Какой теплообменник лучше медный или из нержавейки: какой лучше, сравнение стальных, медных, чугунных и алюминиевых конструкций в напольных и настенных котлоагрегатах

какой лучше, сравнение стальных, медных, чугунных и алюминиевых конструкций в напольных и настенных котлоагрегатах

В электрических котлах главным нагревательным элементом является тэн. В газовых — теплообменник. Он служит для того, чтобы нагревать воду, которая через него проходит. Для этого используется горелка с открытым пламенем. Так как условия достаточно агрессивные, следует внимательно подходить к выбору теплообменника. Раньше они представляли собой обычную металлическую трубку, но сейчас их устройство намного сложнее.

Читайте в статье

Материал теплообменника газового котла: какой лучше

Меня удивляет, когда люди не задумываются о материале, из которого сделан теплообменник в котле. Ведь это один из самых важных элементов отопительного оборудования. Именно от материала зависит КПД, скорость нагрева и главное – срок службы. Помимо этого, они могут содержать второй контур. Чтобы вы поняли, какой теплообменник лучше, я хочу рассказать про преимущества и недостатки каждого из них.

Первые чугунные теплообменники

Практически вечный, устойчивый к коррозии и накипи чугунный теплообменник.

Именно чугун использовали при создании первых угольных и газовых котлов. Это объясняется его антикоррозийными свойствами и сроком службы от 30 до 50 лет. Да и вообще, чугун слабо воздействует с какими-либо химическими веществами. А вот что касается теплоёмкости, она одна из самых высоких. Поэтому даже сейчас, когда появилось много других видов, теплообменники из чугуна продолжают пользоваться спросом. Они дольше нагреваются, но и гораздо дольше удерживают тепло после прекращения нагрева.

К сожалению, недостатков у них больше. Во-первых, это огромный вес и габариты. Котлы с чугунными теплообменниками занимают много места, а повесить их на стену вообще не представляется возможным. Только напольный способ установки, массивные мощные котлы требовательны к напольному покрытию (их масса часто превышает 300-400 кг).

Во-вторых, они плохо переносят резкие перепады температур. А ведь в отоплении обратка всегда холоднее подачи. В-третьих, чтобы уберечь чугун от этих перепадов, начали применять особые горелки. И тогда теплоёмкость уже перестала быть преимуществом. Поэтому, по сути, единственным преимуществом является большой срок службы.

Стальной

Чтобы избавиться от минусов чугунных, начали использовать стальные теплообменники. Они легче, оборудование занимает меньше места, да и цена гораздо ниже. Помимо этого, стальные теплообменники не так сильно боятся перепадов температур, поэтому в качестве нагревательного элемента подходят очень хорошо. А в случае поломки их можно отремонтировать. Конечно, не все модели, но многие.

Почему же тогда чугунные теплообменники продолжают использовать, если у стальных так много преимуществ? Дело в том, что не всё так гладко. Ведь сталь подвержена коррозии, а это уже огромный минус. Поэтому и срок службы в 2-3 раза меньше, обычно от 12 до 15 лет. Ещё я хотел бы обратить внимание на то, что сталь может прогореть. Если уж вы решили выбирать котёл с теплообменником из этого материала, я советую заранее узнать про толщину стенок. Она должна быть 3 мм и больше. А лучше 5 мм.

Медный

Самый лучший металл по теплоотдающим характеристикам — это медь. Пожалуй, можно назвать только один недостаток медных теплообменников. Это их высокая цена, устанавливаются медные теплообменники обычно на модели среднего ценового сегмента и выше (от 45-50 тыс. руб). Зато преимуществ очень много:

• компактные размеры;
• малый вес;
• высокий КПД;
• медь практически не поддаётся коррозии;
• быстро нагревается и остывает;

Кстати, именно из-за быстрого нагрева тратится гораздо меньше газа, поэтому ещё одним плюсом можно считать экономию. Что касается срока службы, производители обычно указывают 14—17 лет, что соответствует реалиям. Это незначительно больше, чем у стали, но все еще сильно меньше, чем у чугуна. Но за такое время на топливе получится сэкономить гораздо больше.

Обычно медные теплообменники устанавливают в настенных котлах. Хотя встречаются и в напольных.

Алюминиевый

В качестве материала для теплообменника газового котла используют и алюминий. Впервые его применили в конденсационных моделях, но о них я расскажу чуть позже. Алюминиевые теплообменники устанавливают и в обычных конвекционных котлах. Казалось бы, зачем они нужны, если медь хорошо справляется со своими задачами? Всё дело в цене. Чтобы удешевить производство, в медных теплообменниках стараются уменьшать толщину стенок. С алюминием этого делать не нужно. Он и так в несколько раз дешевле меди, а теплоотдающие свойства тоже достаточно высокие.

Получается, что алюминиевый теплообменник толще медного. И в этом его огромное преимущество, ведь повышается срок службы. Практика показала, что алюминий ещё и меньше подвержен окислению. Но в интернете мнения на этот счёт расходятся. Поэтому сложно сказать точно, какой теплообменник лучше.

Мы рекомендуем: настенные модели – с медным или алюминиевым теплообменником; напольные – с чугунным. Разумеется, в бюджетных моделях применяют исключительно сталь.

Конденсационные котлы с дополнительным теплообменником

Принцип работы обычного конвекционного (КПД 88-92%) и конденсационного (КПД 104-109%) газовых котлов.

В обычных котлах горелка нагревает теплообменник, а продукты сгорания удаляются через дымоход. Но смысл в том, что часть тепла тоже уходит через дымоход. Чтобы использовать это тепло для обогрева, создали конденсационные котлы. Их конструкция предполагает наличие дополнительного теплообменника. Устроен он достаточно сложно. Из-за разницы температур образуется конденсат, который и служит источником тепловой энергии. Грубо говоря, пар становится водой, она остужается, а её тепло используется для отопления.

Идея создания конденсационных котлов не такая уж новая. Об этом задумывались несколько десятков лет назад. Но тогда технологии не позволяли сделать сплав металла, который мог бы долго проработать в агрессивной среде. Сейчас для этих целей обычно используют высококачественную нержавейку.

