Per què s'utilitzen àmpliament els intercanviadors de calor de tubs de coure
Els intercanviadors de calor de tub de coure dominen la refrigeració, l'aire condicionat, l'escalfament d'aigua i la recuperació de calor industrial lleugera perquè el tub de coure ofereix quatre coses alhora: una conductivitat tèrmica molt alta, una excel·lent resistència a la corrosió en aigua i refrigerants, alta ductilitat per a la flexió i l'expansió i una superfície llisa i no -porosa que resisteix l'encrassement i és fàcil de netejar.
Els intercanviadors de tubs de coure inclouen unitats de closca-i-tubs amb tubs de coure o d'aliatge de coure, bobines d'aletes-i-tubs per a condensadors i evaporadors refrigerats per aire-, intercanviadors de tubs de ventilació de{-doble paret per a aigua potable i els petits equips d'envasat o ensamblat mecànicament. La mateixa família de materials s'utilitza en tots aquests dissenys, la qual cosa simplifica els procediments d'emmagatzematge i reparació de peces de recanvi.
Estàndards de tubs i graus típics
| Grau | UNS | Ús típic en intercanviadors | Normes principals |
|---|---|---|---|
| Coure alt en fòsfor desoxidat | C12200 | Tub lateral-d'aigua, aigua potable, tub de refrigerant general | ASTM B111/B111M, ASTM B88, GB/T 1527, EN 1057 |
| Coure de pas resistent electrolític | C11000 | Tub general, barra i placa; refrigeració on es vol una alta conductivitat | ASTM B111/B111M, ASTM B152/B152M |
| Coure-sense oxigen | C10200 | Tubs d'aire condicionat i refrigeració, buit i servei electrònic | ASTM B280, EN 12735-1 |
| Llautó de l'Almirallat | C44300 | Tub condensador per aigua dolça i salobre amb bona resistència a l'impacte | ASTM B111/B111M |
| Llautó d'alumini | C68700 | Tub condensador i intercanviador per a aigua de mar més neta a velocitat moderada | ASTM B111/B111M |
| Coure-níquel 90/10 | C70600 | Tub intercanviador d'aigua de mar, salmorra i a bord | ASTM B111/B111M, ASME SB111 |
| Coure-níquel 70/30 | C71500 | Tub d'intercanviador de dessalinització d'aigua de mar d'alta-velocitat | ASTM B111/B111M, ASME SB111 |
El tub es subministra amb una varietat de tremps: tub recuit per a l'expansió del rodet en làmines de tubs i per a la flexió, i tub estirat o mig dur on el tub ha de ser autosuportable en llargs trams. El tub d'aire condicionat i refrigeració es subministra normalment en serpentins tous segons ASTM B280 o EN 12735-1 amb extrems tapats perquè el forat es mantingui net i sec durant el trànsit.
Rendiment tèrmic i hidràulic
Com que el coure condueix la calor molt més ràpidament que l'acer o l'acer inoxidable, un intercanviador de tubs de coure necessita menys superfície per a un servei determinat i arriba a la mateixa transferència de calor amb una diferència de temperatura mitjana més petita entre els corrents. És per això que el coure s'utilitza quan la diferència de temperatura és petita, com ara l'aigua refrigerada i els circuits de refrigeració, i per això les bobines de coure es poden fer prou compactes per a les unitats de coberta i envasades.
El rendiment del costat-del tub es pot millorar encara més amb el tub millorat internament. Les superfícies internes acanalades i en espiral trenquen la capa límit i augmenten el coeficient lateral-del tub, que permet un feix més curt o un diàmetre més petit per a la mateixa funció; el guany exacte depèn de la geometria interna, el cabal i les propietats del fluid, i s'hauria de prendre de les dades de transferència de calor del proveïdor de tubs per al patró específic en lloc d'assumir-se. Al costat de la carcassa, l'espai entre els deflectors i l'espai lliure controlen el coeficient-del costat de la carcassa i també el risc de vibració del tub.
Límits de corrosió, incrustació i velocitat
El tub de coure manté un rendiment estable als circuits d'aigua, condensat de vapor i refrigerant, i la capa protectora d'òxid que forma frena els atacs addicionals, la qual cosa allarga la vida útil. Els modes de fallada per dissenyar són ben coneguts. L'amoníac i els compostos d'amoni a l'aigua o als agents de neteja provoquen un ràpid esquerdament per corrosió per estrès-del tub de coure; la sorra en suspensió i l'aire arrossegat provoquen un atac d'impacte, més sovint a l'entrada del tub i als encreuaments del deflector; i l'aigua que flueix per sobre de la velocitat recomanada accelera el malbaratament general i localitzat. El coure també està subjecte a l'erosió-corrosió a les sortides de colze i a la corrosió formica en circuits de refrigeració on hi ha determinats àcids orgànics amb la humitat.
