Монел 400 вс Цупроницкел 90/10: Избор материјала за цевоводе морске воде и измењиваче топлоте

Одабир праве легуре за цевоводе морске воде и измењиваче топлоте је једна од најважнијих одлука у поморском инжењерству. Две легуре доминирају овом дискусијом:Монел 400 (УНС Н04400), легура никла{0}}бакара и бакроникл 90/10 (УНС Ц70600), легура бакра-никла. Оба су доказано,-материјали отпорни на корозију са деценијама рада у светским океанима -, али су пројектовани за различите послове и носе веома различите цене.

Цупроницкел 90/10 је -исплатив, индустријски-стандардни стандард за већину цевовода за морску воду и измењивача топлоте{4}}, са отприлике двоструко већом топлотном проводљивошћу од Монела 400 и најбољом природном отпорношћу на биообраштање од било које инжењерске легуре. Монел 400 је врхунски избор где су брзине протока велике, морска вода загађена или променљива, или јачина и дугорочна{8}}поузданост у тешким условима оправдавају почетни трошак који је обично неколико пута већи.

Овај водич упоређује две легуре по саставу, отпорности на корозију, брзини протока, биообраштању, преносу топлоте, механичким својствима, цени, производњи и прилагодби. Сваки одељак се отвара директним закључком тако да се одговор може брзо извући и цитирати, праћен инжењерским образложењем иза њега.

Шта ћете научити у овом чланку:

• корозија:која легура је боље отпорна на корозију морске воде и под којим условима
• Брзина протока:како брзина протока мења{0}}једначину за избор материјала
• Пренос топлоте:зашто бакроникл 90/10 доминира у услугама измењивача топлоте
• Цена:како се трошкови унапред упоређују са трошковима животног циклуса
• Избор:практична контролна листа одлука за цевоводе и измењиваче топлоте

Шта су Монел 400 и Цупроницкел 90/10?

Монел 400 је легура на бази никла-која садржи отприлике 63–70% никла и 28–34% бакра, док је бакроникл 90/10 легура на бази бакра-која садржи отприлике 88–90% бакра и 9–11% никла. Метал који доминира у свакој легури - никла у Монелу 400, бакру у бакрониклу 90/10 - покреће скоро сваку разлику у перформансама и цени која следи.

Имена ове две легуре се лако бркају, али се њихова хемија веома разликује. „Монел 400“ је трговачки назив за легуру никла-бакар УНС Н04400; „купроникл 90/10“ (такође написано Цу-Ни 90/10 или ЦуНи10Фе1Мн) је уобичајено име за легуру бакра{11}}никла УНС Ц70600. Именски састави су приказани у табели 1.

Табела 1. Називни хемијски састав Монела 400 (УНС Н04400) и бакроникла 90/10 (УНС Ц70600). Извори: АСТМ Б164/Б466 и објављени листови са подацима о легури.

Обе легуре су једно-легуре са чврстим-раствором: не могу се очврснути топлотном обрадом, већ само хладном обрадом, и обе се заварују и израђују поуздано. Висок садржај никла у Монелу 400 даје му већу чврстоћу, супериорну отпорност на агресивне хемикалије и знатно вишу цену. Цупроницкел 90/10 је у суштини „поморски-бакар“: његова матрица богата бакром- пружа одличну топлотну проводљивост, изванредну природну заштиту од обрастања и много нижу цену материјала. Разумевање ове једне фундаменталне разлике чини остатак поређења интуитивним.

Која легура има бољу отпорност на корозију у морској води?

У чистој, текућој морској води, обе легуре имају одличне перформансе и оцењене су за деценијама рада -, али Монел 400 је легура која је попустљивија када услови постану агресивни. Отпоран је на удубљење, корозију у пукотинама и прслине изазване хлоридом-напрезањем{4}}корозијом (СЦЦ) у ширем опсегу брзина протока, температура и квалитета воде, укључујући загађену и морску воду која садржи сулфиде-. Купроникл 90/10 је изванредан у чистој морској води, али је осетљивији на стагнирајуће,-мале протоке или загађене услове.

