不锈钢盘管与铜盘管的热交换性能比较
1、不锈钢盘管具有以下5方面的优点
1.1不锈钢盘管换热采用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,总体的传热糸数比铜盘管提高2.121-8.408%
1.2由于不锈钢盘管的材质采用SUS304、SUS316等优质不锈合金钢,使其具有较高的硬度,管子的钢度也明显提高,因此,具有很强的抗冲性能及抗振性能。
1.3由于不锈钢盘管内壁光滑,使得其边界层流底层厚度减薄,既强化换热,又提高了抗结垢性能。
1.4为了消除焊接应力,不锈钢盘管所用的钢管材料在保护气体中以1050度高温进行热处理。
1.5不锈钢盘管均采用压差进行泄漏检查,气压试验至10MPA,5分钟无压降。
2、不锈钢盘管与铜盘管详细性能比较
2.1不锈钢盘管与铜盘管导热性比较
由于铜盘管的导热系数为100W/M度,不锈钢盘管的导热系数为13W/M度,这当然要影响总体传系数。但是,不锈钢盘管的壁厚可以减薄以0.5-0.8MM,而铜盘管因强度及冲蚀磨损等原因,其壁厚不能低于1.2MM。
根据公式:Rc=(1)
其中:Rc——导热热阻,m2K/W
λ――导热系数,W/(M.K)
δ ----------管壁厚度,M
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盘管与铜盘管总体传热系数的差距。
由于铜盘管内外壁比不锈钢盘管更粗糙。容易结垢,增加了铜盘管的热阻,这又使铜盘管与不锈钢盘管总体传热系数的差距更加缩小。
2.2不锈钢盘管与铜盘管对流放热性的比较。
使用不锈钢盘管或使用铜盘管,管内流速都是紊流。影响对流放热的****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。铜盘管内表面有氧化物,其粗糙度比不锈钢盘管大得多,铜盘管的层流底层的厚度比不锈钢盘管的层流底层厚度更大。这就使不锈钢盘管的对流放热系数比铜盘管的对流放热系数大。
Rw= (2)
其中:Rw——对流放热热阻。m2K/w
αw------对流放热系数,w/m2.K
根据公式(2)αw越小。Rw越小。
2.3不锈钢盘管与铜盘管凝结放热系数的比较
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大得多。但不锈钢盘管外壁和铜盘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,水膜的导热系数特别低而膜的厚度又取决于管外壁的粗糙度。铜盘管外壁因氧化层的关系,比不锈钢盘管粗糙得多。因此,不锈钢盘管外壁的凝结放热系数比铜盘管外壁的凝结放热系数大。
Rm= (3)
其中:Rm------管外壁的凝结放热热阻,m2K/W
αm-----管外壁的凝结放热系数,w/m2.K
根据公式(3),αm越大,Rm越小。
2.4不锈钢盘管与铜盘管总体传热系数比较
K= (4)
其中:R――总热阻,m2K/W
K------总体传热糸数,w/m2.K
由于(4)可知:对流热阻,导热阻和凝结放热热阻都减小,则总热阻减小:总热阻减小,总体传热系数增大。
在壁厚相同的情况下,不锈钢盘管的总体传热系数比铜盘管低6%,由于使用比铜盘管薄的不锈钢盘管,不锈钢盘管的总体传热系数和凝结放热系数都比铜盘管大,使不锈钢盘管的总体传热系数得到提高。
名称 |
厚度(mm) |
材质 |
总体换热系数(W/m2,K) |
铜盘管 |
1 |
HSn70-1A |
3682.413869 |
不锈钢盘管 |
1 |
AISI304 |
3460.327347 |
不锈钢盘管 |
0.7 |
AISI304 |
3760.628476 |
不锈钢盘管 |
0.6 |
AISI304 |
3872.606729 |
2.5不锈钢盘管与铜盘管的长远经济性比较
随着运行时间的增长,铜盘管氧化层将越来越厚,传热效果会越来越差,而不锈钢盘管基本不会氧化,或氧化速度很慢。因此,不锈钢盘管换热器与铜盘管换热器如果同时投运,运行时间越长,不锈钢盘管换热器的经济性将会比铜盘管的换热器越来越更好。同时,铜盘管对冷却水中的杂物的吸附能力比不锈钢盘管更强得多,大大降低了设备的经济性。
2.6不锈钢盘管与铜盘管安全性能比较
不锈钢盘管与铜盘管的工程特性
管材 |
铜盘管 |
镍铜盘管 |
304/316不锈钢盘管 |
密度(t/m3) |
8.4 |
8.9 |
8 |
屈服强度(MPa) |
120 |
140 |
280-350 |
延伸强度(MPa) |
330 |
390 |
550-659 |
延伸率% |
60 |
43 |
30-60 |
弹性模量MPa |
13.3 |
15.4 |
20 |
热胀系数(10-6) |
16 |
16 |
17 |
导热系数(W/mk) |
100 |
30 |
13 |
从上表可以看出,不锈钢盘管的屈服强度和抗拉强度都比铜盘管高,不锈钢盘管的使用寿命必然要比铜盘管长,热胀系数比铜盘管低,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。
2.7不锈钢盘管与铜盘管的抗腐蚀性能比较
腐蚀种类 |
铜盘管 |
镍铜盘管 |
304/316不锈钢盘管 |
一般腐蚀 |
2 |
4 |
5 |
冲击腐蚀 |
2 |
5 |
6 |
点蚀(运行状态) |
4 |
5 |
4 |
点蚀(积滞状态) |
2 |
4 |
2 |
高速冲击 |
3 |
5 |
6 |
进口冲击 |
2 |
4 |
6 |
蒸汽热点腐蚀 |
2 |
4 |
6 |
氨蚀 |
2 |
5 |
6 |
注:表中的数值2-6表示抗腐蚀能力由小到大
由上表可知:不锈钢盘管与铜盘管相比具有的优点: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。
2.8不锈钢盘管与铜盘管的效益评估
不锈钢盘管的热传导系数比铜盘管低,但通过减小壁厚使它们的热传导系数的差值缩小,由于不锈钢盘管内壁比铜盘管更光滑,对流换热系数比铜盘管高,不锈钢盘管外壁比铜盘管光滑,凝结放热系数比铜盘管高,根据多台机组的测试和计算,壁厚为0.7MM的不锈钢盘管的总体传热系数下降很缓慢,而铜盘管的总体传热糸数下降比不锈钢盘管大得多。同时,不锈钢盘管比铜盘管更耐腐蚀,抗振性和耐磨性能好,使用寿命是铜盘管的三倍,从长远考虑,使用不锈钢盘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。