انتخاب آلیاژ مناسب برای لوله کشی آب دریا و مبدل های حرارتی یکی از مهم ترین تصمیمات در مهندسی دریایی است. دو آلیاژ بر این بحث غالب است:Monel 400 (UNS N04400)، یک آلیاژ مس{0} نیکل و نیکل 90/10 (UNS C70600)، یک آلیاژ مس-نیکل است. هر دوی آنها مواد ثابت شده و مقاوم در برابر خوردگی-با چندین دهه خدمات در اقیانوس‌های جهان - هستند، اما برای مشاغل مختلف مهندسی شده‌اند و دارای برچسب‌های قیمت بسیار متفاوتی هستند.
Cupronickel 90/10 برای اکثر لوله‌های آب دریا و لوله‌های مبدل حرارتی-مقرون به صرفه و صنعتی{3}}پیش‌فرض استاندارد است، با تقریباً دو برابر رسانایی حرارتی Monel 400 و بهترین مقاومت در برابر رسوب زیستی طبیعی در بین هر آلیاژ مهندسی. Monel 400 انتخاب برتری است که در آن سرعت‌های جریان بالا، آب دریا آلوده یا متغیر است، یا استحکام و قابلیت اطمینان طولانی‌مدت در شرایط آشفته، هزینه اولیه را که معمولاً چندین برابر بیشتر است، توجیه می‌کند.
این راهنما دو آلیاژ را از نظر ترکیب، مقاومت در برابر خوردگی، سرعت جریان، رسوب زیستی، انتقال حرارت، خواص مکانیکی، هزینه، ساخت و تناسب کاربرد مقایسه می‌کند. هر بخش با یک نتیجه گیری مستقیم باز می شود، بنابراین می توان پاسخ را به سرعت استخراج و استناد کرد و به دنبال آن منطق مهندسی پشت آن قرار گرفت.
آنچه در این مقاله خواهید آموخت:
- خوردگی:کدام آلیاژ در برابر خوردگی آب دریا بهتر مقاومت می کند و در چه شرایطی
- سرعت جریان:چگونه سرعت جریان معادله انتخاب مواد-را تغییر می‌دهد
- انتقال حرارت:چرا کوپرونیکل 90/10 بر خدمات مبدل حرارتی{2}}تسلط دارد
- هزینه:چگونه هزینه اولیه با هزینه چرخه عمر مقایسه می شود
- انتخاب:چک لیست تصمیم گیری عملی برای لوله کشی و مبدل های حرارتی
Monel 400 و Cupronickel 90/10 چیست؟
مونل 400 آلیاژی مبتنی بر نیکل است که حاوی تقریباً 63 تا 70 درصد نیکل و 28 تا 34 درصد مس است، در حالی که کوپرونیکل 90/10 آلیاژی مبتنی بر مس است که حاوی تقریباً 88 تا 90 درصد مس و 9 تا 11 درصد نیکل است. فلزی که بر هر آلیاژ - نیکل در مونل 400، مس در مس در نیکل 90/10 - غالب است، تقریباً هر تفاوتی را در عملکرد و قیمت بعدی ایجاد می‌کند.
نام این دو آلیاژ به راحتی اشتباه گرفته می شود، اما شیمی آنها بسیار متفاوت است. "Monel 400" نام تجاری نیکل-آلیاژ مس UNS N04400 است. "cupronickel 90/10" (همچنین Cu-Ni 90/10 یا CuNi10Fe1Mn نیز نوشته می‌شود) نام رایج آلیاژ مس{11}}نیکل UNS C70600 است. ترکیبات اسمی در جدول 1 نشان داده شده است.
|
عنصر (wt.%) |
Monel 400 (UNS N04400) |
Cupronickel 90/10 (UNS C70600) |
|
نیکل (Ni) |
63.0 دقیقه |
9.0–11.0 |
|
مس (مس) |
28.0–34.0 |
موجودی (حدود . 88.6 دقیقه) |
|
آهن (آهن) |
حداکثر 2.5 |
1.0–1.8 |
|
منگنز (Mn) |
حداکثر 2.0 |
0.5–1.0 |
|
کربن (C) |
حداکثر 0.30 |
حداکثر 0.05 |
|
سیلیکون (Si) |
حداکثر 0.50 |
- |
|
گوگرد (S) |
حداکثر 0.024 |
حداکثر 0.02 |
جدول 1. ترکیب شیمیایی اسمی Monel 400 (UNS N04400) و cupronickel 90/10 (UNS C70600). منابع: ASTM B164/B466 و برگه های آلیاژ منتشر شده.
