Kessel und Wärmetauscher: Auswahlhilfe für nahtlose Rohre

Einführung

In Branchen wie der Stromerzeugung, Öl- und Gasindustrie, Petrochemie und Raffinerien sind nahtlose Rohre unverzichtbare Komponenten, insbesondere in Geräten, die extremen Temperaturen, hohem Druck und rauen, korrosiven Umgebungen standhalten müssen. Kessel, Wärmetauscher, Kondensatoren, Überhitzer, Luftvorwärmer und Economizer verwenden diese Rohre. Jede dieser Anwendungen erfordert spezifische Materialeigenschaften, um Leistung, Sicherheit und Langlebigkeit zu gewährleisten. Die Auswahl nahtloser Rohre für Kessel und Wärmetauscher hängt von der jeweiligen Temperatur, dem Druck, der Korrosionsbeständigkeit und der mechanischen Festigkeit ab.

Dieser Leitfaden bietet einen detaillierten Einblick in die verschiedenen Materialien, die für nahtlose Rohre verwendet werden, darunter Kohlenstoffstahl, legierter Stahl, Edelstahl, Titanlegierungen, nickelbasierte Legierungen, Kupferlegierungen und Zirkoniumlegierungen. Wir werden auch die relevanten Normen und Güteklassen untersuchen, damit Sie fundiertere Entscheidungen für Ihre Kessel- und Wärmetauscherprojekte treffen können.

Übersicht über CS, AS, SS, Nickellegierungen, Titan- und Zirkoniumlegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen

1. Korrosionsbeständigkeit

Jedes für nahtlose Rohre verwendete Material verfügt über spezifische Korrosionsbeständigkeitseigenschaften, die seine Eignung für unterschiedliche Umgebungen bestimmen.

Kohlenstoffstahl: Begrenzte Korrosionsbeständigkeit, wird normalerweise mit Schutzbeschichtungen oder -auskleidungen verwendet. Kann in Gegenwart von Wasser und Sauerstoff rosten, wenn es nicht behandelt wird.
Legierter Stahl: Mäßige Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit. Legierungszusätze wie Chrom und Molybdän verbessern die Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen.
Edelstahl: Hervorragende Beständigkeit gegen allgemeine Korrosion, Spannungsrisskorrosion und Lochfraß aufgrund des Chromgehalts. Höhere Güten wie 316L weisen eine verbesserte Beständigkeit gegen chloridbedingte Korrosion auf.
Nickelbasierte Legierungen: Hervorragende Beständigkeit gegenüber aggressiven Umgebungen wie sauren, alkalischen und chloridhaltigen Umgebungen. Bei stark korrosiven Anwendungen kommen Legierungen wie Inconel 625, Hastelloy C276 und Alloy 825 zum Einsatz.
Titan und Zirkonium: Überlegene Beständigkeit gegen Meerwasser und andere stark korrosive Medien. Titan ist besonders beständig gegen Chloride und saure Umgebungen, während Zirkoniumlegierungen in stark sauren Umgebungen hervorragende Leistungen erbringen.
Kupfer und Kupferlegierungen: Hervorragende Korrosionsbeständigkeit in Süß- und Meerwasser, wobei Kupfer-Nickel-Legierungen in Meeresumgebungen eine außergewöhnliche Beständigkeit aufweisen.

2. Physikalische und thermische Eigenschaften

Kohlenstoffstahl:
Dichte: 7,85 g/cm³
Schmelzpunkt: 1.425-1.500°C
Wärmeleitfähigkeit: ~50 W/m·K
Legierter Stahl:
Dichte: Variiert leicht durch Legierungselemente, typischerweise etwa 7,85 g/cm³
Schmelzpunkt: 1.450-1.530°C
Wärmeleitfähigkeit: Aufgrund von Legierungselementen niedriger als Kohlenstoffstahl.
Edelstahl:
Dichte: 7,75-8,0 g/cm³
Schmelzpunkt: ~1.400-1.530°C
Wärmeleitfähigkeit: ~16 W/m·K (niedriger als Kohlenstoffstahl).
Nickelbasierte Legierungen:
Dichte: 8,4-8,9 g/cm³ (je nach Legierung)
Schmelzpunkt: 1.300-1.400°C
Wärmeleitfähigkeit: Normalerweise niedrig, ~10–16 W/m·K.
Titan:
Dichte: 4,51 g/cm³
Schmelzpunkt: 1.668°C
Wärmeleitfähigkeit: ~22 W/m·K (relativ niedrig).
Kupfer:
Dichte: 8,94 g/cm³
Schmelzpunkt: 1.084°C
Wärmeleitfähigkeit: ~390 W/m·K (hervorragende Wärmeleitfähigkeit).

