Материалы для производства теплообменников

1. 1. Материалы кожухотрубных теплообменников
   
2. 2. Выбор материалов испарителей
3. 3. Подбор материалов конденсаторов
4. 4. Материал теплообменников типа труба в трубе
5. 5. Металлопрокат воздухо и газоохладителей
   
6. 6. Титановые теплообменники
   

Здравствуйте уважаемые читатели сайта ural-mep.ru. Сегодня мы рассмотрим какие применяют материалы для изготовления теплообменников. Т.е. из чего, из какого металлопроката или марок сталей или сплавов делают те или иные их части. А основными частями являются непосредственно теплообменная часть, это может быть трубный пучок, место где он находится - корпус, и вспомогательные емкости - водяные или другие камеры.  Сразу скажу, что в производстве теплообменных аппаратов используется углеродистая и низколегированная сталь, нержавейка, мельхиор, латунь, медь, алюминий, титан.

Возникает вопрос: "А какие же материалы нужно использовать для изготовления тех или иных частей теплообменных устройств"? Вот на на него я сегодня и постраюсь вам ответить. И так все по-порядку.  

Выбор материалов кожухотрубных теплообменников марки мб и мбм

Теплообменный аппарат нужен для того, чтобы обеспечивать заданный уровень теплообмена между средами. Для этого нужно делать тепловой расчет кожухотрубного теплообменника. Давайте посмотрим все конкретно и основательно на примерах.

Допустим возьмем маслоохладитель мб20-30 служащий для установки в систему смазки турбин и который должен поддерживать определенный температурный режим масла. Т.е. на выходе из турбины и на вход мб подается масло с температурой 55 ⁰С. На выходе из него температура должна составить 45 ⁰С. При чем масло движется с расходом 25-37 тонн в час. Вот это и есть начальные данные, как условие в школьной задачке. Повторю данными являются температура масла на входе и выходе, и расход масла. Кроме того есть и вспомогательные данные это температура охлаждающей воды, она должна быть не более 33 ⁰С и расход воды, который уже регулируется системой водоснабжения.

Основное устройство кожухотрубного теплообменника типа мб разработано давно, а вот некоторые детали и узлы можно сделать более эффективными, а сам аппарат более дешевым, более ремонтопригодным и не дорогим. Сочетание этих параметров заставляет использовать лучшие научно-технические достижения в области теплофизики, гидродинамики и решать многие конструкторские задачи, изучать свойства различных металлов, а эта статья как раз и о материалах применяемых для изготовления, поэтому посмотрим, а как же все таки они выбираются.

И так, начальные условия заданы и конструкция нам известна. Рассмотрим сразу с позиции формирования эффективного аппарата. Маслоохладитель представляет собой обычный кожухотрубный аппарат устройство которого можно посмотреть в материале конструкция кожухотрубного теплообменника. Основной рабочей частью его является трубный пучок или система теплообменных труб и за счет них осуществляется теплообменный процесс. Т.е. эта система должна быть эффективна. Что под этим подразумевается? Она должна обеспечивать выполнение заданных параметров по охлаждению масла до нужной температуры, т.е материал из которого она сделана должен обладать достаточным коэффициентом теплопроводности для надежной работы. Потом цена изготовления пучка должна быть по возможности меньше ранее использованных марок стали или сплавов. Опять же это зависит от выбранного материала. Потом трубная система должна работать с заданной эффективностью в течении всего срока эксплуатации, а это опять же зависит он материала и ее устройства.

Для изготовления трубной части маслоохладителя обычного исполнения мб применяется латунь, либо нержавейка марки 12Х18Н10Т. Трубки из латуни гладкие, а из нержавеющего сплава профилированные. При чем последние эффективнее, об этом можно почитать при необходимости здесь. Вкратце скажу, что профилирование трубок улучшает процессы теплообмена за счет организации потока движения жидкости и не дает образовываться налету на поверхности, что дополнительно увеличивает срок их службы. Кроме того нержавейка дольше работает и надежней. А правильный тепловой расчет позволяет определить все геометрические параметры, длины, диаметр, толщину стенки и форму профиля. На картинке ниже вы видите, как она выглядит профилированная теплообменная труба.

