ، مقاومت در برابر دمای تا 100 ° C (212 ° F) ، فشار تا 1.0 MPa.رسانه های غیر خوردنی مانند آب یا مواد خنک کننده.
• کپرونیکل (Cu-Ni): آلیاژ مس و نیکل (معمولاً 70/30 یا 90/10) ، مقاومت بهتر در برابر خوردگی نسبت به مس خالص (به ویژه در برابر آب شور) را ارائه می دهد. رسانایی حرارتی ~ 100 ~ 150 W / ((m · K)درجه حرارت تا 120°C (248°F)، فشار تا 1.6 MPa در کاربردهای دریایی یا دریایی رایج است.

صفحه های انتقال گرما فقط قطعات فلزی نیستند آنها برای انجام سه عملکرد مهم طراحی شده اند که باعث می شود کل PHE کار کند.درک این توابع به شما کمک می کند که مواد مناسب را برای برنامه خود انتخاب کنید و مشکلات عملکرد را در خط پایین حل کنید.

کار شماره یک صفحات PHE انتقال گرما بین دو یا چند رسانه مایع (گرم و سرد) بدون مخلوط شدن آنها است. صفحات با سطوح موج دار طراحی شده اند (هیرینگبون، شیورون،یا مسطح) که منطقه انتقال گرما را افزایش می دهد و آشفتگی در جریان مایع ایجاد می کندهدایت حرارتی ماده به طور مستقیم بر این تاثیر می گذارد: هدایت بالاتر = انتقال گرمای سریعتر و کارآمدتر (به عنوان مثال، صفحات مس 25 برابر سریعتر از فولاد ضد زنگ گرمایی را منتقل می کنند).

صفحه ها به عنوان یک مانع فیزیکی بین رسانه های گرم و سرد عمل می کنند و اطمینان حاصل می کنند که هرگز مخلوط نمی شوند (برای برنامه هایی مانند پردازش مواد غذایی، تولید شیمیایی یا HVAC حیاتی است).آنها باید به فشار کار سیستم از فشار پایین HVAC مسکونی (.5 MPa) به فرایندهای صنعتی با فشار بالا (3.5 MPa) است. قدرت مکانیکی ماده (قوه کشش، سختی) تعیین می کند که چقدر در برابر تغییر شکل یا نشت تحت فشار مقاومت می کند.

در اکثر برنامه های کاربردی، صفحات PHE با رسانه های تهاجمی (اسید، قلی، آب شور یا مایعات خیس کننده) در تماس هستند.و استفاده از آن برای جلوگیری از شکست زودرسبه عنوان مثال، صفحات تیتانیوم در برابر خوردگی آب دریا مقاومت می کنند، در حالی که Hastelloy در برابر اسیدهای قوی مقاومت می کند. انتخاب مواد نادرست منجر به زنگ، نشت و زمان خرابی گران می شود.

بزرگترین اشتباهی که می توانید در هنگام انتخاب صفحه PHE مرتکب شوید، انتخاب یک ماده است که با رسانه های فرآیند شما ناسازگار است.ما رایج ترین انواع رسانه ها را تجزیه کرده ایم و کدام مواد صفحه برای هرکدام بهتر کار می کنند، ساده و قابل اجرا.

آب (آب شیر، آب فرآیند یا آب خنک کننده) و محلول های آبی (به عنوان مثال گلیکول، مواد شوینده نرم) گسترده ترین رسانه های مورد استفاده در PHEs هستند.بنابراین فولاد ضد زنگ انتخاب اصلی است.

• مطالب توصیه شده: AISI 304 (استفاده های عمومی آب) ، AISI 316L (آب سخت، آب کلر یا محلول های آبی خفیف).
• درخواست ها: خنک سازی و گرمایش HVAC، سیستم های آب گرم مسکونی، خنک سازی فرآیند صنعتی سبک.

فرآیند های شیمیایی اغلب شامل رسانه های تهاجمی هستند که می توانند فولاد ضد زنگ را خورد کنند. مواد مناسب بستگی به نوع مواد شیمیایی (اکسید کننده در مقابل کاهش دهنده) و غلظت دارد.