3. Chemische Zusammensetzung

Kohlenstoffstahl: Hauptsächlich Eisen mit 0,3%–1,2% Kohlenstoff und geringen Mengen Mangan, Silizium und Schwefel.
Legierter Stahl: Enthält Elemente wie Chrom, Molybdän, Vanadium und Wolfram zur Verbesserung der Festigkeit und Temperaturbeständigkeit.
Edelstahl: Enthält normalerweise 10,5%–30% Chrom sowie, je nach Qualität, Nickel, Molybdän und andere Elemente.
Nickelbasierte Legierungen: Überwiegend Nickel (40%-70%) mit Chrom, Molybdän und anderen Legierungselementen zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit.
Titan: Grad 1 und 2 bestehen aus handelsüblichem reinem Titan, während Grad 5 (Ti-6Al-4V) 6% Aluminium und 4% Vanadium enthält.
Kupferlegierungen: Kupferlegierungen enthalten verschiedene Elemente wie Nickel (10%-30%) für die Korrosionsbeständigkeit (z. B. Cu-Ni 90/10).

4. Mechanische Eigenschaften

Kohlenstoffstahl: Zugfestigkeit: 400-500 MPa, Streckgrenze: 250-350 MPa, Dehnung: 15%-25%
Legierter Stahl: Zugfestigkeit: 500-900 MPa, Streckgrenze: 300-700 MPa, Dehnung: 10%-25%
Edelstahl: Zugfestigkeit: 485-690 MPa (304/316), Streckgrenze: 170-300 MPa, Dehnung: 35%-40%
Nickelbasierte Legierungen: Zugfestigkeit: 550–1.000 MPa (Inconel 625), Streckgrenze: 300–600 MPa, Dehnung: 25%–50%
Titan: Zugfestigkeit: 240–900 MPa (variiert je nach Güteklasse), Streckgrenze: 170–880 MPa, Dehnung: 15%–30%
Kupferlegierungen: Zugfestigkeit: 200-500 MPa (abhängig von der Legierung), Streckgrenze: 100-300 MPa, Dehnung: 20%-35%

5. Wärmebehandlung (Lieferzustand)

Kohlenstoffstahl und legierter Stahl: Wird in geglühtem oder normalisiertem Zustand geliefert. Zu den Wärmebehandlungen gehören Abschrecken und Anlassen zur Verbesserung von Festigkeit und Zähigkeit.
Edelstahl: Wird im geglühten Zustand geliefert, um innere Spannungen zu entfernen und die Duktilität zu verbessern.
Nickelbasierte Legierungen: Lösungsgeglüht zur Optimierung der mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit.
Titan und Zirkonium: Normalerweise im geglühten Zustand geliefert, um Duktilität und Zähigkeit zu maximieren.
Kupferlegierungen: Wird weichgeglüht geliefert, insbesondere für Umformanwendungen.

6. Formgebung

Kohlenstoffstahl und legierter Stahl: Kann warm oder kalt verformt werden, allerdings ist bei legierten Stählen aufgrund der höheren Festigkeit ein größerer Aufwand erforderlich.
Edelstahl: Kaltumformung ist üblich, allerdings sind die Kaltverfestigungsraten höher als bei Kohlenstoffstahl.
Nickelbasierte Legierungen: Aufgrund der hohen Festigkeit und Kaltverfestigungsrate ist die Formgebung schwieriger; häufig ist eine Warmbearbeitung erforderlich.
Titan: Aufgrund der hohen Festigkeit bei Raumtemperatur lässt sich das Formgebungsverfahren am besten bei erhöhten Temperaturen durchführen.
Kupferlegierungen: Durch die gute Duktilität gut verformbar.

7. Schweißen

Kohlenstoffstahl und legierter Stahl: Mit herkömmlichen Techniken ist das Schweißen im Allgemeinen einfach, allerdings kann eine Vorwärmung und eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) erforderlich sein.
Edelstahl: Zu den gängigen Schweißverfahren zählen WIG-, MIG- und Lichtbogenschweißen. Um eine Sensibilisierung zu vermeiden, ist eine sorgfältige Kontrolle der Wärmezufuhr erforderlich.
Nickelbasierte Legierungen: Aufgrund der hohen Wärmeausdehnung und Rissneigung schwierig zu schweißen.
Titan: Zur Vermeidung von Verunreinigungen wird in einer abgeschirmten Umgebung (Inertgas) geschweißt. Aufgrund der Reaktivität von Titan bei hohen Temperaturen sind Vorsichtsmaßnahmen erforderlich.
Kupferlegierungen: Leicht zu schweißen, insbesondere Kupfer-Nickel-Legierungen, allerdings kann ein Vorwärmen erforderlich sein, um Rissbildung zu vermeiden.

8. Korrosion von Schweißnähten

Edelstahl: Bei unzureichender Kontrolle kann es in der Schweißwärmeeinflusszone zu örtlicher Korrosion (z. B. Lochfraß, Spaltkorrosion) kommen.
Nickelbasierte Legierungen: Bei Kontakt mit Chloriden und hohen Temperaturen ist es anfällig für Spannungsrisskorrosion.
Titan: Um eine Versprödung zu vermeiden, müssen Schweißnähte ausreichend vor Sauerstoff geschützt werden.

