Alliages cuivre-nickel (C70600 et C71500)ont établi une longue et fructueuse histoire dans le domaine des échangeurs de chaleur, des condenseurs et des systèmes de tuyauterie refroidis par eau de mer. Pour les centrales électriques, les navires, les installations de traitement chimique et les usines de dessalement, le tube de l’échangeur de chaleur est le composant essentiel qui détermine la fiabilité et l’efficacité globales du système.
Ce guide couvre tout, depuis la qualité de l'eau et la conception du système d'admission jusqu'à la résistance à la corrosion, la sélection des matériaux et les procédures d'entretien pourcuivre-nickel 90/10 (UNS C70600)et70/30 (UNS C71500)alliages.
Le rôle des échangeurs de chaleur dans les systèmes marins
Pour la grande majorité des applications d'équipements de transfert de chaleur, la chaleur est transférée entre deux flux de fluide à travers une paroi conductrice tandis que les flux restent physiquement séparés. Ce mur thermoconducteur est leéchangeurs de chaleur à tubes-et-de type tube, qui représentent un pourcentage important de ces unités dans :
| Industrie | Application |
|---|---|
| Production d'électricité | Condenseurs principaux, systèmes d'eau de refroidissement |
| Construction navale | Condenseurs principaux et auxiliaires, refroidisseurs d'huile |
| Traitement chimique | Échangeurs de chaleur de processus, refroidisseurs |
| Dessalement | Sections de récupération de chaleur, réchauffeurs de saumure |
Le tube à paroi relativement fine-, sélectionné principalement pour son efficacité de transfert de chaleur, doit fonctionner correctement sur de longues périodes dans des conditions de fonctionnement difficiles.Les alliages cuivre-nickel ont prouvé leur fiabilitédans ces environnements exigeants.
Considérations relatives à la qualité de l'eau pour les tubes en cuivre et nickel
Les analyses standard de l'eau de mer incluent la température, la salinité, l'oxygène dissous et le pH. Cependant, les facteurs suivants ont uneffet significatif sur les performances de l'alliage de cuivreet doit être identifié :
| Facteur | Impact sur C70600 / C71500 |
|---|---|
| Oxygène dissous | Bénéfique pour la formation du film |
| Sulfure d'hydrogène (H₂S) | Corrosion accélérée, forme un film de sulfure noir |
| Ammoniac (NH₃) | Peut être dommageable, notamment pour le C68700 |
| Débris (bâtons, coquillages, gravier, sable) | Provoque le blocage des tubes et l’érosion en aval |
| Larves marines | Fixation du biofouling à faible débit |
Conception du système d'admission : la première ligne de défense
La conception, l'exploitation et la maintenance du système de prise d'eau de mer ont uneffet profond sur les performances des tubes de l'échangeur de chaleur. Les ruptures de tubes dues aux dépôts de débris sontpannes d'écranet doit être reconnu comme tel.
Configuration recommandée du filtre d'admission
| Type d'écran | But | Ouverture typique |
|---|---|---|
| Grilles à barres | Gardez à l'écart les gros débris (boîtes, bûches, poissons) | Grand |
| Écrans de voyage | Filtrez les poissons, les pinces de crabe, les coquillages et les sacs. | 1/2 pouce ou moins |
| Cribles fixes (panier/automatique) | Criblage final avant la boîte à eau | 3/8 pouces |
Exigence critique :La taille du tube de l'échangeur de chaleur doit être réglée à unminimum deux fois l'ouverture de l'écran.
Exemple de cas d'une usine de dessalement
Dans une installation, un écran brisé (ouverture de 3/8 de pouce) a permis à des roches, un clou et des pièces d'acier de pénétrer dans le faisceau de tubes. Les débris se sont logés dans des tubes, entraînantpénétration du tube en aval des logements. Les opérateurs ont enregistré ces défaillances comme des pannes de tubes, mais elles étaient en réalitépannes d'écran.
