مميزات الألواح النحاسية في المبادلات الحرارية مقارنة بالمواد الأخرى

لماذا تعمل الألواح النحاسية بشكل جيد في المبادلات الحرارية؟

تُستخدم الألواح النحاسية في المبادلات الحرارية مثل صفائح الأنابيب، والحواجز، وملفات الألواح، وألواح المبادلات المختومة، والزعانف لأن النحاس يؤدي مجموعة من الوظائف في وقت واحد: فهو يوصل الحرارة بشكل أسرع من أي معدن هندسي شائع آخر تقريبًا، كما أنه يقاوم التآكل في الماء والعديد من سوائل المعالجة، ويظل مرنًا بدرجة كافية ليتم تشكيله وتوسيعه، ويتحمل الدورة الحرارية -للبدء والإغلاق-دون التشقق.

تقارن الأقسام أدناه النحاس مع المواد الأخرى التي يتم اعتبارها عادةً لألواح وصفائح المبادل، وتحدد حدود الخدمة التي يجب على المصممين احترامها.

الموصلية الحرارية مقارنة بالمواد الأخرى

في ظل نفس الظروف وبنفس سمك الجدار، تقوم اللوحة النحاسية بنقل الحرارة من جانب إلى آخر بشكل أسرع بكثير من الألومنيوم أو الفولاذ الكربوني أو الفولاذ المقاوم للصدأ، مما يقلل من المقاومة الحرارية للجدار ويقلل من مساحة السطح اللازمة لمهمة معينة. وبدلاً من ذلك، بالنسبة لمنطقة ثابتة، يعمل المبادل النحاسي مع اختلاف أقل في درجة الحرارة بين التيارات الساخنة والباردة، وهو أمر ذو قيمة في التبريد وتكييف الهواء وتطبيقات استرداد الحرارة ذات الدرجة المنخفضة- حيث يكون الفرق في درجة حرارة القيادة صغيرًا.

سلوك التآكل وحدود الخدمة

في البيئات المسببة للتآكل مثل تلك الموجودة في المصانع الكيماوية والصيدلانية، يشكل النحاس طبقة أكسيد ملتصقة كثيفة تعمل على إبطاء المزيد من الهجوم بواسطة وسط العملية وإطالة عمر خدمة المبادل. تعمل اللوحة النحاسية أيضًا بشكل جيد في المياه العذبة، وفي معظم المحاليل المائية المحايدة وفي دوائر المكثفات والتبريد في أنظمة التبريد.

النحاس ليس عنصرًا عالميًا، ومن الجدير ذكر حدوده بوضوح. يتعرض النحاس لهجوم من الأمونيا ومركبات الأمونيوم، مما قد يسبب تشققًا سريعًا بسبب الإجهاد-لتآكل اللوحة المجهدة، لذا لا ينبغي استخدام مبادلات النحاس في حالة وجود الأمونيا أو هيدروكسيد الأمونيوم أو عوامل التنظيف التي تحتوي على الأمونيا. كما أن النحاس غير مناسب أيضًا للأحماض شديدة الأكسدة، وللتيارات الحاملة للكبريتيد- ولملامسة الزئبق. عندما تكون سرعة الماء عالية أو حيث يتم احتجاز الهواء، يمكن أن تتعرض اللوحة النحاسية لهجوم الاصطدام، خاصة في مناطق المدخل وحول الحواف الحاجزة، لذلك يجب التحكم في سرعات الدخول وتوزيع التدفق. فوق 200 درجة تقريبًا، ينخفض ​​ضغط التصميم المسموح به للنحاس الملدن بشكل حاد، وعادةً ما يتم تقديم واجبات درجات الحرارة العالية- بشكل أفضل بواسطة الفولاذ أو الفولاذ المقاوم للصدأ.

