Почему широко используются медные трубчатые теплообменники
Медные трубчатые теплообменники доминируют в холодильном оборудовании, кондиционировании воздуха, нагреве воды и рекуперации тепла в легкой промышленности, поскольку медные трубы обладают сразу четырьмя преимуществами: очень высокой теплопроводностью, превосходной устойчивостью к коррозии в воде и хладагентах, высокой пластичностью при изгибе и расширении, а также гладкой, не-пористой поверхностью, устойчивой к загрязнению и легко очищаемой.
Медные трубчатые теплообменники включают кожухо-и-трубчатые теплообменники с трубками из меди или медного сплава, ребристые-и-трубные змеевики для конденсаторов и испарителей с воздушным-охлаждением, трубчатые теплообменники с двойной-стенкой с вентиляцией для питьевой воды, а также небольшие паяные или механически собранные теплообменники, используемые в комплектном оборудовании. Во всех этих конструкциях используется одно и то же семейство материалов, что упрощает хранение запасных частей и процедуры ремонта.
Стандарты труб и типичные марки
| Оценка | УНС | Типичное использование в обменниках | Основные стандарты |
|---|---|---|---|
| Раскисленная высокофосфористая медь | C12200 | Боковая трубка для воды-, питьевая вода, общие трубки для хладагента | АСТМ Б111/Б111М, АСТМ Б88, ГБ/Т 1527, ЭН 1057 |
| Электролитическая медь с твердым пеком | C11000 | Общая трубка, шина и пластина; охлаждение, где требуется высокая проводимость | АСТМ Б111/Б111М, АСТМ Б152/Б152М |
| Бескислородная-медь | C10200 | Трубки для кондиционирования и охлаждения, вакуумное и электронное обслуживание | АСТМ Б280, ЭН 12735-1 |
| Адмиралтейская латунь | C44300 | Конденсаторная трубка для пресной и солоноватой воды с хорошей устойчивостью к ударам. | АСТМ Б111/Б111М |
| Алюминий латунь | C68700 | Конденсатор и трубка-обменник для более чистой морской воды при умеренной скорости. | АСТМ Б111/Б111М |
| Медь-никель 90/10 | C70600 | Морская вода, рассол и судовая трубка теплообменника | АСТМ Б111/Б111М, АСМЭ СБ111 |
| Медь-никель 70/30 | C71500 | Высокоскоростная-трубка теплообменника для морской воды, морской воды и опреснения | АСТМ Б111/Б111М, АСМЭ СБ111 |
Трубы поставляются в различных сортах: отожженные трубы для развальцовки в трубные решетки и для гибки, а также твердотянутые или полутвердые трубы, когда трубы должны быть самонесущими-на больших пролетах. Трубки для кондиционирования и охлаждения обычно поставляются в мягких бухтах в соответствии с ASTM B280 или EN 12735-1 с заглушками на концах, чтобы отверстие оставалось чистым и сухим при транспортировке.
Тепловые и гидравлические характеристики
Поскольку медь проводит тепло намного быстрее, чем сталь или нержавеющая сталь, медному трубчатому теплообменнику требуется меньшая площадь поверхности для данного режима работы, и он обеспечивает ту же передачу тепла при меньшей средней разнице температур между потоками. Вот почему медь используется там, где разница температур невелика, например, в контурах охлажденной воды и холодильных установок, и почему медные змеевики можно сделать достаточно компактными для установки на крыше и в корпусных установках.
Рабочие характеристики трубки-можно еще больше улучшить за счет внутренней усовершенствованной трубки. Ребристые и спиральные внутренние поверхности разрушают пограничный слой и повышают боковой коэффициент-трубы, что позволяет использовать более короткий пучок или меньший диаметр для той же нагрузки; точный коэффициент усиления зависит от внутренней геометрии, скорости потока и свойств жидкости, и его следует брать из данных поставщика труб о теплопередаче для конкретной схемы, а не предполагать. Со стороны корпуса расстояние между перегородками и зазор контролируют коэффициент -со стороны корпуса, а также риск вибрации трубы.
Коррозия, загрязнение и ограничения скорости
Медная трубка обеспечивает стабильную работу в контурах воды, парового конденсата и хладагента, а образуемый ею защитный оксидный слой замедляет дальнейшее разрушение, что продлевает срок службы. Виды отказов, с которыми следует бороться при проектировании, хорошо известны. Аммиак и соединения аммония в воде или чистящих средствах вызывают быстрое-коррозионное растрескивание медной трубки; взвешенный песок и вовлеченный воздух вызывают удары, чаще всего на входе в трубу и в местах пересечения перегородок; а течение воды со скоростью, превышающей рекомендованную, ускоряет общие и локальные потери. Медь также подвержена эрозионной-коррозии на коленях и формикарной коррозии в холодильных контурах, где вместе с влагой присутствуют определенные органические кислоты.