Résistance à la corrosion des alliages cuivre-nickel
Formation de film de produits de corrosion
La résistance à la corrosion deC70600etMatériau C71500dans l'eau de mer dépend entièrement du film protecteur de produit anticorrosion qui se forme à la surface après son mouillage.
| Temps après le démarrage | Niveau de cuivre dans les effluents |
|---|---|
| 10 minutes | Diminué 10x |
| 1 heure | Diminué 100x |
| 3 mois | Identique à l'admission (film mature) |
Constatation clé :Le caractère protecteur du film continue de s'accroître à travers14 ans d'exposition. Celui-ci est responsable deDurée de vie de 20+ ansde l'alliage C71500 dans les condenseurs de bord et les usines côtières.
Taux de formation du film de produit de corrosion sur l'alliage C70600 dans l'eau de mer
Taux de corrosion de l'alliage C70600 lors d'expositions à long terme à l'eau de mer
Composition chimique des alliages cuivre-nickel
| Élément | C70600 (90/10) | C71500 (70/30) | C71640 | C72200 |
|---|---|---|---|---|
| Nickel (Ni) | 9.0 - 11.0 | 29.0 - 33.0 | 29.0 - 32.0 | 15.0 - 18.0 |
| Chrome (Cr) | - | - | - | 0.3 - 0.7 |
| Fer (Fe) | 1.0 - 1.8 | 0.4 - 1.0 | 1.7 - 2.3 | 0.5 - 1.0 |
| Manganèse (Mn) | 1,0 maximum | 1,0 maximum | 1.5 - 2.5 | 1,0 maximum |
| Cuivre (Cu) | Équilibre | Équilibre | Équilibre | Équilibre |
Effets de la vitesse sur la corrosion
Le taux de corrosion des alliages de cuivre est affecté par la vitesse de l’eau de mer au-dessus d’une certaine limite. Plus le film est protecteur, plus levitesse de décollage.
| Alliage | Vitesse de conception maximale (m/s) |
|---|---|
| C12200 (Cuivre) | 0.6 |
| C44300 (Laiton de l'Amirauté) | 1.2 |
| C68700 (Aluminium Laiton) | 2.4 |
| C70600 (90/10 Cu-Ni) | 3.6 |
| C71500 (70/30 Cu-Ni) | 4.6 |
| C72200 | > 9.0 |
| Minimum pour empêcher le dépôt de sédiments | 1.0 |
| Vitesse de conception normale | 2.0 |
Important:Les faibles débits (inférieurs à 1 m/s) sontaussi dommageable que des débits élevés. Une corrosion sous-dépôt et des ruptures de tubes peuvent survenir dans un délai de 6 à 12 mois à des vitesses inférieures à 1 m/s.
Effets du sable et du limon
| Condition | Effet sur C70600 / C71500 |
|---|---|
| Sable < 200 ppm | Endommage rarement le film protecteur |
| Sable 200-1000 ppm | De plus en plus abrasif |
| Sable > 1000 ppm | Nécessite C71640 ou C72200 |
| Dépôts de limon/boue | Entraîne une corrosion sous-dépôt et une MIC |
Ordre de résistance à l’abrasion du sable (du plus au moins) :C71640 > C72200 > C71500 > C70600 > C68700
Effets galvaniques
Les alliages cuivre-nickel sont galvaniquement compatibles entre euxdans l'eau de mer. Cependant, il faut faire preuve de prudence lors du couplage avec d'autres matériaux.
