実際のプロジェクトでは、, ニッケル 201 熱交換器チューブ用対合金 20 は理論的な議論ではない。それは通常、シャットダウン・コストの議論である。技術者は、ニッケル201が非常に高い熱伝導 率と苛性サービスにおける優れた耐性を持つ のに対して、合金20は硫酸を主成分とする化学環 境用に作られており、一般的なチューブ製品の形 状ではより優れた強度を持つことに気づくかも しれない。ニッケル含有量だけ、あるいは熱伝導率だけ を比較するのは間違った直感です。正しいアプローチは、流体の正確な化学的性質、酸化電位、塩化物レベル、実際のアップセット条件から始めることです。.
ほとんどの化学プロセス用交換器の場合、選択の境界は驚くほど明確である。ニッケル201は低炭素の 純ニッケル, 最小99.0% Niで、炭素は最大0.02%に制限されているため、600°F / 315°Cを超える温度でも粒界脆化しにくい。これとは対照的に、合金20はNi-Fe-Cr-Cu-Mo合金で、32-38% Ni、19-21% Cr、3-4% Cu、2-3% Moを含み、特に硫酸などの腐食性の強い水腐食用に開発された。この組成の違いが、熱交換器用チューブでこれら2つの材料の挙動が大きく異なる理由である。.
熱交換器チューブ用ニッケル201と合金20の比較：プロセス流体から始める
高温の苛性ソーダ、濃アルカリ、または製品の純度が重要な還元性媒体を扱う交換器の場合は、ニッケル201を真剣に検討する価値があります。特殊金属は、市販の純ニッケルは様々な還元性化学物質に対して高い耐性を持ち、苛性アルカリに対する耐性は「比類ない」と述べています。また、ニッケル 201は、以下のような低炭素の利点も維持し ている。 ニッケル200 使用温度が315℃を超えると、ヒーター、エバポレーター、チューブサイド回路がその範囲を超えて循環する場合に問題となる。.
しかし、それは ない サンドマイヤー氏は、ニッケル200/201は非曝気性 酸溶液中ではより優れた性能を発揮し、酸化 性塩溶液では強い腐食を受ける可能性がある と指摘している。鉱酸では、その挙動は濃度、温度、特に通気性に強く依存する。サンドマイヤー氏は、ニッケル200/201は非通気性の酸溶液でより優れた性能を発揮し、酸化性塩溶液では強い腐食に見舞われる可能性があることも指摘している。を比較する際、多くのバイヤーが見落と している点である。 熱交換器チューブ用ニッケル201と合金20の比較 一般的な「耐酸性」ラベルのみを使用している。.
合金20は、硫酸プロセストレイン、混合酸ケミカルユニット、塩化物で汚染された多くの水系で見られる交換器サービス用に、より目的に合わせて作られています。カーペンターはさらに、沸騰20-40%硫酸での応力腐食割れに対する優れた耐性と、鋭敏化状態での粒界攻撃に対する安定性を指摘しています。肥料工場、酸洗工場、特殊化学工場、製薬工場で使用される交換器では、この腐食パッケージがより適切であることが多い。.
なぜ熱伝導率が選択を決めないのか
そうです。ニッケル201の熱伝導率は合金20よりもはるかに高く、引用したサプライヤーのデータでは、20℃でニッケル201が79.3W/m・Kであるのに対し、合金20は12.3W/m・Kです。紙の上では、これは決定的なように見える。しかし、実際にはそうではありません。多くのシェルアンドチューブ式熱交換器では、プロセス側の皮膜係数、ファウリング層、実際のプラント環境を生き抜くために必要な腐食許容量が支配的な抵抗となる。そのため、ニッケル201の高い導電率は貴重であるが、流体に対して誤った腐食メカニズムを持つ材料を選択したことを補うものではない。これが 熱交換器チューブ用ニッケル201と合金20の比較.
熱交換器用チューブにおけるニッケル201と合金20の典型的な技術比較
| 特性／選択要素 | ニッケル 201 | アロイ20 |
|---|---|---|
| UNS呼称 | N02201 | N08020 |
| 基本合金ファミリー | 市販の純ニッケル | Ni-Fe-Cr-Cu-Mo耐食合金 |
| ニッケル含有量 | 99.0%分 | 32.0-38.0% |
| カーボン・リミット | 0.02%最大 | 0.07%最大 |
| 代表的な熱伝導率 | 79.3 W/m-K at 20°C | 12.3 W/m-K |
| 膨張係数 | 13.2 µm/m-°C at 100°C | 14.7 µm/m-°C at 25-100°C |
| 標準的な室温引張強さ | 50-70 ksi（シームレス管／パイプ、冷間引抜きアニール処理 | 90ksiアニール |
| 標準的な室温降伏強度 | 10-28 ksi（シームレス管／パイプ、冷間引抜きアニール処理 | 45ksiアニール |
| 最もよく知られた腐食強度 | 苛性アルカリ、多くの還元性化学物質、厳選された高純度職務 | 硫酸、混合化学環境、有用な塩化物/硝酸/リン耐性 |
| 主な注意事項 | 酸化性塩類と通気性酸サービスは問題となる可能性がある。 | 純ニッケルが好まれるような、非常にアグレッシブな高温苛性用途の第一選択肢ではない |
のサプライヤー技術データから要約した代表値。 熱交換器チューブ用ニッケル201と合金20の比較. .製品の形状、サイズ、熱処理、規格要件については、最終仕様の前に必ず製鋼所またはチューブ・サプライヤーに確認してください。.
