ちょっと、そこ！シェルチューブ熱交換器のサプライヤーとして、私はこれらの気の利いたデバイスのシェルに一般的に使用されている材料についてよく質問されます。そこで、少し時間をかけて説明してみようと思いました。
炭素鋼
炭素鋼は、シェルチューブ熱交換器のシェルに最も広く使用されている材料の 1 つです。なぜ？まあ、それはかなり手頃な価格であり、まともな機械的特性を備えています。熱交換器用途では極めて重要な、かなりの量の圧力と温度に対応できます。
炭素鋼は加工も比較的容易です。それほど手間をかけずに、必要なシェルのデザインに切断、溶接、成形することができます。このため、多くの標準的な熱交換器設計にとって頼りになる選択肢となります。ただし、欠点もあります。炭素鋼は、特に特定の化学薬品と接触した場合、または高湿度環境にある場合に腐食しやすくなります。これに対処するために、シェルの内側に保護コーティングやライニングを施すことがよくあります。
ステンレス鋼
現在、ステンレス鋼も人気のある選択肢です。これは熱交換器の世界における真の主力製品です。ステンレス鋼は耐食性に優れているため、腐食性流体を含む幅広い流体に対応できます。このため、処理される流体が材料に非常に厳しい可能性がある化学、食品、飲料業界での用途に最適です。
ステンレス鋼にはさまざまなグレードがあり、熱交換器の特定の要件に基づいて適切なものを選択します。たとえば、304 ステンレス鋼は汎用用途によく選ばれますが、316 ステンレス鋼は耐食性を高めるモリブデンが含まれているため、より腐食性の高い環境でよく使用されます。
ステンレス鋼シェルチューブ熱交換器に興味がある場合は、当社の製品をチェックしてください。ステンレス鋼のチューブおよびシェル熱交換器詳細についてはページをご覧ください。
アルミニウム
アルミニウムは軽量であり、優れた熱伝導性を備えたオプションです。これは、熱を効率的に伝達できることを意味し、熱交換器にとって大きな利点となります。また、他の材料に比べて比較的安価であり、加工も容易です。
ただし、アルミニウムには限界があります。鋼ほど強度がないため、高圧用途には適していません。また、特定の化学物質と反応する可能性があるため、接触する液体には注意する必要があります。しかし、一部の自動車や小規模産業用途など、重量が懸念される低圧、低温用途では、アルミニウムが優れた選択肢となります。
銅および銅合金
銅とその合金（真鍮や青銅など）は、長い間熱交換器に使用されてきました。銅は熱伝導率が高く、熱を素早く伝えます。また、多くの環境において比較的耐腐食性もあります。
銅合金はバランスの取れた特性を提供します。たとえば、真鍮は純銅よりも強度が高く、耐食性に優れています。一方、ブロンズはさらに強度が高く、より多くの磨耗に耐えることができます。ただし、銅とその合金は他の材料よりも高価である可能性があり、流体に特定の攻撃的な化学物質が含まれる用途には適さない可能性があります。
チタン
チタンは、一部の特殊なシェルチューブ熱交換器に使用されている高性能素材です。海水や強酸などの極めて過酷な環境下でも優れた耐食性を発揮します。チタンは非常に強力で軽量でもあるため、海洋や航空宇宙用途など、重量と耐食性の両方が重要な用途に最適です。
チタンの欠点はコストです。炭素鋼やアルミニウムなどの他の材料よりも大幅に高価です。したがって、アプリケーションの特定の要件で本当に必要な場合にのみ使用します。
複合材料
近年、熱交換器業界では複合材料が人気を集め始めています。複合材料は、2 つ以上の異なる材料を組み合わせて、両方の長所を生かして作られます。たとえば、複合シェルには、強度を高めるための繊維強化ポリマーの外層と耐食性の内層が含まれる場合があります。
複合材料にはいくつかの利点があります。高い強度対重量比、優れた耐食性、低い熱膨張などの特定の特性を持つように設計できます。ただし、いくつかの課題もあります。製造プロセスはより複雑になる可能性があり、長期耐久性やさまざまな流体との適合性に問題が生じる可能性があります。
シェル材質を選択する際の考慮事項
シェルチューブ熱交換器のシェルの材料を選択する際には、いくつかの要素を考慮します。何よりもまず、シェルを通って流れる流体の性質です。流体が腐食性の場合は、それに耐えられる材質を選択する必要があります。
動作圧力と温度も重要です。高圧用途には強力な材料が必要ですが、高温用途には高温でも特性を維持できる材料が必要です。
コストは常に考慮すべき事項です。私たちは、パフォーマンスに妥協することなく、コスト効率の高いソリューションをお客様に提供したいと考えています。したがって、私たちは材料のコストと用途への適合性の間の適切なバランスを見つけるよう努めます。
もう 1 つの要素は、熱交換器の予想寿命です。熱交換器を長期間使用する場合は、より高価ですがより耐久性のある材料を選択する場合があります。
さまざまなタイプのシェルチューブ熱交換器と材料の選択
シェルチューブ熱交換器のタイプが材料の選択にどのような影響を与えるかについて少しお話しましょう。たとえば、縦型シェルチューブ熱交換器、材料は垂直設置に伴う力に耐えることができる必要があります。シェルはチューブと液体の重量を支える必要がある場合があるため、多くの場合、炭素鋼やステンレス鋼などの丈夫な素材が適切な選択となります。
でクロスフローシェルアンドチューブ熱交換器、流体の流れのパターンは、シェルの腐食および摩耗特性に影響を与える可能性があります。流体や動作条件に応じて、長期的な性能を確保するためにステンレス鋼やチタンなどの材料を選択する場合があります。
結論
以上が、シェルチューブ熱交換器のシェルに一般的に使用される材料の概要です。各材料には独自の長所と短所があり、選択は流体の性質、動作条件、コスト、予想される寿命などのさまざまな要因によって決まります。
シェルチューブ熱交換器の市場にいて、用途に適した材料の選択にサポートが必要な場合は、遠慮なくお問い合わせください。当社は、お客様の熱伝達ニーズに最適なソリューションを見つけるお手伝いをいたします。標準設計が必要な場合でも、特注の熱交換器が必要な場合でも、当社には適切な作業を行うための専門知識と材料が揃っています。熱交換器の要件について今すぐお問い合わせください。
参考文献
- インクロペラ、FP、デウィット、DP (2002)。熱と物質移動の基礎。ジョン・ワイリー＆サンズ。
- DW グリーン、RH ペリー (2007)。ペリーの化学工学者ハンドブック。マグロウ - ヒル。