Эффективность такого решения порядка выше 15% это на счет улучшенного теплообмена, но здесь является и важным то, что такая трубка дольше работает и может использоваться с засоренной водой. Вообщем выбор на стороне материала для теплообменника с трубой нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Мы рассмотрели основной узел, но есть еще и другие части, это трубные доски, корпус, камеры, патрубки. Здесь все просто. Если охлаждающая вода пресная и без примесей и большого солесодержания, то все они выполняются из обычной углеродистой ст3сп, ст20 и легированной стали 09г2с. Т.е. можно сказать, что это стальной теплообменник и обозначается мб с номером в зависимости от поверхности теплообмена, например мб 20-30. А если вода с большим солесодержанием так называемая морская вода, то здесь для изготовления всех этих элементов применяются коррозионно- стойкие металлы, здесь помимо расчета играет фактор надежности работы в агрессивных условиях, в основном та же нержавейка и можно сказать, что это теплообменник из нержавейки и к простому обозначению добавляется буква М, что значит морской, т.е. мбм 63-90, где 63 - поверхность теплообмена в метрах квадратных, а 90 расход масла в кубических метрах в час.

Вот мы и рассмотрели материалы теплообменников применяемые для производства кожухотрубных теплообменных аппаратов марки мб и мбм.

Выбор материалов термосифонных испарителей и испарителей с паровым пространством

Они так же относятся к кожухотрубчатым, но выбор материалов зависит от исполнения указанного в обозначении теплообменников.

Как они выглядят их назначение и устройство можно посмотреть в статье - Испарители термосифонные, легко найти на сайте воспользовавшись поиском. А посмотреть материалы для их изготовления можно в таблицах. Например если термосифонный испаритель имеет следующее обозначение, как на картинке снизу, то это означает следующее.

Испаритель термосифонный с неподвижными трубными решетками (инт), диаметром кожуха 1600 мм, исполнения вида 2, условное давление в трубах и кожухе по 4 Мпа, трубы теплообменные диаметром 25 мм и гладкие (Г) длиной 4 метра, одноходовой, климатического исполнения У, имеются детали для крепления теплоизоляции. 

Но нас интересует материальное исполнение, а оно "скрывается" в надписи М8. Буква М значит материалы, а цифра 8 говорит о том, что данный испаритель может работать в температурных пределах от -70 до +350 ⁰С. Обратите внимание какие температуры от ужасного холода, до страшно жары. И какой же металл это выдержит? Если посмотреть характеристики сталей, то в этом режиме сохраняет все свои свойства нержавейка. Из нее, а точнее из нержавеющей стали марки 12х18н10т ГОСТ 5632, и делаются все, полностью все детали этого теплообменника - кожух, распределительная камеры, трубы ГОСТ 9941 и трубные решетки ГОСТ 25054. И здесь можно так же сказать, что это целый теплообменник из нержавеющей стали. С буквой м могут быть разные цифры для обозначения применяемых материалов, все это можно найти в статье - материалы термосифонных испарителей, через поиск на сайте.

Есть еще один вид - испаритель с паровым пространством типа ИП или ИУ может обозначаться например так 800 ИП-2.5-4-М1/25Г-6-2-У и соответственно он изготавливается из следующих материалов это видно отсюда М1. Кожух - Ст3Сп ГОСТ 380, ГОСТ 14637, Ст16ГС ГОСТ 5520, распредкамера - Ст3Сп ГОСТ 380, ГОСТ 14637. Ст16ГС ГОСТ 5520, трубы - Ст10, 20 ГОСТ 1050, трубные решетки - Ст 16ГС ГОСТ 5520. В целом получается, что это стальной теплообменник с частями из углеродистой и низколегированной сталей. Но могут быть и другие исполнения аппаратов.

Подбор материалов для холодильных и вакуумных конденсаторов

Здесь практически все аналогично вышеописанным испарителям, только у холодильных кондесаторов всего два исполнения: м1 где все детали из простой углеродистой стали Ст3, Ст10, Ст20 и лишь трубные решетки из 16гс, и исполнение м12 - где кожух и распределительная камера из ст3 и ст20, а вот трубки и решетки из 08Х18Н10Т, 08Х22Н6Т ГОСТ 9941 и 5632. 

У вакуумников исполнений побольше 12 и все они есть в таблице на сайте. Можно скачать и здесь. Тут больше сочетаний различных марок сталей и сплавов.

