Zakaj je visoka toplotna prevodnost v CuNi 90/10 belih bakrenih ceveh pomembna za toplotne izmenjevalnike

Kratek odgovor: Zakaj prevodnost poganja zasnovo toplotnega izmenjevalnika

Glavna naloga opreme za izmenjavo toplote je prenos toplote iz enega medija v drugega skozi ločevalno steno. Stena cevi je edina razpoložljiva pot, zato hitrost, s katero toplota prečka njo, določa velikost, površino in stroške črpanja celotne enote. Bela bakrena cev CuNi 90/10, standardizirana kot UNS C70600, je zlitina bakra-niklja s približno 10 % niklja ter majhnimi dodatki železa in mangana. Združuje prevodnost, ki je visoka za zlitino,-odporno na morsko vodo, s korozijskim obnašanjem, ki ga zahtevata pomorstvo in razsoljevanje.

Dve lastnosti je torej treba brati skupaj. Prevodnost določa, koliko toplote lahko določeno območje stene cevi prenese na stopinjo temperaturne razlike. Odpornost proti koroziji in obraščanju določata, kako dolgo to območje deluje, preden se stena cevi stanjša ali površina postane izolirana z usedlinami. CuNi 90/10 je natančno določen zato, ker se dobro obnese v obeh točkah, namesto da optimizira samo enega.

Kako se toplota premika skozi steno CuNi 90/10 cevi

Prenos toplote skozi katero koli steno cevi združuje konvektivni film na vroči strani, prevodnost skozi kovino in konvektivni film na hladni strani. Prevod kovine je običajno najmanjši od treh uporov, zato je zlitina za odpornost proti koroziji cenovno dostopna: celo zmerna prevodnost ohranja upornost stene nizko v primerjavi z dvema mejnima slojema.

Primerjava jasno kaže kompromis oblikovanja-. Čisti baker prevaja veliko bolje, vendar ne preživi uporabe morske vode. Nerjaveče jeklo tipa 316 se v nekaterih pogojih bolje upira morski vodi, vendar prevaja le približno tretjino tako dobro kot CuNi 90/10, zato potrebuje večjo površino ali večjo temperaturno razliko za isto delovanje. CuNi 90/10 je med obema in odpravlja potrebo po kompenzaciji stene z nizko{9}}prevodnostjo. CuNi 90/10 cev je običajno dobavljena v skladu z ASTM B111 za storitve kondenzatorja in toplotnega izmenjevalnika, z brezšivnimi cevmi in cevmi, ki jih pokriva tudi ASTM B466 in enakovredno japonsko oznako C7060 pod JIS H3300.

Hitrejši prenos toplote pri razsoljevanju in izhlapevanju

V več-stopenjski bliskovni ali več-učinkovalni napravi za razsoljevanje se morska voda segreje, da pospeši izhlapevanje, hlapi pa se nato kondenzirajo na hladni strani. Oba koraka temeljita na hitrem prehodu toplote skozi stene cevi. Visoka prevodnost omogoča stopnji ogrevanja, da slanico doseže ciljno temperaturo v krajšem času in z manjšo temperaturno razliko med grelnim medijem in slanico.

Krajši ogrevalni cikel- isti vir toplote s paro ali vročo-vodo hitreje dvigne slanico na ciljno temperaturo, kar skrajša čas zadrževanja na stopnjo.

Večji prenos toplote na kvadratni meter- več toplote prečka vsako enoto površine cevi, tako da je dano moč mogoče doseči z manjšo površino cevi ali manj stopnjami.

Boljša kondenzacija- na kondenzacijski strani enaka prevodnost hitro odstrani latentno toploto, s čimer ohranja stabilnost poti-do-kondenzata.

Ker je zlitina odporna tudi na agresivno, gazirano, s kloridi-bogato morsko vodo obrata za razsoljevanje, prednost prevodnosti ne upade, kot bi pri navadni bakreni ali mehki jekleni cevi, ki sčasoma korodira ali se lušči.

Stabilnost delovanja: hlajenje ladijskega motorja in lokalno pregrevanje

Prevodnost določa tudi, kako enakomerno je porazdeljena temperatura. Če toplota ne more hitro zapustiti lokalnega območja, se stena nad tem območjem pregreje, medtem ko okoliška kovina ostane hladnejša. Ta temperaturni razpon obremenjuje spoje cevi-in-cevne plošče, povzroča neenakomerno toplotno raztezanje in v najslabšem primeru omogoča, da hladilna tekočina lokalno zavre in tvori parni žep, ki popolnoma ustavi prenos toplote.

