ASTM B111 C68700 dans le service d'échangeur de chaleur
ASTM B111/B111M est la spécification standard pour les tubes de condenseur et les ferrules sans soudure en cuivre et en alliage de cuivre-, et le laiton aluminium C68700 est l'une de ses qualités les plus largement utilisées. Dans un échangeur de chaleur, le tube est le composant qui sépare deux fluides tout en transportant la chaleur entre eux. Le matériau doit donc satisfaire trois exigences à la fois : il doit conduire efficacement la chaleur, il doit survivre au côté corrosif de l'échangeur et il doit être suffisamment formable pour être plié et roulé dans la plaque tubulaire sans dommage.
Le laiton aluminium répond aux trois. Sa conductivité thermique est élevée pour un alliage de cuivre, son film de surface riche en aluminium-résiste à l'écoulement de l'eau de mer et son état recuit a la ductilité nécessaire au cintrage en U-et à l'expansion des plaques tubulaires. Cette combinaison est la raison pour laquelle il apparaît dans les condenseurs des centrales électriques, les refroidisseurs des raffineries, les usines de dessalement et les machines à bord des navires.
Composition et équivalents-standards croisés
La qualité est connue sous une désignation différente dans presque tous les systèmes standards, et les acheteurs qui comparent les offres doivent les faire correspondre soigneusement car les gammes de composition ne sont pas identiques.
| Système standard | Désignation | Gamme cuivre | Gamme aluminium | Gamme Arsenic |
|---|---|---|---|---|
| ASTM B111 (UNS) | C68700 | 76.0-79.0 % | 1.8-2.5 % | 0.02-0.06 % |
| BS 2871 Partie 3 | CZ110 | 76.0-78.0 % | 1.8-2.3 % | 0.02-0.06 % |
| DIN 1785 | CuZn20Al2 (2,0460) | 76.0-79.0 % | 1.8-2.3 % | 0.02-0.35 % |
| FR | CW702R | 76.0-79.0 % | 1.8-2.5 % | 0.02-0.06 % |
| JIS H3300 | C6870 | 76.0-79.0 % | 1.8-2.5 % | 0.02-0.06 % |
| GB/T 5231 | HAl77-2 | 76.0-79.0 % | 1.8-2.5 % | 0.02-0.06 % |
Deux différences pratiques méritent d’être notées. Premièrement, la gamme d’arsenic dans la désignation allemande est beaucoup plus large que dans la norme ASTM B111, de sorte qu’un tube fabriqué selon la qualité allemande n’est pas automatiquement conforme à la chimie ASTM. Deuxièmement, les normes nationales fixent leurs propres exigences en matière de propriétés mécaniques et de désignations de trempe, de sorte que la trempe et son minimum de traction, et pas seulement le nom de l'alliage, doivent être indiqués lors de la comparaison des offres.
Performances thermiques et mécaniques
| Propriété | Valeur | Commentaire |
|---|---|---|
| Densité | 8,33 g/cm³ | 0,301 lb/po³ à 20 °C |
| Conductivité thermique | Environ 100 W/(m·K) | Élevé pour un alliage résistant à la corrosion |
| Conductivité électrique | Environ 23 % SIGC | État recuit |
| Module élastique | 117 GPa | Température ambiante |
| Plage de fusion | Environ 900-930°C | Sans danger pour les joints brasés à des températures normales |
| Densité spécifique | 8.33 | Conforme à la densité ci-dessus |
Mécaniquement, ASTM B111 nécessite une résistance à la traction minimale de 345 MPa et une limite d'élasticité minimale de 125 MPa dans l'état recuit O61, ce qui est la condition d'alimentation normale pour les tubes d'échangeur de chaleur coudés en U. Des tubes étirés durs sont disponibles lorsque l'échangeur fonctionne à une pression plus élevée et que les tubes sont droits. Étant donné que les performances de transfert de chaleur dépendent de l'épaisseur de la paroi, le choix pratique d'une paroi de 0,9 mm, 1,2 mm ou plus se fait généralement en fonction de la tolérance à la corrosion plutôt que de la résistance, et les spécifications de commande doivent toujours indiquer explicitement le diamètre extérieur, l'épaisseur de paroi, la longueur, la trempe et les exigences de test.