Практические меры противодействия заключаются в поддержании скорости потока в пределах диапазона, установленного для сплава трубы и химического состава воды, во избежание воздушных карманов и застойных зон, в установке защитных впускных гильз или манжет там, где вода загрязнена, в поддержании чистоты трубы, чтобы засорение не повышало местную скорость в оставшейся зоне потока, а также во избежание использования аммиачных чистящих химикатов. Если используется морская вода, рассол или загрязненная вода, следует выбирать медно--никелевую трубку, а не чистую медь.
Изготовление: расширение, пайка и сварка
Медная труба обычно соединяется с трубной решеткой с помощью роликового расширения, иногда с последующей сваркой уплотнением, где соединение должно быть герметичным при термоциклировании. Для расширения требуется отожженная труба с постоянной твердостью и толщиной стенок, отверстиями правильного размера со скошенными входами и контролируемым крутящим моментом расширения, чтобы труба не была -перекатана и утончена. Пайка медно--фосфорным наполнителем является стандартным методом соединения---меди в холодильных камерах, поскольку для нее не требуется флюс; Для соединений меди-с-сталью или меди-с-латунью требуется соответствующий наполнитель и флюс на основе серебра-. Вся пайка в холодильнике должна выполняться с продувкой азотом, чтобы предотвратить образование оксидной накипи внутри трубки, а перед нагревом трубка должна быть сухой и очищенной от масла.
Гибка, обжимка и развальцовка выполняются в холодном состоянии на отожженной трубе. Поскольку медь затвердевает, минимальные радиусы изгиба и требования к отжигу следует брать из данных поставщика труб, а готовые рулоны следует тестировать под давлением и очищать перед установкой.
Приложения
Охлаждение и кондиционирование воздуха: змеевики конденсаторов и испарителей, чиллеры, тепловые насосы и комплектные агрегаты.
Энергетика и технологические процессы: конденсаторы, нагреватели питательной воды и маслоохладители с использованием трубок из медного сплава в пресной или солоноватой воде.
Водяное отопление и централизованная энергетика: теплообменники бытовой горячей воды, солнечные тепловые коллекторы и теплоинтерфейсы.
Судоходство: теплообменники с-охлаждением морской водой и судовые контуры охлаждения с использованием медно--никелевых трубок.
Легкая промышленность: доохладители сжатого воздуха, охладители гидравлического масла и теплообменное оборудование для пищевой промышленности.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Почему медные трубчатые теплообменники лучше передают тепло?
Медь имеет теплопроводность примерно 386 Вт/(м·К), что намного выше, чем у углеродистой стали (около 50 Вт/(м·К) и нержавеющей стали примерно 16 Вт/(м·К). Таким образом, стенка трубки добавляет очень небольшое тепловое сопротивление, и теплообменнику требуется меньшая площадь для той же работы.
Вопрос: Устойчивы ли медные трубчатые теплообменники к коррозии?
В контурах воды, конденсата пара и хладагента — да: медь образует защитную оксидную пленку, которая ограничивает дальнейшее воздействие и обеспечивает длительный срок службы. Исключением являются аммиачные среды, сильно окисляющие кислоты и-вода с высокой скоростью движения с вовлеченными воздухом или песком, где медь может выйти из строя из-за-коррозионного растрескивания или ударного воздействия.
Вопрос: Почему медная трубка устойчива к загрязнению?
Медная трубка имеет гладкую, не-пористую поверхность с хорошей смачиваемостью, поэтому окалина и биопленка прилипают медленнее, чем на более шероховатые металлические поверхности. Это сохраняет коэффициент теплопередачи стабильным и облегчает очистку, что является одной из причин, по которой медные змеевики широко распространены в системах охлаждения и холодильного оборудования.
Вопрос: Что ограничивает скорость воды в медных трубчатых теплообменниках?
Скорость ограничена риском ударов и эрозионной-коррозии, который зависит от сплава трубы, химического состава воды, взвешенных твердых частиц и количества увлеченного воздуха. Приемлемый диапазон должен быть взят из руководства по проектированию для конкретного сплава труб и подтвержден данными поставщика труб.
Вопрос: Можно ли отремонтировать медные трубчатые теплообменники?
Да. Медную трубку можно легко -расширить, повторно-паять или заменить, а отдельные трубки можно заглушить, если позволяют условия эксплуатации. При ремонте следует использовать тот же сплав и тот же сплав, что и в оригинале, а после ремонта соединение следует проверить повторно.
Вопрос: Какую трубку из медного сплава следует использовать для морской воды?
Стандартным выбором являются медно--никелевые марки: 90/10 (C70600) для чистой морской воды с умеренной скоростью и 70/30 (C71500) для более высокой скорости, высокого давления или воды, содержащей песок-. Адмиралтейская латунь C44300 используется для менее тяжелых условий эксплуатации в солоноватой среде.