Монотермический или битермический

Когда котёл способен работать только в режиме отопления, его называют одноконтурным. Но многие современные модели способны также работать в режиме горячего водоснабжения (ГВС). Такие котлы называют двухконтурными. Осуществить нагрев воды можно двумя способами: с помощью пластинчатого теплообменника или битермического.

Пластинчатый теплообменник установлен отдельно от основного и состоит из двух частей. Когда через одну часть проходит вода из отопления, она нагревает вторую, которая соединена с водопроводом. Это раздельный, более практичный и надежный, но более дорогой и менее компактный способ.

Битермический теплообменник невозможно очистить механическим путем и довольно сложно промыть. При образовании накипи он быстрее забивается.

В целях экономии средств и пространства придумали сдвоенные или битермические теплообменники. Принцип действия у них совершенно другой. Конструктивно это одна деталь: теплообменник в теплообменнике или труба в трубе. Снаружи обычно проходит отопление, а внутри располагается контур ГВС.

К сожалению, из-за своей конструкции у битермических теплообменников узкие проходы, которые могут быстро засориться. А чистка помогает далеко не всегда, да и сделать это не так просто. Цена у таких теплообменников гораздо выше. Да и всё равно пользоваться водой придётся ограниченное время, так как присутствует риск прогорания металла. Я считаю, что лучше покупать котлы с раздельными теплообменниками. Они более надёжные.

Теплообменник газового котла в разрезе. Использование загрязненного теплоносителя и отсутствие регулярной чистки привело к тяжелым последствиям: серьезный перегрев и практически полное засорение. Заключение

Люди покупают котёл не на один год. В худшем случае он должен прослужить несколько лет. А так как теплообменник является важной частью любого котла, то и к его выбору нужно подходить основательно. Также стоит помнить, что это одна из самых дорогих и труднозаменимых запчастей. Лучше следить за правильной работой оборудования и ежегодно его обслуживать, чем потом платить лишние деньги за ремонт.

Статьи — Материалы теплообменников

Для изготовления теплообменного оборудования, как правило, используют углеродистые и низколегированные стали, нержавейку, латунь, медь, чугун или титан. Поскольку основной рабочей частью теплообменников является трубный пучок и теплообменный процесс происходит именно за счет него, то необходимо быть уверенным в качестве этой системы.

Выбор материала зависит от многих факторов, одним из основных показателей пригодности материала для изготовления теплообменников являются механические свойства, такие как:

• пластичность,
• скорость изнашивания,
• удобство при монтаже и сварке,
• отсутствие внутренних дефектов и однородность,
• стойкость к резким перепадам давления и температур,
• устойчивость структуры в процессе механических нагрузок,
• стойкость к коррозии в условиях высоких температур и агрессивных сред,
• прочность материала в условиях высокого давления и температурного режима.

Рассмотрим наиболее популярные материалы, из которых производят трубные пучки и теплообменники.

Медь

За счет того что медь обладает очень большой теплопроводностью, то изготовленное из нее оборудование имеет высокий коэффициент теплопередачи. Благодаря пластичности данного металла, возможно изготовление из него теплообменника с высокой степенью оребрения.

Стоить отметить и габариты таких агрегатов – они имеют малый вес, небольшой объем и весьма компактны. Медь зачастую подвластна коррозии и омеднению, но если придерживаться профилактических мер, этого можно избежать. Пожалуй, основной недостаток такого оборудования – высокая цена.

Латунь

Перед тем как использовать латунный теплообменник, необходимо провести анализ жидкости, с которой аппарат будет взаимодействовать. Латунь используется с пресной водой без примесей и солей, в противном же случае пучок труб начнет ржаветь и приходить в негодность.

Несмотря на то, что тепло- и электропроводность латуни ниже, чем у меди, она обладает более высоким показателем прочности и коррозостойкости. Некоторые латунные сплавы устойчивы к морской воде и перегретому пару – их прочность к специфическим средам и условиям определяет сферу их применения. Более того, латунь значительно дешевле меди.

Нержавеющая сталь

Теплообменники из нержавейки обладают максимальной стойкостью к коррозии и используются в системах с жидкостями, по химическому составу не подходящими ни меди, ни латуни. Это может быть вода с высокой кислотностью, жесткостью, щелочностью, с большой концентрацией сульфатов. Именно нержавейку используют для производства труб, по которым будет течь соленая вода с различными примесями.

Кроме того, нержавейка сочетает достоинства чугуна и стали: она долговечна, невосприимчива к перепадам температур и обладает малой инертностью. Она также не выделяет ионы металла, которые окрашивают и загрязняют воду и обладает более доступной ценой.

Важно помнить, что выбор материала для теплообменника зависит от определенных параметров и в каждом случае индивидуален. К данному вопросу стоит подходить с особой тщательностью, чтобы теплообменник прослужил максимально долго и эффективно.

Возможно, Вас заинтересуют:

о продукции

11.04.2014, 10537 просмотров.

Теплообменники газовых котлов

24 июля 2015г.

 

         

Теплообменник – один из главнейших элементов современного газового котельного оборудования. И если вы хотите, чтобы приобретаемый вами котел работал с максимально возможной эффективностью, то в первую очередь нужно смотреть на то, из какого материала он изготовлен, а также насколько качественным является этот самый материал.

Собственно, материал теплообменника может быть любым, но в современных условиях наибольшее распространение получили медные, стальные и чугунные теплообменники. Каждый из этих материалов обладает своими преимуществами и недостатками, а также степенью эффективности, от которой и будет зависеть производительность приобретаемого котельного оборудования. Предлагаем вам сразу приступить к рассмотрению каждого из указанных видов теплообменников.

Медный теплообменник

Начнем с самой непопулярной разновидности. Медь, конечно, в свое время была достаточно распространена. Но только лишь в виду того, что другие материалы были либо слишком дорогостоящими, либо просто недоступными по техническими причинам. Поэтому, с появлением стали и чугуна, медь стала постепенно отходить на задний план. И все же, если вам вдруг попадется на глаза медный теплообменник, то знайте, что он обладает двумя критическими недостатками.

