أنابيب النحاس والنيكل وأنبوب النحاس الأميرالية في عائلة مواصفات واحدة
يعمل مصممو المبادلات الحرارية والمكثفات ونظام التبريد مع مجموعة صغيرة من مواد الأنابيب النحاسية التي تشترك في نفس معيار الطلب، ASTM B111. ضمن هذا المعيار، تغطي درجات النيكل النحاسي C70600 وC68700 ودرجة النحاس الأميرالية C44300 غالبية مياه البحر والمياه قليلة الملوحة وواجبات تبريد العمليات. إن فهم مكان وجود كل درجة يجعل من الممكن تحديد الأنبوب الأكثر فعالية من حيث التكلفة لكيمياء مياه معينة وسرعة التدفق ومتطلبات الحياة.
UNS C70600 عبارة عن سبيكة نيكل نحاسية بنسبة 90/10. تأتي مقاومتها للتآكل من طبقة سطحية مستقرة تتشكل في المياه الغازية، وهي خيار الأغراض العامة لمياه البحر النظيفة وأنظمة التبريد حيث تكون السرعات معتدلة. UNS C68700 هو نحاس ألومنيوم. تنتج إضافة الألومنيوم طبقة واقية تكون فعالة بشكل خاص في مياه البحر النظيفة سريعة التدفق، مما يجعل الدرجة خيارًا شائعًا للمكثفات في محطات الطاقة الساحلية. UNS C44300 عبارة عن نحاس أميرالي، وهو عبارة عن سبيكة زنك نحاسية مُثبّتة بالقصدير مع إضافة زرنيخ صغيرة تمنع إزالة الزنك في خدمة مياه التبريد.
التكوين والمتطلبات القياسية
| أونس | الاسم الشائع | عناصر صناعة السبائك الرئيسية | واجب نموذجي |
|---|---|---|---|
| C70600 | 90/10 نيكل نحاس | النيكل 9.0 إلى 11.0 بالمائة، الحديد 1.0 إلى 1.8 بالمائة، المنغنيز 1.0 بالمائة كحد أقصى | تبريد مياه البحر، والأنابيب البحرية، والمكثفات |
| C68700 | نحاس ألومنيوم | الألومنيوم 1.8 إلى 2.5 بالمائة، الزرنيخ كمثبط، توازن النحاس والزنك | مكثفات مياه البحر النظيفة ومياه التبريد عالية السرعة |
| C44300 | الأميرالية النحاس | القصدير 0.9 إلى 1.2 بالمائة، الزرنيخ كمثبط، يوازن النحاس والزنك | المياه العذبة والتبريد المالح، ومعالجة المبادلات الحرارية |
يتم توفير الأنبوب المطابق لمعيار ASTM B111 في درجات الحرارة المذكورة في المعيار، والتي يتم ملدنها عادة للثني والدحرجة في صفائح الأنابيب، مع تطبيق المتطلبات الميكانيكية على قوة الشد وقوة الخضوع والاستطالة للصف والمزاج المطلوب. يتم اعتماد الكيمياء وحجم الحبوب والقيم الميكانيكية في تقرير اختبار المطحنة. تشمل المراجع المكافئة خارج أمريكا الشمالية GB/T 8890، وJIS H3300، وEN 12451، وتظهر نفس الدرجات الاسمية في كل نظام، مما يسمح بالإجابة على استفسار فني واحد مقابل عدة معايير.
يتم توفير نهايات الأنبوب بشكل عادي أو معدة للدرفلة، ويتم اختيار سمك الجدار بحيث تظل سرعة التدفق التصميمية داخل النطاق الذي يتحمله الصف. يعتمد كل من النيكل النحاسي والنحاس الأصفر على الطبقة السطحية الخاصة بهما، لذلك يتم ذكر حدود السرعة في مواصفات المشروع وليس في المعيار نفسه، وتكون أقل عندما يحمل الماء المواد الصلبة العالقة.
