浮头式换热器
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内翅片管换热器换热效率降低及分析点击：2120 日期：[ 2014-04-26 21:14:13 ] |
| 内翅片管换热器换热效率降低及分析 张庆生 (开封东京空分集团有限公司，河南省开封市北关街8号475001) 摘要:内翅片管换热器使用一段时间后，换热效率会降低。主要原因是:波纹型翅片与内管定位不好，引起管内堵塞;内管一端封头的头部很薄，使用一段时间后出现中孔现象，使流体短路，换热系数发生变化;内(外)管和翅片清洗不彻底，使内翅片换热管钎焊部位脱落，影响钎焊质量甚至堵塞通道。详细介绍在内翅片换热管加工过程中对上述三种问题的解决方法。 关键词:内翅片管换热器;换热效率;波纹型翅片;定位;封头;钎焊 中图分类号:TB657.5文献标识码:B 1·内翅片管换热器简介 内翅片管换热器是一种新形式、新结构的换热器。目前生产制造的换热器大多为铜管式结构或不锈钢管式结构。以铜管式结构为例，内翅片管换热器由一个耐热气体腐蚀的铜制外管和插入到铜制外管内的铜制插件组成，铜制插件包括一个内管和沿其纵向延伸的铜制翅片，用以扩展传热的表面积，其结构较其他形式的换热器设计更加合理、紧凑，传热效率高，可大幅度减小换热器的体积和重量，特别适用于气—液介质的热量交换，气体由管程通过，水由壳程通过。随着内翅片管换热器的不断发展，内翅片换热管得到了广泛的应用。 内翅片换热管由波纹型翅片与外管、内管组成，其结构如图1所示。以流体流动方向的中心为界，当气体流过的时候，在翅片表面的边界，气体的扰动会增大，使气体流速与温度梯度的协同程度得到改善，增强了换热效果。同时由于波纹型翅片的位置选择恰当，流体阻力增加不多，因而大大提高了内翅片管换热器的传热性能，在管体内，气体在其多个环形宽翅片内部循环，与外管换热，热量朝径向的外侧延伸，达到换热效果。内翅片管换热器使用一段时间后，其换热效率会降低。现对影响内翅片换热管换热效率的原因和解决措施进行分析，供参考。 2·翅片与内管定位不好引起管内堵塞 2.1对换热效率的影响分析 波纹型翅片与内管定位不好，装配时就产生了中心位偏移现象，一边翅片缝隙变小，内翅片管换热器工作一段时间后，就出现污垢堆积，造成堵塞，使流通面积减小，气体的阻力降增大，影响内翅片换热管的迎风面积，在单位时间内，单位迎风面积上所流过的气体质量改变，使内翅片管换热器的整体质量流速发生改变，而影响换热管的换热系数和换热器的总传热系数;另一边翅片缝隙变大，内翅片管换热器工作中，造成流体流过时短路，换热系数发生变化，使内翅片换热管的换热效率降低。 2.2解决措施 (1)保证内翅片换热管内(外)管的直线度:制作前，内翅片换热管内(外)管每批管材应逐根进行内、外表面和壁厚的检查，管材的化学成分和力学性能应符合国家标准《加工铜及铜合金化学成分和产品形状》(GB/T 5231—2001)及《铜及铜合金拉制管》(GB/T 1527—2006)的规定。在内翅片换热管内(外)管综合加工过程中，用三棱刮刀清除毛刺。对内翅片换热管内(外)管再次进行校直。校直后，保证内翅片换热管外管圆度≤1.4 mm和直线度≤2.75 mm，内管圆度≤0.6 mm和直线度≤2.3 mm，校圆后的内翅片换热管不得有严重的刻划伤痕，伤痕深度不得大于0.2 mm。 (2)翅片采用波纹型以增加其强度，实验证明散热翅片材料选用波纹型翅片较好，其参数见表1。 内翅片换热管的传热过程主要通过翅片热传导及翅片与流体之间的对流传热来完成，翅片选用波纹型，增加了内翅片的强度，穿内管时，内翅片不会向一边弯曲。它不仅能使散热翅片传热面积增加，换热效率提高，也使给定体积的内翅片换热管增大了散热元件的对流表面积，以加强发自该内翅片换热管的热散逸，根据内翅片换热管走向在内翅片换热管内形成垂直水平曲折型的翅片环形栅排，增强了换热效果。 (3)缩口后，要求3段管子同轴度从原来要求的0.5 mm变为0.3 mm，这样内管处于外管的轴线上，气体进入管内的迎风面积才能沿圆周均匀分布，内翅片上不易积灰，气体的阻力不受影响。当管口与中间段管不同轴时，管子应再次蘸一下润滑油并在缩口机上再进行一次缩口。