9. Entkalken, Beizen und Reinigen

Kohlenstoffstahl und legierter Stahl: Durch Beizen werden Oberflächenoxide nach der Wärmebehandlung entfernt. Zu den üblichen Säuren zählen Salzsäure und Schwefelsäure.
Edelstahl und Nickellegierungen: Durch Beizen mit Salpeter-/Flusssäure wird Anlauffarbe entfernt und die Korrosionsbeständigkeit nach dem Schweißen wiederhergestellt.
Titan: Um die Oberfläche zu reinigen und Oxide zu entfernen, ohne das Metall zu beschädigen, werden milde saure Beizlösungen verwendet.
Kupferlegierungen: Durch die Säurereinigung werden Oberflächenflecken und Oxide entfernt.

10. Oberflächenprozess (AP, BA, MP, EP usw.)

AP (geglüht und gebeizt): Standardoberfläche für die meisten rostfreien Edelstahl- und Nickellegierungen nach dem Glühen und Beizen.
BA (blankgeglüht): Wird durch Glühen in einer kontrollierten Atmosphäre erreicht, um eine glatte, reflektierende Oberfläche zu erzeugen.
MP (mechanisch poliert): Durch mechanisches Polieren wird die Oberflächenglätte verbessert und das Risiko einer Verunreinigung und Korrosion verringert.
EP (Elektropoliert): Ein elektrochemischer Prozess, bei dem Oberflächenmaterial entfernt wird, um eine ultraglatte Oberfläche zu erzeugen, die Oberflächenrauheit zu verringern und die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.

I. Nahtlose Rohre verstehen

Nahtlose Rohre unterscheiden sich von geschweißten Rohren dadurch, dass sie keine Schweißnähte aufweisen, die bei einigen Hochdruckanwendungen eine Schwachstelle darstellen können. Nahtlose Rohre werden zunächst aus einem massiven Block geformt, der dann erhitzt und anschließend entweder extrudiert oder über einen Dorn gezogen wird, um die Rohrform zu erzeugen. Das Fehlen von Nähten verleiht ihnen überlegene Festigkeit und Zuverlässigkeit und macht sie ideal für Hochdruck- und Hochtemperaturumgebungen.

Häufige Anwendungen:

Kessel: Nahtlose Rohre sind für die Konstruktion von Wasserrohr- und Rauchrohrkesseln, bei denen hohe Temperaturen und Drücke herrschen, unverzichtbar.
Wärmetauscher: Nahtlose Rohre in Wärmetauschern werden zur Wärmeübertragung zwischen zwei Flüssigkeiten verwendet und müssen korrosionsbeständig sein und ihre thermische Effizienz aufrechterhalten.
Kondensatoren: Nahtlose Rohre helfen in Stromerzeugungs- und Kühlsystemen dabei, Dampf zu Wasser zu kondensieren.
Überhitzer: Nahtlose Rohre werden zur Überhitzung von Dampf in Kesseln verwendet und steigern so die Effizienz von Turbinen in Kraftwerken.
Luftvorwärmer: Diese Rohre übertragen die Wärme von den Rauchgasen an die Luft und verbessern so die Effizienz des Kessels.
Economizer: Nahtlose Rohre in Economizern wärmen das Speisewasser durch die Nutzung der Abwärme aus Kesselabgasen vor und steigern so den thermischen Wirkungsgrad.

Kessel, Wärmetauscher, Kondensatoren, Überhitzer, Luftvorwärmer und Economizer sind integrale Komponenten in vielen Industriezweigen, insbesondere in den Bereichen Wärmeübertragung, Energieerzeugung und Flüssigkeitsmanagement. Insbesondere werden diese Komponenten hauptsächlich in den folgenden Industriezweigen eingesetzt:

1. Energieerzeugungsindustrie

Kessel: Werden in Kraftwerken verwendet, um chemische Energie in thermische Energie umzuwandeln, häufig zur Dampferzeugung.
Überhitzer, Economizer und Luftvorwärmer: Diese Komponenten verbessern die Effizienz, indem sie die Verbrennungsluft vorwärmen, Wärme aus Abgasen zurückgewinnen und den Dampf weiter erhitzen.
Wärmetauscher und Kondensatoren: Dienen zur Kühlung und Wärmerückgewinnung in Wärmekraftwerken, insbesondere in dampfbetriebenen Turbinen und Kühlkreisläufen.