Où l’alliage fonctionne le mieux
Échangeurs de chaleur à calandre et à tubes refroidis à l'eau de mer dans les raffineries et les usines chimiques
Condenseurs de surface dans la production d'énergie à vapeur
Faisceaux de tubes pour usines de dessalement et de distillation
Refroidisseurs et évaporateurs pour machines marines et offshore
Condenseurs CVC et réfrigération fonctionnant à l'eau saumâtre ou chlorée
Chauffe-eau et autres fonctions de transfert de chaleur à basse et moyenne température
La résistance naturelle à l'encrassement de l'alliage constitue un avantage en service dans l'eau de mer, car une croissance biologique moindre signifie une perte de transfert de chaleur plus faible et des intervalles plus longs entre les nettoyages. Lorsque l'eau est fortement polluée, contient des sulfures ou atteint des températures plus élevées, les qualités de cuivre-nickel telles que C70600 et C71500 offrent une durée de vie plus longue, et lorsque l'eau est de l'eau douce et propre à température modérée, le laiton amirauté offre une solution moins coûteuse.
Points de commande, d'installation et de test
La commande doit indiquer le numéro UNS ou l'équivalent national, l'état, le diamètre extérieur et l'épaisseur de paroi avec tolérances, la longueur ou le dessin de courbure en U, le programme d'essai et toute exigence supplémentaire telle que l'examen par courants de Foucault ou les limites de granulométrie. Les extrémités des tubes sont généralement fournies avec des capuchons ou des viroles de protection, et l'emballage doit garder les tubes secs, séparés et exempts de résidus contenant du chlorure- pendant le transport maritime.
Pendant le montage, les tubes sont enroulés dans la plaque tubulaire avec une expansion contrôlée et l'espacement des déflecteurs est vérifié afin que les tubes ne puissent pas vibrer les uns contre les autres. Le nettoyage côté eau doit utiliser uniquement des produits chimiques inhibés, des brosses ou un jet d’eau. L'inspection finale du faisceau comprend généralement des essais hydrostatiques ou pneumatiques, un examen par courants de Foucault des tubes installés et un contrôle de la qualité du joint de dilatation, qui dépendent tous du tube arrivé avec la trempe et l'état de surface corrects.
FAQ
Q : Quel est l'équivalent chinois du tube C68700 ?
La désignation chinoise la plus proche est HAl77-2 sous GB/T 5231, avec une teneur en aluminium d'environ 2 % et un petit ajout d'arsenic pour la résistance à la dézincification.
Q : Quelle trempe est utilisée pour les tubes d'échangeur de chaleur coudés en U ?
Le tube O61 recuit est utilisé car il possède la ductilité requise pour se plier et s'enrouler dans la plaque tubulaire sans se fissurer.
Q : Le tube C68700 conduit-il bien la chaleur ?
Oui, sa conductivité thermique d'environ 100 W/(m·K) est élevée pour un alliage de cuivre résistant à l'eau de mer, bien qu'elle soit inférieure à celle du cuivre pur et des laitons de l'amirauté.
Q : Un tube fabriqué selon la norme DIN CuZn20Al2 peut-il être utilisé lorsque la norme ASTM B111 C68700 est spécifiée ?
Pas automatiquement, car la gamme d'arsenic autorisée dans la désignation allemande est plus large, la chimie doit donc être vérifiée par rapport aux limites ASTM avant que le tube ne soit accepté.
Q : Quelle marge de corrosion faut-il ajouter à l’épaisseur de la paroi ?
L'allocation découle de la chimie de l'eau, de sa vitesse et de sa durée de vie prévue ; il est normal de spécifier une paroi plus lourde dans une eau de mer agressive plutôt que de se fier uniquement à l'alliage.
Q : Quels tests sont requis sur le tube de l'échangeur de chaleur C68700 ?
Les exigences typiques sont l'analyse chimique, les tests de traction et de dureté, l'inspection dimensionnelle et de surface, les tests d'expansion et d'aplatissement, les tests de pression hydrostatique et l'examen par courants de Foucault sur toute la longueur.
