雙冷卻管雙管板換熱器的研發(fā)及應(yīng)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(guò)程、應(yīng)用以及 強(qiáng)化換熱的方法。

    【關(guān)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(lái)

    隨著社會(huì)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備的技術(shù)含量和集成化進(jìn)一步提高，為保證設(shè)備的正常工作，要求與之相關(guān)聯(lián)的換熱器設(shè)備應(yīng)具有高 可靠性，有的還提出了絕對(duì)可靠的要求。高可靠性的要求往往通過(guò)選用優(yōu)質(zhì)材料和優(yōu)良工藝來(lái)保 證，絕對(duì)可靠的要求必須通過(guò)結(jié)構(gòu)形式的改變來(lái)保證。

    換熱器的泄漏點(diǎn)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(guò)選用優(yōu)質(zhì)材料、增加厚度和增大螺栓壓緊力來(lái)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(shí)間的延長(zhǎng)，無(wú)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(shí)存在，無(wú)法保證換熱器的 絕對(duì)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(kāi)，若冷卻管破裂，兩種介質(zhì)將混合， 這種混合介質(zhì)進(jìn)入其它設(shè)備后將 會(huì)引起設(shè)備的損壞，嚴(yán)重的將會(huì) 導(dǎo)致設(shè)備燒毀。另外有的介質(zhì)屬 高壓、有毒流體，一旦滲漏將對(duì) 環(huán)境造成污染、甚至傷及人身安全。針對(duì)這種情況，對(duì)具有絕對(duì) 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(guò)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?yàn)槔鋮s管的 中間部位減緩腐蝕泄漏可以容易地通過(guò)增加冷卻管厚度的方法來(lái) 實(shí)現(xiàn)。針對(duì)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(bào)警接口或通道與之相聯(lián)，見(jiàn)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(dòng)，一種介質(zhì)在殼程 （管外）流動(dòng)，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(kāi)，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(jìn)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(bào)警裝置，泄漏的介質(zhì)會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，從而能及時(shí)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(duì)保護(hù)設(shè)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(kāi)， 如冷卻管破裂，兩種介質(zhì)將混 合，這種混合介質(zhì)進(jìn)入其它設(shè)備 后將引起設(shè)備損壞，嚴(yán)重的將會(huì) 導(dǎo)致設(shè)備燒毀。另外有的介質(zhì)屬 高壓、有毒流體，一旦滲漏將對(duì)環(huán)境造成污染、甚至傷及人身安 全。針對(duì)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(dǎo)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(dǎo)熱片，導(dǎo)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(huì)通過(guò)兩冷卻管間導(dǎo)熱 片的間隙流至內(nèi)、外兩管板之間 的空腔，及時(shí)報(bào)警，起到警示作 用，提醒工作人員停機(jī)檢漏，及時(shí) 維修或更換，達(dá)到預(yù)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(dǎo)熱片結(jié)構(gòu)難 保證導(dǎo)熱片與內(nèi)、外雙冷卻管 之間的緊密貼合。加導(dǎo)熱片結(jié) 構(gòu)工藝較為復(fù)雜，傳熱效率較 為低下，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù) 的發(fā)展和市場(chǎng)需要，以及多年 的新元件開(kāi)發(fā)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)雙 冷卻管雙管板冷卻元件的結(jié)構(gòu) 和制作工藝進(jìn)行了改進(jìn)并進(jìn)行 了大量的試驗(yàn)，目的是提高換 熱器的效率，降低制作的復(fù)雜 性，同時(shí)達(dá)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(jiàn)內(nèi)冷卻管外壁開(kāi)槽后，與外冷卻管內(nèi)壁可以達(dá) 到預(yù)期的緊密貼合和排出流體報(bào) 警目的，從試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)上表明比 在內(nèi)、外雙冷卻管之間加導(dǎo)熱片 的三件組合有工藝制作和技術(shù)性 能上的優(yōu)勢(shì)。但此種結(jié)構(gòu)有些不 足：

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

    b　開(kāi)槽管要開(kāi)模具定制，所以 其應(yīng)用范圍在外管板與內(nèi)管的聯(lián) 接采用焊接的場(chǎng)所，相對(duì)轆管有些不便，故沒(méi)有推廣。

    （3）　外冷卻管內(nèi)壁加溢流槽結(jié) 構(gòu)

針對(duì)內(nèi)冷卻管外壁加溢流槽 結(jié)構(gòu)存在許多缺陷，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn) 行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，在外冷卻管內(nèi)壁 進(jìn)行了開(kāi)槽（圖5），并制作了泄漏 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)件，試驗(yàn)情況表明可以達(dá)到預(yù)期的目的，工藝制作和技 術(shù)性能上都能滿足要求。

    3　雙冷卻管雙管板換熱器的 應(yīng)用

    3.1 雙冷卻管雙管板換熱器在石油 化工行業(yè)的應(yīng)用2 0 0 4 年配山東華魯恒升48000m3/h 空分裝置增壓機(jī)末級(jí) 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(jí)換熱器冷 卻后進(jìn)入空分裝置進(jìn)行-200℃ 的低溫高壓分離，所以絕對(duì)不允許冷卻水進(jìn)入冷箱中，一旦冷卻水進(jìn)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(jì)的損失。采用雙冷卻管雙管板換熱器可以保證設(shè)備的安全。

    3.2 雙冷卻管雙管板換熱器在電力行業(yè)的應(yīng)用

    大型電機(jī)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(chǎng)合下，如核電站電機(jī)、石化電機(jī)需采用雙冷卻管雙管板換熱器保護(hù)電機(jī)的正常工作。另外電力變壓器的油冷卻器，也絕對(duì)不允許冷卻水進(jìn)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(yīng)用

    艦艇航行時(shí)因執(zhí)行軍事任務(wù)，絕對(duì)不允許換熱器出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)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(dòng)力，導(dǎo)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(qiáng)化

    雙冷卻管雙管板換熱器因由內(nèi)、外兩根冷卻管和兩個(gè)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(gè)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(qiáng)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(jī)運(yùn)行反映良好，在 哈爾濱大電機(jī)研究所試驗(yàn)表明， 綜合性能在國(guó)內(nèi)屬領(lǐng)先技術(shù)。同國(guó)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(guó)外各冷卻元 件，具有國(guó)際先進(jìn)水平。