열교환기에서 동판이 좋은 성능을 발휘하는 이유
구리판은 열 교환기에서 튜브 시트, 배플, 판 코일, 스탬핑된 교환기 판 및 핀 스톡으로 사용됩니다. 구리는 여러 가지 작업을 동시에 수행하기 때문입니다. 구리는 거의 모든 일반적인 엔지니어링 금속보다 더 빠르게 열을 전도하고, 물과 많은 공정 유체에 대한 부식에 저항하며, 형성 및 팽창될 만큼 연성을 유지하고, 균열 없이 시동-작동 및 정지-의 열 순환을 견딜 수 있습니다.
아래 섹션에서는 구리를 교환기 플레이트 및 시트로 일반적으로 고려되는 다른 재료와 비교하고 설계자가 준수해야 하는 서비스 한계를 설정합니다.
다른 재료와 비교한 열전도율
| 재료 | 일반적인 열전도도, W/(m·K) | 상대 성능 |
|---|---|---|
| 구리(C11000, 어닐링) | 약 386명 | 참고 자료; 일반 금속의 가장 빠른 열 전달 |
| 알류미늄 | 약 237명 | 구리 약 60%; 무게가 중요한 일반적인 대안 |
| 탄소강 | 약 50 | 대략 구리의 1/7 |
| 오스테나이트계 스테인리스강 | 약 16 | 대략 구리의 20분의 1- |
동일한 조건과 동일한 벽 두께에서 구리판은 알루미늄, 탄소강 또는 스테인리스강보다 훨씬 빠르게 한 쪽에서 다른 쪽으로 열을 전달하므로 벽의 열 저항이 낮아지고 주어진 작업에 필요한 표면적이 줄어듭니다. 또는 고정된 영역의 경우 구리 교환기는 뜨거운 흐름과 차가운 흐름 사이의 더 작은 온도 차이로 작동합니다. 이는 구동 온도 차이가 작은 냉동, 공조 및 저급-열 회수 응용 분야에 유용합니다.
부식 거동 및 서비스 한계
화학 및 제약 공장과 같은 부식성 환경에서 구리는 조밀하고 접착성 있는 산화막을 형성하여 공정 매체의 추가 공격을 늦추고 교환기의 서비스 수명을 연장합니다. 구리판은 담수, 대부분의 중성 수용액, 냉각 시스템의 응축수 및 냉매 회로에서도 잘 작동합니다.
구리는 보편적이지 않으며 한계를 분명히 언급할 가치가 있습니다. 구리는 암모니아 및 암모늄 화합물의 공격을 받아 응력을 받는 플레이트의 급격한 응력-부식 균열을 일으킬 수 있으므로 암모니아, 수산화암모늄 또는 암모니아 세척제가 있는 곳에 구리 교환기를 사용해서는 안 됩니다. 구리는 또한 강산화성 산, 황화물-함유 흐름 및 수은 접촉에도 적합하지 않습니다. 물의 유속이 높거나 공기가 혼입되는 곳에서는 특히 입구 부분과 배플 가장자리 주변에서 구리판이 충돌 공격을 받을 수 있으므로 입구 속도와 흐름 분포를 제어해야 합니다. 대략 200도 이상에서는 단련된 구리의 허용 설계 응력이 급격하게 떨어지며, 일반적으로 강철이나 스테인레스강이 고온-온도에 더 적합합니다.
강도, 제작 및 설계 고려 사항
동판은 적당한 강도와 높은 연성을 가지고 있습니다. 상대적으로 높은 강도와 경도의 가공-경화 구리는 쉽게 변형되지 않고 열교환기 서비스의 압력과 기계적 하중을 견딜 수 있게 해줍니다. 이는 열교환기가 튜브-대-튜브 시트 조인트를 단단히 유지하고 장치의 구조적 안정성을 그대로 유지하면서 모든 작동 주기의 압력 변동과 열팽창 및 수축을 흡수해야 하기 때문에 중요합니다.
구리도 잘 처리됩니다. 엄격한 두께 공차로 롤링하고, 복잡한 플레이트 형상으로 블랭킹 및 스탬핑하고, 핀과 플레이트 패턴으로 압축하고, 코일과 헤더로 성형할 수 있습니다. 용접, 브레이징 및 납땜이 모두 사용됩니다. 구리-와-구리 접합부는 일반적으로 구리-인 필러로 납땜되는 반면, 구리와 강철 접합부는 서로 다른 금속에 적합한 필러와 플럭스 조합이 필요합니다. 구리 작업은 경화되기 때문에 중간 어닐링과 함께 엄격한 성형 작업을 계획해야 하며, 튜브 시트용 플레이트는 인대 재료가 롤러 팽창을 위해 충분히 연성을 유지하는 성질로 주문되어야 합니다.
교환기 플레이트 및 시트의 표준 공급에는 C11000 전해 터프 피치 구리, C10200 무산소 구리 및 C12200 탈산 고인 구리가 포함되며, 두께는 얇은 시트에서 두꺼운 플레이트까지, 다양한 템퍼로 제공됩니다. 일반 용도의 평판 압연 구리 및 구리 합금 제품은 해당 등급 및 템퍼의 플레이트에 대해 ASTM B152/B152M과 GB/T 2040 및 EN 1652의 적용을 받습니다.