• Первый – достаточно высокая цена.
• Второй – стремительное прогорание, приводящее к быстрому выходу из строя всего теплообменника.

        

Чугунный теплообменник

Чугун зачастую называют «вечным» материалом, долговечность которого достигает 50 лет и более. Для такого элемента, как теплообменник, это очень важно. Причиной столь высокой долговечности является стойкость чугунного материала к прогоранию, являющемуся настоящим бичом меди. К тому же, чугун, по своей природе, отлично защищен от коррозийных процессов (ржавчины), не нуждаясь в каком-либо дополнительном антикоррозийном покрытии.

Впрочем, идеальным чугунный теплообменник назвать нельзя. Вам нужно знать, что у него есть два важных недостатка.

• Во-первых, чугун – предельно тяжелый материал. Если вам доводилось переносить с места на место чугунную ванну, то вы знаете, о чем мы говорим.
• Во-вторых, чугунный теплообменник очень хрупкий. Ему могут повредить даже температурные перепады, не говоря уже о чисто физических повреждениях. Один единственный сильный удар может привести к появлению трещины. А использовать треснутый теплообменник уже не представляется возможным. Кстати, чугун – не самый дешевый материал, что также следует учитывать.

    

Стальной теплообменник

Стальные теплообменники сегодня являются самыми распространенными для газовых котлов. Причина проста. Сталь – самый дешевый из вышеописанных материалов. Да и по своим техническим характеристикам он не так уж сильно отстает от чугуна. Конечно, долговечность здесь будет уже не 50 лет, а, скажем, лет 15, не более.

Если используется низкокачественная сталь, то вам придется менять такой теплообменник уже через 5 лет. Причина тому – достаточно быстрое прогорание материала под воздействием высоких температур. Ну а то, что сталь боится ржавчины (коррозийных процессов), известно даже маленьким детям. Этот факт тоже отражается на долговечности материала.

Зато плюсов у него достаточно много. Помимо низкой себестоимости, мы получаем низкий вес. По сравнению с чугунными теплообменниками, стальные элементы – просто пушинки. Механическая прочность у материала также на высоте. Вы получаете полную защиту от механических повреждений, деформаций и трещин. Сильные удары и температурные перепады стальным теплообменникам не страшны.

        

Надеемся что наша статья помогла узнать плюсы теплообменников а также их минусы.

Какой ТЭН лучше: медный или нержавейка?

В бытовых водонагревателях и других широко распространенных приборах используются ТЭНы – трубчатые нагревательные элементы, преобразующие электроэнергию в тепло для нагрева воды. Производители используют различные виды этих устройств, но все они работают по единому принципу: спираль с высоким сопротивлением нагревается при прохождении электрического тока и передает тепловую энергию на корпус через диэлектрический материал. Корпус может быть выполнен из медных сплавов или нержавеющей стали.

Преимущества ТЭНов из нержавеющей стали

Корпус нагревательного элемента постоянно контактирует с водой: агрессивная среда приводит к его постепенному разрушению. Для увеличения срока службы производители используют так называемые «сухие» ТЭНы, оснащенные дополнительной керамической оболочкой – она не подвержена коррозии, но существенно замедляет нагрев.

Более энергоэффективным решением проблемы коррозии стали ТЭНы из нержавейки. Корпус, выполненный из нержавеющей стали, не подвержен коррозии и не разрушается при длительном контакте с агрессивной влажной средой.

У таких нагревателей есть сразу несколько преимуществ:

1. Высокая прочность. В составе нержавеющего сплава присутствует углерод, обеспечивающий корпусу нагревателя устойчивость к внешним механическим воздействиям.
2. Продолжительная эксплуатация. Прибор может работать очень долго без потери первоначальных характеристик.
3. Максимальная стойкость к агрессивным химическим воздействиям. В составе нержавеющей стали присутствуют никель, хром и другие легирующие элементы, оказывающие противодействие коррозии. ТЭНы из нержавейки не боятся разрушительной внешней среды.
4. Прочные соединения благодаря использованию сварки. Сплав хорошо поддается свариванию.
5. Экологичность. Нержавейка не вступает в реакцию с водой и не меняет ее химический состав. Это гарантирует безопасность применения в жилых домах.

Все эти плюсы обеспечили нагревательным элементам из нержавеющей стали широкое распространение. Они активно применяются в бытовых водонагревателях и различном промышленном оборудовании.

Использование ТЭНов из меди

Не менее востребованы медные ТЭНы – для производства корпусов используются специальные медные сплавы, устойчивые к воздействию агрессивной среды. Их основное преимущество – более высокая теплопроводность, благодаря чему воду удается нагревать быстрее. Это позволяет тратить меньше электроэнергии на прогрев.

Изделия из меди обладают несколькими преимуществами:

1. Высокая коррозионная стойкость. Такие изделия долго служат, хотя устойчивость к коррозии во многом зависит от качества используемой воды. Если в водопроводной воде присутствует большое количество хлора, то процесс коррозии идет быстрее, поэтому желательно устанавливать систему доочистки.
2. Природные бактерицидные свойства. Контакт с этим металлом губителен для микроорганизмов, поэтому он является дополнительным средством обеззараживания воды.
3. Высокая пластичность. Медные ТЭНы могут иметь разнообразную конфигурацию, что расширяет возможности производства.
4. Эффективная теплоотдача. Нагревательный элемент не деформируется даже при резких температурных перепадах.

Какой ТЭН выбрать

Выбор материала зависит от условий его эксплуатации. При сравнении стоит учитывать:

1. Срок службы. ТЭНы из нержавейки лучше противостоят агрессивному воздействию влажной среды.
2. Энергоэффективность. По этому параметру выгоднее медь – она обладает более высокой теплопроводностью.
3. Максимальная температура нагрева. У нержавейки она выше.
4. Мощность, размер, конфигурация. Аналог должен соответствовать особенностям для конкретного водонагревательного прибора.

