Warum Kupferrohrwärmetauscher weit verbreitet sind
Kupferrohr-Wärmetauscher dominieren in der Kühlung, Klimatisierung, Warmwasserbereitung und leichten industriellen Wärmerückgewinnung, da Kupferrohre vier Dinge gleichzeitig bieten: sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit in Wasser und Kältemitteln, hohe Duktilität beim Biegen und Ausdehnen sowie eine glatte, nicht{0}}poröse Oberfläche, die Verschmutzungen widersteht und leicht zu reinigen ist.
Zu den Kupferrohrwärmetauschern gehören Rohrbündeleinheiten mit Kupfer- oder Kupferlegierungsrohren, Rippenrohrschlangen für luftgekühlte Kondensatoren und Verdampfer, doppelwandige belüftete Rohrwärmetauscher für Trinkwasser und kleine gelötete oder mechanisch zusammengebaute Einheiten, die in verpackten Geräten verwendet werden. Bei all diesen Konstruktionen wird die gleiche Materialfamilie verwendet, was die Lagerhaltung und Reparatur von Ersatzteilen vereinfacht.
Rohrstandards und typische Qualitäten
| Grad | UNS | Typischer Einsatz in Wärmetauschern | Hauptnormen |
|---|---|---|---|
| Desoxidiertes Kupfer mit hohem Phosphorgehalt | C12200 | Wasserseitiges Rohr-, Trinkwasser, allgemeine Kältemittelrohre | ASTM B111/B111M, ASTM B88, GB/T 1527, EN 1057 |
| Elektrolytisch zähes Kupfer | C11000 | Allgemeine Rohre, Sammelschienen und Platten; Kühlung, bei der eine hohe Leitfähigkeit erforderlich ist | ASTM B111/B111M, ASTM B152/B152M |
| Sauerstoff-freies Kupfer | C10200 | Klima- und Kühlschläuche, Vakuum- und Elektronikservice | ASTM B280, EN 12735-1 |
| Admiralitätsmessing | C44300 | Kondensatorrohr für Süß- und Brackwasser mit guter Prallfestigkeit | ASTM B111/B111M |
| Aluminiummessing | C68700 | Kondensator und Austauschrohr für saubereres Meerwasser bei mäßiger Geschwindigkeit | ASTM B111/B111M |
| Kupfer-Nickel 90/10 | C70600 | Meerwasser-, Sole- und Bord-Wärmetauscherrohr | ASTM B111/B111M, ASME SB111 |
| Kupfer-Nickel 70/30 | C71500 | Hochgeschwindigkeits-Meerwasser-, Offshore- und Entsalzungs-Austauscherrohr | ASTM B111/B111M, ASME SB111 |
Rohre werden in verschiedenen Härtegraden geliefert: geglühtes Rohr zur Walzenausdehnung in Rohrböden und zum Biegen sowie hartgezogenes oder halbhartes Rohr, bei dem das Rohr über große Spannweiten selbst{0}tragen muss. Klima- und Kühlrohre werden normalerweise in weichen Spulen gemäß ASTM B280 oder EN 12735-1 mit verschlossenen Enden geliefert, damit die Bohrung während des Transports sauber und trocken bleibt.
Thermische und hydraulische Leistung
Da Kupfer Wärme viel schneller leitet als Stahl oder Edelstahl, benötigt ein Kupferrohrwärmetauscher für eine bestimmte Leistung weniger Oberfläche und erreicht die gleiche Wärmeübertragung mit einem geringeren mittleren Temperaturunterschied zwischen den Strömen. Aus diesem Grund wird Kupfer dort eingesetzt, wo der Temperaturunterschied gering ist, wie z. B. in Kühlwasser- und Kühlkreisläufen, und Kupferschlangen können so kompakt gemacht werden, dass sie für Dach- und Kompaktgeräte geeignet sind.
