Vergleich der Leistung zwischen Edelstahl-Wärmetauscherrohren und Kupferrohren

1. Die Edelstahl-Wärmetauscherrohre haben folgende Vorteile:

Die Wärmetauscherrohre sind aus dünnwandigen Rohrmaterialien mit einer Dicke von 0,5 - 0,8 mm hergestellt, was die gesamte Wärmetauschleistung verbessert. Bei der gleichen Wärmetauschfläche ist der gesamte Wärmeübergangskoeffizient der Edelstahlrohre um 2,121 - 8,408 % höher als der von Kupferrohren.

Da als Material SUS304 hochwertige Edelstahllegierung verwendet wird, hat es eine höhere Härte, und die Steifigkeit der Rohre hat sich ebenfalls deutlich erhöht. Daher hat es eine starke Schlag- und Vibrationsfestigkeit.

Da die Innenwände der Rohre glatt sind, wird die Dicke der Grenzschichtströmungsschicht reduziert, was nicht nur den Wärmetausch verstärkt, sondern auch die Antiverkrustungsleistung verbessert.

Um Schweißspannungen zu beseitigen, wird eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1050 °C in Schutzgas durchgeführt.

Die Rohre werden auf Leckagen durch Differenzdruck überprüft, und der Gasdrucktest beträgt bis zu 10 MPa, ohne Druckabfall innerhalb von 5 Minuten.

2. Detaillierter Vergleich:

I. Wärmeleitung

Die Wärmeleitfähigkeit von Kupferrohren beträgt 100W/m℃, während die von Edelstahlrohren 13W/m℃ beträgt. Dies beeinflusst natürlich den gesamten Wärmeübergangskoeffizienten. Allerdings kann die Wandstärke von Edelstahlrohren auf 0,5 - 0,8mm reduziert werden, während die Wandstärke von Kupferrohren aufgrund von Festigkeit und Erosionsverschleiß nicht geringer als 1,2mm sein kann.

Nach der Formel: Rc = (1)

Hierbei ist: Rc - Wärmeübergangswiderstand, m2k/w.

λ - Wärmeübergangskoeffizient, W/(m.k).

δ - Rohrwandstärke, m.

Wenn das Rohrmaterial festgelegt ist und λ unverändert bleibt, ist nach Formel (1) desto kleiner δ, desto kleiner ist Rc und desto größer ist der Wärmeübergangskoeffizient. Dies kann die Lücke im gesamten Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Edelstahlrohren und Kupferrohren verringern.

Da die Innen- und Außenwände von Kupferrohren rauer sind als die von Edelstahlrohren, neigen sie dazu, sich zu verkalken, was den Wärmewiderstand von Kupferrohren erhöht. Dies verringert die Lücke im gesamten Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Kupferrohren und Edelstahlrohren weiter.

II. Konvektive Wärmeabgabe

Ob man Edelstahlrohre oder Kupferrohre verwendet, die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Rohre ist turbulent. Der größte Faktor, der die konvektive Wärmeabgabe beeinflusst, ist die Dicke der laminaren Strömungsschicht, denn der Wärmeübertrag in der laminaren Strömungsschicht erfolgt durch Leitung, und die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist sehr gering. Unter demselben Strömungszustand hängt die Dicke der laminaren Strömungsschicht von der Rauheit der Innenwand des Rohrs ab. Die innere Oberfläche von Kupferrohren hat Oxide, und ihre Rauheit ist viel größer als die von Edelstahlrohren. Die Dicke der laminaren Strömungsschicht von Kupferrohren ist größer als die von Edelstahlrohren. Dies macht den konvektiven Wärmeabgabekoeffizienten von Edelstahlrohren größer als der von Kupferrohren. Rw=    (2)

Hierin: Rw - Widerstand gegen konvektive Wärmeabgabe, m2k/w.

αw - Koeffizient der konvektiven Wärmeabgabe, w/m2.k.

Nach Formel (2) ist desto kleiner Rw, je größer αw ist.

III. Kondensationswärmeabgabekoeffizient

Es gibt zwei Arten der Kondensationswärmeabgabe: Filmkondensation und Tropfenkondensation. Der Kondensationswärmeabgabekoeffizient der Tropfenkondensation ist viel größer als der der Filmkondensation. Es ist jedoch noch unklar, welche Art von Rohrmaterial (Außenwand eines Edelstahlrohrs oder Außenwand eines Kupferrohrs) mehr Tropfenkondensation aufweist. Man kann aber sagen, dass die meisten Außenwände beider Rohrmaterialien Filmkondensation aufweisen. Die Größe des Wärmeabgabekoeffizienten der Filmkondensation hängt stark von der Dicke des Films ab, da die Wärmeleitung innerhalb des Films durch Wärmeleitung erfolgt und der Wärmeleitkoeffizient des Wasserfilms besonders niedrig ist, und die Dicke des Films von der Rauheit der Außenwand des Rohrs abhängt. Aufgrund der Oxidschicht auf der Außenwand des Kupferrohrs ist diese viel rauer als die des Edelstahlrohrs. Daher ist der Kondensationswärmeabgabekoeffizient der Außenwand des Edelstahlrohrs größer als der der Außenwand des Kupferrohrs.

Rm = (3)

Hierbei: Rm - Kondensationswärmeableitwiderstand der Rohraußenwand, m2k/w.

αm - Kondensationswärmeableitkoeffizient der Rohraußenwand, w/m2.k.

Nach Formel (3) ist Rm umso kleiner, je größer αm ist.

IV. Gesamtwärmeübergangskoeffizient

K = (4)

Hierbei: R - Gesamtwärmewiderstand, m2k/w.

K - Gesamtwärmeübergangskoeffizient, w/m2.k.

Aus (4) folgt, dass, wenn der Konvektionswärmewiderstand, der Wärmeleitwiderstand und der Kondensationswärmeableitwiderstand alle abnehmen, dann der Gesamtwärmewiderstand abnimmt: Wenn der Gesamtwärmewiderstand abnimmt, nimmt der Gesamtwärmeübergangskoeffizient zu.

Bei gleicher Wanddicke ist der Gesamtwärmeübergangskoeffizient des Edelstahlrohrs um 6% niedriger als der des Kupferrohrs. Da ein dünneres Edelstahlrohr als Kupferrohr verwendet wird, sind sowohl der Gesamtwärmeübergangskoeffizient als auch der Kondensationswärmeableitkoeffizient des Edelstahlrohrs größer als die des Kupferrohrs, was den Gesamtwärmeübergangskoeffizienten des Edelstahlrohrs verbessert.