1、前言
冷卻器在我國(guó)石油化工、煉油、冶金、輕工、制藥、食品等行業(yè)應(yīng)用極為普遍，占全部工藝設(shè)備投資的40-60%。近年來(lái)，能源與材料費(fèi)用的不斷增長(zhǎng)，大大地推動(dòng)了高效節(jié)能冷卻器的發(fā)展。強(qiáng)化換熱和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，在科研和工業(yè)應(yīng)用上展現(xiàn)出蓬勃生機(jī)。張家港市江南鍋爐壓力容器有限公司根據(jù)用戶(hù)的要求，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和多年來(lái)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，已在冷卻器的設(shè)計(jì)制造上得到了新的發(fā)展。在這里介紹一些經(jīng)驗(yàn)體會(huì)。2、強(qiáng)化傳熱 冷卻器是利用一種工質(zhì)加熱或冷卻另一種工質(zhì)，換熱管兩側(cè)的熱阻大小，直接影響著冷卻器的換熱效果。傳熱強(qiáng)化僅需對(duì)放熱系數(shù)小的一側(cè)進(jìn)行，使兩側(cè)放熱系數(shù)接近。對(duì)兩側(cè)放熱系數(shù)相近的情況，則就需對(duì)兩側(cè)同時(shí)強(qiáng)化。傳熱強(qiáng)化的方法，對(duì)換熱管外主要是采用擴(kuò)展表面和優(yōu)化流體流動(dòng)的方式。對(duì)管內(nèi)主要采用異型管或管內(nèi)加擾流件的方式。因此對(duì)不同的工藝工質(zhì)，我們應(yīng)采用不同的強(qiáng)化傳熱方法。下面介紹幾種高效冷卻器的特點(diǎn)和運(yùn)用場(chǎng)合。2.1折流桿換熱器 折流桿換熱器是以折流桿取代折流板，在管外改善流體的流動(dòng)方式，減少折流板造成的流動(dòng)死區(qū)和滯流區(qū)，并且使流體在折流桿后產(chǎn)生有效的“渦街”效應(yīng)，從而達(dá)到強(qiáng)化傳熱的果，同時(shí)起到了降低流體阻力和消除換熱管的震動(dòng)造成的損傷、失效等作用。這種結(jié)構(gòu)在液體介質(zhì)粘度偏大的場(chǎng)合使用最佳。我們將石化煉油行業(yè)中原殼程為標(biāo)準(zhǔn)型式的浮頭式換熱器管束改為折流桿形式的管束后，達(dá)到了明顯的強(qiáng)化換熱效果。2.2波紋管換熱器 波紋管換熱器是將換熱管加工成內(nèi)外均呈連續(xù)波紋曲線的波紋管，使管子的縱向截面成波形，由相切的大小圓弧構(gòu)成，由于管內(nèi)流體的流動(dòng)截面不斷變化，使流體的擾動(dòng)增加而使傳熱強(qiáng)化。根據(jù)使用測(cè)試結(jié)果其管內(nèi)放熱系數(shù)可較光管提高3-4倍，同時(shí)殼程的換熱系數(shù)也可得到一定程度的提高，使總放熱系數(shù)提高1-2倍。目前我們已在許多熱網(wǎng)換熱器中應(yīng)用。同時(shí)在原油加熱器及壓縮機(jī)冷凝器中均取得了良好的效果。之外波紋管換熱管在解決管內(nèi)結(jié)垢問(wèn)題上起到明顯的作用。2.3螺旋槽管換熱器 螺旋槽管換熱器是將換熱管表面加工成螺旋形的凹槽，在管內(nèi)形成螺旋形凸肋的異型管。流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)受螺旋槽的導(dǎo)引，靠近壁面的流體順螺紋旋轉(zhuǎn)，螺旋形的凸肋使流體產(chǎn)生周期性的擾動(dòng)，這樣可以使流體邊界層減薄，并加劇流體的擾動(dòng)，因而使傳熱強(qiáng)化。一般其管內(nèi)放熱系數(shù)為光管的1.5-2.5倍，總的放熱系數(shù)可提高0.5-1倍。目前我們?cè)诠I(yè)鍋爐和其它換熱器設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。2.4螺旋翅片管和縱向翅片管換熱器 螺旋翅片管換熱器是將換熱管上螺旋纏繞高頻焊接扁鋼，縱向翅片管換熱器是將換熱管圓周上沿軸線方向、高頻焊接U型翅片。兩種冷卻器都是通過(guò)增加管外側(cè)受熱面、改變流體流動(dòng)的方式來(lái)強(qiáng)化傳熱。實(shí)驗(yàn)證明，小管徑翅片管束的傳熱性能優(yōu)于大管徑管束，適當(dāng)增加翅高和翅間距對(duì)傳熱有利，適當(dāng)密排對(duì)傳熱有利。螺旋翅片管換熱器主要用于流體橫向沖刷的場(chǎng)合，縱向翅片管主要用于流體縱向沖刷的場(chǎng)合，同時(shí)起到大大縮小冷卻器體積的作用。