И то, и другое оборудование может служить долго и безотказно, если при выборе были учтены необходимые параметры.

Какой теплообменник лучше? Объяснение трех основных типов …

• Продукты
  • Здоровье животных
    • Процессоры
      • Емкость для смешивания
      • Реактор
    • Силосы
      • Силос на заказ
      • Стандартный силос
    • Танки
      • Бак для смеси кормов для животных
      • Резервуар для хранения корма для животных
      • Заказной танк
      • Бункер
      • Переносное судно
      • Специальный технологический резервуар
      • Резервуар для хранения
      • Приемник
    • Прочие товары
      • Лестницы, мостки и платформы
      • Конденсаторы чистого пара
      • Кристаллизатор
      • Мультиэффект неподвижный
      • Генератор чистого пара
      • Установка для нагнетания воды
  • Пивоварение
    • Яркие пивные бочки
      • Танк для светлого пива на заказ
      • Стандартный резервуар для светлого пива
    • Ферментеры
      • Пользовательский ферментер
      • Открытый ферментер
      • Стандартный ферментер
    • Система дозирования хмеля
    • Стандартный варочный цех
    • Пивной резервуар
    • единиц
      • Custom Unitank
      • Стандартный Unitank
    • Прочие товары
      • Бак для воды для заваривания

.

Теплообменник Сравнение безбакерного водонагревателя

Для безбакерных теплообменников водонагревателя используются различные материалы, как первичные, так и вторичные, если применимо. В этом руководстве по безбакерновым теплообменникам рассматриваются:

Давайте сравним варианты безбакерных теплообменников для водонагревателей.

Что такое теплообменник?

Как следует из названия, теплообменник — это среда, часть, через которую тепло сгорания передается воде. Теплообменники постоянно нагреваются до 199 000 БТЕ тепла, что превышает мощность большинства газовых печей.Они также охлаждаются водой с температурой 30 ° F, протекающей по окружающей их трубе. В результате эти детали должны быть чрезвычайно прочными и устойчивыми к трещинам, вызванным нагревом и охлаждением. Они также должны очень хорошо проводить тепло. Теплообменник называется первичным теплообменником, если блок также имеет вторичный теплообменник.

Что такое вторичный теплообменник?

Вторичные теплообменники используются в газовых безбаквальных водонагревателях, газовых печах, котлах и других газовых системах, работающих на природном газе и пропане, с конденсационной технологией.Их цель — повысить эффективность теплопередачи, часто с низких или средних 80 до средних и высоких 90. В газовых водонагревателях это достигается за счет использования горячих дымовых газов для нагрева поступающей воды перед выпуском газов. В этом заключается различие между конденсационными и неконденсирующими водонагревателями без резервуара.

Дополнительную информацию можно найти в нашем Руководстве по покупке бесконтактного водонагревателя. Возможно, вам будет полезно все руководство, или вы можете использовать поле навигации по содержимому вверху, чтобы перейти к разделу «Газовые водонагреватели: с конденсацией или без конденсации».

• Плюсы: Вторичные теплообменники настолько эффективны, что воздухообменники с ними могут вентилироваться через стену с использованием ПВХ, а не через крышу с использованием металла, поскольку в выхлопных газах остается мало тепла.
• Минусы: Выхлопные газы очень кислые, поэтому они разрушают некоторые металлы.

Материалы теплообменника с плюсами и минусами

Бестакельные теплообменники изготавливаются из нескольких металлов и сплавов. В этом списке указаны металлы, прочность, устойчивость к коррозии и другие достоинства и недостатки.

Медь:

Это самый распространенный металл, используемый в теплообменниках всех производителей. Металл доступен по цене по сравнению с другими вариантами, но его преимущества выходят за рамки стоимости. У него самая высокая (лучшая) теплопроводность из всех металлов — 401, что примерно в 20 раз выше, чем у нержавеющей стали, поэтому тепло передается быстро. Медные теплообменники также очень хорошо справляются с расширением и сжатием. Единственный недостаток меди состоит в том, что она медленно растворяется под действием кислотности дымовых газов, а также снижает ее проводимость.По этим причинам его нельзя использовать во вторичных теплообменниках.

В нашем обзоре безрезервуарных водонагревателей руководства для Takagi, EcoSmart и Rheem относятся к числу тех, где используются медные первичные теплообменники.

Медный сплав:

Нержавеющая сталь содержит некоторое количество меди, поэтому это медный сплав, но содержание меди не такое высокое, как в медном сплаве с металлической маркировкой. Преимущество медного сплава заключается в том, что он обеспечивает отличную теплопроводность благодаря меди, но он гораздо лучше сопротивляется коррозии, чем чистая медь.Конденсационные водонагреватели Takagi относятся к числу тех, у которых есть первичные теплообменники из медного сплава.

Алюминий:

Этот металл обладает многими хорошими качествами, но не является лучшим ни в одной категории. Он легче меди и нержавеющей стали. Его рейтинг теплопроводности составляет 237, то есть примерно на 40% меньше, чем у меди, но на 1000% больше, чем у нержавеющей стали. Он лучше сопротивляется коррозии, чем медь, поскольку образует собственный оксидный слой, который защищает его от кислотности. Некоторые агрегаты Bosch имеют алюминиевые вторичные теплообменники, в том числе серии Bosch Therm C 1210ES и Greentherm C950ES.

Нержавеющая сталь:

Почти все вторичные теплообменники изготовлены из нержавеющей стали , поскольку они должны обладать высокой устойчивостью к кислотности выхлопных газов сгорания. Исключением являются агрегаты серии Noritz NRC98 с коммерческими медными теплообменниками.

Существуют различные марки нержавеющей стали, но не все производители указывают, какой тип они используют.

Takagi использует нержавеющую сталь 316L, морскую нержавеющую сталь, подходящую для солевых сред.«16» относится к 16% хрома в смеси.

Noritz использует теплообменники из нержавеющей стали STS 304. STS304 — это европейское название нержавеющей стали A2 или 18/10, содержащей около 18% хрома и около 10% никеля.

