سیستم تبرید: چگونه لوله های مسی را انتخاب و طراحی کنیم؟

لوله های مسی یکی از پرکاربردترین لوله ها در سیستم های برودتی هستند. لوله های مسی دارای مزایای هدایت حرارتی خوب، استحکام بالا، پلاستیسیته خوب و مقاومت در برابر خوردگی هستند و به طور گسترده در اجزای تبادل حرارتی مانند کندانسورها و اواپراتورها و همچنین خطوط لوله اتصال استفاده می شود. در این مقاله به تفصیل در مورد طبقه بندی لوله های مسی، الزامات فنی برای لوله های مسی تبرید و محاسبه ضخامت دیواره لوله مسی توضیح داده می شود.

1، طبقه بندی و ویژگی های عملکرد لوله های مسی
1. با توجه به ترکیب مواد:
لوله‌های مسی را می‌توان به لوله‌های مسی (TP2)، لوله‌های برنجی (H62/H65/H68)، لوله‌های برنزی (QSn6.{5}}.1)، لوله‌های مس سفید (آلیاژ Ni Cu) و غیره تقسیم کرد. لوله مسی بهترین هدایت حرارتی را دارد، اما گران تر است. لوله مسی زرد دارای استحکام بالا، اما هدایت حرارتی کم است. لوله های مسی برنزی و سفید دارای مقاومت در برابر خوردگی خوب هستند، اما عملکرد پردازش ضعیفی دارند.
2. تقسیم بر فرآیند تولید:
لوله های مسی را می توان به لوله های مسی بدون اکسیژن، لوله های مسی حاوی اکسیژن، لوله های مسی با رزوه داخلی و غیره تقسیم کرد. لوله های مسی حاوی اکسیژن دارای استحکام و سختی متوسط، جوش پذیری خوب هستند و معمولاً به عنوان لوله های اتصال استفاده می شوند. دیواره داخلی لوله مسی با رزوه داخلی رزوه شده است که اثر افزایش انتقال حرارت خوبی دارد.
3. با توجه به سختی:
لوله های مسی را می توان به سه دسته تقسیم کرد: حالت نرم (حالت O)، حالت نیمه سخت (1/2H) و حالت سخت (حالت H). لوله مسی O-state نرم، با انعطاف پذیری و شکل پذیری خوب، اما استحکام کم است. لوله های مسی حالت H استحکام و سختی بالایی دارند، اما انعطاف پذیری ضعیفی دارند. لوله مسی 1/2H دارای استحکام و انعطاف پذیری متوسط، عملکرد پردازش خوب است و انتخاب ارجح برای خطوط لوله تبرید است.

2، الزامات فنی برای لوله های مسی مورد استفاده در سیستم های تبرید
1. الزامات مواد
سیستم های تبرید اغلب از لوله های مسی 1/2H (TP2M) استفاده می کنند و ترکیب شیمیایی آنها باید با مفاد GB/T 17505-2010 [4] مطابقت داشته باشد:
Cu+Ag بزرگتر یا مساوی 99.90%
{{0}}.015% کمتر یا مساوی P کمتر یا مساوی 0.040%
محتوای عناصر ناخالصی باید شرایط Bi کمتر یا مساوی با {{{0}} را برآورده کند.001%, Sb کمتر یا مساوی 0 .{{1{12}}}}02%, کمتر یا مساوی با 0.002%,Fe کمتر یا مساوی 0.005%, Pb کمتر یا مساوی 0.005 %S کمتر یا مساوی 0.005%، Zn کمتر یا مساوی 0.005%، Ni کمتر یا مساوی 0.002%، Sn کمتر یا مساوی 0.002%.
2. خواص مکانیکی
خواص مکانیکی لوله های مسی 1/2H باید شرایط زیر را برآورده کند [4]:
استحکام کششی Rm بیشتر یا مساوی 295 مگاپاسکال
قدرت تسلیم Rp0.2 بزرگتر یا مساوی 255 مگاپاسکال
کشیدگی پس از شکست A بیشتر یا مساوی 3 درصد
جدول: خواص مکانیکی لوله ها در دمای اتاق

3. انحراف ابعادی
انحراف حدی قطر خارجی (D) و ضخامت دیواره (های) لوله‌های مسی باید مطابق با مفاد جدول 1 [5] باشد. وزن Mick (M) باید طبق فرمول M=0.02566 · D · s [6] محاسبه شود و انحراف باید در ± 8٪ باشد.
جدول: ابعاد و انحراف لوله مسی (میلی متر)

