เหตุใดค่าการนำความร้อนสูงในท่อทองแดงสีขาว CuNi 90/10 จึงมีความสำคัญต่อตัวแลกเปลี่ยนความร้อน

คำตอบสั้นๆ: เหตุใดการนำไฟฟ้าจึงขับเคลื่อนการออกแบบตัวแลกเปลี่ยนความร้อน

งานหลักของอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนคือการถ่ายเทความร้อนจากตัวกลางหนึ่งไปอีกตัวหนึ่งผ่านผนังแยก ผนังท่อเป็นเพียงทางเดินเท่านั้น ดังนั้นอัตราความร้อนที่ผ่านจะกำหนดขนาด พื้นที่ผิว และต้นทุนการสูบน้ำของทั้งยูนิต ท่อทองแดงสีขาว CuNi 90/10 ที่ได้มาตรฐาน UNS C70600 เป็นโลหะผสมทองแดง-ที่มีนิกเกิลประมาณ 10% พร้อมด้วยเหล็กขนาดเล็กและแมงกานีสเพิ่มเติม โดยผสมผสานค่าการนำไฟฟ้าที่สูงสำหรับโลหะผสมที่ต้านทานน้ำทะเล-เข้ากับพฤติกรรมการกัดกร่อนที่ต้องใช้ในทะเลและการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล

จึงต้องอ่านคุณสมบัติทั้งสองพร้อมกัน ค่าการนำไฟฟ้าจะกำหนดว่าบริเวณผนังท่อสามารถส่งความร้อนได้มากเพียงใดต่อระดับความแตกต่างของอุณหภูมิ ความต้านทานต่อการกัดกร่อนและการเปรอะเปื้อนเป็นตัวกำหนดระยะเวลาที่พื้นที่นั้นจะทำงานต่อไปก่อนที่ผนังท่อจะบางลงหรือพื้นผิวจะถูกหุ้มฉนวนด้วยคราบสะสม CuNi 90/10 ได้รับการระบุอย่างแม่นยำ เนื่องจากทำงานได้ดีทั้งสองค่า แทนที่จะปรับค่าเพียงค่าเดียว

ความร้อนเคลื่อนผ่านผนังท่อ CuNi 90/10 ได้อย่างไร

การถ่ายเทความร้อนผ่านผนังท่อจะรวมฟิล์มหมุนเวียนที่ด้านร้อน การนำผ่านโลหะ และฟิล์มหมุนเวียนที่ด้านเย็น โดยทั่วไปการนำโลหะจะมีค่าความต้านทานน้อยที่สุดในสามค่า ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการผสมโลหะผสมเพื่อต้านทานการกัดกร่อนจึงมีราคาไม่แพง: แม้แต่ค่าการนำไฟฟ้าปานกลางก็ทำให้ความต้านทานของผนังต่ำเมื่อเทียบกับชั้นขอบเขตสองชั้น

การเปรียบเทียบแสดงให้เห็นข้อดีข้อเสียของการออกแบบ-อย่างชัดเจน ทองแดงบริสุทธิ์นำไฟฟ้าได้ดีกว่ามากแต่ไม่สามารถรอดพ้นจากการใช้น้ำทะเลได้ สแตนเลสประเภท 316 ต้านทานน้ำทะเลได้ดีกว่าในบางสภาวะ แต่นำไฟฟ้าได้เพียงประมาณหนึ่งในสามเช่นเดียวกับ CuNi 90/10 ดังนั้นจึงต้องใช้พื้นที่ผิวมากขึ้นหรือมีความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากขึ้นสำหรับงานเดียวกัน CuNi 90/10 อยู่ระหว่างทั้งสอง และขจัดความจำเป็นในการชดเชยผนังการนำไฟฟ้าต่ำ- โดยปกติแล้วท่อ CuNi 90/10 จะจ่ายให้กับ ASTM B111 สำหรับบริการคอนเดนเซอร์และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน โดยมีท่อและท่อไร้ตะเข็บที่อยู่ภายใต้ ASTM B466 และเทียบเท่ากับการกำหนดของญี่ปุ่น C7060 ภายใต้ JIS H3300

การถ่ายเทความร้อนที่รวดเร็วยิ่งขึ้นในหน้าที่แยกเกลือและการระเหย

ในโรงงานแยกน้ำทะเลแบบแฟลชหลาย-หรือ-เอฟเฟกต์หลายขั้นตอน น้ำทะเลจะถูกให้ความร้อนเพื่อให้เกิดการระเหย จากนั้นไอจะถูกควบแน่นที่ด้านเย็น ทั้งสองขั้นตอนอาศัยผนังท่อข้ามความร้อนอย่างรวดเร็ว ค่าการนำไฟฟ้าสูงช่วยให้ขั้นตอนการให้ความร้อนนำน้ำเกลือไปถึงอุณหภูมิเป้าหมายโดยใช้เวลาน้อยลง และมีความแตกต่างของอุณหภูมิน้อยลงระหว่างตัวกลางให้ความร้อนกับน้ำเกลือ