2. Öl- und Gasindustrie

Wärmetauscher: Entscheidend bei Raffinationsprozessen, bei denen Wärme zwischen Flüssigkeiten übertragen wird, wie beispielsweise bei der Rohöldestillation oder auf Offshore-Plattformen zur Gasverarbeitung.
Kessel und Economizer: Werden in Raffinerien und petrochemischen Anlagen zur Dampferzeugung und Energierückgewinnung eingesetzt.
Kondensatoren: Werden während des Destillationsprozesses zum Kondensieren von Gasen zu Flüssigkeiten verwendet.

3. Chemische Industrie

Wärmetauscher: Werden häufig zum Erhitzen oder Kühlen chemischer Reaktionen und zur Wärmerückgewinnung aus exothermen Reaktionen verwendet.
Kessel und Überhitzer: Werden verwendet, um den für verschiedene chemische Prozesse benötigten Dampf zu erzeugen und um Energie für Destillations- und Reaktionsschritte bereitzustellen.
Luftvorwärmer und Economizer: Verbessern Sie die Effizienz energieintensiver chemischer Prozesse durch die Rückgewinnung von Wärme aus Abgasen und die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs.

4. Schifffahrtsindustrie

Kessel und Wärmetauscher: Unverzichtbar auf Schiffen zur Dampferzeugung sowie für Heiz- und Kühlsysteme. Schiffswärmetauscher werden häufig zur Kühlung der Schiffsmotoren und zur Stromerzeugung eingesetzt.
Kondensatoren: Werden verwendet, um Abdampf wieder in Wasser umzuwandeln, das in den Kesselsystemen des Schiffs wiederverwendet werden kann.

5. Lebensmittel- und Getränkeindustrie

Wärmetauscher: Werden häufig für Pasteurisierungs-, Sterilisations- und Verdampfungsprozesse verwendet.
Kessel und Economizer: Werden verwendet, um Dampf für die Lebensmittelverarbeitung zu erzeugen und Wärme aus der Abgasanlage zurückzugewinnen, um Brennstoff zu sparen.

6. HVAC (Heizung, Lüftung und Klimaanlage)

Wärmetauscher und Luftvorwärmer: Werden in HLK-Systemen zur effizienten Wärmeübertragung zwischen Flüssigkeiten oder Gasen verwendet und ermöglichen die Beheizung oder Kühlung von Gebäuden und Industrieanlagen.
Kondensatoren: Werden in Klimaanlagen verwendet, um die Wärme aus dem Kühlmittel abzuführen.

7. Zellstoff- und Papierindustrie

Kessel, Wärmetauscher und Economizer: Sorgen für Dampf- und Wärmerückgewinnung in Prozessen wie Zellstoffherstellung, Papiertrocknung und Chemikalienrückgewinnung.
Überhitzer und Luftvorwärmer: Verbessern die Energieeffizienz in Rückgewinnungskesseln und der Gesamtwärmebilanz von Papierfabriken.

8. Metallurgie- und Stahlindustrie

Wärmetauscher: Werden zum Kühlen heißer Gase und Flüssigkeiten bei der Stahlproduktion und metallurgischen Prozessen verwendet.
Kessel und Economizer: Liefern Wärme für verschiedene Prozesse wie Hochofenbetrieb, Wärmebehandlung und Walzen.

9. Pharmaindustrie

Wärmetauscher: Werden zur Temperaturregelung bei der Arzneimittelproduktion, Fermentationsprozessen und in sterilen Umgebungen verwendet.
Kessel: Erzeugen den für die Sterilisation und Erhitzung pharmazeutischer Geräte erforderlichen Dampf.

10. Müllverbrennungsanlagen

Kessel, Kondensatoren und Economizer: Werden verwendet, um Abfall durch Verbrennung in Energie umzuwandeln und gleichzeitig die Wärme zurückzugewinnen, um die Effizienz zu verbessern.

Lassen Sie uns nun einen genaueren Blick auf die Materialien werfen, die nahtlose Rohre für diese anspruchsvollen Anwendungen geeignet machen.

II. Kohlenstoffstahlrohre für Kessel und Wärmetauscher

Kohlenstoffstahl ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien für nahtlose Rohre in industriellen Anwendungen, vor allem aufgrund seiner hervorragenden Festigkeit, aber auch seiner Erschwinglichkeit und weiten Verfügbarkeit. Kohlenstoffstahlrohre bieten eine moderate Temperatur- und Druckbeständigkeit und sind daher für eine breite Palette von Anwendungen geeignet.

Eigenschaften von Kohlenstoffstahl:
Hohe Festigkeit: Rohre aus Kohlenstoffstahl können erheblichem Druck und Belastungen standhalten und sind daher ideal für den Einsatz in Kesseln und Wärmetauschern geeignet.
Kostengünstig: Im Vergleich zu anderen Materialien ist Kohlenstoffstahl relativ preiswert, was ihn zu einer beliebten Wahl für großindustrielle Anwendungen macht.
Mäßige Korrosionsbeständigkeit: Kohlenstoffstahl ist zwar nicht so korrosionsbeständig wie Edelstahl, er kann jedoch mit Beschichtungen oder Auskleidungen behandelt werden, um seine Lebensdauer in korrosiven Umgebungen zu verbessern.