응용
쉘-및-튜브 교환기: 구리 튜브 시트, 지지판 및 배플은 일반적으로 구리 또는 구리{2}}니켈 튜브와 쌍을 이룹니다.
판형 열교환기 및 브레이징 플레이트 장치: 스탬핑된 플레이트, 브레이징 어셈블리의 브레이징 매체로 사용되는 구리 포일 및 시트.
냉동 및 공조: 플레이트 코일, 어큐뮬레이터 및 리시버 내부 부품, 코일용 핀 스톡.
산업 및 건설: 수영장 및 지역 난방용 열 전달 판, 탱크 코일, 구리판이 도체 및 열 분산기 역할을 하는 전기 부스바.
해양 및 해양: 오스테나이트계 스테인리스강의 염화물 응력-부식 균열 위험이 허용되지 않고 의무상 구리 합금이 필요한 해수 시스템용 플레이트.
일반적인 함정 및 검사 지점
교환기에서 구리판의 대부분의 실패는 재료 자체보다는 설계 및 제작 기술에서 비롯됩니다. 형성 또는 팽창을 위해 잘못된 성질로 주문된 판, 응력을 집중시키는 날카로운 내부 모서리, 모금속을 과열시키는 용접 또는 브레이징 절차, 갈바니 부식으로부터 보호되지 않은 채로 남겨진 이종 금속 접합부, 암모니아성 또는 강력한 산화성 화학 물질을 사용하는 세척 체제 등입니다. 공정 유체에 맞는 플레이트 등급을 선택하고, 제작 경로를 염두에 두고 템퍼를 지정하고, 설계 범위 내에서 물의 화학적 성질과 속도를 유지하면 이러한 문제의 대부분을 방지할 수 있습니다.
입고되는 강판 검사에는 일반적으로 등급 및 열{0}}수 확인, 화학 분석, 주문된 템퍼에 대한 인장 시험, 두께 및 평탄도 측정, 라미네이션 및 모서리 균열에 대한 초음파 또는 육안 검사, 나중에 강판이 형성될 위치의 입자-크기 검사가 포함됩니다. 튜브시트의 경우 확장성을 확인하기 위한 경도 테스트와 튜브-구멍 피치, 직경 및 인대 너비의 치수 검사를 추가합니다.
FAQ
Q: 열교환기에서 구리는 알루미늄보다 얼마나 더 좋습니까?
구리의 열전도도는 알루미늄의 경우 약 237W/(m·K)인 데 비해 약 386W/(m·K)이므로 구리는 열을 훨씬 더 빠르게 전달하고 동일한 작업에 대해 더 적은 표면적이 필요합니다. 알루미늄은 무게나 첫 번째 비용이 지배적이고 유체가 호환되는 경우 여전히 매력적입니다.
Q: 화학공장에서 동판을 사용할 수 있나요?
그렇습니다. 구리가 보호 산화막을 형성하고 공정 매체에 저항하는 많은 화학 및 제약 산업에서 그렇습니다. 구리를 빠르게 공격하는 암모니아, 암모늄 화합물, 강산화성 산 또는 황화물-함유 흐름과 함께 사용해서는 안 됩니다.
Q: 튜브시트에는 어떤 등급의 동판이 사용되나요?
C11000 전해 터프 피치 구리, C10200 무산소 구리 및 C12200 탈산 고인 구리가 일반적인 선택입니다. 등급과 템퍼는 공정 유체, 튜브 조인트에 사용되는 팽창 또는 용접 방법 및 설계 압력에서 선택됩니다.
Q: 동판은 브레이징 판형 열교환기에 적합합니까?
예. 브레이징 플레이트 교환기는 스탬핑된 스테인레스 또는 구리 또는 구리 합금 브레이징 재료와 결합된 기타 플레이트로 구성되며, 구리 시트와 호일도 특별히 설계된 장치의 열 전달 플레이트 자체에 사용됩니다. 제한 요인은 일반적으로 구리와 공정 유체의 호환성입니다.
Q: 동판 교환기에는 어떤 온도 제한이 적용됩니까?
구리는 넓은 온도 범위에서 우수한 연성을 유지하지만, 어닐링된 구리의 허용 설계 응력은 대략 200도 이상으로 급격히 떨어지며 재료가 부드러워집니다. 고온-온도 작업은 일반적으로 강철이나 스테인리스강으로 처리됩니다.
Q: 서비스 중 동판은 어떻게 청소해야 합니까?
구리와 호환되는 세척 화학 물질을 사용하고 암모니아 및 암모늄{0}} 기반 제제를 피하세요. 기계적 세척으로 인해 플레이트 표면에 흠집이 생겨서는 안 되며, 세척 절차는 교환기 제조업체의 지침과 플레이트 등급 사양을 기준으로 확인해야 합니다.
