Tubo in titanio grado 2 per scambiatori di calore
Standard e codici di progettazione applicabili
Norme di prodotto: ASTM B338 / ASME SB-338 per tubi; le piastre corrispondenti utilizzano ASTM B265 / SB-265.
Base di sollecitazione ammissibile: ASME BPVC Sezione II-D. Per pareti più sottili considerare il grado 2H / 7H / 12H.
Pratica del settore / Regole di campo
- Mantenere la velocità lato tubo ≥ 2 m/s o applicare 0,5 ppm di cloro (continuo o intermittente).
- Sciacquare con acqua dolce e asciugare prima e dopo lunghi arresti per ridurre i depositi e le zone di fessura.
Composizione chimica (ASTM B338)
| Elemento | Massimo (%) |
|---|---|
| C | 0.1 |
| Fe | 0.3 |
| O | 0.25 |
| N | 0.03 |
| H | 0.0125 |
| Altri (ciascuno/totale) | 0.10 / 0.40 |
| Ti | Bilancia |
Proprietà meccaniche e fisiche (temperatura ambiente, ricotto)
| Proprietà | Valore |
|---|---|
| Resistenza alla trazione | ≥345 MPa |
| Carico di snervamento Rp0.2 | ≥275 MPa |
| Allungamento | ≥20% |
| Modulo elastico | GPa 105 |
| Densità | 4,51 g/cm³ |
| Conducibilità termica | 16,4 W·m⁻¹· K⁻¹ |
| CTE (20-100 °C) | 8,6 μm·m⁻¹· K⁻¹ |
| Calore specifico | 0,523 J·g⁻¹· K⁻¹ |
Stock e servizi per tubi di grado 2
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| No. | OD (mm) | OD (pollici) | Peso (mm) | WT (pollici) | Lunghezza (m) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 14 | 0.551 | 1.5 | 0.059 | 4.2 |
| 2 | 19 | 0.748 | 1.5 | 0.059 | 4 |
| 3 | 25 | 0.984 | 1.2 | 0.047 | 5 |
| 4 | 25 | 0.984 | 1.5 | 0.059 | 6 |
| 5 | 25 | 0.984 | 2 | 0.079 | 6 |
| 6 | 32 | 1.26 | 1.5 | 0.059 | 6 |
| 7 | 32 | 1.26 | 2 | 0.079 | 6 |
| 8 | 38 | 1.496 | 2 | 0.079 | 6 |
| 9 | 38 | 1.496 | 2.5 | 0.098 | 6 |
| 10 | 38 | 1.496 | 3 | 0.118 | 6 |
| 11 | 50 | 1.969 | 1.5 | 0.059 | 5 |
| 12 | 50 | 1.969 | 3 | 0.118 | 7.95 |
| 13 | 57 | 2.244 | 2 | 0.079 | 5.5 |
| 14 | 57 | 2.244 | 3 | 0.118 | 6 |
| 15 | 60 | 2.362 | 3 | 0.118 | 5 |
| 16 | 76 | 2.992 | 3 | 0.118 | 6 |
| 17 | 76 | 2.992 | 4 | 0.157 | 6 |
| 18 | 89 | 3.504 | 3 | 0.118 | 6 |
| 19 | 89 | 3.504 | 6 | 0.236 | 5.5 |
| 20 | 108 | 4.252 | 4 | 0.157 | 6 |
| 21 | 133 | 5.236 | 4 | 0.157 | 5.13 |
| 22 | 159 | 6.26 | 3 | 0.118 | 6 |
| 23 | 219 | 8.622 | 3 | 0.118 | 6 |
| 24 | 273 | 10.748 | 5 | 0.197 | 5 |
| 25 | 377 | 14.843 | 5 | 0.197 | 4.62 |
| 26 | 457 | 17.992 | 5 | 0.197 | 5.67 |
| 27 | 480 | 18.898 | 5 | 0.197 | 3.21 |
Manteniamo anche teste bombate in titanio di grado 2 e possiamo spedirle con tubi e raccordi.
| No. | Diametro (mm) | Diametro (pollici) | Spessore (mm) | Spessore (pollici) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 450 | 17.717 | 3 | 0.118 |
| 2 | 460 | 18.11 | 3 | 0.118 |
| 3 | 610 | 24.016 | 6 | 0.236 |
| 4 | 710 | 27.953 | 5 | 0.197 |
| 5 | 900 | 35.433 | 6 | 0.236 |
| 6 | 1000 | 39.37 | 4 | 0.157 |
| 7 | 1010 | 39.764 | 8 | 0.315 |
| 8 | 1200 | 47.244 | 4 | 0.157 |
Controllo qualità e consegna
NDE: ECT e UT secondo ASTM B338.