• اسیدهای اکسید کننده (کربنی، اسید نیتریک): مواد توصیه شده = Hastelloy C-276 یا تیتانیوم. این مواد در برابر اکسیداسیون و حمله اسید مقاوم هستند.
• اسیدهای کاهش دهنده (هیدروکلوریک، اسید فسفوریک): مواد توصیه شده = استیل B-2 یا تیتانیوم.از فولاد ضد زنگ اجتناب کنید.این اسیدها آن را به سرعت خورد می کنند.
• الکالی (هیدروکسید سدیم، هیدروکسید پتاسیم): مواد توصیه شده = AISI 316L (تکان کم) یا Hastelloy C-276 (تکان بالا).
• محلول های آلی (ایتانول، استون): مواد توصیه شده = AISI 316L یا Hastelloy (برای حلال های تهاجمی). اکثر حلال ها برای فولاد ضد زنگ خوردنی نیستند، اما غلظت و درجه حرارت را بررسی کنید.

آب نمکی (آب دریا، آب شور) به دلیل محتوای بالای کلرید بسیار خوردنی است. فولاد ضد زنگ (حتی 316L) می تواند از خوردگی حفره ای در آب نمکی رنج ببرد.پس مواد تخصصي لازم است.

• مطالب توصیه شده: تیتانیوم (بهترین برای استفاده طولانی مدت) ، cupronickel (انتخاب مقرون به صرفه برای کاربردهای فشار پایین).
• درخواست ها: هوا و هوای دریایی، فرایندهای نفت و گاز دریایی، نیروگاه های شورسازی.

کاربردهای مواد غذایی و نوشیدنی نیاز به مواد مواد غذایی (مطابق با FDA) ، آسان برای تمیز کردن و مقاوم در برابر رسانه های ارگانیک (شیر، آبمیوه، آبجو، شربت) دارند.

• مطالب توصیه شده: AISI 316L (معمولاً مواد غذایی، مقاوم در برابر خوردگی اسیدهای آلی) ، تیتانیوم (برای نوشیدنی های اسیدی مانند آب مرکبات).
• الزامات اصلی: سطوح صاف صفحه (Ra ≤0.8μm) برای جلوگیری از رشد باکتری و اطمینان از تمیز کردن آسان (مهم برای انطباق FDA).

مواد خنک کننده (R22، R410A، R134a) و مایعات کریوجنیک (نیتروژن مایع، اکسیژن مایع) به موادی نیاز دارند که می توانند دمای پایین را تحمل کنند و در برابر مشکلات سازگاری یخچال مقاومت کنند.

• مواد خنک کننده: مواد توصیه شده = AISI 316L (متوافق با اکثر مواد خنک کننده) یا مس (برق رسانایی حرارتی بالا برای خنک سازی سریع).
• رسانه های کریوجنیک: مواد توصیه شده = تیتانیوم (به دمای پایین تا -196°C / -321°F) یا Hastelloy (برای مواد شیمیایی کریوجنیک)

روغن، روان کننده ها و محصولات نفتی به طور کلی غیر خوردنی هستند، اما می توانند چسبناک باشند یا ذرات خیس کننده داشته باشند. مواد باید مقاوم به فرسایش و سازگار با روغن باشند.

• مطالب توصیه شده: AISI 316L (استفاده های عمومی نفت) ، Hastelloy (برای مشتقات نفت خشن مانند نفت خام یا دیزل).
• الزامات اصلی: مقاومت مکانیکی بالا در برابر فرسایش ذرات خیس کننده در روغن.

برای درک واقعی اینکه چرا مواد صفحه مهم هستند، شما باید اصل اصلی کار PHE را درک کنید و اینکه چگونه صفحه ها انتقال گرما را به طور کارآمد امکان پذیر می کنند.و ما آن را بدون اصطلاحات بیش از حد فنی تجزیه خواهیم کرد.

یک مبادله گرما صفحه از یک دسته از صفحات انتقال گرما موج دار تشکیل شده است که با گاسکت ها (برای PHEs گاسکت شده) یا بریز شده (برای PHEs بریز شده) به هم وصل شده اند.دو رسانه مایع (گرم و سرد) از طریق کانال های متناوب بین صفحات جریان می یابد، مایع سرد از طریق بعدی. گرما از مایع داغ به مایع سرد از طریق مواد صفحه نازک منتقل می شود، بدون اینکه دو مایع مخلوط شوند.

