雙冷卻管雙管板換熱器的研發(fā)及應用

                                          張　平

                           （湖北登峰換熱器有限公司　湖北　大冶　435100）

    【摘要】介紹了雙冷卻管雙管板換熱器的研發(fā)背景、過程、應用以及 強化換熱的方法。

    【關鍵詞】雙冷卻管　雙管板　換熱器

    1　研發(fā)雙冷卻管雙管板換熱 器的由來

    隨著社會技術的發(fā)展，設備的技術含量和集成化進一步提高，為保證設備的正常工作，要求與之相關聯(lián)的換熱器設備應具有高 可靠性，有的還提出了絕對可靠的要求。高可靠性的要求往往通過選用優(yōu)質(zhì)材料和優(yōu)良工藝來保 證，絕對可靠的要求必須通過結(jié)構(gòu)形式的改變來保證。

    換熱器的泄漏點有端蓋與管板的連接處墊片泄漏、端蓋的泄 漏、冷卻管的管端泄漏和冷卻管 的中間部位腐蝕泄漏四種。端蓋與管板的連接處墊片和端蓋的泄漏可以通過選用優(yōu)質(zhì)材料、增加厚度和增大螺栓壓緊力來控制。 冷卻管的管端腐蝕泄漏和冷卻管 的中間部位腐蝕泄漏隨著換熱器工作時間的延長，無法保證冷卻 管的管端和冷卻管的中間部位不腐蝕泄漏，所以腐蝕泄漏的可能 性隨時存在，無法保證換熱器的 絕對安全可靠。單冷卻管單管板換熱器的冷卻介質(zhì)與被冷卻介質(zhì) 僅靠單根冷卻管的管壁隔開，若冷卻管破裂，兩種介質(zhì)將混合， 這種混合介質(zhì)進入其它設備后將 會引起設備的損壞，嚴重的將會 導致設備燒毀。另外有的介質(zhì)屬 高壓、有毒流體，一旦滲漏將對 環(huán)境造成污染、甚至傷及人身安全。針對這種情況，對具有絕對 可靠性要求的雙冷卻管雙管板換 熱器的研發(fā)顯得非常重要。

    2　雙冷卻管雙管板換熱器的研發(fā)過程

    2.1 單冷卻管雙管板換熱器的研發(fā)

    換熱器的泄漏發(fā)生在管端的 情況大約有 7 0 %，因為冷卻管的 中間部位減緩腐蝕泄漏可以容易地通過增加冷卻管厚度的方法來 實現(xiàn)。針對這種情況，先研發(fā)出了單冷卻管雙管板冷卻元件。

                    

    泄漏處要求密封，有報警接口或通道與之相聯(lián)，見圖 2。 單冷卻管雙管板冷卻元件由單根冷卻管和每端二塊管板組成 （圖 1 ），有的二塊管板之間有泄 漏通道（圖 2）。一種介質(zhì)在管程 （管內(nèi)）流動，一種介質(zhì)在殼程 （管外）流動，冷卻介質(zhì)與被冷卻 介質(zhì)之間有兩層管板及中間的間 隙隔開，如內(nèi)側(cè)管板處的冷卻管 發(fā)生破裂，被泄漏的介質(zhì)進入內(nèi)、外兩管板之間的空腔，另一 種情況如外側(cè)冷卻管與外管板連接處泄漏，被泄漏的介質(zhì)也流入內(nèi)、外兩管板之間的空腔，在內(nèi)、外兩管板之間的空腔下端安裝有報警裝置，泄漏的介質(zhì)會及時發(fā)出報警信號，從而能及時發(fā)現(xiàn)管端泄漏故障，減少兩種介質(zhì)發(fā)生 混合的可能，起到管端絕對保護設備的作用。

    2.2 雙冷卻管雙管板換熱器的研發(fā)

    單冷卻管雙管板冷卻元件組 成的換熱器冷卻介質(zhì)與被冷卻介 質(zhì)僅靠單根冷卻管的管壁隔開， 如冷卻管破裂，兩種介質(zhì)將混 合，這種混合介質(zhì)進入其它設備 后將引起設備損壞，嚴重的將會 導致設備燒毀。另外有的介質(zhì)屬 高壓、有毒流體，一旦滲漏將對環(huán)境造成污染、甚至傷及人身安 全。針對這種情況，研發(fā)出了雙 冷卻管雙管板冷卻元件。

    （1）雙冷卻管之間加導熱片結(jié)構(gòu)

    內(nèi)、外雙冷卻管之間緊密貼 合有數(shù)量不等的導熱片，導熱片 間有間隙，若是內(nèi)冷卻管任何位 置出現(xiàn)腐蝕裂紋或小孔，冷卻管內(nèi)流體則會通過兩冷卻管間導熱 片的間隙流至內(nèi)、外兩管板之間 的空腔，及時報警，起到警示作 用，提醒工作人員停機檢漏，及時 維修或更換，達到預防事故的發(fā) 生，減少更大的損失（圖 3）。