اعتبارات القوة والتصنيع والتصميم

تتميز اللوحة النحاسية بقوة معتدلة وليونة عالية. إن القوة والصلابة العالية نسبيًا للعمل-النحاس المقسى تسمح له بتحمل الضغوط والأحمال الميكانيكية لخدمة المبادل دون أن يتشوه بسهولة، وهو أمر مهم لأن المبادلات يجب أن تمتص تقلبات الضغط والتمدد الحراري والانكماش لكل دورة تشغيل مع الحفاظ على وصلات الأنبوب-إلى-الأنابيب مشدودة والاستقرار الهيكلي للوحدة سليمة.

يعالج النحاس أيضًا بشكل جيد. يمكن دحرجتها إلى تفاوتات سمك ضيقة، وتقطيعها وختمها في أشكال هندسية معقدة للألواح، وضغطها في أنماط الزعانف والألواح، وتشكيلها في ملفات ورؤوس. يتم استخدام اللحام والنحاس واللحام. عادةً ما يتم لحام الوصلات من النحاس - إلى - النحاس باستخدام حشو الفوسفور - النحاسي، بينما تحتاج الوصلات من النحاس إلى الفولاذ إلى تركيبة حشو وتدفق مناسبة للمعادن المتباينة. نظرًا لأن أعمال النحاس تتصلب، يجب التخطيط لعمليات التشكيل القاسية باستخدام التلدين المتوسط، ويجب طلب ألواح صفائح الأنابيب في درجة حرارة تحافظ على مادة الرباط مطيلة بدرجة كافية لتوسيع الأسطوانة.

يتضمن الإمداد القياسي للوحة ولوحة المبادل C11000 النحاس شديد الانحدار كهربائيًا، والنحاس الخالي من الأكسجين C10200- والنحاس عالي الفوسفور المضاد للأكسدة C12200، بسماكات تتراوح من الصفائح الرقيقة إلى الصفائح الثقيلة وفي مجموعة من درجات الحرارة. يتم تغطية منتجات النحاس وسبائك النحاس المدرفلة المسطحة للأغراض العامة بواسطة ASTM B152/B152M وGB/T 2040 وEN 1652 للألواح في الدرجات ودرجات الحرارة المقابلة.

التطبيقات

مبادلات الصدفة-والأنبوبية: صفائح أنابيب نحاسية وألواح داعمة وحواجز، عادةً ما تكون مقترنة بأنابيب النحاس أو-النيكل النحاسية.

المبادلات الحرارية اللوحية ووحدات الألواح النحاسية: الألواح المختومة، ورقائق وصفائح النحاس المستخدمة كوسيط لحام في التجميعات النحاسية.

التبريد وتكييف الهواء: ملفات الألواح، والأجزاء الداخلية للمراكم وأجهزة الاستقبال، ومخزون الزعانف للملفات.

الصناعة والبناء: ألواح نقل الحرارة لحمامات السباحة وتدفئة المناطق، وملفات الخزانات، وقضبان التوصيل الكهربائية حيث تعمل اللوحة النحاسية كموصل وموزع للحرارة.

البحرية والبحرية: لوحة لأنظمة مياه البحر حيث يكون خطر إجهاد الكلوريد-وتكسير التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي غير مقبول ويتطلب الواجب استخدام سبيكة نحاس.

المزالق المشتركة ونقاط التفتيش

تأتي معظم حالات فشل الألواح النحاسية في المبادلات من التصميم والتصنيع وليس من المادة نفسها: اللوحة مرتبة في مزاج خاطئ للتشكيل أو التمدد، والزوايا الداخلية الحادة التي تركز الضغط، وإجراءات اللحام أو اللحام التي تزيد من سخونة المعدن الأصلي، والمفاصل المعدنية المتباينة التي تُركت دون حماية ضد التآكل الجلفاني، وأنظمة التنظيف التي تستخدم مواد كيميائية تحتوي على الأمونيا أو المؤكسدة بقوة. إن اختيار درجة اللوحة لتتناسب مع سائل العملية، وتحديد درجة الحرارة مع أخذ مسار التصنيع في الاعتبار، والحفاظ على كيمياء الماء وسرعته داخل غلاف التصميم سوف يمنع غالبية هذه المشكلات.