Die Tube-seitige Leistung kann durch intern verbesserte Tube weiter verbessert werden. Geriffelte und spiralförmige Innenflächen brechen die Grenzschicht auf und erhöhen den Rohrseitenkoeffizienten, was ein kürzeres Bündel oder einen kleineren Durchmesser bei gleicher Leistung ermöglicht; Die genaue Verstärkung hängt von der inneren Geometrie, der Durchflussrate und den Flüssigkeitseigenschaften ab und sollte den Wärmeübertragungsdaten des Rohrlieferanten für das spezifische Muster entnommen und nicht angenommen werden. Auf der Mantelseite steuern der Abstand und der Abstand der Leitbleche den Mantelseitenkoeffizienten und auch das Risiko von Rohrvibrationen.
Korrosion, Verschmutzung und Geschwindigkeitsgrenzen
Kupferrohre sorgen für eine stabile Leistung in Wasser-, Dampfkondensat- und Kältemittelkreisläufen, und die schützende Oxidschicht, die es bildet, verlangsamt weitere Angriffe, was die Lebensdauer verlängert. Die Fehlermodi, gegen die man entwerfen muss, sind wohlbekannt. Ammoniak und Ammoniumverbindungen im Wasser oder in Reinigungsmitteln führen zu einer schnellen Spannungsriss-Korrosion des Kupferrohres; Schwebstoffsand und mitgerissene Luft verursachen Prallangriffe, am häufigsten am Rohreinlass und an Prallkreuzungen. und fließendes Wasser über der empfohlenen Geschwindigkeit beschleunigt die allgemeine und lokale Verschwendung. Kupfer unterliegt außerdem Erosions-{4}Korrosion an Krümmerauslässen und Ameisensäurekorrosion in Kühlkreisläufen, in denen bestimmte organische Säuren zusammen mit Feuchtigkeit vorhanden sind.
Praktische Gegenmaßnahmen bestehen darin, die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des für die Rohrlegierung und die Wasserchemie festgelegten Bereichs zu halten, Lufteinschlüsse und stagnierende Zonen zu vermeiden, schützende Einlasshülsen oder Ferrulen dort anzubringen, wo das Wasser verschmutzt ist, das Rohr sauber zu halten, damit Verschmutzungen die lokale Geschwindigkeit im verbleibenden Strömungsbereich nicht erhöhen, und ammoniakhaltige Reinigungschemikalien zu vermeiden. Kupfer-Nickelrohre sollten anstelle von reinem Kupfer gewählt werden, wenn Meerwasser, Salzlake oder verschmutztes Wasser im Spiel ist.
Fertigung: Aufweiten, Hartlöten und Schweißen
Kupferrohre werden normalerweise durch Walzenaufweitung mit einem Rohrboden verbunden, manchmal gefolgt von einem Dichtungsschweißen, bei dem die Verbindung bei thermischen Wechselwirkungen dicht sein muss. Für die Expansion sind geglühte Rohre mit gleichbleibender Härte und Wandstärke, korrekt dimensionierte Löcher mit abgeschrägten Eingängen und ein kontrolliertes Expansionsdrehmoment erforderlich, damit das Rohr nicht über-gerollt und dünner wird. Das Hartlöten mit Kupfer-Phosphor-Füllstoff ist die Standardmethode für Kupfer-zu-Kühlverbindungen, da kein Flussmittel erforderlich ist; Kupfer-zu-Stahl- oder Kupfer-zu-Messingverbindungen erfordern den entsprechenden Füllstoff und Flussmittel auf Silberbasis-. Sämtliches Kühllöten sollte mit einer Stickstoffspülung durchgeführt werden, um Oxidablagerungen im Rohr zu verhindern. Außerdem muss das Rohr vor dem Erhitzen trocken und frei von Öl sein.
