鐘燕春 郭 雄 趙英娜

（1、湛江科技學(xué)院，廣東 湛江 524094 2、北京交通大學(xué)，北京 100044）

換熱器是燃?xì)鉄崴鞯暮诵牟考?，其使用的材料不僅需要具有較高的導(dǎo)熱性能，還需具有耐高溫和耐腐蝕的特性。目前包括中國在內(nèi)的很多國家生產(chǎn)的燃?xì)鉄崴鲹Q熱器所選用的材質(zhì)基本都是銅材，但是銅材料價(jià)格貴，在水質(zhì)差的地區(qū)易腐蝕，這些缺點(diǎn)對(duì)企業(yè)造成了成本高及售后維修困難等問題。而不銹鋼材質(zhì)成本低，耐腐蝕性能好，近幾年在歐美市場(chǎng)中，不銹鋼材質(zhì)的換熱器已在燃?xì)鉄崴鳟a(chǎn)品的中得到很好的市場(chǎng)應(yīng)用與驗(yàn)證。國內(nèi)也有多個(gè)廠家在進(jìn)行不銹鋼換熱器的探索和研究，但因目前技術(shù)及制造水平的限制，多數(shù)廠家都處于早期研發(fā)中[1]，相信隨著技術(shù)的發(fā)展，在不久的將來國內(nèi)廠家也能很好地生產(chǎn)出不銹鋼材質(zhì)的換熱器。本文主要是通過將不銹鋼材質(zhì)與無氧銅材料進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而對(duì)不銹鋼材質(zhì)在換熱器中的應(yīng)用展開分析。

1 換熱性能分析

圖1 換熱器工作原理示意圖

整個(gè)熱傳遞過程的總傳熱系數(shù)為:

其中h1——水和傳熱管壁面的對(duì)流換熱系數(shù)；

δ——傳熱管的壁厚；

h2——煙氣和傳熱管壁面的對(duì)流換熱系數(shù)；

λ——傳熱管材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

2 材料性能分析

對(duì)不銹鋼材料性能方面的分析主要是從力學(xué)性能、熱力性能以及抗腐蝕性能三個(gè)方面將不銹鋼材料與銅材料進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 力學(xué)性能

金屬材料的力學(xué)性能是指材料抵抗外力的能力。表1是無氧銅和不銹鋼304材料在力學(xué)性能方面的分析比較。

表1 材料力學(xué)性能分析

通過表1的對(duì)比分析可知：塑性變形方面，不銹鋼與無氧銅的塑性性能相差不大，但在強(qiáng)度方面，不銹鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都比無氧銅高，因此在相同的使用情況下，不銹鋼的使用壽命比無氧銅長。此外，不銹鋼的硬度較高，具有很強(qiáng)的抗沖擊性能及抗振性能。

2.2 熱力性能

熱力性能直接影響材料在傳熱過程中的使用，對(duì)材料進(jìn)行熱力性能方面的分析至關(guān)重要。本節(jié)通過對(duì)材料熱力性能方面進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而判斷在燃?xì)鉄崴鲹Q熱器中使用不銹鋼材料將無氧銅替換這一方法是否可行。

在材料的熱力性質(zhì)方面，相對(duì)不銹鋼，無氧銅在比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)這兩方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是在換熱器的理論計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)于總換熱系數(shù)的影響較小，因此，即使是使用不銹鋼作為換熱器的材料，對(duì)于熱水器的換熱效率影響并不大。

2.3 抗腐蝕性能

不銹鋼管和銅管的抗腐蝕性能如表2所示。

表2 不銹鋼管與銅管的抗腐蝕性能

由表2可知，不銹鋼管與銅管相比具有的優(yōu)點(diǎn)：抗沖擊腐蝕性能好，能很好的抵抗蒸汽帶水滴在高速中的沖擊腐蝕；抗氨腐蝕性能好：耐水側(cè)沖擊腐蝕，可提高冷卻水流速，這樣既可提高總體傳熱系數(shù)，又可減少管內(nèi)雜質(zhì)的沉積。

2.4 其他

在換熱器制造中，除了需要關(guān)注材料的力學(xué)性能、熱力性能、使用性能以及加工工藝等方面外，還需要考慮材料的成本和外觀等問題。

在成本方面，雖然不銹鋼材料的成本價(jià)是無氧銅材料的一半，但由于不銹鋼在焊接中所使用電焊條價(jià)格是無氧銅的3倍之多，因此在小批生產(chǎn)中不銹鋼換熱器的制造成本會(huì)比無氧銅的要高。

3 加工可行性分析

現(xiàn)有換熱器的加工工藝多采用釬焊方式，表3是對(duì)無氧銅和不銹鋼304在焊接方面的性能做出的分析對(duì)比。

表3 加工性能分析

通過分析可以看出，由于不銹鋼的焊前工藝較為復(fù)雜，而且焊接溫度較高，因此相對(duì)無氧銅，不銹鋼的加工工藝難度更高。

4 結(jié)論

綜上分析可以看出，在燃?xì)鉄崴鲹Q熱器的使用材料中，與無氧銅相比，不銹鋼材質(zhì)在換熱性能方面以及熱力性能方面差異不大，加工方面略顯不足，但在抗腐蝕能力方面，不銹鋼材質(zhì)具有明顯優(yōu)勢(shì)。由此可見，從材料的應(yīng)用層面出發(fā)，不銹鋼材質(zhì)可應(yīng)用于燃?xì)鉄崴鲹Q熱器中，并能有效提高燃?xì)鉄崴鞯目垢g性能力。