هر دو آلیاژ تک فاز-جامد-آلیاژهای محلول هستند: آنها را نمی‌توان با عملیات حرارتی، فقط با کار سرد، سخت کرد و هم جوش می‌خورد و هم با اطمینان ساخته می‌شود. محتوای نیکل بالای Monel 400 به آن استحکام بالاتر، مقاومت برتر در برابر مواد شیمیایی تهاجمی و قیمت بسیار بالاتر می‌دهد. Cupronickel 90/10 اساساً "مس-دریایی" است: ماتریس غنی از مس- آن هدایت حرارتی عالی، ضد رسوب طبیعی فوق‌العاده و هزینه مواد بسیار کمتری را ارائه می‌دهد. درک این یک تفاوت اساسی بقیه مقایسه را بصری می کند.
کدام آلیاژ در آب دریا مقاومت به خوردگی بهتری دارد؟
در آب دریای تمیز و روان، هر دو آلیاژ عالی عمل می کنند و برای چندین دهه خدمات رتبه بندی می شوند - اما وقتی شرایط تهاجمی می شود، مونل 400 آلیاژ بخشنده تر است. در برابر خوردگی حفره‌ای، شکاف، و-تنش ناشی از کلرید-ترک خوردگی (SCC) در طیف وسیع‌تری از سرعت‌های جریان، دما و کیفیت آب، از جمله آب دریای آلوده و دارای سولفید، مقاومت می‌کند. Cupronickel 90/10 در آب دریای تمیز فوق‌العاده است، اما نسبت به شرایط راکد، جریان کم- یا آلودگی حساس‌تر است.
هر دو آلیاژ خود را با لایه‌های اکسید نازک-خود ترمیم شونده محافظت می‌کنند و به طور موثر در برابر کلرید-استرس ناشی از خوردگی{2}}ترک خوردگی - ایمن هستند، حالت شکست که فولادهای زنگ نزن آستنیتی مانند 316L در آب دریا را محدود می‌کند. نرخ خوردگی یکنواخت گزارش شده برای هر دو ماده بسیار پایین است. Monel 400 معمولاً کمتر از 0.025 میلی متر در سال در جریان آب دریا است، با مقادیر منتشر شده معمولاً در محدوده 0.002-0.013 میلی متر در سال. Cupronickel 90/10 نرخ خوردگی عمومی را در حدود 0.002-0.008 میلی متر در سال در آب طبیعی آرام دریا نشان می دهد. برای وظیفه آب دریا{17} یکسان، این دو تقریباً معادل هستند.
تفاوت زمانی ظاهر می شود که محیط کمتر ایده آل شود. Monel 400 جریان سریع و آب گرم دریا را تحمل می کند، در شرایط کاهشی در برابر اسیدهای هیدروفلوئوریک و سولفوریک مقاومت می کند و آلودگی سولفید را بسیار بهتر از آلیاژهای{2} بر پایه مس کنترل می کند. Cupronickel 90/10 به آمونیاک حساس است و می‌تواند در آبهای راکد آلوده یا بدون هوادهی-حفره‌های ناشی از سولفید ایجاد کند. هر دو آلیاژ می توانند حفره های موضعی، حمله شکاف یا خوردگی تحت تأثیر میکروبیولوژیک (MIC) را در زیر رسوبات در مناطق جریان کم تجربه کنند. طراحی برای جریان و تمیزی به اندازه انتخاب آلیاژ اهمیت دارد.
کدام آلیاژ با سرعت های بالاتر جریان آب دریا مقابله می کند؟
Monel 400 در سرعت های جریان بالا به شدت برتر است. لایه محافظ آن در برابر فرسایش{2}}مقاومت در برابر خوردگی بسیار فراتر از محدودیت‌های عملی کوپرونیکل مقاومت می‌کند: کوپرونیکل 90/10 باید به طور محافظه‌کارانه به حدود 3.5 متر بر ثانیه در آب دریای تمیز محدود شود (با 1.8 تا 2.5 متر بر ثانیه نوار طراحی توصیه‌شده)، در حالی که Monel 400 در مواردی که داده‌ها و مکان‌های متفاوتی به طور معمول منتشر می‌شوند، گزارش می‌شود. خوردگی حتی در دبی بسیار بالا.
