เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทองแดงด้วยไฟฟ้า: หน้าที่หลักและการออกแบบอุตสาหกรรม

ทองแดงด้วยไฟฟ้า: ความบริสุทธิ์ โครงสร้าง และพฤติกรรมทางความร้อน

ทองแดงด้วยไฟฟ้าเริ่มต้นจากทองแดงแคโทดที่ผลิตโดยกระบวนการกลั่นด้วยไฟฟ้า โดยที่ขั้วบวกทองแดงพุพองจะถูกละลายในอิเล็กโทรไลต์ และทองแดงบริสุทธิ์จะถูกสะสมใหม่บนแผ่นแคโทด โลหะเจือปนส่วนใหญ่จะยังคงอยู่ในอิเล็กโทรไลต์ ดังนั้นแคโทดจึงมีทองแดงมากกว่า 99.99% จากนั้นแคโทดจะถูกหลอม หล่อเป็นแท่งเหล็กและขึ้นรูปเป็นท่อไร้ตะเข็บโดยการอัดขึ้นรูป การดึงปลั๊กแบบลอยตัว หรือการรีดเย็น

เกรดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนคือทองแดงพิทช์แกร่งด้วยไฟฟ้า C11000 ซึ่งระบุด้วยปริมาณทองแดงขั้นต่ำ 99.90% และออกซิเจนอยู่ในช่วงประมาณ 0.02% ถึง 0.04% ออกซิเจนจะปรากฏเป็นอนุภาคคัพรัสออกไซด์ละเอียดที่เพิ่มความแข็งแรงและความสามารถในการแปรรูป แต่จำกัดการบริการในบรรยากาศที่ลดลง ในกรณีที่ต้องเชื่อมท่อ ประสานในเตาที่มีแบริ่งไฮโดรเจน หรือใช้งานโดยสัมผัสกับไฮโดรเจนหรือคาร์บอนมอนอกไซด์ที่อุณหภูมิสูง เกรดปลอดออกซิเจน เช่น C10200 ที่มีทองแดงขั้นต่ำ 99.95% จะถูกเลือกแทน

ความบริสุทธิ์ขับเคลื่อนประสิทธิภาพ ทองแดงด้วยไฟฟ้ามีค่าการนำความร้อนประมาณ 390 W/(m·K) ที่ 20 องศา และมีค่าการนำไฟฟ้าใกล้เคียงกับ 100% IACS ดังนั้นความร้อนจึงไหลผ่านผนังท่อโดยมีอุณหภูมิลดลงเพียงเล็กน้อย ความหนาแน่นประมาณ 8.94 g/cm³ และโมดูลัสความยืดหยุ่นอยู่ที่ประมาณ 117 GPa ซึ่งช่วยให้ผนังบางและเหนียวทำให้ความต้านทานความร้อนของผนังต่ำในขณะที่ยังคงมีแรงดันการออกแบบอยู่

หน้าที่หลักของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทองแดงด้วยไฟฟ้า

ในบริการด้านเคมี โลหะ และการผลิตไฟฟ้า อุปกรณ์จะทำหน้าที่หลายอย่างพร้อมกัน และท่อทองแดงคือสิ่งที่ทำให้งานเหล่านั้นประหยัด

กระบวนการทำความร้อนและความเย็น:กระแสกระบวนการถูกนำไปยังหรือคงไว้ที่อุณหภูมิที่ให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการโดยใช้พื้นผิวการถ่ายโอนที่มีขนาดกะทัดรัด

การควบคุมปฏิกิริยา:การกำจัดความร้อนที่รวดเร็วและสม่ำเสมอจะระงับจุดร้อนในท้องถิ่นและปฏิกิริยาข้างเคียงที่ลดผลผลิตหรือทำให้คุณสมบัติของผลิตภัณฑ์เสีย

การป้องกันอุปกรณ์:เมื่อประจุของเตาอุณหภูมิสูงหรือกระแสก๊าซร้อนเย็นลง ตัวแลกเปลี่ยนจะดูดซับความร้อนก่อนที่จะไปถึงพัดลมดาวน์สตรีม ตัวกรอง และท่อ

การควบแน่นและการระเหย:ค่าการนำความร้อนสูงของผนังช่วยให้การเดือดและการควบแน่นในคอนเดนเซอร์ หม้อต้มซ้ำ และเครื่องระเหยมีความเสถียร

การนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่:ความร้อนทิ้งจากก๊าซไอเสีย น้ำเสีย หรือไอน้ำคอนเดนเสทจะถูกส่งกลับเข้าสู่กระบวนการ ช่วยลดการใช้เชื้อเพลิงและความต้องการน้ำหล่อเย็น

