Роль труб из медного сплава в теплообменном оборудовании
В кожухо-и-трубчатом теплообменнике трубы несут наибольший тепловой поток и подвергаются наибольшему воздействию агрессивной среды, поэтому материал трубок определяет как термическую нагрузку, так и срок службы агрегата. ASTM B111/B111M — это спецификация, используемая во всем мире для бесшовных труб из меди и медных сплавов для конденсаторов, испарителей и теплообменников. Трубы изготавливаются путем горячей обработки литой заготовки, а затем холодной вытяжки, отжига, правки и финишной обработки, что позволяет получить плотную стенку-без пор и гладкое отверстие, устойчивое к загрязнению и образованию окалины-.
Это семейство продуктов используется в конденсаторах пара, охладителях нефтеперерабатывающих заводов, нагревателях питательной воды котлов, холодильных конденсаторах и опреснительных установках. Поскольку стенка трубы одновременно является границей давления и барьером для коррозии, спецификация фиксирует химический состав, температуру, допуски на размеры и требования к механическим испытаниям, а не оставляет их на усмотрение отдельных поставщиков.
Выбор сплава для различных охлаждающих вод
| номер УНС | Общее имя | Типичное состояние воды | Основной риск, подлежащий контролю |
|---|---|---|---|
| C12200 | Фосфор-раскисленная медь (DHP) | Чистая пресная вода, пар, конденсат | Эрозия на высокой скорости, атака аммиака |
| C44300 | Мышьяковистая адмиралтейская латунь | Чистая пресная и солоноватая вода | Обесцинкование, коррозионное растрескивание под напряжением |
| C68700 | Алюминий латунь | Чистая морская вода на умеренной скорости | Ударная атака, коррозия отложений |
| C70600 | Медно-никель 90/10 | Морская вода, солоноватая вода, высокий расход | Загрязнение сульфидами и аммиаком |
| C71500 | Медно-никель 70/30 | Морская вода с высокой скоростью, загрязненная вода | Неправильное содержание железа, плохая чистота. |
Как правило, чем более соленой и загрязненной охлаждающая вода, тем большее содержание никеля следует указывать. Алюминиевая латунь является экономичным выбором для чистой морской воды, а медно-никелевый сплав используется там, где абразивное воздействие песка, хлориды или остаточный аммиак делают латунные сплавы уязвимыми.
Химические и механические требования
ASTM B111/B111M контролирует состав по диапазону элементов для каждого номера UNS. Для четырех наиболее часто поставляемых марок меди, раскисленной фосфором-, требуется минимум 99,9 % меди и от 0,015 до 0,040 % фосфора; для адмиралтейской латуни требуется от 70,0 до 73,0 % меди, от 0,9 до 1,2 % олова и от 0,02 до 0,06 % мышьяка; Для медно-никелевого сплава 90/10 требуется от 9,0 до 11,0 % никеля и от 1,0 до 1,8 % железа; а купроникель 70/30 требует от 29,0 до 33,0 % никеля и от 0,4 до 1,0 % железа. Механические требования устанавливаются по закалке, а не по одной цифре, поэтому в заказе всегда должен указываться код закалки.
| Оценка | Минимальная прочность на разрыв в отожженном состоянии | Минимальный выход при отжиге при расширении 0,5 % |
|---|---|---|
| C12200 | Около 220 МПа (32 тыс. фунтов на квадратный дюйм) | Около 70 МПа (10 тысяч фунтов на квадратный дюйм) |
| C44300 | 310 МПа (45 фунтов на квадратный дюйм) | 105 МПа (15 тысяч фунтов на квадратный дюйм) |
| C70600 | 275 МПа (40 фунтов на квадратный дюйм) | 105 МПа (15 тысяч фунтов на квадратный дюйм) |
| C71500 | 414 МПа (60 фунтов на квадратный дюйм) | 172 МПа (25 фунтов на квадратный дюйм) |
Мягко отожженные трубы обычно заказываются с номинальным размером зерна OS025 или OS050, поскольку размер зерна определяет пластичность, необходимую для расширения ролика в трубную решетку и для U-изгиба. Тянутые закалки, такие как H55 и H80, используются там, где необходима более высокая прочность и не требуется изгиб.
Размеры, формы и тестирование
Трубки обычно поставляются с наружным диаметром примерно от 6 мм до 80 мм и толщиной стенок примерно от 0,5 мм до 3 мм, прямыми длинами до 12 м, U-изогнутыми для теплообменников с плавающей головкой или со встроенными низкими ребрами для охлаждения и воздушного-охлаждения. Возможны произвольные длины, фиксированные длины и длины катушек в зависимости от сплава и состояния.
Каждый заказ по ASTM B111/B111M включает как минимум испытания на растяжение, сплющивание, развальцовку и расширение. Не-неразрушающий контроль определяется покупателем и обычно состоит из вихретокового контроля, гидростатического контрольного испытания или пневматического испытания. Вихретоковый контроль труб из меди и медных сплавов проводится в соответствии с ASTM E243, и это самый быстрый способ доказать, что стенка непрерывна по всей длине пучка. Дополнительные требования к чистоте являются общими для конденсаторов электростанций, в которых перед вводом в эксплуатацию отверстие должно быть очищено от углеродной пленки.
Сопутствующие стандарты, используемые наряду с ASTM B111
ASME SB111, код ASME, эквивалентный ASTM B111/B111M для оборудования, работающего под давлением.
EN 12451, европейский стандарт на бесшовные трубы из меди и медных сплавов для теплообменников.
JIS H3300, японский стандарт для бесшовных труб из меди и медных сплавов.
GB/T 1527 и GB/T 8890, китайские стандарты для тянутых медных трубок и бесшовных труб теплообменников из медного сплава.
BS 2871, часть 2 и часть 3 для труб из меди и медных сплавов в Великобритании.
ASTM B359/B359M для трубок со встроенными ребрами.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Какой сплав следует использовать для конденсатора морской воды?
Медно-никель является обычным выбором: 90/10 (C70600) для чистой морской воды и умеренной скорости и 70/30 (C71500), когда вода быстрее, более загрязнена или содержит больше взвешенных веществ.
Вопрос: Что означает код характера в заказе?
Код закалки фиксирует механическое состояние. O61 или OS025 означает мягкий отжиг, который необходим для U-сгибания и расширения роликами, тогда как H55 и H80 представляют собой легкие и твердые закалки, используемые там, где прочность имеет большее значение, чем формуемость.
Вопрос: Как проверяется целостность стенки трубы?
Вихретоковое исследование по стандарту ASTM E243 проверяет всю длину на наличие несплошностей, а гидростатические или пневматические контрольные испытания добавляются, когда этого требует спецификация или покупатель.
Вопрос: Могут ли трубы поставляться с U-изгибами?
Да. U-изогнутые трубы производятся из мягко отожженной заготовки с радиусом изгиба, по крайней мере, в два раза превышающим наружный диаметр, а зона изгиба снимается с напряжений и проверяется перед упаковкой.
Вопрос: Что ограничивает скорость воды в трубках?
У каждого сплава есть порог эрозии. Для меди и адмиралтейской латуни скорость обычно ограничена примерно 1,5–2,4 м/с в чистой воде, тогда как медно-никелевые марки допускают более высокие скорости, поэтому скорость следует проверять по химическому составу сплава и воды.
Вопрос: Предоставляются ли сертификаты заводских испытаний?
Да. Каждая партия отслеживается по номеру плавки и поставляется с сертификатом, показывающим химический анализ, результаты механических испытаний, результаты вихревых токов или испытаний под давлением, а также применимую версию стандарта, действующую на момент производства.