هر آلیاژ موجود در آب دریا دارای یک "سرعت گسست" است: بالاتر از یک سرعت بحرانی، فیلم محافظ سریعتر از آن چیزی که بتواند اصلاح شود جدا می شود و فرسایش-خوردگی (حمله برخورد) شروع می شود. برای cupronickel 90/10، راهنمایی صنعت سرعت طراحی حدود 1.8-2.5 متر بر ثانیه و حداکثر محافظه کارانه حدود 3.5 متر بر ثانیه در آب دریا تمیز را توصیه می کند، با برخی از کدها تا حدود 4.5 متر بر ثانیه در سرویس متناوب اجازه می دهد. کمتر از حدود 1 متر بر ثانیه، کوپرونیکل به محافظت در برابر ته نشین شدن رسوبات و خوردگی زیر رسوب{10} نیاز دارد.
Monel 400 محدودیت سرعت عملی قابل مقایسه در آب دریای تمیز ندارد. این یک انتخاب استاندارد برای خطوط تخلیه پمپ، پروانه‌ها، تریم سوپاپ و ورودی‌های لوله است که در آن سرعت و آشفتگی زیاد است. آزمایش برخورد مایع (ASTM G73) نشان می‌دهد که Monel 400 60 تا 75 درصد مواد کمتری نسبت به فولاد ضد زنگ 316L در شرایط برخورد معادل از دست می‌دهد، و داده‌های منتشر شده از خوردگی آب دریا حتی در سرعت‌های جریان نزدیک به 30 متر بر ثانیه گزارش می‌دهند. در جایی که سرعت طراحی بیش از 3.5 متر بر ثانیه است، Monel 400 پاسخ متالورژیکی مطمئن تری است.
کدام آلیاژ در برابر رسوب زیستی دریایی بهتر مقاومت می کند؟
Cupronickel 90/10 آلیاژ معیار مقاومت در برابر رسوب زیستی است. سطح غنی از مس- آن به طور مداوم یون‌های مس را در لایه مرزی آزاد می‌کند و به طور طبیعی بدون دوز شیمیایی مانع از ماهی‌ها، صدف‌ها و جلبک‌ها می‌شود. Monel 400 همچنین از محتوای مس 28 تا 34 درصدی خود بهره می برد و به وضوح از فولاد ضد زنگ و تیتانیوم بهتر عمل می کند، اما کوپرونیکل 90/10 انتخاب قوی تر و مقرون به صرفه تر در زمانی که کنترل رسوب در اولویت است، باقی می ماند.
رسوب زیستی - نشست ارگانیسم های دریایی بر روی سطوح خیس شده - لوله کشی را مسدود می کند، سطوح انتقال حرارت را عایق می کند-و رسوباتی را ایجاد می کند که در زیر آنها خوردگی موضعی شروع می شود. آلیاژهای مس در برابر رسوب مقاومت می کنند زیرا مقادیر کمی یون مس بیوسیدال (Cu⁺ و Cu2+) را در لایه آب کنار فلز آزاد می کنند. Cupronickel 90/10، با تقریباً 88-90٪ مس، قوی‌ترین آلیاژ ضد رسوب طبیعی در کاربردهای معمول دریایی است. برای لوله های اصلی آتش نشانی و کندانسور دقیقاً به این دلیل است که سوراخ ها تمیز می مانند و جریان و انتقال حرارت برای چندین دهه پایدار می مانند.
مس 28 تا 34 درصد Monel 400 قابلیت ضد رسوب قابل اندازه گیری را به آن می دهد - بهتر از فولاد ضد زنگ یا تیتانیوم - اما کمتر از مس نیکل. در آب گرم، راکد، یا غنی از مواد مغذی{6}، خطر رسوب زیستی و MIC روی مونل افزایش می‌یابد و سرعت جریان، کلرزنی یا تمیز کردن همچنان مورد نیاز است. هیچ یک از آلیاژها نیاز به طراحی خوب سیستم را برطرف نمی کنند. هر دو از جریان پیوسته بالاتر از حداقل سرعت بهره می برند.