مواد صفحه ای پل برای انتقال گرما هستند و خواص آن به طور مستقیم بر عملکرد این پل تاثیر می گذارد:

1. رسانایی حرارتی: مواد دارای رسانایی حرارتی بالا (به عنوان مثال، مس) انتقال حرارت سریعتر، به این معنی که PHE می تواند کوچکتر (پلاک های کمتر) در حالی که حفظ همان ظرفیت انتقال حرارت.مواد دارای رسانایی پایین تر (eبه عنوان مثال، استیلوی) نیاز به صفحه های بیشتر یا یک سطح بزرگتر برای دستیابی به همان کارایی دارند.
2. ضخامت صفحه: صفحه های نازک تر انتقال گرما را بهبود می بخشند (مواد کمتری برای هدایت گرما) ، اما مواد باید به اندازه کافی قوی باشند تا فشار کار را تحمل کنند.تیتانیوم و فولاد ضد زنگ می توانند نازک شوند (0.5×1.0 میلی متر) در حالی که حفظ قدرت، آنها را برای PHEs با کارایی بالا ایده آل می کند.
3. مقاومت در برابر خوردگی: در صورت خوردگی، یک لایه از زنگ یا اکسید ایجاد می شود که به عنوان یک عایق کننده عمل می کند و انتقال گرما را کند می کند و در نهایت منجر به نشت می شود..g، تیتانیوم برای آب شور) اطمینان می دهد که سطح صفحه در طول زمان تمیز و کارآمد باقی می ماند.
4. طراحی موج کشی: در حالی که یک خاصیت مواد نیست، الگوی موج (هینگبون، شبرون) با مواد کار می کند تا آشفتگی ایجاد کند.جریان آشفته لایه مرزی (یک لایه نازک مایع که در برابر انتقال گرما مقاومت می کند) را شکسته و کارایی انتقال گرما را افزایش می دهدقدرت ماده تعیین می کند که موج زدن چقدر می تواند تهاجمی باشد (به عنوان مثال، هستلوئی می تواند موج زدن عمیق تر را برای آشفتگی بیشتر تحمل کند).

اکنون که شما اصول کار را درک کرده اید، در اینجا نشان می دهد که چگونه مواد صفحه بر عملکرد کلی PHE تاثیر می گذارد.

• بهره وری انتقال گرما: توسط رسانایی حرارتی و ضخامت صفحه هدایت می شود. رسانایی بالاتر + صفحات نازک تر = بهره وری بهتر.
• زندگی خدمت: به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و فرسایش: مواد مناسب 10 تا 15 سال دوام می آورند؛ مواد نادرست ممکن است در 1 تا 2 سال شکست بخورند.
• هزینه های عملیاتی: در حالی که مواد برتر (تایتانیوم، هستلوئی) دارای هزینه های اولیه بالاتر هستند، آنها هزینه های نگهداری، تعویض و وقفه را در طول زمان کاهش می دهند.مواد ارزان قیمت تر (AISI 304) ممکن است در ابتدا پول صرفه جویی کنند اما اگر خوردگی کنند در دراز مدت هزینه بیشتری دارند.
• امنیت: در صنایع مانند شیمیایی یا هسته ای، خرابی مواد می تواند منجر به نشت خطرناک شود. مواد مقاوم در برابر خوردگی (Hastelloy، تیتانیوم) اطمینان از عملکرد ایمن و قابل اعتماد است.

برای اینکه فرآیند انتخاب شما آسان تر شود، در اینجا یک صفحه فریب سریع برای انتخاب مواد پلیت بر اساس رسانه و برنامه شما وجود دارد:

مواد صفحه قهرمان نامشخص هر مبادله گرما صفحه است. خواص آن به طور مستقیم تعیین می کند که PHE چقدر کار می کند، چقدر طول می کشد و چقدر هزینه کار می کند.با درک طبقه بندی مواد صفحه، عملکردهای اصلی آنها، با کدام رسانه ها سازگار هستند و چگونه به اصل کار PHE متصل می شوند،شما می توانید تصمیم آگاهانه ای بگیرید که از اشتباهات گران قیمت جلوگیری می کند و اطمینان حاصل می کند که PHE شما ارائه دهنده خدمات قابل اعتماد است.، انتقال گرما کارآمد برای سال های آینده.

این که آیا شما یک PHE را برای یک سیستم کوچک HVAC یا یک کارخانه شیمیایی صنعتی بزرگ انتخاب می کنید، به یاد داشته باشید: هیچ مواد پلیکی "یک اندازه مناسب برای همه" وجود ندارد.شرایط عملیاتی (درجه حرارت، فشار) و اهداف بلندمدت و شما یک PHE خواهید داشت که به اندازه کسب و کار شما سخت کار می کند.