ニッケル201がより良い管の選択である場合
ニッケル201は、熱苛性サービス、強アルカリ、または汚染制御が重要で酸化性汚染物質が厳しく制限される還元性環境が交換器に適用される場合に通常使用されます。また、炭素含有量が少ないため、315℃を超 えると脆化リスクが低減されるため、ニッケル200 よりも高温での優位性があります。化学的性質をよく理解している工場では、ニッ ケル201は、より耐久性があり、よりクリーンなソ リューションとなりうる。.
ニッケル201がハロゲン関連の用途で魅力的であり続ける、狭いながらも実際のニッチも存在する。Special Metalsは、高温での乾燥塩素および塩化 水素での成功例を報告しており、フッ化水素酸でも、流 動条件が保護フッ化物皮膜を剥離しない限り、ニッケル 201が有効であることを指摘している。ニッケル201は、フッ化水素酸でも有効である。これは、主流交換器の義務ではないが、適切な乾式または注意深く管理されたサービスでは重要である。.
合金20がより安全な熱交換器チューブ材料である場合
プラントの流体に硫酸、混合酸、塩化物 が含まれる水性プロセス環境では、Alloy 20 が保守的なエンジニアリングの選択肢となることが多い。Alloy20は、硫酸関連の加工用に開発されたもので、熱交換器も通常の用途に含まれている。多くのバイヤーにとって、これは 熱交換器チューブ用ニッケル201と合金20の比較 が接戦を制した。.
カーペンター氏は、この合金は溶接、機械加工、冷間成形が可能であり、溶接時の炭化物析出を抑制するニオブの安定化により、溶接されたままの状態で使用されることが一般的であると述べている。これは、ニオブの安定化により溶接中の炭化物析出を抑制できるためである。実用的な加工面では、溶接ヘッド、チューブ-シートの移行部、または現場での補修が予想される熱交換器にとって、これは有意義な利点である。.
結論どの合金を選ぶべきか？
私のエンジニアとしての答えは簡単だ。 ない これらの合金はニッケル比率で選び、熱伝導率だけで選ばないこと。腐食メカニズムで選ぶ。高温苛性、還元性、純度に敏感な用途では、ニッケル 201が優れた管合金であることが多い。硫酸、混合酸プロセス、塩化物を含む多くの水性業務では、通常、合金20の方が安全で寛容な仕様です。.
調達チームにとって、実用的なデータ・パッケージには、完全な化学的性質、温度ウィンドウ、流速、酸素または酸化剤含有量、塩化物レベル、スタートアップ／シャットダウン・エクスカーション、洗浄化学物質、溶接ルートが含まれるべきである。これが、実際に溶接を終了させる詳細レベルである。 熱交換器チューブ用ニッケル201と合金20の比較 という質問があります。28Nickelでは、それはまた、深刻な技術的な問い合わせが回答するのがはるかに速くなり、早期のチューブ故障よりもはるかに安価になるポイントです。.
関連Q&A
1) ニッケル含有量が多いので、ニッケル 201 の方が合金 20 より優れているのですか？
ニッケル含有量が高いからといって、自動的に交換器の性能が向上するわけではありません。ニッケル201は苛性ソーダや多くの還元性環境に強く、合金20は硫酸関連や混合化学薬品用に設計されています。流体化学が勝敗を決めます。.
2) ニッケル201の熱伝導率は、熱交換器用チューブとして優れているのか？
それだけではありません。ニッケル201は合金20よりもはるかに熱伝導率が高いが、熱交換器の寿命は、チューブと金属の伝導率だけでなく、腐食モード、ファウリング、減肉、アプセットケミストリーによって左右されることが多い。.
3) 硫酸サービスでは、アロイ20をデフォルトにすべきでしょうか？
多くの場合、そうである。しかし、最終的な選択は、酸の濃度、温度、塩化物、流速、およびシステムが酸化的な動揺を見るかどうかに依存します。.