Wichtigste Normen und Güteklassen:

ASTM A179: Diese Norm gilt für nahtlose kaltgezogene kohlenstoffarme Stahlrohre, die für Wärmetauscher- und Kondensatoranwendungen verwendet werden. Diese Rohre verfügen über ausgezeichnete Wärmeübertragungseigenschaften und werden häufig in Anwendungen mit niedrigen bis mittleren Temperaturen und Drücken eingesetzt.
ASTM A192: Nahtlose Kesselrohre aus Kohlenstoffstahl für Hochdruckanwendungen. Diese Rohre werden bei der Dampferzeugung und in anderen Hochdruckumgebungen eingesetzt.
ASTM A210: Diese Norm gilt für nahtlose Stahlrohre mit mittlerem Kohlenstoffgehalt für Kessel- und Überhitzeranwendungen. Die Güten A-1 und C bieten unterschiedliche Festigkeits- und Temperaturbeständigkeitsgrade.
ASTM A334 (Klassen 1, 3, 6): Nahtlose und geschweißte Kohlenstoffstahlrohre für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen. Diese Klassen werden in Wärmetauschern, Kondensatoren und anderen Niedertemperaturanwendungen eingesetzt.
EN 10216-2 (P235GH, P265GH TC1/TC2): Europäische Norm für nahtlose Stahlrohre für Druckanwendungen, insbesondere in Kesseln und bei Hochtemperaturanwendungen.

Kohlenstoffstahlrohre sind eine ausgezeichnete Wahl für Kessel- und Wärmetauscheranwendungen, bei denen hohe Festigkeit und mäßige Korrosionsbeständigkeit erforderlich sind. Für Anwendungen, bei denen nicht nur extrem hohe Temperaturen, sondern auch raue korrosive Umgebungen erforderlich sind, werden jedoch aufgrund ihrer überlegenen Festigkeit und Haltbarkeit häufig Rohre aus legiertem oder rostfreiem Stahl bevorzugt.

III. Legierte Stahlrohre für Kessel und Wärmetauscher

Rohre aus legiertem Stahl sind für Hochtemperatur- und Hochdruckkessel- und Wärmetauscheranwendungen konzipiert. Diese Rohre sind mit Elementen wie Chrom, Molybdän und Vanadium legiert, um ihre Festigkeit, Härte und Korrosions- und Hitzebeständigkeit zu verbessern. Rohre aus legiertem Stahl werden aufgrund ihrer außergewöhnlichen Festigkeit und Hitze- und Druckbeständigkeit häufig in kritischen Anwendungen wie Überhitzern, Economizern und Hochtemperatur-Wärmetauschern eingesetzt.

Eigenschaften von legiertem Stahl:
Hohe Hitzebeständigkeit: Legierungselemente wie Chrom und Molybdän verbessern die Hochtemperaturleistung dieser Rohre und machen sie für Anwendungen mit extremen Temperaturen geeignet.
Verbesserte Korrosionsbeständigkeit: Rohre aus legiertem Stahl bieten im Vergleich zu Kohlenstoffstahl eine bessere Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion, insbesondere in Umgebungen mit hohen Temperaturen.
Verbesserte Festigkeit: Legierungselemente erhöhen außerdem die Festigkeit dieser Rohre, sodass sie dem hohen Druck in Kesseln und anderen wichtigen Geräten standhalten können.

Wichtigste Normen und Güteklassen:

ASTM A213 (Klassen T5, T9, T11, T22, T91, T92): Diese Norm umfasst nahtlose ferritische und austenitische Rohre aus legiertem Stahl für den Einsatz in Kesseln, Überhitzern und Wärmetauschern. Die Klassen unterscheiden sich in ihrer Legierungszusammensetzung und werden basierend auf den spezifischen Temperatur- und Druckanforderungen ausgewählt.
T5 und T9: Geeignet für den Einsatz bei mittleren bis hohen Temperaturen.
T11 und T22: Werden häufig in Hochtemperaturanwendungen verwendet und bieten eine verbesserte Hitzebeständigkeit.
T91 und T92: Fortschrittliche hochfeste Legierungen für den Einsatz bei extrem hohen Temperaturen in Kraftwerken.
EN 10216-2 (16Mo3, 13CrMo4-5, 10CrMo9-10, 15NiCuMoNb5-6-4, X20CrMoV11-1): Europäische Normen für nahtlose Rohre aus legiertem Stahl für Hochtemperaturanwendungen. Diese Rohre werden häufig in Kesseln, Überhitzern und Economizern in Kraftwerken verwendet.
16Mo3: Ein legierter Stahl mit guten Hochtemperatureigenschaften, geeignet für den Einsatz in Kesseln und Druckbehältern.
13CrMo4-5 und 10CrMo9-10: Chrom-Molybdän-Legierungen, die hervorragende Hitze- und Korrosionsbeständigkeit für Hochtemperaturanwendungen bieten.