Hydrotest: ogni tubo a 1,5 × pressione di progetto.
MTC: EN 10204 3.1 / 3.2 con tracciabilità completa.
Imballaggio: Tappi terminali, essiccante, casse antiurto; Carte di umidità per il trasporto marittimo.
Lista di controllo per l'approvvigionamento / selezione
Chimica del fluido, Cl-, pH, solidi
Profilo di temperatura; qualsiasi punto > 82 °C?
Velocità di progetto; se < 2 m/s, is chlorination allowed?
Pressione di progetto e tolleranza alla corrosione
Durata di progetto e tolleranza ai tempi di inattività
Codice: ASME Sec I/VIII, Div.1 o Div.2
Materiali per piastre tubiere/gusci e misure galvaniche
NDE, 100 % idroelettrico, testimone di terze parti
Documenti necessari, imballaggio, Incoterms, MOQ, tempi di consegna
TL; DR (decisione in 1 minuto)
ASTM B338 copre tubi in titanio di grado 2 (UNS R50400) senza saldatura e saldati. È ampiamente utilizzato in condensatori di superficie, evaporatori e altri scambiatori di calore.
Proprietà meccaniche minime tipiche (ricotto): UTS ≥ 345 MPa, 0,2% YS ≥ 275 MPa, El ≥ 20%. Ciò offre un buon equilibrio tra resistenza e saldabilità per la maggior parte delle attività chimiche e di raffreddamento ad acqua di mare.
La conducibilità termica è ~16,4 W·m⁻¹· K⁻¹ a temperatura ambiente, molto più basso del Cu-Ni. Ma il titanio tollera velocità molto elevate. I rapporti mostrano fino a 40 m/s in acqua di mare senza erosione-corrosione. Gli ingegneri compensano il λ più basso con una velocità più elevata, pareti più sottili e layout più compatti.
La resistenza alla corrosione nell'acqua di mare e nella maggior parte dei mezzi di cloruro è essenzialmente "fit and forget". Non sono stati segnalati casi di MIC. Se la velocità è < 2 m/s, dose ~0.5 ppm chlorine (continuous or intermittent) to control biofouling.
ASME BPVC Sezione II-D fornisce sollecitazioni ammissibili per il Grado 2 utilizzato nelle Sezioni I e VIII. Dimensionare sempre la parete utilizzando questi valori S, non la resistenza alla trazione o allo snervamento a temperatura ambiente.
I dati sul campo mostrano >30 anni in acqua di mare senza corrosione misurabile e 16 anni in acqua di mare inquinata con prestazioni stabili.
Questa esperienza rende il Grado 2 una scelta predefinita per il raffreddamento dell'acqua di mare, la desalinizzazione, il GNL e molti impianti chimici.
Assoluti del Design
Bassa conducibilità termica vs. alta velocità ammissibile
Il λ del titanio è solo 1/4-1/5 del Cu-Ni. Ma puoi correre a una velocità (e turbolenza) più elevata, che aumenta il coefficiente convettivo h. Con pareti più sottili (ASTM B338 consente spessori sottili fattibili) e una maggiore densità di superficie, nel complesso è possibile raggiungere l'obiettivo.
Selezione dello spessore della parete e sollecitazione ammissibile
Utilizzare i valori S in ASME BPVC Sezione II-D (a seconda della temperatura). Non dimensionare pareti con resistenza allo snervamento o alla trazione. Quando necessario, prendere in considerazione il grado 2H / 7H / 12H per ridurre ulteriormente lo spessore delle pareti.
Finestra di velocità
Si consiglia ≥ 2 m/s per limitare la bioincrostazione. I modelli tipici funzionano a 2-8 m/s (6-26 piedi/s).
Limite superiore estremo: è stato dimostrato che i materiali tollerano 30-40 m/s, ma è necessario controllare anche la potenza della pompa, il rumore, le vibrazioni e il supporto del fascio tubiero.
Saldatura ed espansione del tubo
Il titanio di grado 2 è meglio saldato da GTAW (TIG) / ZAMPA con una rigorosa schermatura inerte per evitare il ritiro O/N.