کدام آلیاژ انتقال حرارت بهتری را در مبدل های حرارتی ارائه می دهد؟
Cupronickel 90/10 به طور قاطعی در انتقال حرارت پیروز می شود. رسانایی حرارتی آن در حدود 40 تا 50 W/(m·K) تقریباً دو برابر Monel 400 ~ 22 W/(m·K) است، بنابراین برای کار تبادل حرارتی یکسان، لوله‌های مسی نیکل به مساحت سطح کمتری - نیاز دارند یا گرمای بیشتری را - نسبت به لوله‌های Monelomet انتقال می‌دهند.
رسانایی حرارتی میزان آسانی حرکت گرما را در دیواره فلزی اندازه گیری می کند و این مهم ترین ویژگی برای انتخاب لوله مبدل{0}}حرارت است. جدول 2 هر دو آلیاژ را در زمینه قرار می دهد: کوپرونیکل 90/10 تقریباً دو برابر مونل 400 گرما را هدایت می کند و هر دو از فولاد ضد زنگ عملکرد بهتری دارند.
|
مواد |
هدایت حرارتی معمولی (W/(m·K)، ~20-25 درجه) |
|
Cupronickel 90/10 (C70600) |
40-50 (معمولی ~45) |
|
Cupronickel 70/30 (C71500) |
~29 |
|
Monel 400 (N04400) |
~21.8 |
|
فولاد ضد زنگ 316 |
~16 |
جدول 2. هدایت حرارتی معمول آلیاژهای مبدل حرارتی{1}}. منابع: داده های CDA (انجمن توسعه مس) و برگه های آلیاژ منتشر شده.
در طراحی مبدل{0}}گرما، رسانایی بالاتر به معنای بسته‌های کوچک‌تر، پوسته‌های سبک‌تر و هزینه کمتر برای همان وظیفه است. ضد رسوب طبیعی کوپرونیکل 90/10 یک مزیت دوم را اضافه می کند: سطوح تمیز انتقال حرارت را در طول زمان حفظ می کنند و ضریب رسوب را پایین نگه می دارند. به همین دلیل است که لوله‌های کوپرونیکل 90/10 بر کندانسورهای نیروگاه، خنک‌کننده‌های دریایی و کارخانه‌های نمک‌زدایی نیروگاه‌های برق ساحلی تسلط دارند.
یک هشدار مهم وجود دارد. در جاهایی که آب خنک کننده با سرعت بسیار بالا، گل و لای-مبارزه یا آلوده است، مقاومت در برابر خوردگی و استحکام بالاتر Monel 400 در برابر فرسایش-و استحکام بالاتر (به دیواره های لوله نازک تر) می تواند رسانایی کمتر آن را جبران کند. در کار شدید، افزایش قابلیت اطمینان می‌تواند-میزان جریمه سطح- را توجیه کند، اما برای جریان اصلی اقتصادی مبدل‌های حرارتی آب دریا، کوپرونیکل 90/10 پاسخ استاندارد است.
خواص مکانیکی آنها چگونه مقایسه می شود؟
Monel 400 تقریباً 1.5 تا 2 برابر قوی‌تر از کوپرونیکل 90/10 آنیل شده است و به دیواره‌های نازک‌تر، لوله‌کشی سبک‌تر و فشار طراحی بالاتر اجازه می‌دهد. Cupronickel 90/10 نرم‌تر و انعطاف‌پذیرتر است که شکل‌دهی، خمش و ماشینکاری آن را آسان‌تر می‌کند.
|
دارایی (معمولی، بازپخت شده) |
Monel 400 (N04400) |
Cupronickel 90/10 (C70600) |
|
استحکام کششی (MPa) |
483–655 |
~276–380 |
|
قدرت تسلیم، 0.2٪ افست (MPa) |
172–345 |
~100–140 |
|
ازدیاد طول (%) |
35–50 |
30–40 |
|
مدول الاستیسیته (GPa) |
~179 |
~124 |
|
چگالی (g/cm³) |
8.80 |
8.94 |
|
محدوده ذوب (درجه) |
1300–1350 |
1170–1240 |
جدول 3. خواص مکانیکی و فیزیکی آنیل شده معمولی. منابع: ASTM B164، ASTM B466 و برگه های آلیاژ منتشر شده.