Rohre aus legiertem Stahl sind die erste Wahl für Umgebungen mit hohen Temperaturen und hohem Druck, in denen Kohlenstoffstahl möglicherweise nicht die ausreichende Leistung für den Kessel und den Wärmetauscher bietet.

IV. Edelstahlrohre für Kessel und Wärmetauscher

Edelstahlrohre bieten eine außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit und sind daher ideal für Kessel- und Wärmetauscheranwendungen mit korrosiven Flüssigkeiten, hohen Temperaturen und rauen Umgebungen. Sie werden häufig in Wärmetauschern, Überhitzern und Kesseln verwendet, wo neben Korrosionsbeständigkeit auch Hochtemperaturfestigkeit für optimale Leistung erforderlich ist.

Eigenschaften von Edelstahl:
Korrosionsbeständigkeit: Die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl beruht auf seinem Chromgehalt, der auf der Oberfläche eine schützende Oxidschicht bildet.
Hohe Festigkeit bei erhöhten Temperaturen: Edelstahl behält seine mechanischen Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen und eignet sich daher für Überhitzer und andere wärmeintensive Anwendungen.
Langlebige Haltbarkeit: Die Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit von Edelstahl gewährleistet eine lange Lebensdauer, selbst in rauen Umgebungen.

Wichtigste Normen und Güteklassen:

ASTM A213 / ASTM A249: Diese Normen gelten für nahtlose und geschweißte Edelstahlrohre für den Einsatz in Kesseln, Überhitzern und Wärmetauschern. Zu den gängigen Güten gehören:
TP304 / TP304L (EN 1.4301 / 1.4307): Austenitische Edelstahlsorten werden aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit häufig verwendet.
TP310S / TP310MoLN (EN 1.4845 / 1.4466): Hochtemperatur-Edelstahlsorten mit ausgezeichneter Oxidationsbeständigkeit.
TP316 / TP316L (EN 1.4401 / 1.4404): Molybdänhaltige Güten mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in chloridhaltigen Umgebungen.
TP321 (EN 1.4541): Stabilisierte Edelstahlsorte, die in Hochtemperaturumgebungen verwendet wird, um interkristalline Korrosion zu verhindern.
TP347H / TP347HFG (EN 1.4550 / 1.4961): Stabilisierte Güten mit hohem Kohlenstoffgehalt für Hochtemperaturanwendungen wie Überhitzer und Kessel.
UNS N08904 (904L) (EN 1.4539): Superaustenitischer Edelstahl mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in sauren Umgebungen.
ASTM A269: Umfasst nahtlose und geschweißte Rohre aus austenitischem Edelstahl für den allgemeinen korrosionsbeständigen Einsatz.
ASTM A789: Standard für Duplex-Edelstahlrohre, bietet eine Kombination aus hervorragender Korrosionsbeständigkeit und hoher Festigkeit.
UNS S31803, S32205, S32750, S32760: Duplex- und Superduplex-Edelstahlsorten mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in chloridhaltigen Umgebungen.
EN 10216-5: Europäische Norm für nahtlose Edelstahlrohre, einschließlich der folgenden Güten:
1.4301 / 1.4307 (TP304 / TP304L)
1.4401 / 1.4404 (TP316 / TP316L)
1.4845 (TP310S)
1.4466 (TP310MoLN)
1.4539 (UNS N08904 / 904L)

Edelstahlrohre sind äußerst vielseitig und werden in zahlreichen Anwendungsbereichen eingesetzt, darunter Wärmetauscher, Kessel und Überhitzer, bei denen sowohl Korrosionsbeständigkeit als auch Hochtemperaturfestigkeit nicht nur erforderlich, sondern für eine optimale Leistung auch unverzichtbar sind.

V. Nickelbasierte Legierungen für Kessel und Wärmetauscher

Nickelbasierte Legierungen gehören zu den korrosionsbeständigsten Materialien auf dem Markt und werden häufig in Kesseln und Wärmetauschern eingesetzt, wo extreme Temperaturen, korrosive Umgebungen und hohe Drücke herrschen. Nickellegierungen bieten eine hervorragende Beständigkeit gegen Oxidation, Sulfidierung und Aufkohlung und sind daher ideal für Wärmetauscher, Kessel und Überhitzer in rauen Umgebungen.

Eigenschaften von Nickelbasislegierungen:
Außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit: Nickellegierungen widerstehen Korrosion in sauren, alkalischen und chloridhaltigen Umgebungen.
Hochtemperaturstabilität: Nickellegierungen behalten ihre Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit auch bei erhöhten Temperaturen und sind daher für Hochtemperaturanwendungen geeignet.
Oxidations- und Sulfidierungsbeständigkeit: Nickellegierungen sind beständig gegen Oxidation und Sulfidierung, die in Umgebungen mit hohen Temperaturen und schwefelhaltigen Verbindungen auftreten können.

