PTFE熱交換器は海水熱交換義務においてアルミニウム青銅とどのように比較されますか?

何十年にもわたって海水を供給してきたアルミニウム青銅

アルミニウム青銅は、5～11% のアルミニウムを含み、鉄、ニッケル、マンガンが添加された銅{0}}合金です。この合金は、海水による腐食に耐える酸化アルミニウムの保護膜を形成します。また、膜は損傷しても自己修復します。-きれいな海水での腐食速度は通常、年間 0.025 mm 未満であり、一般的なチューブ肉厚の場合、耐用年数は 20 ～ 30 年です。

アルミニウム青銅は、十分な耐食性と高い熱伝導率、そして適度なコストを兼ね備えているため、海水熱交換器に使用されています。熱伝導率は約60W/m・KとPTFEの約240倍です。伝導率が高いということは、アルミニウム青銅製熱交換器がコンパクトで比較的安価であることを意味します。

アルミニウム青銅の限界は、高い流速でのエロージョン{0}腐食と、汚染された海水中での硫化物の攻撃を受けやすいことです。海水使用の場合、浸食-腐食の限界は通常 1.5 ～ 2.5 m/s で、これを超えると保護フィルムが機械的に除去され、腐食速度が急激に増加します。硫化物による攻撃は、海水に硫化水素が含まれる場合に発生します。硫化水素は、汚染された港や河口でよく見られます。硫化物は合金内の銅と反応して硫化銅を形成しますが、これは保護効果がありません。

腐食メカニズムを排除する PTFE

PTFE は、使用範囲内のあらゆる濃度および温度で海水に対して耐性があります。材料は腐食せず、耐用年数は化学的攻撃ではなく機械的要因によって決まります。 PTFE は、高い流速でのエロージョン-腐食の影響を受けにくく、硫化物や塩化物による攻撃を受けません。

腐食メカニズムの排除が、アルミニウム青銅では破損する可能性がある海水用途に PTFE が指定される主な理由です。 PTFE ユニットは、アルミニウム青銅の耐用年数を制限する浸食-や硫化物の攻撃を発生させず、伝熱性能は耐用年数全体にわたり安定しています。

熱伝導率のギャップ

アルミニウム青銅の熱伝導率は約 60 W/m・K であるのに対し、PTFE の熱伝導率は 0.25 W/m・K です。比率は約 240:1 です。

30 度の海水で 100 kW を排除する熱交換器の場合、全熱伝達係数 1,000 W/m2・K と対数平均温度差 20 度に基づいて、アルミニウム青銅ユニットには約 5 m2 の表面積が必要です。同じ用途の PTFE ユニットには、全体の係数 200 W/m・K と同じ温度差に基づいて、約 25 m² の表面積が必要です。

PTFEユニットはアルミニウム青銅ユニットよりも5倍大きいです。サイズが大きくなると、資本コスト、床面積、および流体の体積が増加します。熱流束が低いとチューブの壁の温度が下がり、これはプロセスにとって有益ですが、表面積が大きいと堆積物の表面も広くなり、洗浄に時間がかかります。

アルミニウム青銅の侵食-腐食限界

エロージョン-コロージョン限界とは、アルミニウム青銅上の保護膜が機械的に除去され、腐食速度が急激に増加する流速です。制限は合金組成、海水の化学的性質、およびチューブの形状によって異なります。

きれいな海水中での標準的なアルミニウム青銅の浸食{0}腐食限界は通常 1.5～2.5 m/s です。この速度を超えると、腐食速度が 5 ～ 10 倍に増加する可能性があり、耐用年数は 20 ～ 30 年から 3 ～ 5 年に短縮されます。

エロージョン-コロージョンの限界は、アルミニウム青銅製熱交換器の重要な設計パラメータです。チューブ-側の速度は制限値以下に維持する必要があり、これにはチューブの直径を大きくするか、流量を低くする必要がある場合があります。チューブ直径が大きくなると、熱交換器のサイズが増加し、資本コストが増加します。

PTFE には、同じ意味での侵食-腐食の限界がありません。この材料には保護フィルムがないため、保護フィルムを機械的に除去することはできません。 PTFE 熱交換器は、エロージョン-腐食のリスクを伴うことなく、より高い流速で動作できるため、設計の柔軟性が高まります。

アルミニウム青銅への硫化物攻撃

硫化物による攻撃は、海水に硫化水素が含まれている場合に発生します。硫化水素は、汚染された港、河口、工業排水地域でよく見られます。硫化物はアルミニウム青銅中の銅と反応して硫化銅を形成しますが、これは保護効果がありません。腐食速度は急激に増加し、耐用年数は 20 ～ 30 年から 1 ～ 3 年に短縮されます。

硫化物の攻撃は、流速が遅く硫化物濃度が高い、チューブの端部とチューブとチューブシートの接合部で始まる局所的な現象です。{0}{1}この攻撃は孔食として現れ、チューブ壁を貫通して漏れを引き起こします。

PTFE は硫化物による攻撃を受けません。この材料は、使用範囲内のすべての濃度および温度で硫化水素に対して耐性があります。これが、汚染された港や河口での海水供給に PTFE が指定されている主な理由です。

海水熱交換における 2 つの材料の比較

次の表は、30 度、きれいな海水、流速 1.5 m/s での海水熱交換サービスにおける PTFE およびアルミニウム青銅熱交換器の性能とコスト特性をまとめたものです。