يشمل فحص اللوحة الواردة عادةً التحقق من الدرجة والرقم الحراري-، والتحليل الكيميائي، واختبار الشد للدرجة المطلوبة، وقياس السُمك والتسطيح، والفحوصات بالموجات فوق الصوتية أو البصرية للتصفيحات وشقوق الحواف، وفحص حجم الحبوب-حيث سيتم تشكيل اللوحة لاحقًا. بالنسبة لصفائح الأنابيب، أضف اختبار الصلابة للتأكد من قابلية التوسيع وفحص الأبعاد لمسافة فتحة الأنبوب- والقطر وعرض الرباط.

التعليمات

س: ما هو أفضل بكثير من النحاس من الألومنيوم في المبادل الحراري؟
تبلغ الموصلية الحرارية للنحاس حوالي 386 واط/(م·ك) مقابل حوالي 237 واط/(م·ك) للألمنيوم، لذلك ينقل النحاس الحرارة بشكل أسرع بشكل ملحوظ ويحتاج إلى مساحة سطح أقل لأداء نفس المهمة. يظل الألومنيوم جذابًا حيث يهيمن الوزن أو التكلفة الأولى ويكون السائل متوافقًا.

س: هل يمكن استخدام الألواح النحاسية في المصانع الكيماوية؟
نعم، في العديد من المهام الكيميائية والصيدلانية حيث يشكل النحاس طبقة أكسيد واقية ويقاوم وسط العملية. ولا ينبغي استخدامها مع الأمونيا أو مركبات الأمونيوم أو الأحماض المؤكسدة بقوة أو التيارات الحاملة للكبريتيد-، والتي تهاجم النحاس بسرعة.

س: ما هي درجة الألواح النحاسية المستخدمة في صفائح الأنابيب؟
يعد النحاس ذو درجة الحرارة الصلبة C11000 والنحاس الخالي من الأكسجين C10200 والنحاس عالي الفوسفور المؤكسد C12200 من الاختيارات المعتادة. يتم اختيار الدرجة والمزاج من سائل العملية، وطريقة التمدد أو اللحام المستخدمة لمفاصل الأنبوب وضغط التصميم.

س: هل الألواح النحاسية مناسبة للمبادلات الحرارية ذات الألواح النحاسية؟
نعم. يتم إنشاء مبادلات الألواح النحاسية من الفولاذ المقاوم للصدأ المختوم أو الألواح الأخرى المرتبطة بمادة النحاس أو سبائك النحاس، كما يتم استخدام صفائح ورقائق النحاس أيضًا في ألواح نقل الحرارة نفسها في وحدات مصممة خصيصًا. عادة ما يكون العامل المحدد هو توافق النحاس مع سائل العملية.

س: ما هو حد درجة الحرارة المطبق على مبادلات الألواح النحاسية؟
يحتفظ النحاس بمرونة جيدة على نطاق واسع من درجات الحرارة، لكن إجهاد التصميم المسموح به للنحاس الملدن ينخفض ​​بشكل حاد فوق 200 درجة تقريبًا، وتلين المادة. -يتم عادةً التعامل مع واجبات درجات الحرارة المرتفعة بواسطة الفولاذ أو الفولاذ المقاوم للصدأ بدلاً من ذلك.

س: كيف يجب تنظيف اللوحة النحاسية أثناء الخدمة؟
استخدم مواد التنظيف الكيميائية المتوافقة مع النحاس وتجنب التركيبات التي تحتوي على الأمونياك والأمونيوم-. يجب ألا يؤدي التنظيف الميكانيكي إلى إتلاف سطح اللوحة، ويجب التحقق من إجراء التنظيف وفقًا لتوجيهات الشركة المصنعة للمبادل ومواصفات درجة اللوحة.