Heat Exchanger News
Khuyến mại
Bộ trao đổi nhiệt truyền nhiệt giữa các môi trường khác nhau, có thể là khí, chất lỏng hoặc kết hợp. Bám bẩn sẽ làm suy yếu hiệu quả trao đổi nhiệt. Bám bẩn trầm trọng có thể bắt nguồn từ việc lựa chọn vật liệu không phù hợp hoặc không đạt tiêu chuẩn, sai sót trong thiết kế dẫn đến sự truyền nhiệt thay đổi, suy giảm sức cản dòng chảy và làm giảm áp suất.
Khi thiết kế các đặc tính nhiệt và cơ học của bộ trao đổi nhiệt, những nhà sản xuất có danh tiếng thường sẽ xem xét kĩ đến các đặc điểm của quy trình, như: tốc độ bám bẩn và độ ăn mòn có tính axit của chất lỏng, theo hướng dẫn từ nhóm Nghiên cứu và Phát triển (Research & Development) của họ.
Thiết bị trao đổi nhiệt
Bộ trao đổi nhiệt được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hóa dầu, hóa chất và lọc dầu, các quá trình (bay hơi, chỉnh lưu, sấy khô, v.v.) gắn liền với nhu cầu cung cấp hoặc loại bỏ nhiệt.
Tính chất vật lý – Hệ số truyền nhiệt cao
(Yêu cầu độ dẫn nhiệt cao đối với vật liệu ống) Khi cân nhắc các vật liệu được sử dụng cho tấm ống/tấm, giá đỡ ống và vỏ, để cung cấp khả năng chống chu trình nhiệt, chọn vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt càng thấp càng tốt.
Tính chất cơ học – Độ bền kéo và độ rão tốt
Đặc tính độ bền (cường độ kéo đứt từ biến cao, ở nhiệt độ hoạt động cao nhất và độ dẻo từ biến thích hợp để thích ứng với biến dạng cục bộ tại các rãnh). Độ mỏi, độ mỏi do ăn mòn và trạng thái mỏi từ biến tốt.
Hầu hết các loại thép không gỉ austenit có hàm lượng crom (Cr) ít nhất là 18%, có thể được sử dụng ở nhiệt độ lên tới 870°C, trong khi các loại thép 309 và 310 có thể chịu được nhiệt độ lên tới 1150 -1200°C. Lớp 310 có độ bền đứt gãy và độ bền va đập cao. Tốc độ ăn mòn thấp giảm thiểu lượng phụ cấp ăn mòn cần thiết. Lớp 309 và 310 cũng có khả năng chống ăn mòn đối với phản ứng hóa học bất thường, có thể xảy ra do rò rỉ ngược dòng hoặc lỗi kiểm soát hóa học do trộn lẫn chất lỏng ở vỏ và ống.
| Loại thép | Nhiệt độ sử dụng không liên tục | Nhiệt độ sử dụng liên tục |
| 304 | 870 | 925 |
| 309 | 980 | 1095 |
| 310 | 1035 | 1150 |
| 316 | 870 | 925 |
| 321 | 870 | 925 |
Lựa chọn vật liệu trao đổi nhiệt
Quy trình chung để xác định vật liệu thích hợp nhất cho ứng dụng trao đổi nhiệt sẽ xem xét những điều sau:
1. Yêu cầu của bộ trao đổi nhiệt;
2. Đánh giá chiến lược;
3. Lựa chọn nguyên liệu;
4. Tính toán chi phí;
Mặc dù cần xem xét đánh giá chi phí cho bất kỳ sự cố thiết bị hoặc thay thế ống, các yếu tố lựa chọn nguyên liệu thô sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của bộ trao đổi nhiệt.
Bộ trao đổi nhiệt chiếm hơn 30% tổng thị phần các sản phẩm dầu mỏ và hóa chất cần quá trình gia nhiệt, làm mát hoặc ngưng tụ. Chúng đóng một vai trò thiết yếu trong chất lượng sản phẩm và tính kinh tế của quy trình bằng cách sử dụng nhiệt. Xu hướng là các bộ trao đổi nhiệt sẽ phát triển theo hướng các sản phẩm hợp kim cao, hiệu suất cao, quy mô lớn với chênh lệch nhiệt độ thấp và tổn thất áp suất thấp.