حيث يكون أداء كل درجة أفضل
يعتبر النحاس الأميرالي اقتصاديًا وله موصلية حرارية جيدة، مما يجعله جذابًا للمياه العذبة والمياه قليلة الملوحة ودوائر مياه التبريد النظيفة في محطات الطاقة والمصافي والمصانع الكيميائية. وتتمثل حدوده في أن الأمونيا ومركبات الأمونيوم الموجودة في الماء يمكن أن تسبب تشققًا بسبب التآكل الإجهادي، كما أن مقاومتها لإزالة الزنك تعتمد على كون إضافات القصدير والزرنيخ ضمن النطاقات التي يتطلبها المعيار. لذلك يعد خيارًا سيئًا عندما تكون مياه التبريد ملوثة بالأمونيا أو عندما تنتج ظروف الخدمة ضغوطًا متبقية في الأنبوب.
النحاس الألومنيوم هو خيار السرعة الأعلى. الطبقة الغنية بالألمنيوم تحمي الأنبوب في مياه البحر النظيفة، الهوائية، سريعة الحركة، ويتم استخدام الدرجة على نطاق واسع في المكثفات الساحلية. وهو أكثر حساسية من النيكل النحاسي للمياه الملوثة أو الراكدة، ويحتاج إلى نفس الاهتمام بالرواسب الحاملة للكلوريد وللتحكم في الإجهاد المتبقي.
يتحمل النيكل النحاسي 90/10 نطاقًا أوسع من جودة المياه، بما في ذلك المياه الملوثة والمكلورة بشكل طفيف، كما أنه يقاوم الحشف الحيوي بشكل أفضل من النحاس الأصفر. عندما يتم نقل الرمل أو الطمي في حالة تعليق، أو تكون السرعات عالية بشكل خاص، يتم اختيار درجة النيكل النحاسي 70/30 أو سبائك النيكل النحاسية التي تحتوي على الحديد والمنغنيز بدلاً من ذلك، لأن تلك الدرجات تحتفظ بطبقتها تحت ظروف تآكل أكثر عدوانية.
التطبيقات عبر أنظمة نقل الحرارة والتبريد
المكثفات ذات الغلاف والأنبوب في محطات الطاقة الحرارية ومحطات الدورة المركبة.
مبادلات حرارة مياه التبريد في المصافي ومصانع البتروكيماويات والكيماويات.
أنظمة التبريد البحري ومبردات زيت التشحيم ومولدات المياه العذبة على متن السفينة.
مبخرات محطات تحلية المياه وسخانات المياه المالحة.
مبردات HVAC والمكثفات والمبادلات الحرارية للتبريد.
زيت الوقود وزيوت التشحيم ومبردات العمليات في المنشآت الصناعية.
الاختيار والتصنيع وممارسة ورقة الأنبوب
يجب أن يبدأ اختيار الأنبوب بتحليل المياه وحساب السرعة وليس بالسعر. يتم اختيار الدرجة وسمك الجدار والمزاج معًا، لأن الجدار الأرق من الدرجة الأقوى يمكن أن يكون أقل متانة من الجدار الأثقل من الدرجة القياسية إذا كان وضع الفشل هو التآكل وليس الإجهاد. بمجرد اختيار الأنبوب، يجب فحص مادة صفائح الأنبوب وإجراءات التوسيع وترتيبات صندوق الماء بحيث لا يؤدي التجميع إلى إنشاء زوج كلفاني يركز الهجوم على أطراف الأنبوب.
يستخدم تركيب الأنابيب الدرفلة أو التوسيع أو اللحام حيثما تتطلب الظروف ذلك. يجب التحكم في تمدد اللفة بحيث يكون الأنبوب مشدودًا دون أن يتم توسيعه وتخفيفه بشكل زائد، ويجب أن تكون أطراف الأنبوب نظيفة وخالية من الزيت قبل اللف. يتم تنفيذ الثني في حالة التلدين باستخدام شياق حيث يكون نصف قطر الانحناء محكمًا، ويجب حماية التجويف من التلوث ومن مواد التشحيم التي تحتوي على الكلوريد. يجب أن يستخدم التنظيف أثناء الخدمة طرقًا مناسبة للمادة: التنظيف بالفرشاة أو المواد الكاشطة الناعمة أو مواد التنظيف الكيميائية التي لا تهاجم الطبقة الواقية.
