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不銹鋼盤管與銅盤管的熱交換性能比較

1、不銹鋼盤管具有以下5方面的優點
1.1不銹鋼盤管換熱采用0.5-0.8MM的薄壁管材,提高了整體換熱性能。在相同的換熱面積下,總體的傳熱糸數比銅盤管提高2.121-8.408%
 
1.2由于不銹鋼盤管的材質采用SUS304、SUS316等優質不銹合金鋼,使其具有較高的硬度,管子的鋼度也明顯提高,因此,具有很強的抗沖性能及抗振性能。
 
1.3由于不銹鋼盤管內壁光滑,使得其邊界層流底層厚度減薄,既強化換熱,又提高了抗結垢性能。
 
1.4為了消除焊接應力,不銹鋼盤管所用的鋼管材料在保護氣體中以1050度高溫進行熱處理。
 
1.5不銹鋼盤管均采用壓差進行泄漏檢查,氣壓試驗至10MPA,5分鐘無壓降。
 
2、不銹鋼盤管與銅盤管詳細性能比較
2.1不銹鋼盤管與銅盤管導熱性比較
由于銅盤管的導熱系數為100W/M度,不銹鋼盤管的導熱系數為13W/M度,這當然要影響總體傳系數。但是,不銹鋼盤管的壁厚可以減薄以0.5-0.8MM,而銅盤管因強度及沖蝕磨損等原因,其壁厚不能低于1.2MM。
                                  根據公式:Rc=(1)
            其中:Rc——導熱熱阻,m2K/W
            λ――導熱系數,W/(M.K)
            δ ----------管壁厚度,M
管材一定,λ不變時,根據公式(1),δ越小,Rc越小,傳熱系數越大。這就可以縮小不銹鋼盤管與銅盤管總體傳熱系數的差距。
由于銅盤管內外壁比不銹鋼盤管更粗糙。容易結垢,增加了銅盤管的熱阻,這又使銅盤管與不銹鋼盤管總體傳熱系數的差距更加縮小。
 
2.2不銹鋼盤管與銅盤管對流放熱性的比較。
   使用不銹鋼盤管或使用銅盤管,管內流速都是紊流。影響對流放熱的最大因素是層流底層的厚度,因為層流底層中的傳熱是導熱,而水的導熱系數很低。在流動狀態相同的情況下,層流底層的厚度取決于管內壁的粗糙度。銅盤管內表面有氧化物,其粗糙度比不銹鋼盤管大得多,銅盤管的層流底層的厚度比不銹鋼盤管的層流底層厚度更大。這就使不銹鋼盤管的對流放熱系數比銅盤管的對流放熱系數大。
                          Rw=   (2)
              其中:Rw——對流放熱熱阻。m2K/w
              αw------對流放熱系數,w/m2.K
            根據公式(2)αw越小。Rw越小。
          
     2.3不銹鋼盤管與銅盤管凝結放熱系數的比較
    凝結放熱系數有膜狀凝結和珠狀凝結兩種,珠狀凝結放熱系數比膜狀凝結放熱系大得多。但不銹鋼盤管外壁和銅盤管外壁哪種管材的珠狀凝結更多尚不清楚,但可以說兩種管材外壁大部份是膜狀凝結。膜狀凝結的放熱系數大小與膜的薄厚關系很大,因為在膜的內部是導熱,水膜的導熱系數特別低而膜的厚度又取決于管外壁的粗糙度。銅盤管外壁因氧化層的關系,比不銹鋼盤管粗糙得多。因此,不銹鋼盤管外壁的凝結放熱系數比銅盤管外壁的凝結放熱系數大。
             Rm=   (3)
        其中:Rm------管外壁的凝結放熱熱阻,m2K/W
               αm-----管外壁的凝結放熱系數,w/m2.K
               根據公式(3),αm越大,Rm越小。
    