Wichtigste Normen und Güteklassen:

ASTM B163 / ASTM B407 / ASTM B444: Diese Normen gelten für Nickellegierungen für nahtlose Rohre, die in Kesseln, Wärmetauschern und Überhitzern verwendet werden. Zu den üblichen Güten gehören:
Inconel 600/601: Hervorragende Beständigkeit gegen Oxidation und Hochtemperaturkorrosion, daher sind diese Legierungen ideal für Überhitzer und Hochtemperatur-Wärmetauscher.
Inconel 625: Bietet hervorragende Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl korrosiver Umgebungen, einschließlich säure- und chloridreicher Umgebungen.
Incoloy 800/800H/800HT: Wird aufgrund seiner hervorragenden Oxidations- und Aufkohlungsbeständigkeit in Hochtemperaturanwendungen verwendet.
Hastelloy C276/C22: Diese Nickel-Molybdän-Chrom-Legierungen sind für ihre hervorragende Korrosionsbeständigkeit in stark korrosiven Umgebungen, einschließlich säure- und chloridhaltigen Medien, bekannt.
ASTM B423: Umfasst nahtlose Rohre aus Nickel-Eisen-Chrom-Molybdän-Legierungen wie Legierung 825, die eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und allgemeine Korrosion in verschiedenen Umgebungen bietet.
EN 10216-5: Europäische Norm für Nickellegierungen zur Verwendung in nahtlosen Rohren für Hochtemperatur- und Korrosionsanwendungen, einschließlich Güten wie:
2.4816 (Inconel 600)
2.4851 (Inconel 601)
2.4856 (Inconel 625)
2.4858 (Legierung 825)

Nickelbasierte Legierungen werden häufig für kritische Anwendungen gewählt, bei denen Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturverhalten von entscheidender Bedeutung sind, wie etwa in Kraftwerken, der chemischen Verarbeitung sowie in Kesseln und Wärmetauschern von Öl- und Gasraffinerien.

VI. Titan- und Zirkoniumlegierungen für Kessel und Wärmetauscher

Titan- und Zirkoniumlegierungen bieten eine einzigartige Kombination aus Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und geringem Gewicht und eignen sich daher ideal für spezielle Anwendungen in Wärmetauschern, Kondensatoren und Kesseln.

Eigenschaften von Titanlegierungen:
Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht: Titan ist genauso fest wie Stahl, aber deutlich leichter und eignet sich daher für gewichtssensible Anwendungen.
Hervorragende Korrosionsbeständigkeit: Titanlegierungen sind äußerst korrosionsbeständig in Meerwasser, sauren Umgebungen und chloridhaltigen Medien.
Gute Hitzebeständigkeit: Titanlegierungen behalten ihre mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen und eignen sich daher für Wärmetauscherrohre in Kraftwerken und der chemischen Verarbeitung.
Eigenschaften von Zirkoniumlegierungen:
Hervorragende Korrosionsbeständigkeit: Zirkoniumlegierungen sind äußerst korrosionsbeständig in sauren Umgebungen, einschließlich Schwefelsäure, Salpetersäure und Salzsäure.
Hochtemperaturstabilität: Zirkoniumlegierungen behalten ihre Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit auch bei erhöhten Temperaturen und sind daher ideal für Hochtemperatur-Wärmetauscheranwendungen geeignet.

Wichtigste Normen und Güteklassen:

ASTM B338: Diese Norm gilt für nahtlose und geschweißte Titanlegierungsrohre für den Einsatz in Wärmetauschern und Kondensatoren. Zu den üblichen Güten gehören:
Grad 1 / Grad 2: Handelsübliche reine Titansorten mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit.
Grad 5 (Ti-6Al-4V): Eine Titanlegierung mit verbesserter Festigkeit und Hochtemperaturleistung.
ASTM B523: Umfasst nahtlose und geschweißte Zirkoniumlegierungsrohre für den Einsatz in Wärmetauschern und Kondensatoren. Zu den üblichen Güten gehören:
Zirkonium 702: Eine handelsübliche reine Zirkoniumlegierung mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit.
Zirkonium 705: Eine legierte Zirkoniumsorte mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und Hochtemperaturstabilität.

Titan- und Zirkoniumlegierungen werden aufgrund ihrer überlegenen Korrosionsbeständigkeit und ihres geringen Gewichts häufig in stark korrosiven Umgebungen eingesetzt, beispielsweise in Meerwasserentsalzungsanlagen, der chemischen Verarbeitungsindustrie sowie in Kesseln und Wärmetauschern von Kernkraftwerken.

VII. Kupfer und Kupferlegierungen für Kessel und Wärmetauscher

Kupfer und seine Legierungen, darunter Messing, Bronze und Kupfer-Nickel, werden aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit häufig in Wärmetauschern, Kondensatoren und Kesseln verwendet.