Les contramesures pràctiques són mantenir la velocitat de flux dins del rang establert per a l'aliatge del tub i la química de l'aigua, evitar bosses d'aire i zones estancades, instal·lar mànigues d'entrada o virolles protectores on l'aigua estigui bruta, mantenir el tub net perquè l'encrassement no augmenti la velocitat local a la zona de flux restant i evitar productes químics de neteja amoniacals. S'ha de triar un tub de coure-níquel en lloc de coure pur quan hi hagi aigua de mar, salmorra o aigua contaminada.
Fabricació: Expansió, soldadura i soldadura
El tub de coure normalment s'uneix a una làmina de tubs mitjançant l'expansió del rodet, de vegades seguida d'una soldadura de segellat on la junta ha de ser hermètica sota el cicle tèrmic. L'expansió requereix un tub recuit amb una duresa i un gruix de paret constants, forats de mida correcta amb entrades xamfranades i un parell d'expansió controlat perquè el tub no estigui massa-enrotllat i aprimat. La soldadura amb farciment de coure-fòsfor és el mètode estàndard per a les juntes de refrigeració de coure-a-coure perquè no necessita flux; Les juntes de coure-a-acer o de coure--llautó requereixen el farciment i el flux adequats-a base de plata. Tota la soldadura per refrigeració s'ha de fer amb una purga de nitrogen per evitar l'escala d'òxid a l'interior del tub, i el tub ha d'estar sec i lliure d'oli abans d'escalfar-lo.
El doblegat, l'estampació i l'envasat es realitzen en fred sobre tub recuit. Com que el treball de coure s'endureix, s'han d'extreure els radis de flexió i els requisits mínims de recuit de les dades del proveïdor de tubs, i les bobines acabades s'han de provar i netejar a pressió abans de la instal·lació.
Aplicacions
Refrigeració i aire condicionat: serpentins de condensador i evaporador, barrils refrigeradors, bombes de calor i unitats envasades.
Potència i procés: condensadors, escalfadors d'aigua d'alimentació i refrigeradors d'oli que utilitzen tubs d'aliatge de coure en aigua dolça o salobre.
Calefacció d'aigua i energia urbana: intercanviadors d'aigua calenta sanitària, col·lectors solars tèrmics i unitats d'interfície de calor.
Marí: intercanviadors-refrigerats per aigua de mar i circuits de refrigeració de vaixells amb tubs de coure-níquel.
Industrial lleuger: refrigeradors posteriors d'aire comprimit, refrigeradors d'oli hidràulic i equips de transferència de calor per a la indústria alimentària.
Preguntes freqüents
P: Per què els intercanviadors de calor de tubs de coure transfereixen millor la calor?
El coure té una conductivitat tèrmica d'aproximadament 386 W/(m·K), molt per sobre de l'acer al carboni a uns 50 W/(m·K) i l'acer inoxidable a uns 16 W/(m·K). Per tant, la paret del tub afegeix molt poca resistència tèrmica i l'intercanviador necessita menys àrea per a la mateixa funció.
P: Els intercanviadors de calor de tubs de coure són resistents a la corrosió?
En circuits d'aigua, condensat de vapor i refrigerant, sí: el coure forma una pel·lícula d'òxid protectora que limita l'atac posterior i dóna una llarga vida útil. Les excepcions són els entorns amoniacals, els àcids fortament oxidants i l'aigua d'alta-velocitat amb aire o sorra arrossegats, on el coure pot fallar per esquerdes de corrosió per tensió-o atac d'impacte.
P: Per què el tub de coure resisteix la contaminació?
El tub de coure té una superfície llisa, no-porosa amb una bona humectabilitat, de manera que l'escala i el biofilm s'adhereixen menys fàcilment que a les superfícies metàl·liques més rugoses. Això manté estable el coeficient de transferència de calor i facilita la neteja, una de les raons per les quals les bobines de coure són habituals en el servei de refrigeració i refrigeració.
P: Què limita la velocitat de l'aigua als intercanviadors de tubs de coure?
La velocitat està limitada pel risc d'impacte i corrosió d'erosió-, que depèn de l'aliatge del tub, la química de l'aigua, els sòlids en suspensió i la quantitat d'aire arrossegat. L'interval acceptable hauria de provenir de la guia de disseny de l'aliatge de tub específic i confirmat amb les dades del proveïdor de tubs.
P: Es poden reparar els intercanviadors de tubs de coure?
Sí. El tub de coure es re-amplia, es re-solda o es substitueix, i els tubs individuals es poden tapar si el servei ho permet. Les reparacions han d'utilitzar el mateix aliatge i temperament que l'original, i la junta s'ha de tornar a provar després de la reparació.
P: Quin tub d'aliatge de coure s'ha d'utilitzar per a l'aigua de mar?
Els graus de coure-níquel són l'opció estàndard: 90/10 (C70600) per a aigua de mar neta a velocitat moderada i 70/30 (C71500) per a una velocitat més alta, una pressió més alta o aigua-con sorra. El llautó de l'Almirallat C44300 s'utilitza per a tasques salobres menys severes.