| Couple | Taux de corrosion du C70600 (µm/an) | Taux de corrosion des autres alliages (µm/an) |
|---|---|---|
| Découplé C70600 | 31 | - |
| C70600 + Acier au carbone | 3 | 787 |
| C70600 + Titane | 208 | 2 |
| C71500 + Acier au carbone | 3 | 711 |
| C71500 + Titane | 107 | 2 |
Effets de la pollution (sulfure d'hydrogène / H₂S)
Eaux de refroidissement polluées contenantsulfure d'hydrogène (H₂S)ont provoqué des défaillances prématurées des tubes du condenseur. Les principales sources de sulfure sont :
Bactéries sulfato-réductricesagissant sur le sulfate naturel de l'eau de mer en conditions anaérobies (dans les dépôts de boue, de limon ou de sédiments)
Putréfaction des composés organiques soufrésprovenant de matières végétales et animales en décomposition pendant des périodes d’arrêt prolongées
| Condition | Taux de corrosion |
|---|---|
| Absence totale d'oxygène | Faible (même à H₂S élevé) |
| Eau de mer propre et aérée | Modéré |
| Aéré + H₂S (transitoire) | Très élevé |
Effets du chlore
| Concentration de chlore | Effet sur les alliages Cu-Ni |
|---|---|
| 0.2 - 0.5 ppm (continu) | Contrôle le biofouling, aucun effet négatif sur la corrosion |
| 1,5 ppm (intermittent) | Légère réduction du taux de corrosion |
| Chlore résiduel > 0,2 ppm (effluent) | Limité par les réglementations de l'EPA |
Résistance aux bioencrassements marins
Les alliages cuivre-nickel sont reconnus depuis longtemps pour leur résistance inhérente à l’encrassement marin.Des études montrent :
L'encrassement estnon observésur les alliages contenant 80% de cuivre ou plus
Seulement un encrassement naissantnoté sur C71500
Vitesses de l'eau initiales et continuesau-dessus de 1 m/speut garder la plupart des alliages exempts de bio-encrassement
| Alliage | Résistance à l'encrassement biologique | Fréquence de nettoyage mécanique |
|---|---|---|
| C70600 (90/10) | Excellent (légèrement supérieur) | Tous les 3-4 mois |
| C71500 (70/30) | Bien | Tous les 2-3 mois |
| Titane | Poor (requires >vitesse de 1,2 m/s ou chloration) | 12 fois en 120 jours |
Directives de sélection des matériaux
Sélection de tubes
| Condition | Alliage recommandé |
|---|---|
| Eau de mer propre, vitesses normales (inférieure ou égale à 3,6 m/s) | C70600 (90/10) |
| Vitesses plus élevées, turbulences, solides entraînés | C71500 (70/30), C71640 ou C72200 |
| Grands pétroliers avec prises d'eau | C71640 |
| Eau de mer polluée (H₂S, ammoniac) | C71500 (de préférence) |
Sélection des plaques tubulaires
| Alliage de tubes | Alliage de feuille tubulaire recommandé |
|---|---|
| C70600 | C70600 |
| C71500 / C71640 | C71500 |
Sélection de boîte à eau
| Matériel | Recommandation |
|---|---|
| Acier au carbone (revêtu) | Nécessiteprotection cathodique(anodes galvaniques ou courant imposé) |
| Ni-Fonte résistante | Meilleure résistance à la corrosion que l'acier, mais offre une protection galvanique aux tubes |
| Solide C70600 / C71500 | Largement utilisé dans les navires et les usines de dessalement |
FAQ
1. Quelle est la différence entre UNS C70600 et UNS C71500 pour les tubes de condenseur ?
UNS C70600 (cuivre-nickel 90/10)contient 90 % de cuivre et 10 % de nickel, offrant une résistance supérieure au biosalissure.UNS C71500 (cuivre-nickel 70/30)contient 70 % de cuivre et 30 % de nickel, offrant une résistance supérieure et une meilleure résistance à la corrosion par impaction à des vitesses d'eau de mer plus élevées.
2. Quelle est la vitesse maximale de conception pour les tubes d'échangeur de chaleur ASTM B111 C70600 ?
PourASTM B111 C70600tubes en service d'eau de mer, la vitesse maximale de conception est3,6 mètres par seconde(environ 12 pieds par seconde). Le dépassement peut provoquer une attaque par impaction.
3. Le matériau C71500 nécessite-t-il un traitement thermique après-soudage pour la fabrication du condenseur ?
Non.Matériau C71500ne nécessite pas de traitement thermique après-soudage lorsqu'il est soudé à l'aide de méthodes conventionnelles telles que GTAW/TIG avec du métal d'apport ERCuNi.