Eigenschaften von Kupferlegierungen:
Hervorragende Wärmeleitfähigkeit: Kupferlegierungen sind für ihre hohe Wärmeleitfähigkeit bekannt, was sie ideal für Wärmetauscher und Kondensatoren macht.
Korrosionsbeständigkeit: Kupferlegierungen sind korrosionsbeständig in Wasser, einschließlich Meerwasser, und eignen sich daher für den Einsatz auf See und in der Entsalzungsanlage.
Antimikrobielle Eigenschaften: Kupferlegierungen haben natürliche antimikrobielle Eigenschaften und eignen sich daher für Anwendungen im Gesundheitswesen und der Wasseraufbereitung.

Wichtigste Normen und Güteklassen:

ASTM B111: Diese Norm gilt für nahtlose Kupfer- und Kupferlegierungsrohre zur Verwendung in Wärmetauschern, Kondensatoren und Verdampfern. Zu den üblichen Güten gehören:
C44300 (Admiralty Brass): Eine Kupfer-Zink-Legierung mit guter Korrosionsbeständigkeit, insbesondere bei Anwendungen mit Meerwasser.
C70600 (Kupfer-Nickel 90/10): Eine Kupfer-Nickel-Legierung mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit in Meerwasser und Meeresumgebungen.
C71500 (Kupfer-Nickel 70/30): Eine weitere Kupfer-Nickel-Legierung mit höherem Nickelgehalt für verbesserte Korrosionsbeständigkeit.

Kupfer und Kupferlegierungen werden aufgrund ihrer ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit und ihrer Beständigkeit gegen Seewasserkorrosion häufig in Schiffskesseln und Wärmetauschern, Kraftwerken und Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystemen eingesetzt.

Neben Kessel und Wärmetauscher sind Kondensatoren, Überhitzer, Luftvorwärmer und Economizer ebenfalls wichtige Komponenten, die die Energieeffizienz deutlich optimieren. Beispielsweise kühlt der Kondensator die Abgase aus Kessel und Wärmetauscher, während der Überhitzer die Dampftemperatur erhöht, um die Leistung zu verbessern. Der Luftvorwärmer nutzt Abgase, um einströmende Luft zu erwärmen und verbessert so die Gesamteffizienz des Kessel- und Wärmetauschersystems weiter. Schließlich spielen Economizer eine entscheidende Rolle, indem sie Abwärme aus Rauchgasen zurückgewinnen, um Wasser vorzuwärmen, was letztendlich den Energieverbrauch senkt und die Effizienz von Kessel und Wärmetauscher steigert.

VIII. Fazit: Die Wahl der richtigen Materialien für Kessel und Wärmetauscher

Nahtlose Rohre sind für die Leistung von Kesseln, Wärmetauschern, Kondensatoren, Überhitzern, Luftvorwärmern und Economizern in Branchen wie der Stromerzeugung, Öl- und Gasindustrie sowie der chemischen Verarbeitung von entscheidender Bedeutung. Die Materialauswahl für nahtlose Rohre hängt von den spezifischen Anwendungsanforderungen ab, einschließlich Temperatur, Druck, Korrosionsbeständigkeit und mechanischer Festigkeit.

Kohlenstoffstahl bietet Erschwinglichkeit und Stärke für Anwendungen mit mittleren Temperaturen und Drücken.
Legierter Stahl bietet überlegene Hochtemperaturleistung und Festigkeit in Kesseln und Überhitzern.
Edelstahl bietet hervorragende Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit in Wärmetauschern und Überhitzern.
Nickelbasislegierungen sind die beste Wahl für extrem korrosive und hochtemperierte Umgebungen.
Titan- und Zirkoniumlegierungen sind ideal für leichte und stark korrosive Anwendungen.
Kupfer und Kupferlegierungen werden aufgrund ihrer Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit in Wärmetauschern und Kondensatoren bevorzugt.

Kessel- und Wärmetauschersysteme spielen in verschiedenen Branchen eine entscheidende Rolle, da sie Wärme effizient von einem Medium auf ein anderes übertragen. Kessel und Wärmetauscher arbeiten zusammen, um Wärme zu erzeugen und zu übertragen und so die notwendige Wärme für die Dampferzeugung in Kraftwerken und Herstellungsprozessen bereitzustellen.

Durch das Verständnis der Eigenschaften und Anwendungen dieser Materialien können Ingenieure und Designer fundierte Entscheidungen treffen und so den sicheren und effizienten Betrieb ihrer Geräte gewährleisten. Bei der Auswahl von Materialien für Kessel und Wärmetauscher ist es wichtig, die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung zu berücksichtigen. Darüber hinaus sollten Sie die relevanten Normen konsultieren, um Kompatibilität und optimale Leistung sicherzustellen.