Monel 400 همچنین می تواند به طور قابل توجهی با کار سرد تقویت شود، به همین دلیل است که برای شفت پمپ، پروانه، و میل سوپاپ که باید تحمل ابعادی را تحت بار داشته باشند، ترجیح داده می شود. استحکام پایین‌تر Cupronickel 90/10 به ندرت محدودیتی برای لوله‌کشی در فشارهای متوسط است - برنامه‌های لوله استاندارد فشارهای طراحی معمولی را به راحتی مدیریت می‌کنند، اما طراحی‌های حیاتی با دیوار نازک، دیواره{{7}بالا{7}یا وزن-، تعادل را به سمت Boulthugh برای همه دماهای پایین 40 تغییر می‌دهند. سرویس آب سرد{10} و برودتی.
کدام آلیاژ در طول چرخه عمر دارایی مقرون به صرفه‌تر است؟
Cupronickel 90/10 به طور چشمگیری ارزانتر است - معمولاً چندین برابر کمتر از Monel 400 - در هر کیلوگرم زیرا نیکل که 63 تا 70 درصد از Monel 400 را تشکیل می دهد، در طول تاریخ تقریباً 3 تا 4 برابر قیمت مس معامله شده است. برای وظایف معمول آب دریا، کوپرونیکل برنده اقتصادی آشکار است. Monel 400 فقط در سرویس‌های بحرانی،{12}}سرعت بالا یا تهاجمی حق بیمه خود را پس می‌دهد که خرابی زودهنگام بسیار بیشتر از خود مواد هزینه داشته باشد.
قیمت مواد محتوای فلز را دنبال می کند. مونل 400 تقریباً 65 درصد نیکل است و نیکل در طول تاریخ با حدود 3 تا 4 برابر قیمت مس معامله شده است. کوپرونیکل 90/10 تقریباً 10٪ نیکل و 88-90٪ مس است. در نتیجه، فهرست‌های بازار به طور مداوم صفحه و لوله Monel 400 را چندین برابر قیمت هر کیلوگرم کوپرونیکل 90/10 نشان می‌دهند. مضرب های دقیق با قیمت های بورس فلزات لندن (LME) حرکت می کنند، بنابراین هر تصمیم خرید باید بر اساس قیمت های فعلی باشد.
با این حال، قیمت خرید تمام ماجرا نیست. در سرویس‌های شدید - با سرعت بالا، آب آلوده، ناراحتی‌های مکرر - Monel 400 فواصل بازرسی طولانی‌تر، خرابی‌های کمتر و هزینه‌های تمیز کردن و خرابی کمتری را ارائه می‌دهد که می‌تواند هزینه کل مالکیت آن را رقابتی یا در طول عمر دارایی 20 تا 30 سال کاهش دهد. در سرویس ملایم، کوپرونیکل 90/10 در حال حاضر با کسری از هزینه نصب شده عمر مورد نیاز را برآورده می کند. واقعیت مهندسی: ارزان‌ترین آلیاژ آلیاژی است که با کمترین هزینه کل مالکیت، نیازمندی‌های عمر مفید را برآورده می‌کند، نه آلیاژی که کمترین قیمت خرید را دارد.
چگونه آنها را در ساخت، جوشکاری و ماشینکاری مقایسه می کنند؟
هر دو آلیاژ با روش های مناسب و تطبیق فلزات پرکننده به خوبی جوش داده و ساخته می شوند. Cupronickel 90/10 آسان‌تر برای ماشینکاری، شکل‌دهی و جوشکاری سرد- است زیرا نرم‌تر است. Monel 400 به ابزار قوی‌تر و کنترل گرمای{5} محکم‌تر نیاز دارد، اما این یک ماده استاندارد-در ساخت دریایی است.
- جوش - Monel 400:مونل 400 با نیکل-مواد مصرفی مسی - AWS ERNiCu-۷ سیم برای الکترودهای GTAW/GMAW و AWS ENiCu-7 برای SMAW - با سطوح تمیز و ورودی حرارت کنترل‌شده، جوش داده شده است.
