列管换热器
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双冷却管双管板换热器的研发及其应用点击：2076 日期：[ 2014-04-26 21:57:39 ] |
| 双冷却管双管板换热器的研发及其应用 张平（湖北登峰换热器有限公司，大冶435100） 摘要：本文介绍了双冷却管双管板换热器的研发背景、过程、应用以及强化换热的方法。 关键词：双冷却管双管板换热器 1.研发双冷却管双管板换热器的来源随着社会技术的发展，设备的技术含量和集成化进一步提高，为了保证设备的正常工作，要求与之相关联的换热器设备应具有高可靠性，有时要提出绝对可靠的要求。高可靠性的要求往往通过选用优质材料和优良工艺来保证，绝对可靠的要求必通过结构形式的改变来保证。 换热器的泄漏点有端盖与管板的连接处垫片泄漏、端盖的泄漏、冷却管的管端泄漏和冷却管 的中间部位腐蚀泄漏四种。端盖与管板的连接处垫片和端盖的泄漏可以通过选用优质材料、增加厚度和增大螺栓压紧力来控制。冷却管的管端腐蚀泄漏和冷却管的中间部位腐蚀泄漏随着换热器工作时间的延长，无法保证冷却管的管端和冷却管的中间部位不腐蚀泄漏，所以腐蚀泄漏的可能性随时存在，无法保证换热器的绝对安全可靠。单冷却管单管板换热器的冷却介质与被冷却介质仅靠单根冷却管的管壁隔开，如冷却管破裂，两种介质将混合，这种混合介质进入其它设备后将会引起设备的损坏，严重的将会导致设备烧毁。另外有的介质属高压、有毒流体，一旦渗漏将对环 境造成污染、甚至伤及人身安全。针对这种情况，对具有绝对可靠性要求的双冷却管双管板的换热器的研发显得非常重要。 2.双冷却管双管板换热器的研发过程 2.1单冷却管双管板换热器的研发 换热器的泄漏发生在管端的情况大约占70%，因为冷却管的中间部位减缓腐蚀泄漏可以容易地通过增加冷却管厚度的方法来实现。针对这种情况，先研发出了单冷却管双管板冷却元件。 泄漏处要求密封，有报警接口或通道与之相联，见图2。 单冷却管双管板冷却元件由单根冷却管和每端二块管板组成（图1），有的二块管板之间有泄 漏通道（图2）。一种介质在管程（管内）流动，一种介质在壳程（管外）流动，冷却介质与被冷却介质之间有两层管板及中间的间隙隔开，如内侧 管板处的冷却管发生破裂，被泄漏的介质进入内、外两管板之间的空腔，另一种情况如外侧冷却管与外管板连接处泄漏，被泄漏的介质也流入内、外 两管板之间的空腔，在内、外两管板之间的空腔下端安装有报警装置，泄漏的介质会及时发出报警信号。从而能及时发现管端泄漏故障的发生，减少两种介质发生混合的可能现象，起到管端绝对保护设备的作用。 2.2双冷却管双管板换热器的研发 单冷却管双管板冷却元件组成的换热器冷却 介质与被冷却介质仅靠单根冷却管的管壁隔开，如冷却管破裂，两种介质将混合，这种混合介质进入其它设备后将会引起设备的损坏，严重的将 会导致设备烧毁。另外有的介质属高压、有毒流体，一旦渗漏将对环境造成污染、甚至伤及人身安全。针对这种情况，研发出了双冷却管双管板冷却元件。 2.2.1双冷却管之间加导热片结构 内、外双冷却管之间紧密贴合有数量不等的导热片，导热片间有间隙，若是内冷却管任何位置出现腐蚀裂纹或小孔，冷却管内流体则会通过两冷却管间导热片的间隙流至内、外两管板之间的空腔，及时报警，起到警示作用，提醒工作人员停机检漏，及时维修或更换，达到预防事故的发生，减少更大的损失（图3）。 