수십 년 동안 바닷물에 사용된 알루미늄 청동
알루미늄 청동은 5~11%의 알루미늄과 철, 니켈, 망간이 첨가된 구리{0}} 기반 합금입니다. 합금은 해수 부식에 저항하는 보호 산화알루미늄 피막을 형성하며, 피막은 손상되면 자가 치유됩니다.- 깨끗한 바닷물의 부식률은 일반적으로 연간 0.025mm 미만이며, 이는 일반적인 튜브 벽 두께에 대해 20~30년의 사용 수명을 제공합니다.
알루미늄 청동은 적절한 내식성과 높은 열 전도성 및 적절한 가격을 결합하기 때문에 해수 열교환기에 사용됩니다. 열전도율은 약 60W/m·K로 PTFE보다 약 240배 높습니다. 전도성이 높다는 것은 알루미늄 청동 열교환기가 소형이고 상대적으로 저렴하다는 것을 의미합니다.
알루미늄 청동의 한계는 높은 유속에서의 침식{0}}부식과 오염된 해수에서의 황화물 공격에 취약하다는 것입니다. 침식-부식 한계는 해수 서비스의 경우 일반적으로 1.5~2.5m/s이며, 그 이상에서는 보호 필름이 기계적으로 제거되고 부식 속도가 급격히 증가합니다. 황화물 공격은 오염된 항구와 하구에서 흔히 볼 수 있는 황화수소가 바닷물에 포함되어 있을 때 발생합니다. 황화물은 합금의 구리와 반응하여 보호 효과가 없는 황화구리를 형성합니다.
부식 메커니즘을 제거하는 PTFE
PTFE는 사용 범위 내의 모든 농도와 온도에서 해수에 대한 내성을 갖습니다. 재료는 부식되지 않으며, 수명은 화학적 공격보다는 기계적 요인에 의해 결정됩니다. PTFE는 높은 유속에서 부식-되기 쉽고 황화물이나 염화물의 공격을 받지 않습니다.
부식 메커니즘의 제거는 알루미늄 청동이 파손될 수 있는 해수 서비스에 PTFE가 지정된 주된 이유입니다. PTFE 장치는 알루미늄 청동 사용 수명을 제한하는 침식-부식 또는 황화물 공격을 일으키지 않으며, 열 전달 성능은 사용 수명 동안 안정적으로 유지됩니다.
열전도율 격차
알루미늄 청동의 열전도율은 약 60W/m·K이며, PTFE의 열전도율은 0.25W/m·K입니다. 비율은 약 240:1이다.
30도의 해수에서 100kW를 거부하는 열 교환기의 경우 알루미늄 청동 장치에는 전체 열 전달 계수 1,000W/m²·K 및 로그 평균 온도 차이 20도를 기준으로 약 5m²의 표면적이 필요합니다. 동일한 용도의 PTFE 장치에는 전체 계수 200W/m·K 및 동일한 온도차를 기준으로 약 25m²의 표면적이 필요합니다.
PTFE 장치는 알루미늄 청동 장치보다 5배 더 큽니다. 크기가 클수록 자본 비용, 바닥 공간 및 유체량이 증가합니다. 열 유속이 낮을수록 튜브 벽 온도가 낮아져 공정에 도움이 되지만, 표면적이 클수록 침전물을 위한 더 많은 표면을 제공하고 청소하는 데 더 많은 시간이 필요합니다.
침식{0}}알루미늄 청동의 부식 한계
침식{0}}부식 한계는 알루미늄 청동의 보호막이 기계적으로 제거되고 부식 속도가 급격히 증가하는 유속입니다. 한계는 합금 구성, 해수 화학 및 튜브 형상에 따라 다릅니다.
깨끗한 바닷물에 있는 표준 알루미늄 청동의 경우 침식{0}}부식 한계는 일반적으로 1.5~2.5m/s입니다. 이 속도 이상에서는 부식 속도가 5~10배 증가할 수 있으며 서비스 수명은 20~30년에서 3~5년으로 단축됩니다.
침식-부식 한계는 알루미늄 청동 열교환기의 중요한 설계 매개변수입니다. 튜브-측 속도는 한계 미만으로 유지되어야 하며, 이를 위해서는 튜브 직경이 더 크거나 유속이 더 낮아야 할 수 있습니다. 튜브 직경이 클수록 열 교환기 크기와 자본 비용이 증가합니다.
PTFE에는 같은 의미에서 침식{0}}부식 한계가 없습니다. 보호 필름이 없기 때문에 보호 필름을 기계적으로 제거할 수 없습니다. PTFE 열 교환기는 침식-부식 위험 없이 더 높은 유속에서 작동할 수 있어 설계 유연성이 더 높습니다.