نقاط التفتيش والمزالق الشائعة
تأكيد الصف والمزاج ضد كيمياء المياه والسرعة المحسوبة.
تحقق من شهادة المطحنة بحثًا عن العناصر المثبطة، نظرًا لأن مستويات القصدير والزرنيخ تحدد مقاومة إزالة الزنك في النحاس الأميرالي.
ابحث عن مصادر الإجهاد المتبقية قبل وضع النحاس الأميرالي في الخدمة حيث قد تكون الأمونيا موجودة.
حافظ على تجاويف الأنابيب خالية من الرواسب الحاملة للكلوريد أثناء التخزين والتركيب.
تأكد من التحكم في التمدد، نظرًا لأن الدرفلة الزائدة تؤدي إلى ترقق جدار الأنبوب وإنشاء نقطة فشل مشتركة.
تأكد من أن تصميم لوح الأنبوب وصندوق الماء لا يشكل زوجًا كلفانيًا مع الأنبوب.
التعليمات
س: ما الذي يغطيه ASTM B111؟
يغطي ASTM B111 أنابيب النحاس وسبائك النحاس غير الملحومة للمكثفات والمبادلات الحرارية ومعدات نقل الحرارة المماثلة، بما في ذلك درجات النيكل والنحاس C70600 وC71500 وC71640 والنحاس الأصفر C44300 وC68700.
س: ما هي الدرجة التي يجب استخدامها لتبريد مياه البحر؟
بالنسبة لمياه البحر النظيفة ذات السرعة المعتدلة، فإن درجة النيكل النحاسي 90/10 هي الاختيار المعتاد. عندما تتدفق المياه بسرعة ونظيفة، غالبا ما يتم اختيار النحاس الألومنيوم للمكثفات. عندما يحمل الماء الرمل أو الطمي، يفضل استخدام درجات النيكل النحاسية ذات السبائك الأعلى.
س: لماذا يضاف الزرنيخ إلى النحاس الأميرالي؟
الزرنيخ هو مثبط يمنع إزالة الزنك في خدمة مياه التبريد. وهو عنصر مطلوب في التركيبة القياسية وليس شوائب، ويتم اعتماد مستواه في تقرير اختبار المطحنة.
س: هل يمكن استخدام أنبوب النحاس الأميرالية في المياه الحاملة للأمونيا؟
ينبغي تجنبه. يمكن أن تتسبب مركبات الأمونيا والأمونيوم في حدوث تشقق بسبب التآكل الإجهادي في سبائك النحاس والزنك، لذا فإن أنابيب النحاس والنيكل هي الخيار الأكثر أمانًا حيث يكون هذا التلوث ممكنًا.
س: ما الذي يحدد سمك جدار أنبوب المبادل الحراري؟
يتبع سمك الجدار الضغط التصميمي، وبدلات التآكل والتآكل، ومتطلبات توسيع صفائح الأنبوب وسرعة التدفق المسموح بها، ويتم تقييمها جميعًا وفقًا للدرجة المختارة لكيمياء المياه.
س: كيف يتم تثبيت الأنبوب في ورقة الأنبوب؟
يتم لف معظم الأنبوب في لوح الأنبوب. يجب التحكم في التمدد لتجنب التدحرج الزائد، ويجب أن تكون أطراف الأنبوب والثقوب نظيفة وخالية من الزيت قبل التشغيل.
س: هل تتوفر معايير معادلة خارج أمريكا الشمالية؟
نعم. تغطي GB/T 8890 وJIS H3300 وEN 12451 نفس النطاق من أنابيب المبادل الحراري المصنوعة من سبائك النحاس، وتتوافق الدرجات الاسمية بشكل وثيق، لذلك يمكن تحديد المشروع في أي من النظامين.