- جوشکاری - کوپرونیکل 90/10:Cupronickel 90/10 با مس-مواد مصرفی نیکل - سیم AWS ERCuNi برای الکترودهای GTAW/GMAW و AWS ECuNi برای SMAW - با استفاده از ورودی حرارت کم و گاز پشتی برای محافظت از ریشه جوش جوش داده می‌شود.
- ماشینکاری:Cupronickel 90/10 نرم است و می تواند در زیر ابزار "صمغی" شود. ابزارهای تیز و زوایای چنگک مثبت نتایج تمیزی را ارائه می دهند. کار مونل 400-به سرعت سخت می‌شود و به تنظیمات سخت‌تر، سرعت پایین‌تر و خنک‌کننده نیاز دارد.
- شکل دهی سرد:Cupronickel 90/10 دارای قابلیت خم شدن عالی است و به طور معمول به عنوان لوله نازک-دیوار خم شده عرضه می شود. Monel 400 به خوبی شکل می گیرد اما به نیروی بیشتر و شعاع خمش بزرگتر نیاز دارد.
- استانداردهای فرم محصول-:Monel 400: ASTM B127 (صفحه/ورق)، B164 (میله/میله/سیم)، B165 (لوله/لوله بدون درز)، B564 (فرجینگ). Cupronickel 90/10: ASTM B466/B466M (لوله/لوله بدون درز)، B467 (لوله جوش داده شده)، B111 (لوله مبدل کندانسور و حرارت)، B171 (صفحه)، B151 (میله)، B552 (لوله نمک‌زدایی).
کدام آلیاژ برای لوله کشی آب دریا بهتر است؟
برای اکثر لوله‌کشی‌های آب دریا روی کشتی و کارخانه - آب خنک‌کننده، بالاست، آب‌شکن و آتش‌نشانی با سرعت‌های معمولی، - cupronickel 90/10 پیش‌فرض صنعت-استاندارد، مقرون‌به‌صرفه-با سابقه خدمات چند دهه است. زمانی که سرعت طراحی بیش از حد مجاز نیکل است، زمانی که کیفیت آب ضعیف یا متغیر است، زمانی که طراحی دیوار نازک-فشار بالا{10}}در وزن صرفه‌جویی می‌کند، یا زمانی که هزینه‌های خرابی بسیار زیاد است، Monel 400 را مشخص کنید.
Cupronickel 90/10 گسترده ترین درجه مشخص شده برای لوله کشی آب دریا در سراسر جهان است. ضد رسوب طبیعی آن خطوط اصلی آتش سوزی و خطوط خنک کننده را تمیز نگه می دارد، میزان خوردگی آن در آب دریای تمیز ناچیز است و هزینه نصب آن کسری از Monel 400 است. هر زمان که آب دریا تمیز و سرعت‌های تقریباً 3.5 متر بر ثانیه وظیفه را توصیف کنند، پاسخ درستی است.
Monel 400 در جایی انتخاب می‌شود که کورونیکل در معرض خطر باشد: خطوط تخلیه با سرعت بالا و قطعات داخلی پمپ، پروانه‌ها، تزئینات سوپاپ، شفت و اتصال دهنده‌ها در سیستم‌های حیاتی. آب آلوده و حاوی سولفید را تحمل می‌کند، غیر مغناطیسی است (در نزدیکی ناوبری و ابزار دقیق ارزشمند است)، و استحکام بالاتر آن باعث می‌شود دیوارهای نازک‌تر و سیستم‌های سبک‌تر شوند. جدول 4 منطق تصمیم گیری را خلاصه می کند.
|
انتخاب راننده |
کوپرونیکل 90/10 را انتخاب کنید |
Monel 400 را انتخاب کنید |
|
کیفیت آب |
آب دریا تمیز و هوادهی شده |
آلوده، دارای سولفید-با کیفیت متغیر |
|
سرعت طراحی |
کمتر یا مساوی ~3.5 متر بر ثانیه |
سرعت بالا، برخورد، خطر کاویتاسیون |
|
فشار و وزن |
برنامه های استاندارد، فشار متوسط |
دیوار نازک-فشار بالا-وزن- بحرانی |
|
کنترل رسوب |
آبهای مستعد رسوب زیستی-(بهترین ضد رسوب) |
همچنین خوب؛ MIC{0}}سیستم‌های حیاتی |
|
انتقاد پذیری |
سیستم‌های روتین، حساس به بودجه- |
ایمنی-بسیار حیاتی، از کار افتادن- حیاتی است |
|
بودجه |
هزینه نصب کمتر |
هزینه بالاتر؛ عمر طولانی تر در وظایف شدید |
جدول 4. راهنمای تصمیم گیری برای کاربردهای لوله کشی آب دریا.