注意3段管子的同轴度和缩口段圆弧平滑过渡，并应用游标卡尺在两个垂直方向测量缩口后的管口尺寸;还应再次清洗管口油污，烘干内翅片换热管。当内翅片换热管外管弯曲时，外管两端插入芯棒，放在两个V形铁上，进行校直。 (4)采用引管套:在总装时，穿入内管时采用引管套(如图2所示)，内翅片换热管内管放置在中心，使内翅片在管内分布均匀，整个装配过程速度加快，内管和翅片定位合理，方法简便，增强了散热效果，而且提高了内翅片换热管的耐用度。 3·封头出现中孔现象使流体短路 3.1对换热效率的影响分析 内翅片换热管内管一端封头的头部很薄，使用一段时间后，经常会出现中孔现象，当流体流过时，同样会引起短路，使得换热系数发生变化。造成内管封头出现中孔现象的原因是内管材料太硬。 3.2解决措施 再次审核内翅片换热管内管材料材质，并根据标准GB/T 1527—2006和《金属管压扁试验方法》(GB/T 246—2007)重新做铜管的压扁试验，做好工艺记录、形成可行的工艺报告。通过试验，检验铜管管壁内卷及其形状的变形性能，并显示其缺陷。这是对内翅片换热管内管封头前性能的测试。 在封头前，对内管一端进行管头的局部退火处理(退火温度550℃650℃)，使铜管的强度和硬度减小。退火后，将内管装夹在封头机器上，再次对内管一端进行封头后，头部厚度要达到工艺要求。封头要求:①用弹簧夹头夹紧内管，封头时封刀与管壁摩擦发热，左、右手配合匀速进给，管头受热内卷，自然闭合;②封头后，管头部分封好的厚度与管壁厚度相同;③封头与管子外壁圆滑过渡，无可见裂纹或裂口。 4·内(外)管和翅片清洗不干净，使内翅片换热管钎焊部位脱落，影响钎焊质量 4.1对换热效率的影响分析在对内翅片换热管外管、内管和翅片的清洗时往往清洗不干净，使内翅片换热管钎焊部位脱落，影响钎焊质量，造成内翅片管换热器工作中，内管和翅片松动、窜出，影响换热效果，严重时会堵塞通道。 4.2解决措施 再次进行除油脱脂、清洗、烘干处理:清洗内翅片换热管、散热翅片上的油渍、手印、氧化层等污渍。 清洗要求:①清洗池使用不锈钢容器;②加热器使用石英加热管;③使用挂具应定好距离，以避免产品之间碰合，造成清洗不匀现象;④将散热翅片装入吊篮，避免产品之间叠加，造成清洗不匀现象。 清洗、烘干步骤:先进行除锈、去油、脱脂处理(10～15分钟)，铜及铜合金除锈去油、脱脂后，先用冷水冲洗再用热水冲洗，然后进行钝化处理(1～3分钟)、水洗(三道逆流漂洗)，清洗后进行漂洗或者水冲洗，把管内、管外的残渣全部冲洗干净，并且要求pH值达到7，最后甩干、烘干水分。清洗时候，要戴好手套，如皮肤不慎接触到药液，用自来水冲洗即可。清洗的时候，环境必须通风。 清洗后，换热管内部若还有污垢、水分没有彻底烘干，造成翅片与内、外管钎焊不好，易松动，产生热阻，影响钎接质量。无论用哪种清洗剂都应用流动水清洗换热管内部，将换热管内部彻底清洗干净，尤其是管内的残渣应全部冲洗干净，并彻底烘干或风干。 5·结束语 内翅片换热管翅片与内管定位不好，引起管内堵塞、封头出现中孔现象使流体短路，以及对内(外)管和散热翅片的清洗不彻底，使内翅片换热管钎焊部位脱落，影响钎焊质量，都是衡量内翅片换热管质量的重要指标，关系到内翅片换热管换热效率的高低。在进行内翅片换热管加工过程中，应注意对上述三种影响因素的控制，如通过钎焊接头的无损检验，宏观金相检验，对内翅片换热管的钎焊做焊接工艺评定，来检验内翅片换热管的产品质量，进而进一步确保内翅片换热管产品质量。 参考文献: ［1］GB/T 1527—2006．铜及铜合金拉制管［S］．2006. ［2］GB/T 5231—2001．加工铜及铜合金化学成分和产品形状［S］．2001. ［3］魏锋，涂善东，寿比南，等．压力容器用材料及热处理［M］．北京:化学工业出版社，2005. ［4］GB/T 246—2007．金属管压扁试验方法［S］．2007. ［5］GB/T 241—2007．金属管液压试验方法［S］．2007. ［6］JB/T 6896—2007．空气分离设备表面清洁度［S］．2007.［7］GB/T 2059—2008.铜及铜合金带材［S］．2008. |
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