جدول 1/2H انحراف حد اندازه لوله مسی (mm)

3، روش محاسبه برای ضخامت دیواره لوله مسی
1. روش های استاندارد برای مخازن تحت فشار
با توجه به کد مخزن تحت فشار ASME، حداقل ضخامت دیواره لوله های مسی تحت فشار داخلی را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد [7]:
t٪7b٪7b0٪7d٪7dPD٪2f(2S٪7b٪7b2٪7d٪7d.8P)
در فرمول: t- حداقل ضخامت دیوار (mm)، فشار طراحی P (MPa)، قطر بیرونی لوله D (mm)، تنش مجاز S لوله مسی (MPa)، به طور کلی به عنوان 1/3 ~ 1 / در نظر گرفته می شود. 4 از قدرت تسلیم لوله مسی.
2. روش های مکانیک سیالات
با توجه به افت فشار در جریان سیال، ضخامت دیواره لوله های مسی نیز باید شرایط مقاومت مکانیک سیالات را برآورده کند [8]:
t=D·(3ξρv^2/8σ[s])^0.5
در فرمول: ξ - ضریب درگ در طول مسیر، مربوط به عدد رینولدز و زبری نسبی. ρ - چگالی مبرد (kg/m³)؛ سرعت جریان مبرد V (m/s)؛ σ [s] - تنش برشی مجاز لوله مسی (MPa) که می تواند به عنوان 1/3 مقاومت تسلیم در نظر گرفته شود.
3. روش خستگی ارتعاشی
لوله‌های مسی در سیستم‌های تبرید اغلب تحت تنش متناوب قرار می‌گیرند و قدرت خستگی ناشی از ارتعاش باید تأیید شود [9]:
σ[a]=Cf·σ[-1]·(2N[f])^m کمتر یا مساوی [σ]
در فرمول: σ [a] - دامنه تنش متناوب (MPa)، Cf - ضریب کیفیت سطح، σ [-1] - حد خستگی مواد لوله مسی (MPa)، در نظر گرفته شده به عنوان 0.4 0.5 از قدرت تسلیم، Nf - عمر خستگی (بار)، شاخص مقاومت m-خستگی، در نظر گرفته شده به عنوان 34، [σ] - تنش متناوب مجاز (MPa)، در نظر گرفته شده به عنوان 0.6~ 0.7 از قدرت تسلیم. از این رو می توان حداقل ضخامت دیوار مورد نیاز را تخمین زد.
برای اطمینان از ایمنی و قابلیت اطمینان لوله‌های مسی در شرایط سخت کاری مانند دمای بالا، فشار بالا و لرزش، طراحی به طور کلی باید به طور جداگانه طبق سه روش فوق محاسبه شود و حداکثر مقدار باید به عنوان ضخامت نامی دیوار انتخاب شود. از لوله مسی

4، نتیجه گیری
انتخاب و طراحی لوله های مسی برای سیستم های تبرید یک پروژه سیستماتیک است که نیازمند بررسی همه جانبه عوامل مختلف از جمله مواد، پردازش، اتصال، نصب و استفاده است. هنگام طراحی، مواد، شرایط و مشخصات لوله های مسی باید بر اساس ظرفیت خنک کننده سیستم، سیال کار، دما، فشار و سایر پارامترها به طور معقولی انتخاب شوند. تعیین ضخامت دیواره لوله مسی نیاز به تایید و محاسبه از جنبه هایی مانند ظرفیت تحمل فشار، مقاومت سیال، خستگی ارتعاشی و غیره دارد تا از ایمنی، قابلیت اطمینان و صرفه جویی در سیستم اطمینان حاصل شود.
لازم به ذکر است که فرمول محاسبه ضخامت دیوار ارائه شده در این مقاله فقط برای مرجع است. در طراحی واقعی، تأثیر عواملی مانند شعاع خمش لوله مسی، فاصله تکیه گاه و روش اتصال نیز باید در نظر گرفته شود. طراحان باید به موقع آخرین استانداردها و پیشرفت های فنی لوله ها و اتصالات مسی را درک کنند، روش های طراحی را بهبود بخشند و کیفیت طراحی را افزایش دهند. در عین حال، تقویت کنترل فرآیند ساخت و ساز، رعایت دقیق مشخصات حمل و نقل، ذخیره سازی، پردازش، اتصال و نصب و راه اندازی سیستم لوله های مسی، به منظور اطمینان از عملکرد ایمن و کارآمد ضروری است. سیستم تبرید