翅片管式换热器在节水改造中的应用

 摘　要:本文针对某厂汽机及给水泵的冷换设备陈旧,原设计未充分考虑到冷换管壁结垢后影响冷换效果的因素,造成冷却效果差,在夏季被迫掺用或直接用工业水(地下水)进行冷却的情况,认为利用新型先进翅片管式换热器对其进行改造,增加了换热面积,提高了换热效果,能达到优化全厂水平衡和节水的目的。
    
    前言
    本人是学校带学生实习实训的教师,在一次带化工机械班在某厂实习的过程中,发现该厂的一台换热器存在严重的问题。
    该厂由于建厂时间长,汽机冷油及给水泵的冷换设备因为夏天循环水温度高(37℃),而原设计由于未充分考虑到冷换管壁结垢后影响冷换效果的因素,在夏季被迫掺用或直接用工业水(地下水)进行冷却,达到维持设备运行参数的目的,由此,约300吨/小时工业水流入冷却水塔,造成水塔水位长期处于高位,导致水塔长时间不能补入软化水,水质变差,不得已加大循环水排污,从而造成循环水浓缩倍率偏低,最终导致工业水耗量增加和凝汽器换热管束因腐蚀发生泄漏的可能性增大,为此,必须对汽机及辅机的冷换设备进行必要的技术改造。
    受条件限制,改造时需要把握两个原则:一是不影响正常生产;二是减少动改工作量,减少投资。本人在带实习期间,协助该厂的技术人员,在经过广泛调研和论证的基础上,利用比较成熟和先进和翅片管换热技术,将原冷换设备中的光管改造成双金属翅片管管束,增加了有效的冷却面积,增强了介质流动时的湍流程度,从而提高冷油器的换热效果。
    1　采用翅片管的必要性
    用普通的圆管(光管)组成的热交换器,在很多情况下,管外流体和管内流体对管壁的换热系数是不一样的。所谓换热系数,是指单位换热面积,单位温差(流体与壁面之间的温差)时的换热量,它代表流体和壁面之间的换热能力的大小。
    例如:水在壁面上凝结时的换热系数为: 10000—20000 w/(m2.℃)
    水在壁面上沸腾时的换热系数为: 5000—10000w/(m2.℃)
    水流经壁面时的换热系数大约为: 2000—10000w/(m2.℃)
    空气或烟气流经壁面时的换热系数为: 20-80 w/(m2.℃)
    空气自然对流时的换热系数只有: 5—10(m2.℃)由此可见,流体与壁面之间的换热能力的大小相差是很悬殊的。因此换热器的换热效果取决于换热系数低的一侧,即为换热瓶颈。
    要提高换热效果最有效的方法之一就是在低侧采用扩展表面,即做成翅片管。假定翅片管的实际传热面积为原来的光管外表面积的若干倍,虽然换热系数仍然很低,但总体的传热效果将大大增加,从而使整个传热过程增强,在总传热量一定的情况下,也可以使设备的金属耗量减小,经济性提高。
    2　复合双金属翅片管的优越性
    我们采用的济南达能公司生产的“复合双金属翅片管冷却器”系山东大学和俄罗斯中央柴油机研究院联合开发专利技术,其具有如下优越性:
    2. 1　翅片管冷却器单位体积的换热面积一般要比光管冷却器大出5~10倍。换热管采用铜铝复合双金属翅片管,即铜管与铝管复合后,在专用机床上轧出铝翅片,铜铝结合为一体,其间无热阻。
    2. 2　由于翅片的特殊结构和翅片管合理的布置,使流体形成强烈的湍流,并使热边界层不断破坏,从而使其换热效率比传统的光管得到很大的提高,并且具有自清洁作用,翅片污垢不易积存。
    2. 3　保证换热效果的前提下减少换热管子的数量,减少金属的消耗率,这样可以使得管板应力分布均匀,不易泄漏。采用双层金属材料,而基(衬)管由一层铝壁保护,抗腐蚀,对温度突变及振动有良好的抗力,不易泄漏。