کدام آلیاژ برای لوله های مبدل حرارتی بهتر است؟
Cupronickel 90/10 پیش‌فرض و مقرون به صرفه‌ترین انتخاب برای لوله‌های مبدل و کندانسور آب دریا است: تقریباً دو برابر رسانایی حرارتی Monel 400 را با بهترین ضد رسوب طبیعی ترکیب می‌کند، بنابراین مبدل‌ها کوچک‌تر، تمیزتر و کارآمدتر می‌مانند. لوله Monel 400 در مواردی مشخص می‌شود که-سرعت یا تهاجمی آب خنک‌کننده بیش از حد نیکل نیکل باشد، یا جایی که نازک-استحکام دیواره و حاشیه خوردگی هزینه را توجیه می‌کند.
اقتصاد مبدل حرارتی-با هدایت حرارتی و عامل رسوب هدایت می‌شود. Cupronickel 90/10 بالاترین امتیاز را در هر دو کسب می کند: گرما را تقریباً دو برابر Monel 400 هدایت می کند و به طور طبیعی در برابر رسوب مقاومت می کند، بنابراین بسته ها در طول چندین دهه فشرده و کارآمد باقی می مانند. این ماده لوله استاندارد برای کندانسورهای نیروگاه{6}}ساحلی، خنک‌کننده‌های دریایی و نیروگاه‌های نمک‌زدایی است که در برابر ASTM B111 و B552 مشخص شده است.
لوله‌های Monel 400 در اقلیت مبدل‌هایی ظاهر می‌شوند که وظیفه آنها بیشتر از پوشش کوپرونیکل است: آب خنک‌کننده با سرعت بسیار بالا در ورودی‌های لوله، آب آلوده یا گل‌آلود-آب مملو از-یا طرح‌های با فشار بالا که در آن استحکام Monel اجازه می‌دهد دیواره‌های نازک‌تر و بالاتر. همچنین در مبدل‌های خدمات شیمیایی که ممکن است اسید هیدروفلوئوریک یا سولفوریک وجود داشته باشد، انتخاب می‌شود. به عنوان یک قانون کلی: اگر آب دریا تمیز با سرعت کمتر از 3.5 متر بر ثانیه وظیفه شما را توصیف می کند، کوپرونیکل 90/10 تقریباً همیشه ماده مناسب لوله است. تنها زمانی به Monel 400 بروید که سرعت، آلودگی یا فشار آن را رد کند.
Monel 400 vs Cupronickel 90/10
جدول 5 هر مقایسه در این راهنما را در یک مرجع قابل استخراج ادغام می کند.
|
اموال |
Monel 400 (UNS N04400) |
Cupronickel 90/10 (UNS C70600) |
مزیت |
|
تعیین سازمان ملل |
N04400 |
C70600 |
- |
|
خانواده آلیاژی |
نیکل-مس |
مس-نیکل |
- |
|
فلز پایه |
نیکل (63-70%) |
مس (~88-90%) |
- |
|
هدایت حرارتی |
~22 W/(m·K) |
~40–50 W/(m·K) |
کوپرونیکل 90/10 |
|
استحکام کششی (بازپخت) |
483-655 مگاپاسکال |
~ 276-380 مگاپاسکال |
مونل 400 |
|
قدرت تسلیم (بازپخت) |
172-345 مگاپاسکال |
100-140 مگاپاسکال |
مونل 400 |
|
ازدیاد طول |
35–50% |
30–40% |
مونل 400 |
|
خوردگی در جریان تمیز آب دریا |
<0.025 mm/yr |
0.002-0.008 میلی متر در سال |
معادل |
|
مقاومت SCC کلرید |
مصون |
مصون |
معادل |
|
حداکثر سرعت جریان آب دریا |
بسیار بالا؛ در اکثر مراجع هیچ محدودیتی برای آب تمیز{0}} وجود ندارد |
~3.5 متر بر ثانیه پیوسته |
مونل 400 |
|
مقاومت در برابر رسوب زیستی |
خوب (مس-بردار) |
عالی (بهترین در کلاس) |
کوپرونیکل 90/10 |
|
آب آلوده / حاوی سولفید{0} |
تحمل خوب |
حساس |
مونل 400 |
|
انتقال حرارت |
متوسط |
عالی |
کوپرونیکل 90/10 |
|
هزینه مواد نسبی |
بالا (چند × مس نیکل) |
کم – متوسط |
کوپرونیکل 90/10 |
|
محصولات معمولی |
شفت‌ها، پروانه‌ها، روکش سوپاپ‌ها،-خطوط با سرعت بالا |
لوله کشی، شبکه اصلی آتش نشانی، کندانسور و لوله های مبدل حرارتی{0}، نمک زدایی |
- |
جدول 5. مقایسه تلفیقی مونل 400 در مقابل کوپرونیکل 90/10 -. ارزش ها داده های معمولی منتشر شده برای مواد آنیل شده هستند. بررسی در برابر گزارش های آزمایش آسیاب فعلی برای محصولات خاص.
