Miért teljesítenek jól a rézlemezek a hőcserélőkben?
A rézlemezeket hőcserélőkben csőlemezként, terelőlemezként, lemeztekercsként, sajtolt hőcserélő lemezként és bordás anyagként használják, mivel a réz egyszerre több feladatot lát el: gyorsabban vezeti a hőt, mint szinte bármely más szokásos mérnöki fém, ellenáll a vízben és számos technológiai folyadékban történő korróziónak, elég képlékeny marad ahhoz, hogy formálható és terjeszkedjen, valamint elviseli az indítást és a leállást repedés nélkül.
Az alábbi szakaszok összehasonlítják a rezet más, általában hőcserélő lemezekhez és lemezekhez használt anyagokkal, és meghatározzák azokat a szolgáltatási korlátokat, amelyeket a tervezőknek be kell tartaniuk.
Hővezető képesség más anyagokkal összehasonlítva
| Anyag | Tipikus hővezető képesség, W/(m·K) | Relatív teljesítmény |
|---|---|---|
| Réz (C11000, lágyított) | Körülbelül 386 | Referenciaanyag; a közönséges fémek leggyorsabb hőátadása |
| Alumínium | Körülbelül 237 | Körülbelül 60% réz; a szokásos alternatíva, ahol a súly számít |
| Szénacél | Körülbelül 50 | A réz nagyjából egyhetede |
| Ausztenites rozsdamentes acél | Körülbelül 16 | Nagyjából egy huszonnegyed{0}}réz |
A rézlemez tehát azonos feltételek mellett és azonos falvastagság mellett sokkal gyorsabban adja át a hőt egyik oldalról a másikra, mint az alumínium, a szénacél vagy a rozsdamentes acél, ami csökkenti a fal hőellenállását és csökkenti az adott feladathoz szükséges felületet. Alternatív megoldásként egy rögzített területen a rézcserélő kisebb hőmérséklet-különbséggel működik a meleg és hideg áramok között, ami értékes hűtési, légkondicionálási és alacsony minőségű hővisszanyerő alkalmazásokban, ahol a menethőmérséklet különbség kicsi.
Korróziós viselkedés és szervizkorlátok
Korrozív környezetben, például vegyi- és gyógyszergyárakban, a réz sűrű, tapadó oxidfilmet képez, amely lassítja a technológiai közeg további támadását, és meghosszabbítja a hőcserélő élettartamát. A rézlemez édesvízben, a legtöbb semleges vizes oldatban és a hűtőrendszerek kondenzátum- és hűtőköreiben is jól teljesít.
A réz nem univerzális, és a határértékeket érdemes egyértelműen megfogalmazni. A rezet megtámadják az ammónia és az ammóniumvegyületek, amelyek gyors feszültség-korróziós repedést okozhatnak a feszített lemezen, ezért nem szabad rézcserélőket használni, ha ammónia, ammónium-hidroxid vagy ammóniás tisztítószer van jelen. A réz nem alkalmas erősen oxidáló savak, szulfid-tartalmú áramok és higannyal való érintkezésre sem. Ahol nagy a vízsebesség, vagy ahol a levegő magával ragad, a rézlemez becsapódást szenvedhet, különösen a bemeneti területeken és a terelőlemez szélei környékén, ezért a bemeneti sebességet és az áramlás eloszlását ellenőrizni kell. Körülbelül 200 fok felett az izzított réz megengedett tervezési feszültsége meredeken csökken, és a magas hőmérsékletű feladatokat általában jobban kiszolgálja az acél vagy a rozsdamentes acél.
Erősségi, gyártási és tervezési szempontok
A rézlemez közepes szilárdságú és nagy rugalmasságú. Az edzett réz viszonylag nagy szilárdsága és keménysége lehetővé teszi, hogy könnyen deformálódás nélkül ellenálljon a hőcserélő működésének nyomásának és mechanikai terhelésének, ami azért fontos, mert a hőcserélőknek minden működési ciklus során el kell fogadniuk a nyomásingadozásokat, valamint a hőtágulást és összehúzódást, miközben a cső szorosan és a szerkezeti stabilitáson megőrzi.
A réz is jól feldolgozható. Szűk vastagságtűrésig hengerelhető, blankolható és összetett lemezgeometriákká préselhető, borda- és lemezmintázatba préselhető, tekercsekké és fejlécekké formálható. A hegesztést, keményforrasztást és forrasztást egyaránt használják; A réz-–-réz kötéseket általában réz-foszfor töltőanyaggal keményforrasztják, míg a réz–acél kötésekhez olyan töltőanyag és folyasztószer kombinációra van szükség, amely megfelel a különböző fémekhez. Mivel a réz megmunkálása megkeményedik, komoly alakítási műveleteket kell tervezni közbenső izzítással, és a csőlemezekhez olyan temperálású lemezt kell rendelni, amely a szalaganyagot kellően képlékenyen tartja a hengeres táguláshoz.
A hőcserélő lemezek és lemezek alapfelszereltsége tartalmazza a C11000 elektrolitikusan szívós szurokrézet, a C10200 oxigén-mentes rezet és a C12200 deoxidált, magas foszfortartalmú rezet, vékony lemeztől a nehéz lemezig terjedő vastagságban és különféle temperációkban. Az általános célú lapos hengerelt réz és rézötvözet termékekre az ASTM B152/B152M, valamint a GB/T 2040 és az EN 1652 szabvány vonatkozik a lemezekre a megfelelő minőségben és minőségben.