เรขาคณิตของท่อ พื้นฐานการตกแต่งพื้นผิว และข้อมูลจำเพาะ

ท่อแลกเปลี่ยนความร้อนถูกกำหนดโดยเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก ความหนาของผนัง อุณหภูมิ และรูปแบบพื้นผิว ท่อธรรมดาเป็นตัวเลือกเริ่มต้น ท่อครีบต่ำและปรับปรุงภายในจะเพิ่มพื้นที่ผิวต่อความยาวหน่วยเมื่อความต้านทานการควบคุมอยู่ที่ด้านท่อหรือด้านเปลือก ความหนาของผนังตามมาด้วยค่าเผื่อการกัดกร่อนบวกกับการคำนวณแรงดันแทนที่จะคำนวณจากแรงดันเพียงอย่างเดียว ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมท่อวัดแสงที่มีขนาดประมาณ 0.7 มม. ถึง 1.5 มม. จึงครอบคลุมงานหลายอย่าง ในขณะที่ผนังที่หนักกว่าถูกสงวนไว้สำหรับตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

ขนาดที่จัดส่งโดยทั่วไปสำหรับฝาครอบท่อ C11000 มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกประมาณ 6 มม. ถึง 76 มม. โดยมีความหนาของผนังตั้งแต่ประมาณ 0.5 มม. ถึง 3 มม. ในแบบอบอ่อน แข็งครึ่งหนึ่งหรือแข็ง โดยมีปลายเรียบหรือขยายพร้อมสำหรับการขยายลูกกลิ้งเข้าไปในแผ่นท่อ

ความต้านทานการกัดกร่อนและสภาพแวดล้อมการบริการ

ทองแดงมีความทนทานต่อฟิล์มออกไซด์บางและคาร์บอเนตพื้นฐานที่ก่อตัวในอากาศและในน้ำที่เป็นกลาง จากนั้นจึงชะลอการโจมตีเพิ่มเติม ในน้ำจืดและน้ำหล่อเย็นทางอุตสาหกรรมที่ได้รับการบำบัดส่วนใหญ่ อัตราการกัดกร่อนยังคงต่ำมากและโลหะไม่อยู่ภายใต้กลไกการลดปริมาณสังกะสีที่ส่งผลต่อทองเหลืองสังกะสีที่สูงขึ้น

บริการน้ำทะเลต้องการการดูแลมากขึ้น เกรดทองแดงนิกเกิล เช่น C70600 และ C71500 มักนิยมใช้ในกรณีที่ระดับคลอไรด์และความเร็วการไหลสูง แต่ท่อ C11000 จะทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือเมื่อตรงตามเงื่อนไขสามประการ:

การควบคุมความเร็ว:ความเร็วด้านข้างท่อในน้ำทะเลปกติจะอยู่ระหว่างประมาณ 1.0 ม./วินาที ถึง 2.0 ม./วินาที ซึ่งสูงพอที่จะจำกัดการสะสมตัวและต่ำพอที่จะหลีกเลี่ยงการกัดกร่อนจากการกัดเซาะ

ความสะอาด:ฟิล์มซัลไฟด์และความเปรอะเปื้อนทางชีวภาพจะทำลายชั้นป้องกัน ดังนั้นโปรแกรมการบำบัดน้ำและการทำความสะอาดจึงเป็นสิ่งจำเป็น

วินัยในการมีเพศสัมพันธ์:ทองแดงที่ต่อเข้ากับเหล็กหรืออะลูมิเนียมจะเกิดเป็นเซลล์กัลวานิก ดังนั้นหน้าแปลนที่หุ้มฉนวน ส่วนรองรับที่แยกได้ หรือแอโนดแบบบูชายัญจึงถูกนำมาใช้ในช่วงการเปลี่ยนผ่าน

โหมดความล้มเหลวสองโหมดสมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ สารประกอบแอมโมเนียและแอมโมเนียมโจมตีทองแดงและอาจทำให้เกิดการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดในท่องานเย็น ดังนั้นจึงไม่รวมกระแสกระบวนการแบกแอมโมเนียและสารทำความสะอาดแอมโมเนีย การเปราะของไอน้ำเกิดขึ้นเมื่อคัพรัสออกไซด์ในทองแดงพิทช์แข็งทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูง เกรดปลอดออกซิเจนหรือขีดจำกัดบรรยากาศลดแบบควบคุมคือคำตอบมาตรฐาน

แนวทางปฏิบัติในการคัดเลือก การติดตั้ง และการบำรุงรักษา

การคัดเลือกเริ่มต้นด้วยหน้าที่: เคมีของของไหล ความดันและอุณหภูมิการออกแบบ แรงดันตกคร่อมที่ยอมรับได้ และแนวโน้มการเปรอะเปื้อนของทั้งสองลำธาร การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมรวมกับค่าเผื่อการกัดกร่อน จะแก้ไขวัสดุท่อ เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก และความหนาของผนัง

การประกอบมัด:ปลายท่อมีลูกกลิ้งขยายเข้าไปในแผ่นท่อ ภายใต้หน้าที่เป็นวงจรหรือแรงดันสูง การขยายตัวจะตามมาด้วยการเชื่อมแบบซีลด้วยเกรดที่ปราศจากออกซิเจน

การควบคุมการสั่นสะเทือน:มีการตั้งค่าระยะห่างของแผ่นกั้นและแผ่นรองรับเพื่อให้ความถี่ธรรมชาติของช่วงท่อไม่มีการกระตุ้นจากการไหล