2.2.2内冷却管外壁加溢流槽结构 内、外双冷却管之间紧密贴合有数量不等的导热片结构难保证导热片与内、外双冷却管之间的紧密贴合。加导热片结构工艺较为复杂，传热效率较为低下，结合国内外相关技术的发展和市 场需要，以及多年的新元件开发实践经验总结，对双冷却管双管板冷却元件的结构和制作工艺进行了相关设计改进并进行了大量的试验，目的是提高换热器的效率，降低制作的复杂程度，同时达 到提高冷却元件可靠性的目的。 内冷却管外壁加溢流槽的双冷却管双管板冷却元件结构如图4所示。由图可见内冷却管外壁开槽后，与外冷却管内壁可以达到预期的紧密贴合和排出流体报警目的，从试验和结构上表明比在内、外双冷却管之间加导热片的三件组合有工艺制作和技术性能上的优势。但此种结构有些不足： 2.2.2.1由于内冷管的外壁开槽，使得与外管板辘管联接时，增加了一道对管子头的加工， 而光洁度和圆度都不易保证，数量较多时几乎不 可能。 2.2.2.2开槽管要开模具定制，所以其应用范围在外管板与内管的联接采用焊接的场所，相对辘管有些不便，故没有推广。 2.2.3外冷却管内壁加溢流槽结构 针对内冷却管外壁加溢流槽结构存在许多缺陷，对其结构进行适当的改进，在外冷却管内壁进行了开槽（图5），并制作了泄露结构试验件，试验情况表明可以达到预期的目的，工艺制作和技术性能上都能满足要求。 3.双冷却管双管板换热器的应用 3.1双冷却管双管板换热器在石油化工行业的 应用 2004年配山东华鲁恒升48000m3/h空分装置 增压机末级换热器，热介质为200℃，7.0MPa的 干空气，冷介质为工业用水，热介质干空气经末 级换热器冷却后进入空分装置，进行-200℃的低 温高压分离，所以绝对不允许冷却水进入冷箱中， 一旦冷却水进入冷箱，低温工况下冷却水快速结 冰，体积膨胀，造成不可估计的损失。采用双冷 却管双管板换热器可以保证设备的安全。 3.2双冷却管双管板换热器在电力行业的应用 大型电机定子和转子的换热器，通常情况下 采用单冷却管单管板结构的换热器，但在特种要 求较高场合下，如核电站电机、石化电机需采用 双冷却管双管板换热器保护电机的正常工作。另 电力变压器行业油冷却器，绝对不允许冷却水进 入冷却油中，所以大量采用双冷却管双管板换热 器冷却油介质。 3.3双冷却管双管板换热器在舰艇和船舶上的应用 舰艇航行时往往执行国防军事任务，换热器 在舰艇和船舶中属重要部件，换热器质量好坏影 响舰艇和船舶的动力，绝对不允许换热器出现质 量问题。否则会导致舰艇和船舶不能航行。所以 在舰艇和船舶也大量采用双冷却管双管板换热器。 4.双冷却管双管板换热器的传热强化 双冷却管双管板换热器因由内、外两根冷却 管和两个管板所组成，传热效率比单冷却管单管板结构的低。为了解决这个难题，研制成功的高 可靠性双冷却管双管板管换热器内、外冷却管可 以采用高性能的螺纹管和花瓣管（图6）等强化冷却管，也可以采用冷却管外套高效的散热片换热 元件从而提高换热器的传热性能（图7）。 双冷却管双管板换热器在石油化工、船舶、冶金、舰艇、电力等行业中装机运行反映良好，在哈尔滨大电机研究所试验表明，综合性能在国内属领先技术。同国外冷却元件相比，可靠性、传热性能、阻力特性、抗振性、使用寿命等方面明显优于国外各冷却元件，具有国际先进水平。 参考文献 [1]2004年双冷却管双管板双保护冷却器专利，专利人：张 平，专利号ZL200420016993.3. |
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