รอบการทำความร้อนที่สั้นลง- แหล่งความร้อนของไอน้ำหรือน้ำร้อนเดียวกัน-จะทำให้น้ำเกลือมีอุณหภูมิเป้าหมายเร็วขึ้น ซึ่งจะทำให้ระยะเวลาการคงตัวในแต่ละขั้นตอนสั้นลง

การถ่ายเทความร้อนที่สูงขึ้นต่อตารางเมตรความร้อนเพิ่มขึ้น - เคลื่อนผ่านพื้นผิวท่อแต่ละหน่วย ดังนั้นหน้าที่ที่กำหนดจึงสามารถตอบสนองได้โดยใช้พื้นที่ท่อน้อยลงหรือระยะน้อยลง

การควบแน่นที่ดีขึ้น- ที่ด้านควบแน่น ค่าการนำไฟฟ้าเท่ากันจะขจัดความร้อนแฝงอย่างรวดเร็ว ทำให้เส้นทางไอ-จนถึง-คอนเดนเสทคงที่

เนื่องจากโลหะผสมยังทนทานต่อน้ำทะเลที่มีคลอไรด์เข้มข้น เติมอากาศ- ได้ดี ข้อได้เปรียบด้านการนำไฟฟ้าจึงไม่สลายตัวเหมือนที่เกิดขึ้นกับท่อทองแดงธรรมดาหรือท่อเหล็กอ่อนที่กัดกร่อนหรือเกิดตะกรันเมื่อเวลาผ่านไป

เสถียรภาพในการทำงาน: การระบายความร้อนของเครื่องยนต์ทางทะเลและความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่น

สภาพนำไฟฟ้ายังควบคุมการกระจายอุณหภูมิอย่างเท่าเทียมกันอีกด้วย หากความร้อนไม่สามารถออกจากพื้นที่ได้อย่างรวดเร็ว ผนังด้านบนพื้นที่นั้นจะร้อนเกินไปในขณะที่โลหะที่อยู่รอบๆ ก็จะเย็นลง การแพร่กระจายของอุณหภูมิจะเน้นที่ท่อ-ถึง-ข้อต่อของแผ่นท่อ ทำให้เกิดการขยายตัวทางความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ และในกรณีที่เลวร้ายที่สุด จะทำให้สารหล่อเย็นเดือดในพื้นที่ และสร้างช่องไอที่หยุดการถ่ายเทความร้อนโดยสิ้นเชิง

ในวงจรทำความเย็นเครื่องยนต์เรือ ความร้อนจำนวนมากออกจากเครื่องยนต์อยู่ในสารหล่อเย็นและถูกถ่ายโอนไปยังน้ำทะเลในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือก-และ-แบบท่อ ท่อ CuNi 90/10 เคลื่อนความร้อนออกจากผนังเร็วพอที่จะเก็บสารหล่อเย็นไว้ภายในแถบอุณหภูมิที่ออกแบบไว้ และป้องกันการระเหยเป็นไอในท้องถิ่น ผลลัพธ์ที่ได้คือความสามารถในการทำความเย็นที่มั่นคง ลดการปิดเครื่องโดยไม่ได้วางแผนซึ่งเกิดจากการผันผวนของอุณหภูมิ และอายุการใช้งานของเครื่องแลกเปลี่ยนและเครื่องยนต์ที่ใช้งานได้นานขึ้น เหตุผลเดียวกันนี้ใช้กับเครื่องทำความเย็นน้ำมันหล่อลื่น เครื่องกำเนิดน้ำจืด และระบบทำความเย็นส่วนกลางบนเรือ

ลดต้นทุนพลังงานในการปฏิบัติหน้าที่ต่อเนื่อง

ทุกระดับของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเป็นพิเศษที่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนต้องการจะต้องจ่ายเป็นพลังงานที่แหล่งความร้อน ผนังท่อที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงกว่าจะทำหน้าที่ที่กำหนดโดยมีความแตกต่างของอุณหภูมิในการขับขี่น้อยกว่า ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงหรือไอน้ำน้อยลงเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ของกระบวนการเดียวกัน ในการปฏิบัติหน้าที่ทางทะเลและนอกชายฝั่งอย่างต่อเนื่องซึ่งการออมสะสม

ตัวอย่างในทางปฏิบัติคือการอุ่นน้ำมันดิบบนแท่นนอกชายฝั่ง โดยที่น้ำมันดิบจะถูกอุ่นก่อนที่จะแยกออกจากกัน และความร้อนจะถูกนำกลับคืนมาจากกระบวนการที่ร้อนกว่า มัดท่อที่มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีกว่าจะดึงความร้อนที่สูญเสียไปกลับมาได้มากขึ้น ดังนั้นเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิงจึงมีงานทำน้อยลง การประหยัดแสดงให้เห็นสองเท่า: ลดการใช้เชื้อเพลิงบนแท่น และลดการปล่อยก๊าซไอเสียและคาร์บอนไดออกไซด์ในอัตราการผลิตเท่าเดิม ในช่วงหลาย-อายุการใช้งานของแท่นหรือขบวนแยกเกลือ ความแตกต่างในการป้อนพลังงานเป็นหนึ่งในรายการต้นทุนที่ใหญ่ที่สุดที่ผู้ปฏิบัติงานสามารถมีอิทธิพลต่อขั้นตอนข้อกำหนด