Das Biegen, Stauchen und Bördeln erfolgt kalt an geglühten Rohren. Da Kupfer durch Kaltverfestigung aushärtet, sollten die Mindestbiegeradien und Glühanforderungen den Daten des Rohrlieferanten entnommen werden und fertige Spulen sollten vor dem Einbau einer Druckprüfung und Reinigung unterzogen werden.
Anwendungen
Kühlung und Klimaanlage: Kondensator- und Verdampferschlangen, Kühltrommeln, Wärmepumpen und Kompaktgeräte.
Energie und Prozess: Kondensatoren, Speisewassererhitzer und Ölkühler mit Kupferlegierungsrohren in Süß- oder Brackwasser.
Warmwasserbereitung und Fernenergie: Warmwassertauscher, Solarthermiekollektoren und Wärmeübergabestationen.
Marine: meerwassergekühlte Wärmetauscher und Kühlkreisläufe an Bord unter Verwendung von Kupfer-{1}Nickelrohren.
Leichtindustrie: Druckluft-Nachkühler, Hydraulikölkühler und Wärmeübertragungsgeräte für die Lebensmittelindustrie.
FAQ
F: Warum übertragen Kupferrohrwärmetauscher die Wärme besser?
Kupfer hat eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 386 W/(m·K), weit über Kohlenstoffstahl mit etwa 50 W/(m·K) und Edelstahl mit etwa 16 W/(m·K). Die Rohrwand fügt daher nur einen sehr geringen Wärmewiderstand hinzu und der Wärmetauscher benötigt bei gleicher Leistung weniger Fläche.
F: Sind Kupferrohrwärmetauscher korrosionsbeständig?
In Wasser-, Dampfkondensat- und Kältemittelkreisläufen ja: Kupfer bildet einen schützenden Oxidfilm, der weitere Angriffe einschränkt und für eine lange Lebensdauer sorgt. Ausnahmen bilden ammoniakhaltige Umgebungen, stark oxidierende Säuren und Wasser mit hoher -Geschwindigkeit mit eingeschlossener Luft oder Sand, wo Kupfer durch Spannungsriss-korrosion oder Aufprallangriff versagen kann.
F: Warum sind Kupferrohre schmutzabweisend?
Kupferrohre haben eine glatte, nicht{0}}poröse Oberfläche mit guter Benetzbarkeit, sodass Ablagerungen und Biofilm weniger leicht haften als auf raueren Metalloberflächen. Dies hält den Wärmeübergangskoeffizienten stabil und erleichtert die Reinigung, was einer der Gründe dafür ist, dass Kupferschlangen im Kühl- und Kühlbereich häufig verwendet werden.
F: Was begrenzt die Wassergeschwindigkeit in Kupferrohrwärmetauschern?
Die Geschwindigkeit wird durch das Risiko von Aufprall und Erosion-Korrosion begrenzt, die von der Rohrlegierung, der Wasserchemie, den Schwebstoffen und der Menge der mitgerissenen Luft abhängt. Der akzeptable Bereich sollte aus den Konstruktionsrichtlinien für die spezifische Rohrlegierung stammen und anhand der Daten des Rohrlieferanten bestätigt werden.
F: Können Kupferrohrwärmetauscher repariert werden?
Ja. Kupferrohre können problemlos wieder aufgeweitet, neu gelötet oder ersetzt werden, und einzelne Rohre können verschlossen werden, wenn die Pflicht dies zulässt. Bei Reparaturen sollte die gleiche Legierung und Härte wie beim Original verwendet werden, und die Verbindung sollte nach der Reparatur erneut getestet werden.
F: Welches Kupferlegierungsrohr sollte für Meerwasser verwendet werden?
Kupfer-Nickelqualitäten sind die Standardauswahl: 90/10 (C70600) für sauberes Meerwasser mit mäßiger Geschwindigkeit und 70/30 (C71500) für höhere Geschwindigkeit, höheren Druck oder sandhaltiges Wasser. Admiralitätsmessing C44300 wird für weniger schwere Brackwasseranwendungen verwendet.
