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加工定制:是 | 类型:管式换热器 | 品牌:江苏天锤电力辅机有限公司 |
传热方式:间壁式换热器 | 型号:LY | 流道截面积:1-1000m2 |
重量:10000kg | 用途:提高换热效率 | 规格:铜管;不锈钢管;钛管 |
一、概述
为了满足现行工况的实际需要,制作一台能够逐个替换现役泄露严重的冷油器设备,在不影响机组正常运行的前提下,方便设备拆卸改造,提高设备的***性,解决问题。因此,在贵单位技术人员的全力配合下,我公司技术人员通过相关资料的了解,勘察后认为:可以为贵方设计制作一台全新的冷油器管芯设备,且效果完全优于原设备,达到并满足业主需求。
二、设备性能简介
(一) 设备结构特点
我公司设计的冷油器管芯为了提高其使用寿命、改善其换热效果,散热管采用不锈钢管式散热结构(美国标准AISI304、316优质不锈合金钢),较采用铜管具有使用寿命长、检修方便、耐腐蚀、以及避免散热管在使用过程中意外胀裂等特点。
(二)换热管性能比较
※ 不锈钢换热管与铜管的性能比较
1、不锈钢换热管具有以下优点:
? 我公司采用的换热管可采用0.5-0.7mm的薄壁管材,提高了整体换热性能,在相同的换热面积下,总体的传热系数比铜管提高2.121-8.408%。
? 由于材质采用美国标准AISI304、316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,具有很强的耐高温蒸汽的冲击性能及抗振性能。
? 由于管子内壁光滑,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。
? 为了消除焊接应力,在保护气体中以1050℃高温进行热处理。
? 所有钢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、经济性能比较
? 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0.5~0.7mm,而铜管因强度及冲蚀磨损等原因,其壁厚不能低于1mm。
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。
? 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)
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越大,Rw越小。
? 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: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。
? 总体传热系数
K= (4)
其中:R——总热阻,m2k/w。
K——总体传热系数,w/m2.k。
由(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
名 称 | 规格(㎜) | 材 质 | 总体换热系数(W/㎡.k) |
铜 管 | 1 | HSn70-IA | 3682.413869 |
不锈钢管 | 1 | AISI304 | 3460.327347 |
不锈钢管 | 0.7 | AISI304 | 3760.628476 |
不锈钢管 | 0.6 | AISI304 | 3872.606729 |
? 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。而不锈钢不会氧化,或氧化速度很慢。因此,不锈钢管的冷油器与铜管的冷油器如果同时投运,运行时间越长,不锈钢管的冷油器的经济性将会比铜管的冷油器越来越更好。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。
3、安全性能比较
? 不锈钢管与铜管的工程特性
管 材 | 蜜度t/m3 | 屈服强度MPa | 拉伸强度MPa | 延伸率 % | 弹性模量MPa | 热胀系数10-6 | 导热系数w/mk |
海军铜管 | 8.4 | 120 | 330 | 60 | 13.3 | 16 | 100 |
镍铜管 | 8.9 | 140 | 390 | 43 | 15.4 | 16 | 30 |
304/316不锈钢管 | 8 | 280-350 | 550-659 | 30-60 | 20 | 17 | 13 |
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
腐蚀种类 | 海军黄铜管 | 镍铜管 | 不锈钢管 |
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
适应氯离子的指标
管材 | Hsn70-IA | Hsn70-IB | AISI304 | AISI316 |
氯离子 | 150 | 400 | 300 | 500 |
(ng/L) | 短期<400 | 短期<800 | 短期<1000 | 短期<1000 |
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,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。
4、效益评估
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。