由于材質(zhì)采用SUS304優(yōu)質(zhì)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,具有很強的抗沖擊性能及抗振性能。
由于管子內(nèi)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(jié)垢性能。
為了消除焊接應(yīng)力,在保護氣體中以1050℃高溫進行熱處理。
鋼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、詳細能比較:
一、導(dǎo)熱
由于銅管的導(dǎo)熱系數(shù)為100W/m℃,不銹鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)為13W/m℃,這當然要影響總體傳熱系數(shù)。但是,不銹鋼管的壁厚可以減薄為1.0mm,而銅管因強度及沖蝕磨損等原因,其壁厚不能低于1.2mm。
根據(jù)公式:Rc= (1)
其中:Rc——導(dǎo)熱熱阻,㎡.k/w。
λ——導(dǎo)熱系數(shù),W/(m.k)。
δ——管壁厚度,m
管材一定,λ不變時,根據(jù)公式(1),δ越小,Rc越小,傳熱系數(shù)越大。這就可以縮小不銹鋼管與銅管總體傳熱系數(shù)的差距。
由于銅管內(nèi)外壁比不銹鋼更粗糙,容易結(jié)垢,增加了銅管的熱阻,這又使銅管與不銹鋼管總體傳熱系數(shù)的差距縮小。
二、對流放熱
使用不銹鋼管或使用銅管,管內(nèi)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(dǎo)熱,而水的導(dǎo)熱系數(shù)很低。在流動狀態(tài)相同的情況下,層流底層的厚度取決于管內(nèi)壁的粗糙度。銅管內(nèi)表面有氧化物,其粗糙度比不銹鋼管大得多,銅管的層流底層的厚度比不銹鋼管的層流底層厚度更大。這就使不銹鋼管的對流放熱系數(shù)比銅管的對流放熱系數(shù)大。
Rw= (2)
其中:Rw——對流放熱熱阻,㎡.k/w。
αw——對流放熱系數(shù),W/㎡.k。
根據(jù)公式(2)αw越大,Rw越小。
三、凝結(jié)放熱系數(shù)
凝結(jié)放熱系數(shù)有膜狀凝結(jié)和珠狀凝結(jié)兩種,珠狀凝結(jié)放熱系數(shù)比膜狀凝結(jié)放熱系數(shù)大得多。但不銹鋼管外壁和銅管外壁哪種管材的珠狀凝結(jié)更多尚不清楚,但可以說兩種管材外壁大部份是膜狀凝結(jié)。膜狀凝結(jié)的放熱系數(shù)大小與膜的薄厚關(guān)系很大,因為在膜的內(nèi)部是導(dǎo)熱,水膜的導(dǎo)熱系數(shù)特別低而膜的厚度又取決于管外壁的粗糙度。銅管外壁因氧化層的關(guān)系,比不銹鋼管粗糙得多。因此,不銹鋼管外壁的凝結(jié)放熱系數(shù)比銅管外壁的凝結(jié)放熱系數(shù)大。
Rm= (3)
其中:Rm——管外壁的凝結(jié)放熱熱阻,㎡.k/w。
αm——管外壁的凝結(jié)放熱系數(shù),W/㎡.k。
根據(jù)公式(3),αm越大、Rm越小。
四、總體傳熱系數(shù)
K= (4)
其中:R——總熱阻,㎡.k/w。
K——總體傳熱系數(shù),W/㎡.k。
由(4)可知:對流熱阻、導(dǎo)熱阻和凝結(jié)放熱熱阻都減小,則總熱阻減?。嚎偀嶙铚p小,總體傳熱系數(shù)增大。
在壁厚相同的情況下,不銹鋼管的總體傳熱系數(shù)比銅管低6%。由于使用比銅管薄的不銹鋼管,不銹鋼管的總體傳熱系數(shù)和凝結(jié)放熱系數(shù)都比銅管大,使不銹鋼管的總體傳熱系數(shù)得到提高。
換熱性能對照表
名稱 | 規(guī)格(㎜) | 材質(zhì) | 總體換熱系數(shù)(W/㎡.k) |
銅管 | 1 | HSn70-IA | 3682.413869 |
不銹鋼管 | 1 | AISI304 | 3460.327347 |
不銹鋼管 | 0.7 | AISI304 | 3760.628476 |
不銹鋼管 | 0.6 | AISI304 | 3872.606729 |
隨著運行時間的增長,銅管氧化層將越來越厚,傳熱效果會越來越差。而不銹鋼基本不會氧化,或氧化速度很慢。因此,不銹鋼管的換熱器與銅管的換熱器如果同時投運,運行時間越長,不銹鋼管的換熱器的經(jīng)濟性將會比銅管的換熱器越來越更好。同時,銅管對冷卻水中的雜物的吸附能力比不銹鋼管更強得多,大大降低了設(shè)備的經(jīng)濟性。
安全性能比較
不銹鋼管與銅管的工程特性
管材 | 銅管 | 鎳銅管 | 304/316不銹鋼管 |
密度t/m3 | 8.4 | 8.9 | 8 |
屈服強度MPa | 120 | 140 | 280-350 |
拉伸強度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(shù)10-6 | 16 | 16 | 17 |
導(dǎo)熱系數(shù)w/mk | 100 | 30 | 13 |
從上表可以看出:不銹鋼管的屈服強度和抗拉強度都比銅管高,不銹鋼管的使用壽命必然要比銅管長,熱脹系數(shù)比銅管低,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。
不銹鋼管與銅管的抗腐蝕性能
腐蝕種類 | 銅管 | 鎳銅管 | 304/316不銹鋼管 |
一般腐蝕 | 2 | 4 | 5 |
沖擊腐蝕 | 2 | 5 | 6 |
點蝕(運行狀態(tài)) | 4 | 5 | 4 |
點蝕(積滯狀態(tài)) | 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(shù)值2-6表示抗腐蝕能力由小到大
由上表可知:不銹鋼管與銅管相比具有的優(yōu)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(cè)沖擊腐蝕,實現(xiàn)無銅離子系統(tǒng),且PH值可提高,以減少腐蝕產(chǎn)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(shù),又可減少管內(nèi)雜質(zhì)的沉積。
不銹鋼管的熱傳導(dǎo)系數(shù)比銅管低,但通過減小壁厚使它們的熱傳導(dǎo)系數(shù)的差值縮小,由于不銹鋼管內(nèi)壁比銅管更光滑,對流換熱系數(shù)比銅管高,不銹鋼管外壁比銅管光滑,凝結(jié)放熱系數(shù)比銅管高,根據(jù)多臺機組的測試和計算,壁厚為1.0mm的不銹鋼管比壁厚為1.2mm的銅管的總體傳熱系數(shù)高2.124%左右;隨著運行時間的增長,不銹鋼管的總體傳熱系數(shù)下降很緩慢,而銅管的總體傳熱系數(shù)下降速度比不銹鋼管大得多。從長遠考慮,使用不銹鋼管整體上提高機組的經(jīng)濟性顯而易見,同時也提高了機組的安全性。
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