Обе легуре се штите танким, -самозарастајућим оксидним филмовима и ефикасно су имуне на хлорид-индуковано напрезање-корозионо пуцање - режим квара који ограничава аустенитне нерђајуће челике као што је 316Л у морској води. Пријављене уједначене стопе корозије су веома ниске за оба материјала. Монел 400 је обично испод 0,025 мм/годишње у текућој морској води, са објављеним вредностима обично у распону од 0,002–0,013 мм/годишње. Купроникл 90/10 показује општу стопу корозије од око 0,002–0,008 мм/годишње у мирној природној морској води. За идентичан рад на чистој{17}}морској води, ова два су отприлике једнака.

Разлика се појављује када окружење постане мање идеално. Монел 400 толерише брзу и топлу морску воду, отпоран је на флуороводоничну и сумпорну киселину у условима редукције и подноси загађење сулфидима много боље од легура на бази бакра{2}}. Купроникл 90/10 је осетљив на амонијак и може да претрпи појаву рупа-индукованог сулфидом у загађеној или де-аерисаној стајаћој води; обе легуре могу да искусе локализоване удубљења, нападе пукотина или микробиолошки утицај корозије (МИЦ) испод наслага у зонама ниског -протока. Дизајн за проток и чистоћу је важан колико и избор легуре.

Која легура подноси веће брзине струјања морске воде?

Монел 400 је одлучно супериоран при великим брзинама протока. Његов заштитни филм је отпоран на ерозију-корозију далеко изнад практичних граница бакроникла: бакроникл 90/10 би требало конзервативно ограничити на око 3,5 м/с у чистој морској води (са 1,8–2,5 м/с вишом опсегу за пројектовање), док је Монел 400 велицина, а подаци се рутински не објављују неколико пута. чак и при веома високим брзинама протока.

Свака легура у текућој морској води има „брзину одвајања“: изнад критичне брзине, заштитни филм се уклања брже него што може да се реформише и почиње ерозиона{0}}корозија (напад ударом). За бакроникл 90/10, индустријске смернице препоручују пројектоване брзине од око 1,8–2,5 м/с и конзервативни максимум од око 3,5 м/с у чистој морској води, са неким кодовима који дозвољавају до око 4,5 м/с у повременом раду. Испод око 1 м/с, бакрониклу је потребна заштита од таложења седимента и корозије испод{10}наноса.

Монел 400 нема упоредиво практично ограничење брзине у чистој морској води. То је стандардни избор за испусне водове пумпе, импелере, облоге вентила и улазе цеви где су брзине и турбуленција велике. Течно- тестирање на удар (АСТМ Г73) показује да Монел 400 губи 60–75% мање материјала од нерђајућег челика 316Л у еквивалентним условима судара, а објављени подаци показују занемарљиву корозију морске воде чак и при брзинама протока које се приближавају 30 м/с. Где пројектоване брзине прелазе отприлике 3,5 м/с, Монел 400 је сигурнији металуршки одговор.

Која легура је боље отпорна на морско биолошко обраштање?

Купроникл 90/10 је референтна легура за отпорност на биообраштање. Његова површина{3}}богата бакром непрекидно ослобађа јоне бакра у гранични слој, природно одвраћајући шкољке, дагње и алге без дозирања хемикалија. Монел 400 такође има користи од свог 28–34% садржаја бакра и очигледно надмашује нерђајући челик и титанијум, али бакроникл 90/10 остаје јачи и економичнији избор када је контрола прљања приоритет.

Биообраштање - насељавање морских организама на влажним површинама - блокира цеви, изолује површине за пренос топлоте{2}}и ствара наслаге испод којих почиње локализована корозија. Легуре бакра отпорне су на прљање јер ослобађају мале количине биоцидних јона бакра (Цу⁺ и Цу²⁺) у слој воде поред метала. Купроникл 90/10, са отприлике 88–90% бакра, је најјача природна легура против обрастања у уобичајеној поморској употреби; Намењен је за противпожарне цеви и цеви кондензатора управо зато што отвори остају чисти, а проток и пренос топлоте остају стабилни деценијама.

Монел 400 са 28–34% бакра даје му мерљиву способност против зарастања - бољу од нерђајућег челика или титанијума -, али мању од бакроникла. У топлој, стајаћој води или води богатој{6}}хранљивим материјама, ризик од биолошког обраштања и МИЦ на Монелу се повећава, а брзина протока, хлорисање или чишћење и даље су потребни. Ниједна легура не елиминише потребу за добрим дизајном система; оба имају користи од континуираног протока изнад минималне брзине.