     2.4不銹鋼盤管與銅盤管總體傳熱系數比較
                    K=  (4)
       其中:R――總熱阻,m2K/W
        K------總體傳熱糸數,w/m2.K
   由于(4)可知:對流熱阻,導熱阻和凝結放熱熱阻都減小,則總熱阻減。嚎偀嶙铚p小,總體傳熱系數增大。
在壁厚相同的情況下,不銹鋼盤管的總體傳熱系數比銅盤管低6%,由于使用比銅盤管薄的不銹鋼盤管,不銹鋼盤管的總體傳熱系數和凝結放熱系數都比銅盤管大,使不銹鋼盤管的總體傳熱系數得到提高。   
                      不銹鋼盤管與銅盤管換熱性能對照表
名稱
厚度(mm)
材質
總體換熱系數(W/m2,K)
銅盤管
1
HSn70-1A
3682.413869
不銹鋼盤管
1
AISI304
3460.327347
不銹鋼盤管
0.7
AISI304
3760.628476
不銹鋼盤管
0.6
AISI304
3872.606729
 
2.5不銹鋼盤管與銅盤管的長遠經濟性比較
隨著運行時間的增長,銅盤管氧化層將越來越厚,傳熱效果會越來越差,而不銹鋼盤管基本不會氧化,或氧化速度很慢。因此,不銹鋼盤管換熱器與銅盤管換熱器如果同時投運,運行時間越長,不銹鋼盤管換熱器的經濟性將會比銅盤管的換熱器越來越更好。同時,銅盤管對冷卻水中的雜物的吸附能力比不銹鋼盤管更強得多,大大降低了設備的經濟性。
 
2.6不銹鋼盤管與銅盤管安全性能比較
不銹鋼盤管與銅盤管的工程特性
管材
銅盤管
鎳銅盤管
304/316不銹鋼盤管
密度(t/m3
8.4
8.9
8
屈服強度(MPa)
120
140
280-350
延伸強度(MPa)
330
390
550-659
延伸率%
60
43
30-60
彈性模量MPa
13.3
15.4
20
熱脹系數(10-6)
16
16
17
導熱系數(W/mk)
100
30
13
  從上表可以看出,不銹鋼盤管的屈服強度和抗拉強度都比銅盤管高,不銹鋼盤管的使用壽命必然要比銅盤管長,熱脹系數比銅盤管低,與管板更接近,因此,不易因熱脹冷縮面損傷了管子或影響脹口。
 
 
2.7不銹鋼盤管與銅盤管的抗腐蝕性能比較
腐蝕種類
銅盤管
鎳銅盤管
304/316不銹鋼盤管
一般腐蝕
2
4
5
沖擊腐蝕
2
5
6
點蝕(運行狀態)
4
5
4
點蝕(積滯狀態)
2
4
2
高速沖擊
3
5
6
進口沖擊
2
4
6
蒸汽熱點腐蝕
2
4
6
氨蝕
2
5
6
注:表中的數值2-6表示抗腐蝕能力由小到大
由上表可知:不銹鋼盤管與銅盤管相比具有的優點:抗沖蝕性能好,能抗蒸汽帶水滴在高速中的沖擊腐蝕;抗氨腐蝕性能好;耐水側沖擊腐蝕,實現無銅離子系統,且PH值可提高,以減少腐蝕產生率,可提高冷卻水流速 ,達2.3M/S,最高可達3.5M/S,這樣既可提高總體傳熱系數,又可減少管內雜質的沉積。
 
2.8不銹鋼盤管與銅盤管的效益評估
不銹鋼盤管的熱傳導系數比銅盤管低,但通過減小壁厚使它們的熱傳導系數的差值縮小,由于不銹鋼盤管內壁比銅盤管更光滑,對流換熱系數比銅盤管高,不銹鋼盤管外壁比銅盤管光滑,凝結放熱系數比銅盤管高,根據多臺機組的測試和計算,壁厚為0.7MM的不銹鋼盤管的總體傳熱系數下降很緩慢,而銅盤管的總體傳熱糸數下降比不銹鋼盤管大得多。同時,不銹鋼盤管比銅盤管更耐腐蝕,抗振性和耐磨性能好,使用壽命是銅盤管的三倍,從長遠考慮,使用不銹鋼盤管整體上提高機組的經濟性顯而易見,同時也提高了機組的安全性。

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