Trong nhiều trường hợp, đặc biệt là ở ngoài khơi và vùng xa, bộ trao đổi nhiệt có thể được cấu tạo để cung cấp khả năng truyền nhiệt tối đa với diện tích tối thiểu mà vẫn đảm bảo an toàn. Mặc dù thép không gỉ loại 310 có thể bị nứt do ăn mòn, do ứng suất nhưng nó có khả năng chống chịu tốt hơn so với loại 304 hoặc 316. Nó có khả năng chống oxy hóa tốt khi sử dụng không liên tục trong không khí ở nhiệt độ lên tới 1040°C và sử dụng liên tục ở 1150°C.
Thép 310 cũng có khả năng chống mỏi nhiệt và gia nhiệt theo chu kỳ tốt, thể hiện tính linh hoạt, độ bền, độ dẻo dai, độ bền kéo cao, chống ăn mòn và ổn định ở nhiệt độ cao.
Bộ trao đổi nhiệt được sản xuất từ loại thép không gỉ 310 được sử dụng cho quá trình làm mát và sưởi ấm không gian, làm lạnh, điều hòa không khí, trạm điện, nhà máy hóa chất, đơn vị hóa dầu, nhà máy lọc dầu, khí đốt tự nhiên, các bộ phận lò xử lý nhiệt và xử lý nước thải.
Một ví dụ điển hình của bộ trao đổi nhiệt là động cơ đốt trong, trong đó chất lỏng tuần hoàn được gọi là chất làm mát động cơ chảy qua cuộn dây tản nhiệt. Không khí đi qua cuộn dây, làm mát chất làm mát và làm nóng không khí đi vào.
Một ví dụ khác là bộ tản nhiệt, bộ trao đổi nhiệt thụ động truyền nhiệt, do thiết bị điện tử hoặc cơ khí tạo ra, sang môi trường chất lỏng, thường là không khí hoặc chất làm mát dạng lỏng.
Thuộc tính
Các sản phẩm thép không gỉ 310/S không có từ tính khi được ủ và dần có từ tính nhẹ nếu gia công nguội. Sự khác biệt giữa các loại 310 & 310S (được mô tả là phiên bản carbon thấp của 310) là hàm lượng carbon. Cả hai loại đều được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao. Hàm lượng carbon thấp hơn của 310S giúp giảm kết tủa cacbua và cải thiện khả năng hàn. Các tính chất cơ học của cả hai lớp đều giống nhau.
Cả hai loại đều chứa 25% Cr và 20% Ni, khiến chúng có khả năng chống oxy hóa và ăn mòn cao. Hàm lượng Cr và Ni cao làm cho các loại thép này phù hợp cho các ứng dụng làm giảm khí lưu huỳnh có chứa H2S. Cả hai đều được sử dụng rộng rãi trong môi trường cacbon hóa vừa phải, như trong môi trường hóa dầu.
Đối với môi trường cacbon hóa khắc nghiệt hơn, thép 310 không được khuyến khích sử dụng để làm nguội chất lỏng thường xuyên, vì nó có thể bị sốc nhiệt. Thép 310 thường được sử dụng trong các ứng dụng đông lạnh, do độ dẻo dai và độ thấm từ thấp. Tương tự như các loại thép không gỉ austenit khác, xử lý nhiệt không thể làm cứng các loại này.
Thép 310/S cho bộ trao đổi nhiệt
Trong khi thiết kế và xây dựng các bộ trao đổi nhiệt, cần phải đáp ứng các yêu cầu đa phương. Các vấn đề chính là tuân thủ các điều kiện của quy trình công nghệ, hệ số truyền nhiệt có thể cao hơn, lực cản thủy lực thấp, khả năng chống ăn mòn của bề mặt trao đổi nhiệt, khả năng tiếp cận bề mặt truyền nhiệt để làm sạch, khả năng chế tạo kết cấu theo quan điểm chế tạo và sử dụng tiết kiệm các vật liệu đắt tiền. Điểm cuối cùng này yêu cầu xem xét các yếu tố, bao gồm:
1. Đặc điểm chế tạo – ống, tấm / tấm cán loại 310 và 310S không gỉ ở trạng thái uốn cong và bất kỳ bộ phận rèn nào đều có thể được chế tạo bằng cách cắt các sản phẩm theo thiết kế, vì các loại này có thể chịu được nhiệt độ trong khoảng 975- 1175 ° C. Thậm chí, có thể được thực hiện ở nhiệt độ xuống tới 1050°C bằng các phương pháp và thiết bị tiêu chuẩn.
2. Gia công – khả năng gia công của các loại 310 và 310S tương tự như các loại 304 và 316. Việc gia công cứng có thể là một vấn đề và thông thường loại bỏ lớp đã được gia công cứng bằng cách sử dụng tốc độ chậm và vết cắt thô bằng các dụng cụ sắc bén và bôi trơn tốt.
