+7 (495) 822-72-02
Навигация
Теплообменные аппараты имеют широкое практическое применение. Они обеспечивают нагрев, участвуют в процессах охлаждения, поддерживают нужный температурный режим. Выполнение каждой задачи сопряжено с использованием разных рабочих сред, напрямую контактирующих с конструктивными деталями теплообменника. Именно свойства и состав теплоносителя, наличие в нем растворенных солей, щелочных соединений и других примесей во многом определяют материал, из которого должен быть изготовлен аппарат.
В статье рассказываем о теплообменниках из меди и нержавеющей стали и даем рекомендации по их применению и выбору материала.
Кратко о принципе работы теплообменника
Перед тем как детально рассматривать особенности аппаратов из разных материалов, два слова о том, как они работают. Это позволит глубже понять, почему так важно обращать внимание на металл, из которого сделаны устройства.
Независимо от конструкции, принцип работы теплообменника идентичен – аппарат обеспечивает тепловой обмен между двумя средами с разной температурой. Передача тепла осуществляется не напрямую, а с помощью труб или пластин. Соответственно, первые называются трубчатыми, а другие носят название пластинчатые. Трубные и пластинчатые элементы обеспечивают раздельное течение сред без их смешения. Они выступают своеобразным посредником между двумя жидкостями или жидкостью и газом.
В зависимости от процессов, которые могут протекать одновременно с теплообменом, теплообменные аппараты также называют конденсаторами или испарителями. В подобных устройствах происходит фазовое преобразование теплоносителя: жидкого в газообразное и наоборот.
Теплообменник – проточное, а не накопительное оборудование. Это значит, что теплоноситель постоянно движется, проходя по всем каналам устройства от входного до выходного отверстия. Поэтому теплообмен происходит только тогда, когда нагреваемая/охлаждаемая среда находится в аппарате. Соответственно, важнейшая задача теплообменного оборудования – обеспечить максимальную передачу тепла в течение этого времени. Чем результативнее это делает аппарат, тем его тепловая эффективность выше.
Теплообменники из нержавеющей стали
Нержавеющая сталь – материал, главное достоинство которого состоит в высокой стойкости к коррозии. Это свойство особенно ценно, когда в качестве теплоносителя выступают агрессивные среды. Непрерывный и прямой контакт с такими жидкостями создает благоприятные условия для ухудшения эксплуатационных свойств металла. В случае с нержавейкой, риски коррозионных процессов сведены к нулю. Такие теплообменники, как например AlfaNova HP 27, могут работать с гликолем, фреоном и паром, сохраняя первоначальную эффективность.
Помимо коррозионной стойкости, нержавеющая сталь характеризуется устойчивостью к высоким температурам среды. Как правило, верхний порог нагрева составляет +200 °С. Что еще важно – при высокотемпературном воздействии, тепловое расширение нержавейки минимально.
Обычно для изготовления теплообменных аппаратов используют сталь AISI 316, как у пластинчатого теплообменника Nord серии SF, или AISI 304, как у моделей Nord серии EO. Обе марки отличаются высокой коррозионной, температурной и химической стойкостью. Вдобавок нержавейка обладает исключительной надежностью, прочностью, устойчивостью к гидроударам.
Основной минус нержавеющей стали – существенно меньшая теплопроводность, чем, например, у меди или алюминия. Но этот недостаток компенсируется длительной эксплуатацией стальных аппаратов, а также другими преимуществами металла. Ввиду особых физических качеств, теплообменники из нержавеющей стали используют в системах с химически агрессивным теплоносителем. Они также незаменимы в местах с высокими гигиеническими требованиями: на предприятиях пищевой и фармацевтической промышленности.
Теплообменники из меди
Теплообменные аппараты с медными элементами также получили широкое распространение. Но по частоте использования, они уступают изделиям из нержавеющей стали. Причины этому – существенно большая сложность в обработке и более высокая стоимость. К отрицательным моментам также относится склонность меди к коррозии, при контакте с некоторыми видами сред. Более того, металл способен вступать в реакцию с отдельными химическими веществами и образовывать вредные соединения. Поэтому однозначно заявлять, что медные теплообменники – это лучший выбор, не стоит.
Вместе с тем оборудование из меди довольно востребовано, что обусловлено физическими свойствами металла. Прежде всего, это высокая теплопроводность, превышающая в десятки раз аналогичный показатель у нержавеющей стали. Так, коэффициент теплопроводности меди равен 389,6 Вт/м·°С, тогда как у нержавейки марки AISI 316 он составляет 16,3 Вт/м·°С. То есть способность меди проводить тепло почти в 24 раза выше. Очевидный вывод – медные теплообменники оптимально подходят для систем, характеризующихся высокой интенсивностью теплообмена.
Еще одно достоинство медного материала – низкий коэффициент шероховатости, равный 0,011. Это означает, что у труб и пластин из меди более гладкая поверхность, следовательно, меньшее гидравлическое сопротивление, за счет небольшого трения. Помимо этого, ввиду незначительной шероховатости, на внутренних медных стенках практически не осаждаются загрязнения, поэтому размер поперечного сечения канала остается постоянным.
Что учесть при выборе материала теплообменника
Выбор материала нужно делать, отталкиваясь от требований к теплообменнику. Любой аппарат этого типа должен:
- обеспечивать быстрый и эффективный теплообмен для нагрева/охлаждения среды
- воспринимать резкие перепады давления (гидроудары) и сохранять работоспособность
- быть стойким к агрессивному воздействию теплоносителя
- работать в диапазоне температур, требуемых при эксплуатации
С учетом этих требований, можно обозначить главные критерии выбора. К ним относятся: тип и химический состав теплоносителя, его рабочая температура, параметры давления в системе. Не последнее значение имеет стоимость оборудования. Поэтому стоит заранее определить бюджет, в который нужно уложиться при покупке теплообменного аппарата.