换热器用不锈钢管

一.概述

近年来，随着薄壁卷制焊接小管技术的研发和成熟，焊接不锈钢管在国内凝汽器获得了日趋广泛的应用。特别近几年来，我国新建电厂的凝汽器和老电厂凝汽器改造中也大量地选用了焊接不锈钢管，取得了成功的经验和良好的效果。

二.不锈钢换热管优点
   1.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%。
   2.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。
   3.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。不易沾污结垢，寿命可达30年。
   4.为了消除焊接应力，在保护气体中以1050℃高温进行热处理。

三.不锈钢换热管与铜管的性能比较

1.导热：由于铜管的导热系数为100W/m℃，有缝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，有缝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=λ/δ（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。这就可以缩小有缝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，这又使铜管与有缝不锈钢管总体传热系数的差距缩小。
   

2.对流放热：使用有缝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，其粗糙度比有缝不锈钢管大得多，铜管的层流底层的厚度比有缝不锈钢管的层流底层厚度更大。这就使有缝不锈钢管的对流放热系数比铜管的对流放热系数大。
      Rw=αw/ 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。
   

3、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。但有缝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，比有缝不锈钢管粗糙得多。因此，有缝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= αm/ Rw （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。

4、总体传热系数可知：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，有缝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有缝不锈钢管，有缝不锈钢管的总体传热系数和凝结放热系数都比铜管大，使有缝不锈钢管的总体传热系数得到提高。

四.效益评估 

有缝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，由于有缝不锈钢管内壁比铜管更光滑，对流换热系数比铜管高，有缝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的有缝不锈钢管比壁厚为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，有缝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有缝不锈钢管大得多。同时，有缝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，使用有缝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。