Per i tubi in Ti e le piastre tubiere rivestite in Ti o Ti, la saldatura automatica della guarnizione GTAW multi-torcia è comune per ridurre al minimo i siti di fessura. Il Nickel Institute riporta una compatibilità galvanica positiva per tubi in Ti + waterbox/piastre tubiere in acciaio inox ad alta lega.
Perché il Grado 2 Ti è la prima scelta
Durata di corrosione vicina al "progettare e dimenticare"
Nell'acqua di mare naturale, nei mezzi cloruri e in molti sistemi acidi/alcali, il titanio forma un denso film passivo di TiO₂. I dati sul campo e in laboratorio mostrano spesso tassi di corrosione "vicini allo zero / non misurabili"; I valori tipici sono ≤ 5 mpy (0,127 mm/a).
Nessuna MIC (corrosione microbiologicamente influenzata) segnalata
Questo è un elemento chiave di differenziazione rispetto agli acciai inossidabili e alle leghe di Cu Ni.
Velocità ammissibile più elevata → coefficiente di scambio termico locale più elevato e minore incrostazione
In acqua di mare, 40 m/s (~130 ft/s) causano ancora danni trascurabili alla lega; La letteratura riporta anche tolleranze >30 m/s. I progetti ingegneristici tipici sono molto più conservativi, ad esempio 6-8 piedi/s e 12-15 piedi/s quando sono richieste prestazioni più elevate.
Se la velocità è < 2 m/s due to design or operation, apply ~0.5 ppm chlorination to maintain antifouling capability.
Buona saldabilità e producibilità, con copertura completa ASME/ASTM
ASTM B338 stabilisce la chimica, le proprietà meccaniche, le dimensioni, l'NDE e i test idrostatici per i tubi in titanio senza saldatura/saldati utilizzati negli scambiatori di calore.
ASME Sezione II D fornisce le tensioni ammissibili di progetto; Le sezioni VIII / I dell'ASME ne consentono l'uso in recipienti a pressione e caldaie.
Modalità di corrosione / guasto e mitigazione
Ambienti con acqua di mare / cloruri
La corrosione uniforme è quasi assente. Il servizio a lungo termine mostra comunemente "nessuna corrosione misurabile". Ma quando T > 82 °C e sono presenti fessure strette, il grado 2 può subire corrosione interstiziale. In tal caso, selezionare la lega Pd Gradi 7/16 o Mo modificato Grado 12.
Controllo del biofouling
Mantenere la velocità lato tubo ≥ 2 m/s. In caso contrario, utilizzare una clorazione di ~0,5 ppm per sopprimere le incrostazioni.
Tensocorrosione (SCC)
Immune al cloruro SCC nell'acqua di mare, un vantaggio chiave rispetto agli acciai inossidabili austenitici.
Corrosione da erosione / urto
In acqua di mare, 40 m/s (~130 ft/s) hanno ancora un effetto trascurabile. Anche con la sabbia, l'impatto è piccolo. Ciò consente di aumentare la velocità per scambiare l'area nella progettazione.
Corrosione galvanica
Il titanio in sé non viene sacrificato, ma può accelerare la corrosione di metalli più attivi (ad esempio, acciaio al carbonio, Cu Ni) quando accoppiato. Buone pratiche: tubi in Ti + piastre tubiere in acciaio inox ad alta lega o rivestite in Ti, e anodi sacrificali su parti in acciaio al carbonio.
FAQ (Tradotto)
Q1: Perché non usare Cu-Ni o inossidabile?
Il Cu-Ni e l'acciaio inossidabile austenitico subiscono erosione, SCC o MIC nell'acqua di mare. La manutenzione è costosa, quindi il Ti vince sul costo del ciclo di vita.
Q2: Un basso λ renderà lo scambiatore enorme?
No. Le pareti sottili e l'alta velocità compensano. La dimensione effettiva dell'HX non scala linearmente con λ.
Q3: Posso usare acqua di mare di grado 2 sopra gli 82 °C?
Esiste il rischio di corrosione interstiziale; passare alla lega Pd G7 o alla lega Mo G12.
Q4: Come scegliere lo stress ammissibile ASME?
Utilizzare i valori S in ASME II-D Tabella 1A/1B. Per pareti più sottili considerare 2H/7H/12H.