سوالات متداول
Q1. آیا مونل 400 همان کوپرونیکل است؟
مونل 400 (UNS N04400) یک آلیاژ مس نیکل با تقریباً 63 تا 70 درصد نیکل و 28 تا 34 درصد مس است. Cupronickel 90/10 (UNS C70600) یک آلیاژ مس{12}نیکل با تقریباً 88-90٪ مس و 9-11٪ نیکل است. فلز پایه متفاوت است، استحکام، هدایت حرارتی، هزینه و کاربردهای معمولی نیز متفاوت است.
Q2. کدام یک برای آب دریا بهتر است: Monel 400 یا Cupronickel 90/10؟
بستگی به وظیفه دارد. برای آب دریای تمیز با سرعت جریان معمولی، مس نیکل 90/10 معمولاً ارزش بهتری دارد: هزینه کمتر، هدایت حرارتی تقریباً دو برابر، و مقاومت در برابر رسوب زیستی عالی. Monel 400 در جاهایی که سرعت زیاد است، آب آلوده است، یا استحکام و قابلیت اطمینان در شرایط ناآرام حیاتی است، بهتر است.
Q3. چرا مونل 400 اینقدر گرونه؟
مونل 400 حاوی 63 تا 70 درصد نیکل است و نیکل معمولاً تقریباً 3 تا 4 برابر قیمت مس معامله می شود. از آنجایی که کوپرونیکل 90/10 بیشتر مس است، هزینه مواد اولیه آن بسیار کمتر است. به ازای هر کیلوگرم، Monel 400 معمولاً چندین برابر بیشتر از کوپرونیکل 90/10 هزینه دارد.
Q4. آیا می توان از کوپرونیکل 90/10 در سرعت های بالای آب دریا استفاده کرد؟
بله، در محدوده. سرعت طراحی پیشنهادی حدود 1.8-2.5 متر بر ثانیه، با حداکثر محافظه کارانه حدود 3.5 متر بر ثانیه در آب دریا تمیز است. بالاتر از آن، خوردگی{5}}فرسایشی (حمله برخوردی) می‌تواند لایه محافظ را کنده و باعث از بین رفتن سریع فلز شود.
Q5. آیا مونل 400 در آب دریا خورده می شود؟
به سختی، در شرایط عادی. نرخ خوردگی یکنواخت در جریان آب دریا معمولاً کمتر از 0.025 میلی متر در سال، اغلب 0.002-0.013 میلی متر در سال است. با این حال، مانند کورونیکل، ممکن است در آب های راکد، آلوده، یا دارای سولفید{5}} دچار حفره یا شکاف موضعی شود. جریان خوب و طراحی سیستم از این امر جلوگیری می کند.
Q6. کدام آلیاژ برای لوله‌های مبدل گرمای آب دریا-استفاده می‌شود؟
Cupronickel 90/10 رایج‌ترین انتخاب برای کندانسور آب دریا و لوله‌های مبدل حرارتی{2}}به دلیل هدایت حرارتی بالا و ضد رسوب طبیعی آن است. Monel 400 برای وظایف-سرعت بالا، آلوده، یا فشار زیاد- که از حد مساوی نیکل فراتر می رود، رزرو شده است.