Која легура обезбеђује бољи пренос топлоте у измењивачима топлоте?

Цупроницкел 90/10 одлучујуће побеђује на преносу топлоте. Њена топлотна проводљивост од око 40–50 В/(м·К) је отприлике двоструко већа од ~22 В/(м·К) код Монела 400, тако да за исту функцију измене топлоте, цеви од бакроникла захтевају мању површину - или преносе више топлоте - него Монел цеви истог геометрија.

Топлотна проводљивост мери колико се лако топлота креће кроз метални зид и то је најважнија особина за избор цеви за измењивач топлоте{0}}. Табела 2 ставља обе легуре у контекст: бакроникл 90/10 проводи отприлике двоструко више топлоте од Монела 400, а обе су боље од нерђајућег челика.

Табела 2. Типична топлотна проводљивост кандидатских легура{1}}измјењивача топлоте. Извори: ЦДА (Цоппер Девелопмент Ассоциатион) подаци и објављени листови са подацима о легурама.

У дизајну{0}}измјењивача топлоте, већа проводљивост значи мање снопове, лакшу шкољку и нижу цијену за исту дужност. Природни антивегетативни слој бакроникла 90/10 додаје другу предност: чисте површине одржавају пренос топлоте током времена, одржавајући фактор зарастања ниским. Због тога цеви од бакроникла 90/10 доминирају у кондензаторима{7}}електрана на обали, морским хладњацима и постројењима за десалинизацију.

Постоји једно важно упозорење. Тамо где је вода за хлађење веома брза, напуњена муљем-или загађена, супериорна отпорност на ерозију-Монел 400 на корозију и већа чврстоћа (омогућава тање зидове цеви) могу надокнадити његову нижу проводљивост. У екстремним условима, повећање поузданости може оправдати површинску{5}}казну површине -, али за економску мејнстриму измењивача топлоте морске воде, бакроникл 90/10 је стандардни одговор.

Како се упоређују њихова механичка својства?

Монел 400 је отприлике 1,5-2 пута јачи од жареног бакроникла 90/10, што омогућава тање зидове, лакше цеви и веће пројектоване притиске. Купроникл 90/10 је мекши и дуктилнији, што га чини лакшим за обликовање, савијање и машинску обраду.

Табела 3. Типичне жарене механичке и физичке особине. Извори: АСТМ Б164, АСТМ Б466 и објављени листови са подацима о легурама.

Монел 400 се такође може значајно ојачати хладном обрадом, због чега је пожељан за осовине пумпе, импелере и стабла вентила који морају да издрже толеранције димензија под оптерећењем. Нижа чврстоћа Цупроницкел 90/10 ретко представља ограничење за цевоводе при умереним притисцима - стандардни распоред цеви удобно се носи са типичним пројектованим притисцима - али танки-зидови, високи{7}}притисак или тежина-критични дизајн помера равнотежу ка Монел 400, што остаје стабилно и ниска температура је уопште важна. хладна вода{10}.

Која је легура исплативија{0}}у току животног циклуса средства?

Купроникл 90/10 је драматично јефтинији унапред - обично неколико пута мање по килограму од Монела 400 - јер се никл, који чини 63–70% Монела 400, историјски трговао по приближно 3–4 пута већој цени од бакра. За рутинске послове са морском водом, бакроникл је јасан економски победник. Монел 400 враћа своју премију само у критичним,-брзиним или агресивним услугама где би превремени квар коштао много више од самог материјала.

Цена материјала прати садржај метала. Монел 400 је отприлике 65% никла, а никл се историјски трговао око 3-4 пута више од цене бакра; бакроникл 90/10 је отприлике 10% никла и 88–90% бакра. Као резултат тога, огласи на тржишту доследно приказују Монел 400 плоче и цев по неколико пута већој-килограмској цени бакроникла 90/10. Тачне вишеструке вредности се крећу са ценама Лондонске берзе метала (ЛМЕ), тако да свака одлука о набавци треба да се заснива на тренутним понудама.