3. Khả năng hàn – Các sản phẩm thép loại 310/310S, ở bất kỳ hình dạng nào, đều là lựa chọn tuyệt vời để kết nối hai miếng kim loại và có nhiều ưu điểm so với các phương pháp hàn khác. Lớp 310 có khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt, không cần bước xử lý nhiệt và có thể được hàn bằng nhiều thiết bị hàn khác nhau. Nó cũng lý tưởng cho các dự án liên quan đến các khía cạnh an toàn và bảo vệ môi trường.
Loại thép không gỉ 310/310S được hàn với các điện cực và kim loại phụ phù hợp. Các sản phẩm được hàn dễ dàng theo hướng dẫn hàn tiêu chuẩn sử dụng các kỹ thuật như GMAW (MIG), GTAW (TIG) và SAW. Không cần gia nhiệt trước và gia nhiệt sau, nhưng việc ủ dung dịch sau hàn là cần thiết cho dịch vụ ăn mòn trong chất lỏng. Tẩy rửa và thụ động hóa bề mặt, để loại bỏ các oxit ở nhiệt độ cao là cần thiết để khôi phục hoàn toàn khả năng chống ăn mòn trong nước sau khi hàn.
Lớp 310/310S được ủ dung dịch bằng cách nung nóng đến 1040-1065°C, giữ ở nhiệt độ cho đến khi ngâm kỹ, sau đó làm nguội bằng nước.
Thiết kế và chế tạo
Chức năng chính của bộ trao đổi nhiệt trong ngành hóa dầu là ngưng tụ dung môi trải qua các lò phản ứng làm mát và sưởi ấm hóa học. Thiết kế của thiết bị dựa trên phạm vi nhiệt độ, hỗn hợp sản phẩm, giảm áp suất trên bộ trao đổi, dung tích dòng chất lỏng, khả năng làm sạch, sửa chữa và bảo trì.
Ống liền mạch hoặc hàn bằng vật liệu phù hợp được sử dụng mà không ảnh hưởng đến chất lượng trong quá trình sản xuất.
Các vấn đề về bám bẩn – nguyên nhân và cách khắc phục
Sự bám bẩn là hiện tượng tách màng do một số cơ chế: kết tủa các muối hòa tan ít, hấp phụ, hình thành bánh hoặc gel và tắc nghẽn lỗ rỗng do thành phần nước trong hệ thống, làm giảm hệ số truyền nhiệt theo thời gian.
Sự đóng cặn xảy ra do nước chảy qua bộ trao đổi nhiệt có chứa các tạp chất như canxi cacbonat, magie, clorua hoặc sắt. Sự bám bẩn cản trở dòng nhiệt, theo lý thuyết là do sự tích tụ của một lớp bụi bẩn hoặc chất gây tắc nghẽn khác trên bề mặt ống của bộ trao đổi nhiệt.
Phương pháp giảm sự hình thành cặn bám trên thành trong của bộ trao đổi nhiệt dạng ống có chất lỏng gốc dầu chảy qua, bao gồm việc áp dụng các xung áp suất chất lỏng cho chất lỏng chảy qua các ống của bộ trao đổi nhiệt và rung bộ trao đổi nhiệt để tác động đến giảm lớp ranh giới nhớt tiếp giáp với thành trong của bề mặt trao đổi nhiệt hình ống.
Việc giảm lớp ranh giới nhớt ở thành ống không chỉ làm giảm tỷ lệ bám bẩn dẫn đến ảnh hưởng có lợi đến tuổi thọ thiết bị mà còn có tác dụng mong muốn là thúc đẩy quá trình truyền nhiệt từ thành ống sang chất lỏng trong ống. Việc sử dụng lớp phủ trên bề mặt thành bên trong của ống trao đổi nhiệt có thể làm giảm hơn nữa sự bám bẩn và ăn mòn.
Kết luận
Hàm lượng niken cao của loại thép không gỉ 310, vượt trội so với các loại 304, 316, 321 và 309. Nó kết hợp khả năng chống ăn mòn cao và đặc tính nhiệt độ cao với độ dẻo và đặc tính chế tạo tốt. Do thành phần hóa học của loại này, với hàm lượng crom lên tới 25% và niken lên đến 20%, các sản phẩm được sản xuất bằng thép loại 310 có khả năng chống ăn mòn cao, khả năng chống oxy hóa tuyệt vời và độ bền vượt trội khi sử dụng ở nhiệt độ cao lên tới 1150°C.
(Nguồn: Heat Exchanger World Magazine)