Navien использует нержавеющую сталь для обоих теплообменников, а не только для вторичных теплообменников. Это обеспечивает лучшую коррозионную стойкость, при этом обеспечивая рейтинг эффективности до 0,97 UEF, один из самых высоких в отрасли. Это одна из причин, по которой Navien с комфортом предлагает лучшую в отрасли 15-летнюю гарантию на теплообменник, длина которой соответствует Takagi и Bosch.

Модели Noritz EZ111 и EZ98 также имеют двойные теплообменники из нержавеющей стали, хотя гарантия на них составляет всего 12 лет.

Какой материал лучше всего подходит для теплообменников?

Как мы уже отмечали, у каждого есть свои плюсы и минусы. По невысокой стоимости и теплопроводности медь — топ. Для борьбы с коррозией нержавеющую сталь нельзя бить.

У нас есть две рекомендации по этому поводу, и обе относятся к конденсационным безбактовым нагревателям:

1). Если вы покупаете проточный водонагреватель на конденсирующем газе, избегайте моделей без вторичных теплообменников из нержавеющей стали.

2). Если ваша цель — более низкая стоимость, подойдут первичные теплообменники из меди или сплавы. Если вы готовы заплатить больше, чтобы получить большую долговечность, лучше всего подойдут двойные теплообменники из нержавеющей стали.

Изображение предоставлено: stanleyplumbing.net

.

Алюминий против чугуна против нержавеющей стали

Когда вы будете покупать котлы и читать их спецификации, вы увидите три материала, используемых в теплообменниках: чугун, алюминий и нержавеющую сталь. Теплообменник — это часть, которая передает тепло от дымовых газов воде, циркулирующей в котле, поэтому он является важной частью конструкции.

Давайте посмотрим на плюсы и минусы теплообменников из чугуна, алюминия и нержавеющей стали, а также на то, когда используется каждый материал.

Плюсы и минусы чугунных теплообменников

• Плюсы: Чугун недорогой и хорошо справляется с перепадами температуры. Он также очень долговечен, а на котлы с чугунными теплообменниками дается одна из самых длительных гарантий. Ограниченный срок службы и 20-летняя гарантия предлагаются на лучшие модели из чугуна от Peerless Boiler, Utica Boilers и других производителей котлов.
• Минусы: С чугуном есть три проблемы.Это самый тяжелый из трех материалов. Во-вторых, его нельзя использовать в конденсационных котлах по причинам, указанным ниже в преимуществах нержавеющей стали. Наконец, эффективность теплопередачи чугуна ниже, чем у двух других материалов.
• Итог: Большинство доступных по цене газовых и масляных котлов стандартной эффективности, устанавливаемых на полу, построены с чугунными теплообменниками.

Плюсы и минусы алюминиевых теплообменников

• Плюсы: Несмотря на то, что из трех материалов используется меньше всего, он имеет преимущество в том, что он легче и эффективнее передает тепло, чем чугун, и дешевле, чем нержавеющая сталь. .
• Минусы: Алюминий не передает тепло так же хорошо, как нержавеющая сталь, и его нельзя использовать в конденсационных котлах.
• Итог: Алюминиевые теплообменники используются в котлах с КПД от 90% до 94%, например, в котлах Utica UB90-100 IV 90% и Weil McLain Ultra Gas S3 CT с моделями с КПД 92-94%. .

Плюсы и минусы теплообменников из нержавеющей стали

• Плюсы: Нержавеющая сталь — единственный из трех материалов, который может использоваться в конденсационных котлах.Эти котлы улавливают дополнительное тепло за счет конденсации влаги в выхлопных газах, что делает их сверхэффективными. Проблема в том, что конденсат флюидного газа очень кислый и быстро разрушает чугунные и алюминиевые теплообменники. Нержавеющая сталь легче других, поэтому популярна для настенных газовых котлов.
• Минусы: Нержавеющая сталь — самый дорогой материал, который редко используется в блоках без конденсации, поэтому преимущества ее эффективности не используются. Во-вторых, из-за кислотности дымовых газов конденсационных котлов гарантия обычно составляет 15 лет или меньше и часто пропорционально через пять-семь лет.
• Итог: Некоторые исследования показывают, что конденсационные котлы не обладают долговечностью чугунных котлов, и поэтому деньги, сэкономленные за счет энергоэффективности, могут быть потеряны из-за необходимости более ранней замены оборудования, как утверждает президент US Boiler. в этом интересном письме команде Energy Star EPA.

.Промышленный теплообменник

: эксплуатация и обслуживание для минимизации загрязнения и коррозии

1. Введение

Теплообменник играет важную роль в промышленном применении. Он применяется для нагрева и охлаждения крупных промышленных технологических жидкостей [1]. Теплообменник представляет собой динамическую конструкцию, которая может быть адаптирована к любому промышленному процессу в зависимости от температуры, давления, типа жидкости, фазового потока, плотности, химического состава, вязкости и многих других термодинамических свойств [2, 3].В связи с глобальным энергетическим кризисом эффективная рекуперация или рассеивание тепла стала жизненно важной задачей для ученых и инженеров [4].

Теплообменники предназначены для оптимизации площади поверхности стенки между двумя жидкостями для максимального повышения эффективности при минимальном сопротивлении потоку жидкости через теплообменники при ограничении стоимости материалов. Рабочие характеристики теплообменных поверхностей могут быть улучшены за счет добавления гофров или ребер в теплообменник, которые увеличивают площадь поверхности и могут направлять поток жидкости или вызывать турбулентность [5].Эффективность промышленных теплообменников можно контролировать в режиме онлайн, отслеживая общий коэффициент теплопередачи на основе его температуры, которая имеет тенденцию к снижению со временем из-за загрязнения [6].

Возможное повреждение оборудования, вызванное образованием накипи, может быть очень дорогостоящим, если обработанная вода не обрабатывается правильно. Для очистки воды в промышленности обычно используются химические вещества. В США химикаты на сумму 7,3 миллиарда долларов в год выбрасываются в воздух, сбрасываются в реки и захоронены на свалках каждый год.Сорок процентов этих химикатов закупается промышленностью для борьбы с накипью в градирнях, котлах и другом теплопередающем оборудовании. Этот процент также представляет собой токсичные отходы на сумму более 2 миллиардов долларов, которые вносят свой вклад в триллион галлонов загрязненной воды, ежегодно сбрасываемой в землю, которая принадлежит всем нам.