알루미늄 청동에 대한 황화물 공격
황화물 공격은 오염된 항구, 하구, 산업 배출 지역에서 흔히 볼 수 있는 황화수소가 바닷물에 포함되어 있을 때 발생합니다. 황화물은 알루미늄 청동의 구리와 반응하여 보호 효과가 없는 황화구리를 형성합니다. 부식률이 급격히 증가하고 수명이 20~30년에서 1~3년으로 단축됩니다.
황화물 공격은 유속이 낮고 황화물 농도가 높은 튜브 끝과 튜브{0}}대-튜브 시트 접합부에서 시작되는 국부적인 현상입니다. 공격은 튜브 벽을 관통하여 누출을 일으키는 구멍으로 나타납니다.
PTFE는 황화물의 공격을 받지 않습니다. 이 물질은 사용 범위 내의 모든 농도와 온도에서 황화수소에 대한 내성을 갖습니다. 이것이 오염된 항구와 하구의 해수 서비스에 PTFE가 지정된 주된 이유입니다.
해수 열교환의 두 재료 비교
다음 표에는 깨끗한 바닷물과 1.5m/s의 유속으로 30도에서 해수 열교환 서비스를 제공하는 PTFE 및 알루미늄 청동 열교환기의 성능 및 비용 특성이 요약되어 있습니다.
| 특성 | 알루미늄 청동 열교환기 | PTFE 열교환기 | 이점 |
|---|---|---|---|
| 열전도율 | 60 W/m·K | 0.25 W/m·K | 알루미늄 청동 |
| 전체 열전달 계수 | 1,000 W/m²·K | 200 W/m²·K | 알루미늄 청동 |
| 100kW에 필요한 표면적 | 5 m² | 25 m² | 알루미늄 청동 |
| 깨끗한 바닷물에 대한 내화학성 | 훌륭한 | 훌륭한 | 동일한 |
| 황화물-오염된 해수에 대한 내화학성 | 가난한 | 훌륭한 | PTFE |
| 침식-부식 한계 | 1.5–2.5 m/s | 없음 | PTFE |
| 최대 작동 온도 | 200도 | 260도 | PTFE |
| 기계적 강도 | 높은 | 보통의 | 알루미늄 청동 |
| 열충격 저항 | 보통의 | 높은 | PTFE |
| 수리 가능성 | 제한된 | 좋은 | PTFE |
| 깨끗한 바닷물에서의 사용 수명 | 20~30년 | 15~20년 | 알루미늄 청동 |
| 황화물-오염된 해수에서의 사용 수명 | 1~3년 | 15~20년 | PTFE |
| 100kW 의무에 대한 자본 비용 | $45,000 | $52,000 | 알루미늄 청동 |
| 설치비용 | $6,000 | $5,000 | PTFE |
| 연간 유지관리 비용 | $2,000 | $3,000 | 알루미늄 청동 |
| 5-년 총 비용(깨끗한 바닷물) | $91,000 | $92,000 | 동일한 |
| 5-년 총 비용(황화물-오염) | $180,000 | $92,000 | PTFE |
5년-년 총 비용 값은 시간당 생산 가치를 600달러로 가정하고 5년간의 자본 비용, 설치 비용, 유지 관리 비용을 포함합니다. 황화물-로 오염된 케이스는 알루미늄 청동 장치에 대해 5년에 걸쳐 열교환기 1회 교체를 가정합니다.
알루미늄 청동이 더 나은 선택일 때
알루미늄 청동은 여러 특정 응용 분야에서 더 나은 선택입니다.
깨끗한 바닷물 서비스.바닷물이 깨끗하고 유속이 침식-부식 한계보다 낮을 때 알루미늄 청동은 더 낮은 자본 비용으로 탁월한 성능을 제공합니다.
저-속도 서비스.유속이 1.5m/s 미만이면 침식-부식 위험이 낮으며 알루미늄 청동이 더 나은 선택입니다.
공간이-제한된 설치.사용 가능한 공간이 심각하게 제한되어 있는 경우 더 작은 알루미늄 청동 장치가 유일한 실행 가능한 옵션일 수 있습니다. PTFE 장치에는 5배의 표면적이 필요하므로 사용 가능한 공간에 맞지 않을 수 있습니다.
고압-서비스.알루미늄 청동은 PTFE보다 기계적 강도가 더 높으며 더 높은 압력을 견딜 수 있습니다. 10bar 이상의 압력에서 해수 서비스를 수행하는 경우 알루미늄 청동이 유일하게 실행 가능한 옵션일 수 있습니다.
PTFE가 더 나은 선택일 때
PTFE는 여러 특정 응용 분야에서 더 나은 선택입니다.