    （2）內(nèi)冷卻管外壁加溢流槽結(jié) 構(gòu)

    內(nèi)、外雙冷卻管之間緊密貼 合有數(shù)量不等的導熱片結(jié)構(gòu)難 保證導熱片與內(nèi)、外雙冷卻管 之間的緊密貼合。加導熱片結(jié) 構(gòu)工藝較為復雜，傳熱效率較 為低下，結(jié)合國內(nèi)外相關技術 的發(fā)展和市場需要，以及多年 的新元件開發(fā)實踐經(jīng)驗，對雙 冷卻管雙管板冷卻元件的結(jié)構(gòu) 和制作工藝進行了改進并進行 了大量的試驗，目的是提高換 熱器的效率，降低制作的復雜 性，同時達到提高冷卻元件可靠性的目的。

    內(nèi)冷卻管外壁加溢流槽的雙 冷卻管雙管板冷卻元件結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。由圖可見內(nèi)冷卻管外壁開槽后，與外冷卻管內(nèi)壁可以達 到預期的緊密貼合和排出流體報 警目的，從試驗和結(jié)構(gòu)上表明比 在內(nèi)、外雙冷卻管之間加導熱片 的三件組合有工藝制作和技術性 能上的優(yōu)勢。但此種結(jié)構(gòu)有些不 足：

    a　由于內(nèi)冷管的外壁開槽，使 得與外管板轆管聯(lián)接時，增加了 一道對管子頭的加工，而光潔度 和圓度都不易保證，數(shù)量較多時 幾乎不可能。

    b　開槽管要開模具定制，所以 其應用范圍在外管板與內(nèi)管的聯(lián) 接采用焊接的場所，相對轆管有些不便，故沒有推廣。

    （3）　外冷卻管內(nèi)壁加溢流槽結(jié) 構(gòu)

針對內(nèi)冷卻管外壁加溢流槽 結(jié)構(gòu)存在許多缺陷，對其結(jié)構(gòu)進 行適當?shù)母倪M，在外冷卻管內(nèi)壁 進行了開槽（圖5），并制作了泄漏 結(jié)構(gòu)試驗件，試驗情況表明可以達到預期的目的，工藝制作和技 術性能上都能滿足要求。

    3　雙冷卻管雙管板換熱器的 應用

    3.1 雙冷卻管雙管板換熱器在石油 化工行業(yè)的應用2 0 0 4 年配山東華魯恒升48000m3/h 空分裝置增壓機末級 換熱器，熱介質(zhì)為200℃，7.0MPa 的干空氣，冷介質(zhì)為工業(yè)用水，熱介質(zhì)干空氣經(jīng)末級換熱器冷 卻后進入空分裝置進行-200℃ 的低溫高壓分離，所以絕對不允許冷卻水進入冷箱中，一旦冷卻水進入冷箱，低溫工況下冷卻水快速結(jié)冰，體積膨脹，造成不可估計的損失。采用雙冷卻管雙管板換熱器可以保證設備的安全。

    3.2 雙冷卻管雙管板換熱器在電力行業(yè)的應用

    大型電機定子和轉(zhuǎn)子的換熱器，通常情況下采用單冷卻管單管板結(jié)構(gòu)的換熱器，但在特殊場合下，如核電站電機、石化電機需采用雙冷卻管雙管板換熱器保護電機的正常工作。另外電力變壓器的油冷卻器，也絕對不允許冷卻水進入冷卻油中，所以大量采用雙冷卻管雙管板換熱器冷卻油介質(zhì)。

    3.3 雙冷卻管雙管板換熱器在艦艇和船舶上的應用

    艦艇航行時因執(zhí)行軍事任務，絕對不允許換熱器出現(xiàn)質(zhì)量問題。換熱器在艦艇和船舶中屬重要部件，換熱器質(zhì)量好壞影響 艦艇和船舶的動力，導致艦艇和船舶不能航行。在艦艇和船舶也大量采用雙冷卻管雙管板換熱器。

    4　雙冷卻管雙管板換熱器的傳熱強化

    雙冷卻管雙管板換熱器因由內(nèi)、外兩根冷卻管和兩個管板所組成，傳熱效率比單冷卻管單管板結(jié)構(gòu)的低。為了解決這個難題，研制成功的高可靠性雙冷卻管雙管板管換熱器其內(nèi)、外冷卻管采用高性能的螺紋管和花瓣管（圖 6）等強化冷卻管，也可采用冷卻管外套高效的散 熱片換熱元件從而提高換熱器的傳熱性能。

                    

    雙冷卻管雙管板換熱器在石油化工、船舶、冶金、艦艇、電力 等行業(yè)中裝機運行反映良好，在 哈爾濱大電機研究所試驗表明， 綜合性能在國內(nèi)屬領先技術。同國外冷卻元件相比，可靠性、傳熱 性能、阻力特性、抗振性、使用壽 命等方面明顯優(yōu)于國外各冷卻元 件，具有國際先進水平。