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)質材料和優(yōu)良工藝來保 證，絕對可靠的要求必須通過結構形式的改變來保證。

    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與被冷卻介質 僅靠單根冷卻管的管壁隔開，若冷卻管破裂，兩種介質將混合， 這種混合介質進入其它設備后將 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）。一種介質在管程 （管內）流動，一種介質在殼程 （管外）流動，冷卻介質與被冷卻 介質之間有兩層管板及中間的間 隙隔開，如內側管板處的冷卻管 發(fā)生破裂，被泄漏的介質進入內、外兩管板之間的空腔，另一 種情況如外側冷卻管與外管板連接處泄漏，被泄漏的介質也流入內、外兩管板之間的空腔，在內、外兩管板之間的空腔下端安裝有報警裝置，泄漏的介質會及時發(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與被冷卻介 質僅靠單根冷卻管的管壁隔開， 如冷卻管破裂，兩種介質將混 合，這種混合介質進入其它設備 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構

    內、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，若是內冷卻管任何位 置出現(xiàn)腐蝕裂紋或小孔，冷卻管內流體則會通過兩冷卻管間導熱 片的間隙流至內、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）內冷卻管外壁加溢流槽結 構

    內、外雙冷卻管之間緊密貼 合有數(shù)量不等的導熱片結構難 保證導熱片與內、外雙冷卻管 之間的緊密貼合。加導熱片結 構工藝較為復雜，傳熱效率較 為低下，結合國內外相關技術 的發(fā)展和市場需要，以及多年 的新元件開發(fā)實踐經驗，對雙 冷卻管雙管板冷卻元件的結構 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。

    內冷卻管外壁加溢流槽的雙 冷卻管雙管板冷卻元件結構如圖 4 所示。由圖可見內冷卻管外壁開槽后，與外冷卻管內壁可以達 到預期的緊密貼合和排出流體報 警目的，從試驗和結構上表明比 在內、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。但此種結構有些不 足：

    a　由于內冷管的外壁開槽，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）　外冷卻管內壁加溢流槽結 構

針對內冷卻管外壁加溢流槽 結構存在許多缺陷，對其結構進 行適當?shù)母倪M，在外冷卻管內壁 進行了開槽（圖5），并制作了泄漏 結構試驗件，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，熱介質為200℃，7.0MPa 的干空氣，冷介質為工業(yè)用水，熱介質干空氣經末級換熱器冷 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

    大型電機定子和轉子的換熱器，通常情況下采用單冷卻管單管板結構的換熱器，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。

    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)質量問題。換熱器在艦艇和船舶中屬重要部件，換熱器質量好壞影響 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、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構的低。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、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。