Alkalmazások
Héj{0}}és-csöves hőcserélők: rézcsőlemezek, tartólemezek és terelőlemezek, általában réz- vagy réz-nikkelcsővel párosítva.
Lemezhőcserélők és keményforrasztott lemezegységek: sajtolt lemezek és keményforrasztott szerelvényekben keményforrasztó közegként használt rézfólia és lemez.
Hűtés és légkondicionálás: lemeztekercsek, akkumulátor- és vevőegységek, valamint tekercsek bordája.
Ipari és építőipari: hőátadó lemezek medencékhez és távfűtéshez, tartály tekercsek és elektromos gyűjtősín, ahol a rézlemez vezetőként és hőelosztóként is funkcionál.
Tengeri és tengeri: lemez tengervíz-rendszerekhez, ahol az ausztenites rozsdamentes acél kloridfeszültség-korróziós repedésveszélye elfogadhatatlan, és a feladat rézötvözetet igényel.
Gyakori buktatók és ellenőrzési pontok
A hőcserélőkben a rézlemezek legtöbb meghibásodása a tervezésből és a megmunkálásból fakad, nem pedig magából az anyagból: a formázáshoz vagy táguláshoz nem megfelelő hőmérsékletű lemez, a feszültséget koncentráló éles belső sarkok, az alapfémet túlmelegítő hegesztési vagy keményforrasztási eljárások, a galvanikus korrózióval szemben védtelenül hagyott eltérő fémkötések, valamint ammóniát vagy erősen oxidáló vegyszereket használó tisztítási eljárások. A tányér minőségének a technológiai folyadékhoz igazodó kiválasztása, a temperáció meghatározása a gyártási útvonal figyelembevételével, valamint a víz kémiájának és sebességének a tervezési burkolaton belül tartása megakadályozza ezen problémák többségét.
A beérkező lemez ellenőrzése jellemzően a minőség és a hő-szám ellenőrzésére, a kémiai elemzésre, a szakítószilárdság vizsgálatára vonatkozik a megrendelt hőmérsékletre, vastagság- és síkságmérésre, ultrahangos vagy vizuális ellenőrzésre lamináltság és élrepedések szempontjából, valamint szemcseméret-ellenőrzés, ahol a lemez később kialakul. Csőlapok esetén adjon hozzá keménységi tesztet a bővíthetőség, valamint a cső-lyukosztás, átmérő és szalagszélesség méretének ellenőrzéséhez.
GYIK
K: Mennyivel jobb a réz, mint az alumínium a hőcserélőben?
A réz hővezető képessége hozzávetőlegesen 386 W/(m·K), szemben az alumínium kb. 237 W/(m·K) értékével, így a réz lényegesen gyorsabban ad át hőt, és kevesebb felületre van szüksége ugyanazon feladat elvégzéséhez. Az alumínium továbbra is vonzó marad ott, ahol a súly vagy az első költség dominál, és a folyadék kompatibilis.
K: Használhatók-e a rézlemezek vegyi üzemekben?
Igen, számos vegyi és gyógyszerészeti feladatnál, ahol a réz védő oxidfilmet képez, és ellenáll a technológiai közegnek. Nem használhatók ammóniával, ammóniumvegyületekkel, erősen oxidáló savakkal vagy szulfid{1}}tartalmú áramokkal, amelyek gyorsan megtámadják a rezet.
K: Milyen minőségű rézlemezt használnak csőlemezekhez?
C11000 elektrolitikusan szívós szurokréz, C10200 oxigén-mentes réz és C12200 deoxidált, magas foszfortartalmú réz a szokásos választás. A minőséget és a temperálást a technológiai közeg, a csőkötéseknél alkalmazott tágulási vagy hegesztési módszer és a tervezési nyomás közül kell kiválasztani.
K: A rézlemez alkalmas keményforrasztott lemezes hőcserélőkhöz?
Igen. A keményforrasztott lemezcserélők réz- vagy rézötvözetű keményforrasztóanyaggal összeerősített, sajtolt rozsdamentes vagy más lemezekből épülnek fel, és maguknak a hőátadó lemezeknek is rézlemezt és fóliát használnak speciálisan kialakított egységekben. A korlátozó tényező általában a réz és a technológiai közeg kompatibilitása.
K: Milyen hőmérsékleti határérték vonatkozik a rézlemezes hőcserélőkre?
A réz széles hőmérséklet-tartományban megőrzi jó alakíthatóságát, de az izzított réz megengedett tervezési feszültsége meredeken durván 200 fok fölé esik, és az anyag meglágyul. A magas-hőmérsékletű feladatokat általában acél vagy rozsdamentes acél oldja meg.
K: Hogyan kell a rézlemezt megtisztítani a szolgáltatás során?
Használjon rézzel kompatibilis tisztítószereket, és kerülje az ammóniát és az ammónium{0}}alapú készítményeket. A mechanikai tisztítás során nem szabad a lemez felületét bevágni, és a tisztítási eljárást ellenőrizni kell a hőcserélő gyártójának útmutatásai és a lemezminőségi specifikáció alapján.
