铜管和不锈钢管换热效果的对比分析
铜管和不锈钢管换热效果的对比分析
铜管和不锈钢管都是常用的材料,经常要在二者之间做出选择。如果作为换热管使用,二者谁更优秀呢?本文就解决这个问题,我们将通过铜管和不锈钢管换热效果的对比分析,得出可靠的结论。 一、不锈钢换热管具有的优点 1、换热管采用 0.5-0.8mm 的薄壁管材,提高了整体换热性能,在相同的换热面积下,不锈钢管比铜管总体的传热系数比铜管提高 2.121-8.408%。 二、详细性能比较 1、导热 由于铜管的导热系数为 100W/m ℃,不锈钢管的导热系数为 13W/m ℃,这当然要影响总体传热系数。但是,不锈钢管的壁厚可以减薄以 0.5~0.8mm,而铜管因强度及冲蚀磨损等原 根据公式:Rc= (1) 式中: 管材一定,λ不变时,根据公式(1),δ越小,Rc 越小,传热系数越大。这就可以缩小不锈钢管与铜管总体传热系数的差距。 由于铜管内外壁比不锈钢更粗糙,容易结垢,增加了铜管的热阻,这又使铜管与不锈钢管总体传热系数的差距缩小。 2、对流放热 使用不锈钢管或使用铜管,管内流速都是紊流。影响对流放热的最大因素是层流底层的厚度,因为层流底层中的传热是导热,而水的导热系数很低。在流动状态相同的情况下,层流底层的厚度取决于管内壁的粗糙度。铜管内表面有氧化物,其粗糙度比不锈钢管大得多,铜管的层流底层的厚度比不锈钢管的层流底层厚度更大。这就使不锈钢管的对流放热系数比铜管的对流放热系数大。 Rw= (2) 式中: 3、凝结放热系数 凝结放热系数有膜状凝结和珠状凝结两种,珠状凝结放热系数比膜状凝结放热系数大得多。但不锈钢管外壁和铜管外壁哪种管材的珠状凝结更多尚不清楚,但可以说两种管材外壁大部份是膜状凝结。膜状凝结的放热系数大小与膜的薄厚关系很大,因为在膜的内部是导热,水膜的导热系数数特别低而膜的厚度又取决于管外壁的粗糙度。铜管外壁因氧化层的关系,比不锈钢管粗糙得多。因此,不锈钢管外壁的凝结放热系数比铜管外壁的凝结放热系数大。 Rm=(3) 其中: 4、总体传热系数 K=(4) 其中: 在壁厚相同的情况下,不锈钢管的总体传热系数比铜管低 6%。由于使用比铜管薄的不锈钢管,不锈钢管的总体传热系数和凝结放热系数都比铜管大,使不锈钢管的总体传热系数得到提高。 换热性能对照表
5、长远的经济性 随着运行时间的增长,铜管氧化层将越来越厚,传热效果会越来越差。而不锈钢基本不会氧化,或氧化速度很慢。因此,不锈钢管的换热器与铜管的换热器如果同时投运,运行时间越长, 不锈钢管的换热器的经济性将会比铜管的换热器越来越更好。同时,铜管对冷却水中的杂物的吸附能力比不锈钢管更强得多,大大降低了设备的经济性。 6、安全性能比较 不锈钢管与铜管的工程特性
从上表可以看出:不锈钢管的屈服强度和抗拉强度都比铜管高,不锈钢管的使用寿命必然要比铜管长,热胀系数比铜管低,与管板更接近,因此,不易因热胀冷缩面损伤了管子或影响胀口。 不锈钢管与铜管的抗腐蚀性能
注:表中的数值 2-6 表示抗腐蚀能力由小到大。 由上表可知:不锈钢管与铜管相比具有的优点:抗冲蚀性能好,能抗蒸汽带水滴在高速中的冲击腐蚀;抗氨腐蚀性能好:耐水侧冲击腐蚀,实现无铜离子系统,且 PH 值可提高,以减少腐蚀产生率,可提高冷却水流速,达 2.3m/s,最高可达 3.5m/s,这样既可提高总体传热系数,又可减少管内杂质的沉积。 三、效益评估与结论 不锈钢管的热传导系数比铜管低,但通过减小壁厚使它们的热传导系数的差值缩小,由于不锈钢管内壁比铜管更光滑,对流换热系数比铜管高,不锈钢管外壁比铜管光滑,凝结放热系数比铜管高,根据多台机组的测试和计算,壁厚为 0.7mm 的不锈钢管比壁厚为 1mm 的铜管的总体传热系数高 2.124%左右;随着运行时间的增长,不锈钢管的总体传热系数下降很缓慢,而铜管的总体传热系数下降速度比不锈钢管大得多。 同时,不锈钢管比铜管更耐腐蚀,抗振性和耐磨性能好,使用寿命是铜管的三倍。从长远考虑,使用不锈钢管整体上提高机组的经济性显而易见,同时也提高了机组的安全性。 铜管虽然是好材料但不是万能的,当适用的材料有多种选项时,就要对性能、寿命、价格等因素耐心对比,选择最优方案,只有这样才能花费最少的成本完成合格的工作。 |