5 年間の総コスト値は、1 時間あたり 600 ドルの生産価値を想定しており、5 年間にわたる資本コスト、設置コスト、メンテナンス コストが含まれています。硫化物-汚染のケースでは、アルミニウム青銅ユニットの熱交換器を 5 年間で 1 回交換することを想定しています。

アルミニウム青銅がより良い選択である場合

いくつかの特定の用途では、アルミニウム青銅がより良い選択となります。

きれいな海水サービス。海水がきれいで、流速が浸食{0}腐食の限界を下回る場合、アルミニウム青銅はより低い資本コストで優れた性能を発揮します。

低速サービス。-流速が 1.5 m/s 未満の場合、エロージョン-腐食のリスクは低いため、アルミニウム青銅がより良い選択となります。

スペースに制約のある設置-。利用可能なスペースが非常に限られている場合、より小型のアルミニウム青銅ユニットが唯一の実現可能な選択肢となる可能性があります。 PTFE ユニットには 5 倍の表面積が必要となり、利用可能なスペースに収まらない可能性があります。

高圧サービス。-アルミニウム青銅は PTFE よりも機械的強度が高く、高圧に耐えることができます。 10 bar を超える圧力で海水に使用する場合、アルミニウム青銅が唯一の実行可能な選択肢となる可能性があります。

PTFE がより良い選択である場合

いくつかの特定の用途では PTFE が適しています。

硫化物-で汚染された海水。PTFE は硫化に対して耐性がありますが、アルミニウム青銅は侵されます。汚染された港や河口での海水サービスには、PTFE がより良い選択です。

高速サービス。-PTFE には浸食{0}腐食の限界がないため、高い流速での使用に適しています。

サーマルサイクリングサービス。PTFEはアルミニウム青銅よりも耐熱衝撃性に優れているため、温度変化が頻繁な用途に適しています。

修理可能なサービス。PTFE 熱交換器は資格のある技術者によって現場で修理できるため、ダウンタイムと生産ロスが削減されます。

汚染された海水中での長寿命要件。海水が汚染されており、熱交換器の耐用年数が 10 年以上であると予想される場合には、化学的攻撃に長期間耐えられる PTFE がより良い選択肢となります。

耐用年数を延ばす設計機能

いくつかの設計特徴により、海水使用における PTFE 熱交換器とアルミニウム青銅熱交換器の耐用年数が延長されます。

流速制御。流速をエロージョン-腐食限界以下に維持すると、アルミニウム青銅の腐食速度が減少します。

硫化物のモニタリング。海水中の硫化物濃度を監視することで、硫化物濃度がしきい値を超えた場合、オペレーターは別の冷却源に切り替えることができます。

陰極防食。犠牲陽極または印加電流陰極保護システムにより、アルミニウム青銅の腐食速度を低減できます。

-清掃規定を整備する。洗浄液の供給と戻りの接続により、熱交換器を分解せずに洗浄できるため、ダウンタイムと生産ロスが削減されます。

温度監視。熱交換器の入口と出口の温度センサーにより熱伝達性能を監視できるため、汚れや劣化を早期に検出できます。

海水熱交換の仕様パラメータ

海水熱交換用の PTFE およびアルミニウム青銅熱交換器を評価する機器エンジニアは、サプライヤーに次のパラメータを確認する必要があります。

海水の化学。塩化物濃度、硫化物濃度、その他の汚染物質を指定します。

動作温度。最大動作温度と予想される温度プロファイルを指定します。

流速。アルミニウム青銅の最大流速とエロージョン{0}}腐食の限界を指定します。

作動圧力。最高使用圧力をご指定ください。

熱負荷と表面積。材料オプションごとに熱負荷と必要な表面積を指定します。

スペースの制約。利用可能なスペースと最大許容フットプリントを指定します。

メンテナンス能力。現場で熱交換器を修理する能力を含む、施設のメンテナンス能力を指定します。

耐用年数要件。予想される耐用年数と交換スケジュールを指定します。

海水使用条件に合わせた材質選択

海水熱交換における PTFE 熱交換器とアルミニウム青銅熱交換器のどちらを選択するかは、海水の化学的性質、流速、スペースの制約、耐用年数の要件によって異なります。アルミニウム青銅は熱伝導率が高く、必要な表面積が少なくて済みますが、侵食-や硫化物の攻撃を受けやすいです。 PTFE は熱伝導率が低く、より多くの表面積を必要としますが、あらゆる海水汚染物質と流速に対して耐性があります。

選択の決定は、資本コスト、設置コスト、メンテナンス コスト、生産損失のリスクを組み込んだ施設固有の分析に基づいて行う必要があります。{0}これらのコスト要素を含む単純なスプレッドシート モデルは、意思決定を行うために必要な情報を提供します。

熱交換器のオプションを評価する海水熱交換施設の場合、材料の選択は、資本コストや熱性能だけでなく、予想される耐用年数にわたる総所有コストに基づいて行う必要があります。資本コストが低いアルミニウム青銅ユニットは、海水が汚染され、ユニットを頻繁に交換する必要がある場合、生涯コストが高くなる可能性があります。

海水熱交換またはその他の腐食サービス用の PTFE 熱交換器の仕様を評価する機器エンジニアおよび調達専門家は、海水の化学的性質、動作温度、流速、動作圧力、およびスペース制約をカバーする設計レビューを要求して、材料の選択が施設の実際の使用条件およびコスト構造に適合していることを確認できます。