4. Quel est le taux de corrosion typique du cuivre-nickel 70/30 dans l’eau de mer propre ?
Le taux de corrosion typique pourcuivre nickel 70/30dans l'eau de mer propre et courante est0.0025 - 0.025 mm par an, ce qui le rend adapté à la plupart des applications marines nécessitant 20+ années de durée de vie.
5. Comment la densité du C71500 affecte-t-elle les calculs de poids de l'échangeur thermique ?
Ledensité c71500est de 8,94 g/cm³. Ceci est essentiel pour calculer le poids total de l'échangeur de chaleur pour l'expédition, la conception des supports structurels et la planification logistique.
6. Les tubes SB111 C71500 peuvent-ils être utilisés dans de l'eau de mer polluée contenant du sulfure d'hydrogène ?
sb111 c71500 (70/30)est préféré à 90/10 pour l'eau de mer polluée contenant du H₂S, bien qu'il ne soit pas complètement à l'abri. Si le film protecteur est mature, une exposition à court terme-est tolérable.
7. Quelle est la vitesse minimale de l’eau pour empêcher le dépôt de sédiments dans les tubes en cuivre-nickel ?
La vitesse minimale de l'eau pour empêcher le dépôt de sédiments et la corrosion sous-dépôt pourtuyau de cuivre c70600est1,0 mètre par seconde. En dessous de ce seuil, des échecs peuvent être attendus dans un délai de 6 à 12 mois.
8. Pourquoi l'alliage des plaques tubulaires ne devrait-il pas être plus noble que l'alliage des tubes pour les condenseurs asme sb466 c715 ?
Pourasmé sb466 c715Dans les condenseurs, une plaque tubulaire plus noble que le tube crée un couple galvanique où le tube le moins noble devient l'anode, accélérant la corrosion à l'extrémité du tube là où il rencontre la plaque tubulaire.
9. Quelle est la plage de températures de recuit pour l'alliage de cuivre et de nickel travaillé à froid UNS C71500 ?
PourAlliage cuivre-nickel UNS C71500, la plage de température de recuit pour restaurer la ductilité après un écrouissage à froid est700 - 825 diplôme.
10. Comment l'usinabilité du cuivre-nickel 70/30 se compare-t-elle à celle du laiton de décolletage-pour la production de brides ?
LeUsinabilité cuivre-nickel 70/30La valeur nominale est de 20 % de laiton à coupe libre, ce qui signifie qu'il nécessite des vitesses plus lentes et un outillage plus puissant. Le C71500 est légèrement plus difficile à usiner que le C70600 en raison de sa teneur plus élevée en nickel.
11. Quel type de soudage est recommandé pour les tubes de l'échangeur de chaleur C70600 sur les plaques tubulaires ?
Soudage à l'arc sous gaz tungstène (GTAW/TIG)avec du métal d'apport ERCuNi (AWS A5.7) est la méthode recommandée pour le soudageTube C70600aux plaques tubulaires en alliage de cuivre.
12. Des rapports d'inspection tiers sont-ils disponibles pour les tubes de condenseur C71500 ?
Oui. Rapports d'inspection tiers-(SGS, BV, ABS, DNV) pourTubes de condenseur C71500sont disponibles sur demande du client, y compris les certificats d'essai en usine EN 10204 3.1.
Équipement d'usine
| Équipement | Objectif de la production de cuivre et de nickel |
|---|---|
| Four de fusion à induction | Contrôle précis decomposition chimique c71500 |
| Machine de coulée continue | Production de billettes |
| Presse à extrusion | Formation de coquilles creuses |
| Moulin à pèlerins à froid | Réduction du diamètre du tube |
| Banc de tirage | Dimensionnement final et finition de surface |
| Four de recuit | Soulagement du stress (700-825 degrés pour C70600/C71500) |
| Machine à lisser | Précision dimensionnelle |
| Centre d'usinage CNC | Production de brides et de raccords |
| Équipement CND | Tests par courants de Foucault et ultrasons |
Certificats