Техническое обслуживание загрязненных трубчатых теплообменников может выполняться несколькими методами, такими как кислотная очистка, пескоструйная обработка, струя воды под высоким давлением, очистка пули или буровых штанг.В крупномасштабных системах водяного охлаждения для теплообменников обработка воды, такая как очистка, добавление химикатов, каталитический подход и т. Д., Используются для минимизации загрязнения теплообменного оборудования [7]. В паровых системах электростанций также используются другие процессы очистки воды, чтобы минимизировать загрязнение и коррозию теплообменника и другого оборудования. Большинство химикатов и добавок, используемых для уменьшения обрастания и коррозии, опасны для окружающей среды [8]. Итак, настало время применять химические вещества, безопасные для окружающей среды [9, 10, 11].

2. О промышленном теплообменнике

Промышленный теплообменник — это оборудование для передачи тепла, в котором используется процесс обмена тепловой энергией между двумя или более средами, имеющими разную температуру. Промышленные теплообменники применяются в различных промышленных приложениях, таких как производство электростанций, нефтегазовая промышленность, химические перерабатывающие предприятия, транспорт, альтернативные виды топлива, криогенная промышленность, кондиционирование воздуха и охлаждение, рекуперация тепла и другие отрасли.Кроме того, теплообменники — это оборудование, всегда тесно связанное с нашей повседневной жизнью, например, испарители, воздухоподогреватели, автомобильные радиаторы, конденсаторы и маслоохладители. В большинстве теплообменников поверхность теплообмена разделяет жидкость, которая включает широкий диапазон различных конфигураций потока для достижения желаемых характеристик в различных приложениях. Теплообменники можно классифицировать по-разному. Как правило, промышленные теплообменники классифицируются в соответствии с конструкцией, процессами переноса, степенью компактности поверхности, схемами потока, схемами прохода, фазой технологических жидкостей и механизмами теплопередачи, как показано на Рисунке 1.

Рисунок 1.

Классификация промышленных теплообменников [12].

3. Основные концепции конструкции теплообменника

Концепции конструкции теплообменника должны соответствовать нормальным технологическим требованиям, указанным в условиях эксплуатации для сочетания некорродированных и корродированных условий, а также чистых и загрязненных условий. Одним из важнейших критериев конструкции теплообменника является то, что теплообменник должен быть спроектирован таким образом, чтобы его было легко обслуживать, что обычно подразумевает очистку или замену деталей, трубок, фитингов и т. Д.повреждены старением, вибрацией, коррозией или эрозией в течение всего периода эксплуатации.

Следовательно, конструкция теплообменника должна быть как можно более простой, особенно если ожидается сильное загрязнение. За счет минимизации температуры в сочетании с выбором скорости жидкости и снижением концентрации предшественников загрязняющих веществ снижается вероятность потенциального загрязнения. Кроме того, должна быть разрешена самая высокая скорость потока в условиях падения давления и эрозии потока. Кроме того, выбор материала при ограниченных затратах замедляет накопление отложений и позволяет сократить время пребывания.Он также должен быть совместимым с точки зрения pH, коррозии и не только с теплообменником, но и с точки зрения теплооборудования и линий передачи теплообменника.

4. Обрастание

Обрастание всегда определяется как образование и накопление отложений нежелательных материалов на поверхностях технологического оборудования. Эти обычно материалы с очень низкой теплопроводностью образуют изоляцию на поверхности, которая может значительно ухудшить характеристики поверхности по передаче тепла при разнице температур, для которой она была разработана [13].Вдобавок к этому засорение увеличивает сопротивление потоку жидкости, что приводит к более высокому перепаду давления в теплообменнике. На поверхностях теплопередачи могут возникать многие типы загрязнений, например, кристаллизационное загрязнение, загрязнение твердыми частицами, коррозионное загрязнение, загрязнение химическими реакциями, биологическое загрязнение и твердое загрязнение [14]. Загрязнение может иметь очень дорогостоящий эффект в промышленности, что в конечном итоге увеличивает расход топлива, прерывает работу, производственные потери и увеличивает затраты на техническое обслуживание [15].

Обрастание состоит из пяти стадий, которые можно кратко охарактеризовать как начало обрастания, перенос на поверхность, прикрепление к поверхности, удаление с поверхности и старение на поверхности [16]. Есть несколько параметров, влияющих на факторы загрязнения, такие как pH [9], скорость [17], объемная температура жидкости [18], температура поверхности теплопередачи, структура поверхности [19] и шероховатость [20, 21].

Общий процесс загрязнения обычно считается чистым результатом двух одновременных подпроцессов: процесса осаждения и процесса удаления, как показано на рисунке 2.Как показано на Рисунке 3, рост этих отложений приводит к снижению теплопередачи теплообменника со временем. Эта проблема влияет на энергопотребление промышленных процессов и в конечном итоге вызывает промышленный сбой из-за отказа теплообменника, как показано на рисунке 4.

Рисунок 2.

Общий процесс загрязнения [22].

Рисунок 3.

Устойчивость к обрастанию в зависимости от времени [22].

Рисунок 4.

Сильное скопление отложений на трубопроводах теплообменника [24, 23].

5. Коррозия

Характеристики окружающей среды, такие как почва, атмосфера, вода или водные растворы, обычно разрушают обычные металлы и сплавы. Разрушение этих металлов известно как коррозия. Приятно то, что коррозия происходит из-за электрохимического механизма. Преждевременные отказы различного оборудования вызваны коррозией в большинстве промышленных процессов и инженерных операций, что приводит к нежелательным проблемам. Сюда входят дорогостоящие поломки, внеплановый останов и увеличение затрат на техническое обслуживание.