我們?cè)诳諝忸A(yù)熱器、熱管換熱器及鍋爐上，采用了這類(lèi)換熱器，取得了明顯的強(qiáng)化換熱效果。2.5螺旋折流板換熱器 螺旋折流板換熱器對(duì)傳統(tǒng)折流板換熱器進(jìn)行了大膽的創(chuàng)新。采用與殼體軸線成某一角度狀排列的螺旋板作為折流板。使介質(zhì)在殼體內(nèi)螺旋推進(jìn)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了在較小泵功能消耗條件下較高的傳熱效果的效果。其特點(diǎn)有：具有較高的傳熱系數(shù)；殼側(cè)流阻較小，無(wú)滯流區(qū)；不易污垢沉積。延長(zhǎng)維修周期，減少維修費(fèi)用。適用于較粘稠介質(zhì)。2.6“T”管換熱器 “T”管換熱器是采用一種T型截面的螺旋圍繞翅片。這樣布置產(chǎn)生一種沿管子外表面具有一窄縫的螺旋室，能使周?chē)后w滲入所形成的室內(nèi)。基于蒸發(fā)，氣泡沿縫隙長(zhǎng)度跑出，起著成核的位子作用，以增強(qiáng)沸騰。這種冷卻器總的放熱系數(shù)比習(xí)慣上的低翅片總的放熱系數(shù)提高約30%，我們大量用于各種蒸發(fā)器和余熱鍋爐，取得了很好的強(qiáng)化換熱效果。3、設(shè)計(jì)制造控制 冷卻器的使用壽命，取決于冷卻器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和試驗(yàn)的控制。冷卻器在不同的工藝使用場(chǎng)合，應(yīng)有著不同的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和試驗(yàn)的要求。下面我們討論一些易出現(xiàn)影響質(zhì)量的問(wèn)題。3.1材料的影響 在冷卻器的設(shè)計(jì)選材過(guò)程中，我們應(yīng)根據(jù)不同的工藝介質(zhì)特性，選用不同的材料，從而提高換熱器的質(zhì)量水平。如：在具有HCL和H2S應(yīng)力腐蝕的場(chǎng)合，我們應(yīng)該采用08Cr2ALMO這種材料；在具有SO2露點(diǎn)腐蝕的情況下我們應(yīng)該采用ND來(lái)延緩腐蝕；在某些特殊的材料還可以采用不銹鋼、耐熱鋼、鈦材、鋯材及雙相不銹鋼等，以起到沿長(zhǎng)壽命的作用。3.2經(jīng)濟(jì)性的影響 經(jīng)濟(jì)上的考慮也會(huì)影響
冷卻器的質(zhì)量和壽命。材料的不同，冷卻器的價(jià)格也會(huì)有明顯的區(qū)別，造成的產(chǎn)品質(zhì)量壽命也不同。我們?cè)谝粋�(gè)工藝流程中首先要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，對(duì)采用不同材料產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益作分析比較，從而可以得到最佳的選材方案。比如在氟化工、氯化工中設(shè)備采用鈦及鈦以上的材料可以大大延長(zhǎng)壽命，但是從經(jīng)濟(jì)性來(lái)說(shuō)還是采用普通碳鋼材料定期更換更經(jīng)濟(jì)。3.3制造的影響 換熱器制造過(guò)程中最有爭(zhēng)議的問(wèn)題之一就是選擇換熱管與管板連接的結(jié)構(gòu)。一般情況下，有三種類(lèi)型的密封結(jié)構(gòu)：脹接、密封焊、強(qiáng)度焊。從我們多年來(lái)制造換熱器的實(shí)踐證明，我們不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為某種密封結(jié)構(gòu)最好，我們還應(yīng)根據(jù)換熱器的介質(zhì)、工況等特點(diǎn)選擇合理的密封結(jié)構(gòu)，必要時(shí)還可采用密封焊加強(qiáng)度脹。強(qiáng)度焊加貼脹和強(qiáng)度焊加強(qiáng)度脹等形式。但是無(wú)論采用哪種結(jié)合形式，換熱管的精度和管板的管孔尺寸的加工精度是直接影響結(jié)合質(zhì)量的重要因素。因此選擇合格可靠的換熱管供應(yīng)商和控制板管加工質(zhì)量是制造的關(guān)鍵。同時(shí)在管子和管板的焊接和脹接過(guò)程中，我們應(yīng)減少人為因素。采用全自動(dòng)氬紙焊和電腦控制的脹接手段，確保每個(gè)接頭都按要求標(biāo)準(zhǔn)制造，這樣才能真正控制好換熱器的質(zhì)量，提高壽命。
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GL 系列冷卻器