Есть еще один тип теплообменников это  кожухотрубные аппараты труба в трубе - ттон, ттор, ттм и ттма.

Материалы для изготовления теплообменников типа труба в трубе

Сами устройства подробно разобраны в этой статье, там же и указываются материалы для их изготовления. У них всего четыре материальных исполнения: м1, м2, м3 и м6. При М1 любой ттон, ттор, ттм и ттма полностью стальной, М3 - из нержавейки, а в других идут сочетания углеродистых сталей и легированных.

Все вышеописанные теплообменные аппараты являются кожухотрубного типа. И поэтому хотелось остановиться и еще на теплообменниках другого типа.

Материалы для воздухоохладителей и газоохладителей

Устройство и принцип действия первых очень подробно описаны здесь, а газоохладители охлаждения турбогенераторов рассматриваются в другой статье. Конструкция теплообменников практически одинакова, а отличаются они тепловыми мощностями и формой. Основной элемент этих аппаратов это оребренная труба, на оребрение из алюминия марки ад1 подается воздух у воздухоохладителей и водород в газоохладителях.

Алюминий обладает хорошей теплопроводностью поэтому и выбран для изготовления оребрения. Поэтому по большей части можно сказать, что это теплообменники из алюминия. К тому же очень хорошо здесь работает схема снятия тепла с воздушного потока.

А вот несущая трубка может изготавливаться из разных материалов и выбор зависит от охлаждающей воды протекающей внутри. Посмотрим следующую таблицу - нормы охлаждающей воды. Если вода пресная, то применяется обычная трубка латунная л68 или л93 гост 21646, исполнение - Н. А если вода морская, с примесями, то применяют нержавеющий материал или медно-никелевый сплав марки мнж5-1. Подробней читайте в статье подбор материалов для оребренных труб. Кроме того из этой же таблички понятно  и какое исполнение аппарата и соответственно из чего изготовлены остальные его части. Приведу пример: во-194/2510-61-м5-ухл4 в обозначении указана буква М и цифра 5 и это значит, что трубки и все остальные части из нержавейки марки 12х18н10Т и можно сказать, что этот теплообменник из коррозионно-стойкой нержавейки. Добавлю, что при тропическом исполнении буква Т4 в названии означает, что на теплообменные трубки наносится или подвергаются анодному окислению, для создания защитной пленки. Читайте более подробно выборе материалов для воздухоохладителей (делать ссылку) со всеми обозначениями.

И давайте рассмотри еще один вид аппаратов таких, как теплообменники из медной трубы. Бывают случаи, что важен очень большой теплообмен, а так как медь обладает большой теплопроводностью, то ее используют для труб, но она более дорогая чем латунь, но тут играет роль другой фактор.Большей эффективностью обладает полностью цельная оребренная труба, к ней относится так называемая монометаллическая, в статье описаны подробно все преимущества и ньюансы ее использования.

И несущая трубка и оребрение изготавливаются из меди и такой аппарат относится к теплообменникам из медной трубы, а если все остальные основные части такие как, камеры делают из меди, то получается уже цельный теплообменник из меди. Он получается конечно эффективный, но очень и очень дорогой, поэтому его применение оправдано факторами использования аппарата именно из этого материала.

Титановые теплообменники

Так же хотелось бы отметить о редко используемом материале - титане. В нашем производстве он иногда используется для одного из типов подогревателя псв, в основном для трубных пучков псв используется латунь л68 или нержавейка 12х18н10т, медно-никелевый сплав Мнж разных марок, но есть один вид где применяется титановая трубка и условно он уже называется титановый теплообменник. Замечу, что другие предприятия вкладывают несколько иное значение в это определение. У нас же такой материал используется для исполнений особого типа аппаратов специального применения.

Предлагаю так же ознакомиться с интересными тематичными материалами:

• каталог маслоохладителей
• технические характеристики воздухоохладителей
• производимые кожухотрубные подогреватели
  

Всего вам самого наилучшего и до скорейших встреч с нами www.ural-mep.ru

- делитесь этой ссылкой.

сделай свой твитзафоловь

Самое интересное из категории Теория производства теплообменников:

Чертежи теплообменников

Самое интересное  - Сборочные чертежи и схемы производимых теплообменников.

Будем очень признательны если оцените нас кнопкой +1.

{jcomments on}