铜管与不锈钢管换热效果的对比分析
铜管与不锈钢管换热效果的对比分析
铜管和不锈钢管是常用的材料，经常在两者之间做出选择。如果用作
换热管，谁更好？本文将通过对铜管和不锈钢管换热效果的对比分析，解决这个问题，得出可靠的结论。
1、不锈钢换热管的优点
1、换热管采用0.5-0.8mm薄壁管，提高了整体换热性能。在相同的换热面积下，不锈钢管的整体
传热系数高于铜管
2.121-8.408%。
2、由于材料采用SUS304优质不锈合金钢，硬度高，管道钢度显著提高，具有较强的抗冲击性和抗振性。
3、由于管道内壁光滑，边界层流底层厚度减薄，不仅加强了换热，而且提高了抗结垢性能。
4、在1050℃高温下进行热处理，以消除焊接应力。
5、所有钢管均采用压差进行泄漏检查，气压试验为10mpa，5分钟无压降。
二、详细性能比较
1、导热
铜管的
导热系数为100W/m℃不锈钢管的导热系数为13W/m℃，这当然会影响整体传热系数。但不锈钢管壁厚可减少0.5~0.8mm，铜管由于强度和侵蚀磨损等原因
因此，其壁厚不得低于
1.2mm。
根据公式：Rc=（1）
Rc——导热阻，m2k/w。
λ——导热系数，W/(m.k)。
δ——管壁厚度，m
管材一定，λ不变时，按公式(1)，δRC越小，传热系数越大。这样可以缩小不锈钢管与铜管整体传热系数的差距。
由于铜管内
外壁比不锈钢粗糙，容易结垢，增加了铜管的热阻，从而缩小了铜管与不锈钢管整体传热系数的差距。
2、对流放热
使用不锈钢管或铜管，管内流速为湍流。影响流放热的最大因素是层流底层的厚度，因为层流底层的传热是导热的，而水的导热系数很低。层流底层的厚度取决于管内壁的粗糙度。铜管内表面有氧化物，其粗糙度远大于不锈钢管，铜管底层厚度大于不锈钢管底层厚度。这使得不锈钢管的对流放热系数大于铜管。
Rw=(2)
Rw——对流热阻，m2k/w。
αw——对流放热系数，w/m2.k。
根据公式(2)αw越大，Rw越小。
3、冷凝放热系数
凝结放热系数有膜凝结和珠凝结两种，珠凝结放热系数远大于膜凝结放热系数。但目前尚不清楚不锈钢管外壁和铜管外壁的珠状凝结，但可以说，这两种管道的外壁大多是膜状凝结。膜凝结的放热系数与膜的厚度密切相关，因为膜的内部是导热系数，水膜的导热系数特别低，膜的厚度取决于管外壁的粗糙度。由于氧化层的原因，铜管外壁比不锈钢管粗糙得多。因此，不锈钢管外壁的凝结放热系数大于铜管外壁的凝结放热系数。
Rm=（3）
Rm——管道外壁的冷凝和放热热阻为m2k/w。
αm——管外壁的冷凝放热系数，w/m2.k。
根据公式(3)，αm越大，RM越小。
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K=（4）
R——总热阻，m2k/w。
K——整体传热系数，w/m2.k。
(4)可以看出，对流热阻、导热阻和冷凝放热阻降低，总热阻降低:总热阻降低，整体传热系数增加。
在壁厚相同的情况下，不锈钢管的整体传热系数比铜管低6%。由于使用比铜管薄的不锈钢管，不锈钢管的整体传热系数和凝结放热系数大于铜管，提高了不锈钢管的整体传热系数。
换热性能对照表
规格（㎜）
整体换热系数（W/㎡.k）
HSn70-IA
3682.413869
不锈钢管
AISI304
3460.327347
不锈钢管
AISI304
3760.628476
不锈钢管
AISI304
3872.606729
5、长期经济
随着运行时间的增加，铜管的氧化层会越来越厚，传热效果会越来越差。不锈钢基本上不会氧化，或者氧化速度很慢。因此，如果不锈钢管的换热器和铜管的换热器同时投入运行，运行时间越长，不锈钢管的换热器的经济性就越好。同时，铜管对冷却水中杂物的吸附能力远强于不锈钢管，大大降低了设备的经济性。
6、比较安全性能
不锈钢管和铜管的工程特点
304/
316不锈钢管
密度t/m3
8.4
8.9
屈服强度MPa
280-350
拉伸强度MPa
550-659
延伸率%
30-60
MPa弹性模量
13.3
15.4
热胀系数10-6
导热系数w/导热系数mk
从上表可以看出，不锈钢管的屈服强度和抗拉强度高于铜管，不锈钢管的使用寿命必须长于铜管，热膨胀系数低于铜管，更接近管板。因此，由于热膨胀和冷收缩表面，不易损坏管道或影响膨胀口。
不锈钢管和铜管的耐腐蚀性
腐蚀种类
304/316不锈钢管
一般腐蚀
冲击腐蚀
点蚀(运行状态)
点蚀(积滞状态)
高速冲击
进口冲击
蒸汽热点腐蚀
注：表中的值2-6表示耐腐蚀性由小到大。
从上表可以看出：与铜管相比，不锈钢管具有良好的耐腐蚀性、高速蒸汽带水滴的冲击腐蚀性；氨腐蚀性能好：耐水侧冲击腐蚀，实现无铜离子系统，提高PH值，降低腐蚀率，提高冷却水流量
2.3m/s，最高可达
3.5m/s，这不仅可以提高整体传热系数，还可以减少管道中杂质的沉积。
三、效益评估与结论
不锈钢管的导热系数低于铜管，但通过降低壁厚来降低导热系数的差值，因为不锈钢管的内壁比铜管更光滑，对流换热系数高于铜管，不锈钢管的外壁比铜管更光滑，冷凝放热系数高于铜管。根据多台机组的测试和计算，壁厚为0.7mm的不锈钢管的整体传热系数高于壁厚为1mm的铜管
2.124%左右；随着运行时间的增加，不锈钢管的整体传热系数下降缓慢，铜管的整体传热系数下降速度远大于不锈钢管。
同时，不锈钢管比铜管具有更好的耐腐蚀性、抗振性和耐磨性，使用寿命是铜管的三倍。从长远来看，使用不锈钢管来提高机组的经济性是显而易见的，但也提高了机组的安全性。
铜管虽然是好材料，但不是万能的。当适用材料有多种选择时，应耐心比较性能、寿命、价格等因素，选择最佳方案。只有这样，合格的工作才能以最低的成本完成。
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