Этот простой ухудшается в таких областях, как химическая промышленность, нефтепереработка, морские и наземные электростанции, производство бумаги, кондиционирование воздуха, холодильники, производство продуктов питания и спиртных напитков. Таким образом, общая информация и механизм коррозии вызовут большой интерес у общественности и промышленности [24]. На процесс коррозии влияют различные параметры, как показано на рисунке 5. Следовательно, эти критерии следует учитывать при проектировании теплообменников.

Рисунок 5.

Фактор, влияющий на коррозию [25].

6. Затраты, связанные с обрастанием

Помимо высокой стоимости загрязнения теплообменника, было сообщено об очень небольшом количестве работ по точному определению причин экономических штрафов из-за загрязнения. Таким образом, они объясняют стоимость разницей в конструкции и эксплуатации теплообменника. Тем не менее, надежное знание экономики обрастания желательно для оценки экономической эффективности различных стратегий смягчения [26, 27]. Общие затраты, связанные с обрастанием, включают следующее:

1. Капитальные затраты

   Избыточная площадь поверхности, необходимая для преодоления тяжелых условий загрязнения, затраты на более прочный фундамент, обеспечение дополнительных площадей и увеличение затрат на транспортировку и установку.

2. Затраты на энергию

   Затраты на дополнительное топливо, необходимое, если загрязнение приводит к дополнительному сжиганию топлива в теплообменном оборудовании, чтобы преодолеть эффект загрязнения.

3. Затраты на техническое обслуживание

   Затраты на удаление отложений обрастания, затраты на химикаты или другие эксплуатационные расходы на противообрастающие устройства.

4. Себестоимость производственных потерь

   Плановые или внеплановые остановки производства из-за загрязнения теплообменников могут привести к большим производственным потерям.Эти потери часто считаются основной причиной засорения, и их очень сложно оценить.

5. Дополнительные затраты на управление окружающей средой

   Затраты на утилизацию большого количества химикатов / добавок, используемых для уменьшения загрязнения.

В разных странах сообщается об огромных затратах на загрязнение. Steinhagen et al. сообщил о затратах на обрастание с точки зрения ВНП для некоторых стран, как представлено в таблице 1.

Страна	Затраты на обрастание млн долларов США	ВНП (1984) млрд долларов США	Затраты на обрастание % ВВП
США	3860–7000 8000–10 000	3634	0.12–0,22 0,28–0,35
Япония	3062	1225	0,25
Западная Германия	1533	613	0,25 –930	285	0,20–0,33
Австралия	260	173	0,15
Новая Зеландия	35		0.15
Всего индустриального мира	26,850	13 429	0,20

Таблица 1.

Расчетные затраты на загрязнение, понесенные в некоторых странах (оценка 1992 г.) [28].

7. Текущие усилия по решению проблем, связанных с отложениями отложений и коррозией

Было проделано много работ для уменьшения образования отложений и контроля коррозии. В последние годы было разработано множество методов борьбы с загрязнением и коррозией [29].Эти методы можно классифицировать как химические средства (ингибиторы), механические средства, изменение фаз раствора, электромагнитные поля, электростатические поля, акустические поля, ультрафиолетовое излучение, радиационная или каталитическая обработка, обработка поверхности, зеленые добавки, волокно в виде суспензии, В прошлом хромат был успешным химическим средством для защиты от коррозии и контроля роста кристаллов, пока он не был запрещен. Введен полифосфатный ингибитор коррозии вместо добавок на основе хроматов.Этот ингибитор имеет тенденцию к разложению загрязняющих веществ в воде с высокой кальциевой жесткостью. Knudsen et al. исследовали загрязнение воды с высоким содержанием кальция, содержащей ингибитор фосфатной коррозии. Четыре различных сополимера использовались для ингибирования осаждения фосфата кальция, который включает акриловую кислоту / малеиновый ангидрид (AA / MA), акриловую кислоту / гидроксипропилакрилат (AA / HPA), акриловую кислоту / сульфоновую кислоту (AA / SA) и сульфированный стирол / малеиновый ангидрид (SS / MA). Исследования проводились путем варьирования pH, температуры поверхности и скорости.В сообщенном исследовании говорится, что как AA / HPA, так и (AA / SA) очень эффективны в ингибировании осаждения фосфата кальция и коррозии.

С другой стороны, каталитический материал, состоящий из цинка и турмалина, был исследован для уменьшения загрязнения и коррозии. Tijing et al. сообщили, что материал катализатора потенциально снижает образование отложений карбоната кальция [30]. Teng et al. сообщили об аналогичном открытии каталитического материала по уменьшению воздействия сульфата кальция [31]. Более того, Tijing et al.дальнейшее расширение исследований за счет использования того же материала катализатора для уменьшения коррозии труб из углеродистой стали [31].

В прошлом большинство используемых методов, химикатов / добавок для загрязнения и уменьшения коррозии были опасны для окружающей среды. Итак, настало время применять методы экологически чистых технологий и химические подходы, безвредные для окружающей среды [9, 10, 11].

8. Снижение загрязнения с помощью зеленой технологии (каталитическое смягчение и зеленая добавка)

Физическая очистка воды (PWT) — хорошая альтернатива безопасному и эффективному методу смягчения нехимического загрязнения.Примеры PWT включают постоянные магниты [32], устройства с соленоидными катушками [33], зеленые добавки [34], а также каталитические материалы и сплавы [35].

Для уменьшения образования накипи на поверхностях теплопередачи часто используются химические добавки, но химические вещества дороги и представляют опасность для окружающей среды и здоровья. Снижение образования накипи от дегидратов сульфата кальция на поверхностях теплообменников с помощью волокон из натуральной древесной массы было проведено Кази [36] и другими в Университете Малайи. Экспериментальная работа была спроектирована и проведена для изучения использования волокна из натуральной древесной массы в качестве средства уменьшения загрязнения, как показано в Таблице 2 и на Рисунке 6.

Таблица 2.

Экспериментальная установка для уменьшения загрязнения путем включения зеленых добавок [36, 37].

Рисунок 6.

Принципиальная схема экспериментального контура потока [37, 36].