V hladilnem krogu ladijskega motorja velike količine toplote zapustijo motor v hladilni tekočini in se prenesejo v morsko vodo v-in-cevnem izmenjevalniku toplote. CuNi 90/10 cev premakne to toploto stran od stene dovolj hitro, da zadrži hladilno tekočino v svojem temperaturnem območju in prepreči lokalno izhlapevanje. Rezultat je stabilna hladilna zmogljivost, manj nenačrtovanih zaustavitev zaradi temperaturnih odstopanj ter daljša življenjska doba izmenjevalnika in motorja, ki ga uporablja. Enako velja za hladilnike mazalnega olja, generatorje sveže vode in centralne hladilne sisteme na krovu.

Nižji stroški energije pri neprekinjenem delovanju

Vsako stopinjo dodatne temperaturne razlike, ki jo potrebuje izmenjevalnik toplote, je treba plačati z energijo pri viru toplote. Stena cevi z višjo prevodnostjo doseže dano obremenitev z manjšo temperaturno razliko med vožnjo, zato je za enak rezultat postopka potrebno manj goriva ali pare. Pri neprekinjenem delu v morju in na morju se ta prihranek kopiči.

Praktičen primer je predgrevanje surove nafte na ploščadi na morju, kjer se nafta segreje pred separacijo, toplota pa se pridobi iz bolj vročega procesnega toka. Cevni snop z boljšo prevodnostjo povrne več te sicer izgubljene toplote, zato ima ogrevani grelnik manj dela. Prihranek se pokaže dvakrat: zmanjšana poraba goriva na ploščadi ter zmanjšan izpust dimnih plinov in ogljikovega dioksida pri enaki stopnji proizvodnje. V več-desetletni življenjski dobi ploščadi ali vlaka za razsoljevanje je ta razlika v vneseni energiji ena največjih stroškovnih postavk, na katere lahko operater vpliva v fazi specifikacije.

Določanje cevi CuNi 90/10

V fazi poizvedovanja je vredno določiti tri točke. Najprej navedite standard cevi in ​​ne le zlitine, saj se debelina stene, temperatura in preskusne zahteve med specifikacijami razlikujejo. Drugič, potrdite kemijo vode: vsebnost kloridov, hitrost pretoka in prisotnost suspendiranih trdnih delcev odločajo o tem, ali je kakovost 90/10 ali bolj visoko legirana 70/30 primerna za cev in ali je potrebna zaščita dovodnega konca. Tretjič, navedite zahtevano čistočo in stopnjo sprejemljivosti preskusa vrtinčnega-toka, ker popolna zlitina z okvarjeno steno ne bo zagotovila prevodnosti, ki jo predvideva načrt.

Pogosto zastavljena vprašanja

V: Kaj je bela bakrena cev CuNi 90/10?
Je zlitina bakra-niklja, ki vsebuje približno 10 % niklja z majhnimi dodatki železa in mangana, označena kot UNS C70600. Zlitina se imenuje beli baker, ker ji višja vsebnost niklja daje srebrno barvo in veliko boljšo odpornost proti koroziji z morsko vodo kot navadnemu bakru.

V: Kakšna je toplotna prevodnost CuNi 90/10?
Približno 45 W/(m·K) pri sobni temperaturi. To je nižje od čistega bakra, ki je približno 390 W/(m·K), vendar je nekajkrat višje od nerjavečega jekla tipa 316 s približno 16 W/(m·K), zaradi česar je zlitina učinkovita v toplotnem izmenjevalniku-odpornem na morsko vodo.

V: Zakaj preprosto ne uporabite čiste bakrene cevi za boljšo prevodnost?
Ker čisti baker ne preživi tekoče morske vode. Hitro korodira in erodira, zato prednost prevodnosti izgine, ko se stena tanjša. CuNi 90/10 se odreče nekaj prevodnosti v zameno za cev, ki zdrži desetletja pri enakem delovanju.

V: Kateri standardi zajemajo cev toplotnega izmenjevalnika CuNi 90/10?
ASTM B111 zajema brezšivne cevi iz bakra-niklja in toplotni izmenjevalnik v C70600, ASTM B466 pa zajema brezšivne cevi in ​​cevi iz bakra-niklja. Ustrezna japonska oznaka je C7060 pod JIS H3300. Naročilo mora vedno navajati standard in zlitino.

V: Kako večja prevodnost zmanjša obratovalne stroške?
Zmanjša temperaturno razliko, potrebno za doseganje ciljne toplotne moči, zato sistem potrebuje manj dovoda pare ali goriva. Pri neprekinjenem delovanju, kot je predgretje surove nafte na morju, se ta manjši vnos energije poveča v življenjski dobi opreme.

V: Kaj je treba preveriti, preden naročite cev CuNi 90/10?
Potrdite kemijo vode in hitrost pretoka, da izberete med 90/10 in 70/30, navedite veljavni standard cevi in ​​debelino stene ter se strinjajte s preskusom vrtinčnih{4}}tokov in zahtevami glede čistosti, saj te nadzirajo, ali dostavljena stena deluje, kot je načrtovano.