Куповна цена, међутим, није цела прича. У тешким условима рада - велика брзина, загађена вода, чести поремећаји - Монел 400 пружа дуже интервале провере, мање кварова и мање трошкове чишћења и застоја, што може да учини његов укупни трошак власништва конкурентним или нижим током века трајања средства од 20–30- година. У благој употреби, бакроникл 90/10 већ испуњава потребни животни век уз само делић инсталираних трошкова. Инжењерска реалност: најјефтинија легура је она која испуњава услове радног века уз најнижу укупну цену власништва, а не она са најнижом набавном ценом.

Како се упоређују у производњи, заваривању и машинској обради?

Обе легуре се добро заварују и производе са одговарајућим поступцима и одговарајућим додатним металима. Купроникл 90/10 је материјал који се лакше обрађује, хладно-обрађује и завари јер је мекши; Монел 400 захтева робуснији алат и чвршћу{5}}контролу уноса топлоте, али је стандардан, добро-схваћен материјал у производњи бродова.

• Заваривање - Монел 400:Монел 400 је заварен са одговарајућим никл-бакарним потрошним материјалом - АВС ЕРНиЦу-7 жицом за ГТАВ/ГМАВ и АВС ЕНиЦу-7 електроде за СМАВ - са чистим површинама и контролисаним уносом топлоте.
• Заваривање - бакроникла 90/10:Купроникл 90/10 је заварен бакарним-никлним потрошним материјалом - АВС ЕРЦуНи жицом за ГТАВ/ГМАВ и АВС ЕЦуНи електродама за СМАВ - коришћењем малог уноса топлоте и помоћног гаса за заштиту корена шава.
• Машинска обрада:Купроникл 90/10 је мекан и може бити "гумаст" испод алата; оштри алати и позитивни нагибни углови дају чисте резултате. Монел 400 ворк-брзо се стврдњава и потребна су му чврста подешавања, спорије брзине и расхладна течност.
• Хладно обликовање:Цупроницкел 90/10 има одличну савитљивост и рутински се испоручује као танкозидне-цеви. Монел 400 се добро формира, али му је потребна већа сила и већи радијуси савијања.
• Стандарди за{0}форме производа:Монел 400: АСТМ Б127 (плоча/лим), Б164 (шипка/шипка/жица), Б165 (бешавне цеви/цеви), Б564 (отковке). Купроникл 90/10: АСТМ Б466/Б466М (бешавна цев/цев), Б467 (заварена цев), Б111 (цев кондензатора и измењивача топлоте), Б171 (плоча), Б151 (бар), Б552 (цев за десалинизацију).

Која је легура боља за цевоводе за морску воду?

За већину бродских и фабричких цевовода за морску воду - расхладна вода, баласт, каљужа и противпожарни системи при нормалним брзинама - бакроникл 90/10 је индустријски-стандард, исплатив-подразумевана вредност са више-деценијским искуством у раду. Одредите Монел 400 када пројектоване брзине премашују границе бакроникла, када је квалитет воде лош или променљив, када дизајн са танким{9}}зидом са високим{10}}притиском штеди тежину или када су трошкови застоја екстремни.

Купроникл 90/10 је најшире специфицирана класа за цевоводе за морску воду широм света. Његов природни антивегетативни слој одржава водове за пожар и расхладне водове чистима, његова стопа корозије је занемарљива у чистој текућој морској води, а цена инсталације је само делић Монела 400. То је прави одговор кад год чиста морска вода и брзине до отприлике 3,5 м/с описују дужност.

Монел 400 је изабран тамо где би бакроникл био у опасности:-испусни водови велике брзине и унутрашњост пумпе, радна кола, оквир вентила, осовина и причвршћивачи у критичним системима. Толерише загађену воду и воду која садржи сулфиде, није-магнетна (вредна у близини навигације и инструмената), а његова већа чврстоћа омогућава тање зидове и лакше системе. Табела 4 резимира логику одлуке.

Табела 4. Смернице за доношење одлука за примене цевовода за морску воду.

Која је легура боља за цеви размењивача топлоте?