На рисунке 7 показана зависимость сопротивления обрастанию от времени для раствора сульфата кальция с различной концентрацией волокон 0,25% (1), 0,15% (2), 0,05% (3) и 0,02% кривой (4) в минеральном растворе. . Результаты показывают, что волокна в растворе замедляют засорение нагретых поверхностей, и это замедление пропорционально концентрации волокна в растворе.Индукционный период также увеличился.

Рис. 7.

Устойчивость к обрастанию как функция времени для волокна эвкалипта в перенасыщенном растворе сульфата кальция [38, 37].

9. Очистка теплообменника

Для поддержания или восстановления эффективности теплообменника часто бывает необходимо очистить теплообменники. Методы очистки можно разделить на две группы: онлайн-очистка и автономная очистка [38]. В некоторых приложениях очистка может выполняться в интерактивном режиме, чтобы поддерживать приемлемую производительность без прерывания работы.В остальных случаях необходимо использовать автономную очистку.

9.1. Оперативная очистка

Оперативная очистка обычно использует механический метод, предназначенный только для стороны трубы и не требующий разборки. Преимущества онлайн-очистки — это непрерывная работа теплообменника с надеждой на то, что не будет простоев, вызванных очисткой. Однако это увеличивает дополнительные расходы на установку нового теплообменника или большие затраты на модернизацию, и нет гарантии, что все трубы будут достаточно очищены.

1. Циркуляция шариков из губчатой ​​резины [39]

   Этот метод позволяет предотвратить накопление твердых частиц, образование биопленки и осаждение продуктов коррозии и накипи. Это применимо только для потока внутри трубок.

2. Две фазы обработки сульфатом железа

   Первая фаза включает первоначальное нанесение защитной пленки. Вторая фаза включает в себя уход за пленкой, которая в противном случае была бы разрушена сдвигающим эффектом потока.

3. Хлорирование, используемое для борьбы с биообрастанием [40]

4. Ингибиторы образования солей [10, 41, 42]

5. Магнитные устройства [10, 43, 44]

6. Звуковая технология [45]

   Излучатели звука высокой и низкой частоты (рожки) используются для уменьшения загрязнения теплообменников. Использование звука гораздо менее эффективно в липких и вязких отложениях, которые обычно связаны с зашлаковыванием.

7. Химическая очистка в режиме онлайн [46]

   Впрыск химических растворов в технологические потоки для целей очистки.

8. Использование излучения [47]

   Радиационная стерилизация воды с микробами, использование ультрафиолетового света и гамма-лучей рассматривались давно.

9.2. Автономная очистка

Альтернативой онлайн-очистке является остановка работы и очистка теплообменника. Автономную очистку можно разделить на автономную химическую очистку или механическую очистку. Метод очистки предпочтителен без необходимости демонтажа теплообменников, но обычно необходим доступ к внутренним поверхностям.Было бы разумно рассмотреть возможность установки «резервного» теплообменника, тем самым давая возможность очистить загрязненный теплообменник, в то же время поддерживая производство.

9.2.1. Механическая очистка в автономном режиме

1. Сверление труб и установка штанг [28]

   К вращающемуся валу могут применяться устройства, включая сверла, режущие и полировальные инструменты и щетки, которые могут быть изготовлены из различных материалов, например, стали или нейлона, латуни в зависимости от от материала трубки и характера отложений.

2. Очистка взрывчатыми веществами

   Используется для контролируемых взрывов, при которых энергия для удаления отложений передается ударной волной в воздухе, прилегающей к очищаемой поверхности, или общей вибрацией труб, вызывающей взрыв. Это относительно новая инновация в очистке котельных. Можно начинать процесс очистки, пока конструкция еще горячая.

3. Термический удар [48]

   Особенно быстрые изменения температуры вызывают растрескивание слоя загрязнения с возможностью отслаивания.Эта техника похожа на пропитку паром. Промывка водой уносит смещенный материал, и ее повторяют до получения чистых поверхностей.

9.2.2. Автономная химическая очистка

1. Ингибитор фтористоводородной, соляной, лимонной, серной кислоты или EDTA (химическое чистящее средство) для очистки от оксидов железа, отложений кальция / магния (загрязнение) и т.д. [49].

   Ингибитор фтористоводородная кислота на сегодняшний день является наиболее эффективным средством, но ее нельзя использовать, если отложения содержат более 1% (мас. / Об.) Кальция.

2. Хлорированные или ароматические растворители с последующей промывкой подходят для тяжелых органических отложений, например смол и полимеров (загрязняющих веществ) [50].

3. Щелочные растворы перманганата калия [51] или паровоздушное коксоудаление [52] подходят для очистки отложений углерода (загрязняющих веществ).

10. Заключение

Загрязнение и коррозия являются основными нерешенными проблемами в эксплуатации теплообменников. Хотя проблемы отложений обрастания и их влияние на экономику вызывают серьезную озабоченность, соответствующие органы по-прежнему не осведомлены об этом.Кроме того, последствия коррозии многочисленны и разнообразны, и их влияние на эффективную, надежную и безопасную работу оборудования или конструкций часто бывает более серьезным, чем простая потеря массы металла. Таким образом, настоящий документ будет способствовать продвижению заинтересованных организаций в разных странах, серьезности этой проблемы и применению возможных подходов к смягчению последствий.

Для промышленности правильный метод очистки и контроль играют важную роль в снижении производственных затрат.Себестоимость продукции значительно возрастает из-за использования химикатов, работ по техобслуживанию, простоев и потерь воды. Следовательно, соответствующие органы должны понимать важность борьбы с коррозией, очистки загрязнения и обеспечивать соблюдение определенного стандарта процедуры очистки в промышленности.

Выражение признательности

Авторы выражают благодарность за грант High Impact Research Grant UM.C / 625/1 / HIR / MOHE / ENG / 45, UMRG RP012A-13AET, University Postgraduate Research Fund (PPP) (e.грамм. PG109-2015A), Ливерпульский университет Джона Мура, Соединенное Королевство, и Университет Малайзии, Малайзия, за поддержку в проведении этой исследовательской работы.

.