황화물-오염된 바닷물.PTFE는 황화물에 내성이 있는 반면 알루미늄 청동은 공격을 받습니다. 오염된 항구와 하구의 해수 서비스에는 PTFE가 더 나은 선택입니다.
고속-서비스.PTFE에는 침식-부식 한계가 없으므로 높은 유속에서 사용하는 데 적합합니다.
열 사이클링 서비스.PTFE는 알루미늄 청동보다 열충격 저항성이 높아 온도 변화가 잦은 서비스에 적합합니다.
수리 가능한 서비스.PTFE 열교환기는 자격을 갖춘 기술자가 현장에서 수리할 수 있으므로 가동 중지 시간과 생산 손실이 줄어듭니다.
오염된 해수에서 긴 사용 수명이 요구됩니다.해수가 오염되어 열 교환기의 사용 수명이 10년 이상으로 예상되는 경우에는 PTFE가 장기간 화학적 공격에 저항하므로 더 나은 선택입니다.
서비스 수명을 연장하는 설계 기능
여러 가지 설계 특징으로 인해 해수 서비스에서 PTFE 및 알루미늄 청동 열교환기의 서비스 수명이 연장됩니다.
유속 제어.침식{0}}부식 한계 미만으로 유속을 유지하면 알루미늄 청동의 부식 속도가 감소합니다.
황화물 모니터링.해수의 황화물 농도를 모니터링하면 황화물 농도가 임계값 이상으로 상승하는 경우 운영자가 다른 냉각원으로 전환할 수 있습니다.
음극 보호.희생 양극 또는 감동 전류 음극 보호 시스템은 알루미늄 청동의 부식 속도를 줄일 수 있습니다.
-현장 청소 조항.세척액 공급 및 회수 연결을 통해 분해 없이 열교환기를 세척할 수 있어 가동 중단 시간과 생산 손실이 줄어듭니다.
온도 모니터링.열 교환기 입구 및 출구에 있는 온도 센서를 통해 열 전달 성능을 모니터링할 수 있으므로 오염이나 성능 저하를 조기에 감지할 수 있습니다.
해수 열교환에 대한 사양 매개변수
해수 열교환을 위한 PTFE 및 알루미늄 청동 열교환기를 평가하는 장비 엔지니어는 공급업체와 다음 매개변수를 확인해야 합니다.
바닷물화학.염화물 농도, 황화물 농도 및 기타 오염 물질을 지정합니다.
작동 온도.최대 작동 온도와 예상 온도 프로필을 지정합니다.
흐름 속도.알루미늄 청동의 최대 유속과 침식{0}}부식 한계를 지정합니다.
작동 압력.최대 작동 압력을 지정하십시오.
열 부하 및 표면적.각 재료 옵션에 대해 열부하와 필요한 표면적을 지정합니다.
공간 제약.사용 가능한 공간과 최대 허용 설치 공간을 지정합니다.
유지보수 능력.현장에서 열교환기를 수리하는 능력을 포함하여 시설의 유지관리 능력을 지정합니다.
서비스 수명 요구 사항.예상 사용 수명과 교체 일정을 지정하십시오.
해수 서비스 조건에 맞는 자재 선택
해수 열교환에서 PTFE와 알루미늄 청동 열교환기 사이의 선택은 해수 화학, 유속, 공간 제약 및 서비스 수명 요구 사항에 따라 달라집니다. 알루미늄 청동은 열 전도성이 더 높고 표면적이 덜 필요하지만 침식-부식 및 황화물 공격에 취약합니다. PTFE는 열전도율이 낮고 더 많은 표면적을 필요로 하지만 모든 해수 오염 물질과 유속에 대한 저항력이 있습니다.
선택 결정은 자본 비용, 설치 비용, 유지 관리 비용 및 생산 손실 노출을 통합하는 시설{0}}별 분석을 기반으로 해야 합니다. 이러한 비용 구성 요소가 포함된 간단한 스프레드시트 모델은 결정을 내리는 데 필요한 정보를 제공합니다.
열교환기 옵션을 평가하는 해수 열교환 시설의 경우 자재 선택은 자본 비용이나 열 성능뿐만 아니라 예상 사용 수명에 대한 총 소유 비용을 기준으로 해야 합니다. 자본 비용이 낮은 알루미늄 청동 장치는 해수가 오염되어 장치를 자주 교체해야 하는 경우 수명 비용이 더 높을 수 있습니다.
해수 열 교환 또는 기타 부식성 서비스를 위한 PTFE 열교환기 사양을 평가하는 장비 엔지니어 및 조달 전문가는 재료 선택이 시설의 실제 서비스 조건 및 비용 구조와 일치하는지 확인하기 위해 해수 화학, 작동 온도, 유속, 작동 압력 및 공간 제약을 다루는 설계 검토를 요청할 수 있습니다.