Цупроницкел 90/10 је подразумевани, најекономичнији избор за цеви измењивача топлоте{2}}морске воде и кондензатора: комбинује отприлике дуплу топлотну проводљивост од Монела 400 са најбољим природним антивегетативним слојем, тако да измењивачи остају мањи, чистији и ефикаснији. Монел 400 цеви су специфициране тамо где брзина{6}}расхладне воде или агресивност премашују границе бакроникла, или где чврстоћа-танких зидова и корозивна граница оправдавају цену.

Економичност{0}}измјењивача топлоте је вођена топлотном проводљивошћу и фактором загађивања. Цупроницкел 90/10 има највише резултате на оба: проводи топлоту отприлике двоструко боље од Монела 400 и отпоран је на природно загађивање, тако да снопови остају компактни и ефикасни током деценија. То је стандардни материјал цеви за обалне{6}}кондензаторе за електране, бродске хладњаке и постројења за десалинизацију, прецизиран према АСТМ Б111 и Б552.

Монел 400 цеви се појављују у мањини измењивача где оптерећење премашује омотач бакроникла: расхладна вода са веома великом-брзином на улазима цеви, загађена или муља{2}}напуњена вода, или дизајн високог-притиска где Монелова снага дозвољава тање зидове и веће маргине. Такође се бира у хемијским-услужним измењивачима где може бити присутна флуороводонична или сумпорна киселина. Као правило: ако чиста морска вода при брзинама испод 3,5 м/с описује вашу дужност, бакроникл 90/10 је скоро увек прави материјал за цеви; пређите на Монел 400 само када то искључују брзина, загађење или притисак.

Монел 400 вс Цупроницкел 90/10

Табела 5 обједињује свако поређење у овом водичу у једну референцу која се може издвојити.

Табела 5. Консолидовано поређење монела 400 наспрам бакроникла 90/10 -. Вредности су типични објављени подаци за жарени материјал; проверите у односу на тренутне извештаје о испитивању млина за одређене производе.

Често постављана питања

К1. Да ли је Монел 400 исто што и бакроникл?

Бр. Монел 400 (УНС Н04400) је легура никла{3}}бакара са отприлике 63–70% никла и 28–34% бакра. Купроникл 90/10 (УНС Ц70600) је легура бакра{12}}никла са отприлике 88–90% бакра и 9–11% никла. Основни метал је другачији, као и снага, топлотна проводљивост, цена и типичне примене.

К2. Шта је боље за морску воду: Монел 400 или купроникл 90/10?

Зависи од дужности. За чисту морску воду при нормалним брзинама протока, бакроникл 90/10 је обично боља вредност: нижа цена, отприлике удвостручена топлотна проводљивост и супериорна отпорност на биообраштање. Монел 400 је бољи тамо где су брзине велике, вода загађена или су чврстоћа и поузданост у тешким условима критични.

К3. Зашто је Монел 400 тако скуп?

Монел 400 садржи 63–70% никла, а никл се обично тргује по отприлике 3–4 пута већој цени од бакра. Пошто је бакроникл 90/10 углавном бакар, цена његовог- сировог материјала је далеко нижа. На основу-килограма, Монел 400 обично кошта неколико пута више од бакроникла 90/10.

К4. Може ли се бакроникл 90/10 користити при великим брзинама морске воде?

Да, у границама. Препоручене пројектоване брзине су око 1,8–2,5 м/с, са конзервативним максимумом од око 3,5 м/с у чистој морској води. Изнад тога, ерозиона{5}}корозија (напад ударом) може да скине заштитни филм и изазове брз губитак метала.

К5. Да ли Монел 400 кородира у морској води?

Једва, у нормалним условима. Уједначене стопе корозије у текућој морској води су обично испод 0,025 мм/годишње, често 0,002–0,013 мм/годишње. Међутим, као и бакроникл, може да претрпи локализовани напад удубљења или пукотина у стајаћој, загађеној води или води која садржи сулфид{5}}; добар проток и дизајн система то спречавају.

К6. Која се легура користи за цеви за измењивање топлоте{1}}морске воде?

Купроникл 90/10 је најчешћи избор за кондензаторе морске воде и цеви за измењивање топлоте{2}} због своје високе топлотне проводљивости и природног антивегетативног слоја. Монел 400 је резервисан за рад велике-брзине, загађења или високог{6}}притиска који прелазе границе бакроникла.