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管壳式换热器选材探讨

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来源：宏信公司关键字：换热器不锈钢纯铜打印：

对管壳式换热器，在管材上采用奥氏体不锈钢，普通黄铜及工业纯铜三种材质，探讨采用何种材质最佳。

关键词：管壳式换热器不锈钢黄铜纯铜选择

一、前言

管壳式换热器的壳体，封头及管板，这些较厚的部件一般都采用碳钢制成；管材目前已很少用碳钢，多

用奥氏体不锈钢或普通黄铜，最近有的厂家采用工业纯铜。这三种材质在物理性能、机械性能、化学性能

及资源与价格上都有差异。本文将其主要有关性能进行比较，从而对选材问题进行探讨。

这三种材料品种规格较多，以下奥氏体不锈钢以AISI306为代表；工业纯铜以二号铜（T2）为代表；普

通黄铜以三七铜（H68）为代表。这三种牌号也是换热器上最常用的其主要化学成分列于表-。

表-材料主要化学成分

二、导热性能的比较

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三种材料的导热系数!值相差很大，

对比列于表1。纯铜最突出的特点是导电及导热性能好，它的导电性和导热性在所有金属中仅次于银，居

第二位。从表2看出，若按-100℃来比较，H68的导热系数为不锈钢的7.4倍，而纯铜为不锈钢的21.9

倍。

表!材料导热系数的对比

1、对传热效果的影响

黄铜的导热系数比不锈钢大7倍多，纯铜则为20几倍，在对流换热中，相同的受热面积，铜管是否其传

热量也比不锈钢大相同的倍数呢？

并非如此，因为影响对流换热的传热量和传热效率的因素是其传热系数K。K值的大小，与高温侧换热

系数ah；低温侧换热系数ac；高温侧与低温侧的污垢系数§h和§c#9；以及管壁热阻δ/λ（δ为管壁厚

度）有关，热阻越大，换热器的传热效率越差。

一般黄铜管壁厚为2mm；其管壁热阻’而不锈钢管壁厚为0.5mm或0.6mm，则其管壁热阻

0.0006/17.3=3.47×10-5㎡.℃/w也就是管壁热阻不锈钢仅为黄铜的2.2倍。更重要的是，计算K值时最

主要的热阻是膜热阻1/аh及1/аe；其次是污垢热阻1/§h)及1/§c而δ/λ最小，常可略而不计。例如：水—

水换热器，设水侧放热系数均为6000w/㎡.℃,取污垢系数§h=§e=1000w/㎡.℃；不锈钢及工业纯铜管厚均

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为0.0006mm；而黄铜管厚为2mm。则膜热阻2*1/6000w/㎡.℃；污垢热阻为2*1/1000w/㎡.℃。而不锈

钢的管壁热阻为3.47×10-5黄铜为1.56×10-5；纯铜则为1.58×10-6w/㎡.℃。从以上计算数值可以明显

看出，虽然铜的导热系数比不锈钢大的多，但由于计算K值时管壁热阻很小，因此对对流换热的影响极

微。此外，金属表面状态对传热速度的影响很显著。换热器运行一定时间以后，金属表面都会形成一层

膜，不锈钢表面生成极薄的纯化膜，它对传热的影响极微，而黄铜的表面生成了具有一定厚度的氧化膜，

它一方面起到对腐蚀的阻抑作用，同时也对传热过程造成了附加热阻。有的学者用304不锈钢与含砷

海军黄铜（也为三七铜，但含砷，成分为Cu70%Zn29%；As0.02~0.01%），在同一换热器中进行两

年试验结果%如图)所示：

2.对冷凝传热的影响

有些换热器是冷却汽态介质，使之冷凝，这种换热器最常用於制冷设备。冷凝传热一般为膜状冷凝，其

冷凝传热系数约为5000w/㎡.℃；也有的换热器