การระบุท่อ CuNi 90/10

ประเด็นสามข้อควรค่าแก่การแก้ไขในขั้นตอนการสอบสวน ขั้นแรก ให้ระบุมาตรฐานของท่อมากกว่าเฉพาะโลหะผสม เนื่องจากความหนาของผนัง อุณหภูมิ และข้อกำหนดในการทดสอบแตกต่างกันตามข้อกำหนด ประการที่สอง ยืนยันเคมีของน้ำ: ปริมาณคลอไรด์ ความเร็วการไหล และการมีอยู่ของสารแขวนลอยจะตัดสินว่าเกรด 90/10 หรือเกรด 70/30 ที่มีอัลลอยด์สูงกว่านั้นเหมาะสมกับท่อหรือไม่ และจำเป็นต้องมีการป้องกันปลายท่อทางเข้าหรือไม่ ประการที่สาม ระบุความสะอาดที่ต้องการและระดับการยอมรับการทดสอบกระแสวน- เนื่องจากโลหะผสมที่สมบูรณ์แบบที่มีผนังที่มีข้อบกพร่องจะไม่ให้ค่าการนำไฟฟ้าตามที่การออกแบบคาดการณ์ไว้

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: ท่อทองแดงสีขาว CuNi 90/10 คืออะไร?
เป็นโลหะผสมทองแดง-ที่มีนิกเกิลประมาณ 10% มีการเติมเหล็กและแมงกานีสเล็กน้อย ตามที่กำหนด UNS C70600 โลหะผสมนี้เรียกว่าทองแดงขาวเนื่องจากมีปริมาณนิกเกิลสูงกว่าทำให้มีสีเงินและมีความต้านทานการกัดกร่อนของน้ำทะเลได้ดีกว่าทองแดงธรรมดามาก

ถาม: ค่าการนำความร้อนของ CuNi 90/10 เป็นเท่าใด
ประมาณ 45 W/(m·K) ที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งต่ำกว่าทองแดงบริสุทธิ์ซึ่งมีประมาณ 390 W/(m·K) แต่สูงกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 316 หลายเท่าที่ประมาณ 16 W/(m·K) ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้โลหะผสมมีประสิทธิภาพในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ทนต่อน้ำทะเล-

ถาม: ทำไมไม่ใช้ท่อทองแดงบริสุทธิ์เพียงอย่างเดียวเพื่อให้มีการนำไฟฟ้าได้ดีขึ้น
เพราะทองแดงบริสุทธิ์ไม่สามารถรอดจากน้ำทะเลที่ไหลได้ มันกัดกร่อนและกัดเซาะอย่างรวดเร็ว ดังนั้นข้อได้เปรียบด้านการนำไฟฟ้าจึงหายไปเมื่อผนังบางลง CuNi 90/10 ยอมให้มีค่าการนำไฟฟ้าบางส่วนเพื่อแลกกับท่อที่มีอายุการใช้งานยาวนานหลายสิบปีในหน้าที่เดียวกัน

ถาม: มาตรฐานใดบ้างที่ครอบคลุมท่อแลกเปลี่ยนความร้อน CuNi 90/10
ASTM B111 ครอบคลุมถึง-คอนเดนเซอร์นิกเกิลทองแดงและท่อแลกเปลี่ยนความร้อนใน C70600 และ ASTM B466 ครอบคลุมท่อและท่อทองแดง-นิกเกิลที่ไร้รอยต่อ การกำหนดภาษาญี่ปุ่นที่สอดคล้องกันคือ C7060 ภายใต้ JIS H3300 คำสั่งควรระบุชื่อมาตรฐานและโลหะผสมเสมอ

ถาม: ค่าการนำไฟฟ้าที่สูงขึ้นช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานได้อย่างไร
โดยจะลดความแตกต่างของอุณหภูมิที่จำเป็นเพื่อให้บรรลุหน้าที่ความร้อนเป้าหมาย ดังนั้นระบบจึงต้องการไอน้ำหรือเชื้อเพลิงน้อยลง ในการปฏิบัติหน้าที่อย่างต่อเนื่อง เช่น การอุ่นน้ำมันดิบนอกชายฝั่ง สารประกอบที่ป้อนพลังงานน้อยลงตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์

ถาม: ก่อนสั่งซื้อท่อ CuNi 90/10 ควรตรวจสอบอะไรบ้าง
ยืนยันเคมีของน้ำและความเร็วการไหลเพื่อเลือกระหว่าง 90/10 ถึง 70/30 ระบุมาตรฐานท่อและความหนาของผนังที่เกี่ยวข้อง และยอมรับ-ข้อกำหนดการทดสอบกระแสวนและความสะอาดในปัจจุบัน เนื่องจากสิ่งเหล่านี้จะควบคุมว่าผนังที่ส่งมอบจะทำงานตามที่ออกแบบไว้หรือไม่