การปั่นจักรยานด้วยความร้อน:ส่วนรองรับแบบเลื่อนและข้อต่อขยายจะดูดซับการเคลื่อนไหวที่แตกต่างกันระหว่างเปลือกและท่อ และความเหนียวของทองแดงรองรับส่วนหนึ่งของความเครียด

การทำความสะอาด:การแปรงด้วยกลไก ด้ามไนลอนหรือสเตนเลส และยับยั้งการขจัดตะกรันด้วยกรด ขจัดตะกรันโดยไม่กระทบต่อโลหะเสียง หลีกเลี่ยงน้ำยาทำความสะอาดแอมโมเนีย

การตรวจสอบ:การทดสอบกระแสเอ็ดดี้จะตรวจจับการสูญเสียผนังและการแตกเป็นรูจากด้านข้างของท่อ และการทดสอบไฮดรอลิกจะยืนยันความแน่นหลังจากการต่อท่อใหม่

ระเบียบวินัยในการปฏิบัติงานมีความสำคัญพอๆ กับฮาร์ดแวร์ การรักษาเคมีของน้ำหล่อเย็นไว้ในโปรแกรมการบำบัด การดูอุณหภูมิทางเข้าเพื่อเตือนล่วงหน้าถึงความเปรอะเปื้อน และการบันทึกช่วงเวลาการทำความสะอาดจะสร้างข้อมูลที่จำเป็นในการจัดกำหนดการการต่อท่อใหม่ ก่อนที่การรั่วไหลจะปนเปื้อนในกระแสผลิตภัณฑ์

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: เหตุใดจึงเลือกใช้ทองแดงด้วยไฟฟ้ามากกว่าเหล็กกล้าสำหรับท่อแลกเปลี่ยนความร้อน
ทองแดงด้วยไฟฟ้านำความร้อนได้เร็วกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนหรือเหล็กกล้าไร้สนิมหลายเท่า ดังนั้นพื้นที่ผิวที่เล็กกว่าและตัวแลกเปลี่ยนที่มีขนาดกะทัดรัดกว่าจึงทำหน้าที่เดียวกัน และต้านทานน้ำจืดและน้ำหล่อเย็นที่ผ่านการบำบัดโดยไม่ต้องเคลือบ

ถาม: ท่อทองแดง C11000 และ C10200 แตกต่างกันอย่างไร
C11000 เป็นทองแดงพิทช์เหนียวด้วยไฟฟ้าที่มีทองแดงขั้นต่ำ 99.90% และออกซิเจนควบคุม ในขณะที่ C10200 เป็นทองแดงไร้ออกซิเจนที่มีทองแดงขั้นต่ำ 99.95% และออกซิเจนเล็กน้อย ซึ่งเหมาะกับบรรยากาศการเชื่อม การบัดกรีแข็ง และการลดบรรยากาศ

ถาม: ความเร็วการไหลใดที่ปลอดภัยในคอนเดนเซอร์ท่อทองแดง
ในการให้บริการน้ำทะเล หน้าต่างการออกแบบตามปกติคือประมาณ 1.0 ม./วินาที ถึง 2.0 ม./วินาที คราบสะสมที่ต่ำกว่าช่วงดังกล่าวจะเกาะตัว และสูงกว่านั้น การกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะที่ทางเข้าของท่อและในช่องแผ่นกั้นแรก

ถาม: ท่อทองแดงด้วยไฟฟ้าสามารถใช้กับแอมโมเนียหรือสารละลายแอมโมเนียได้หรือไม่
ไม่ สารประกอบแอมโมเนียและแอมโมเนียมโจมตีทองแดง และอาจกระตุ้นให้เกิดการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นในวัสดุงานเย็น ดังนั้นตัวกลางเหล่านี้จึงต้องมีโลหะผสมอื่นหรือแยกออกจากวงจรโดยสมบูรณ์

ถาม: ควรทำความสะอาดตัวแลกเปลี่ยนความร้อนทองแดงบ่อยแค่ไหน?
ช่วงเวลาถูกกำหนดโดยอัตราการฟาวล์มากกว่าตามปฏิทิน อุณหภูมิการเข้าใกล้ แรงดันตกคร่อม และผลลัพธ์กระแสไหลวนใช้เพื่อกำหนดเวลาการทำความสะอาด และเมื่อการสูญเสียผนังเข้าใกล้ค่าเผื่อการกัดกร่อน จะใช้เพื่อวางแผนการต่อท่อใหม่

ถาม: เหตุใดการกำหนดเกรดจึงมีความสำคัญเมื่อสั่งซื้อท่อ
การระบุ ASTM B111 ด้วยเกรด C11000 การปรับอุณหภูมิ เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก ความหนาและความยาวของผนัง ช่วยขจัดความคลุมเครือ และช่วยให้โรงงานรับรองคุณสมบัติทางเคมี ขนาด และคุณสมบัติทางกลบนพื้นฐานเดียวกัน