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电站空调机组壳管式换热器的改进方法点击：2002 日期：[ 2014-04-26 22:13:56 ] |
| 电站空调机组壳管式换热器的改进方法 张晓华 摘要：三峡左岸电站2中央空调系统的6台风冷热泵式冷(热)水空调机组(单机制冷量600kW)，各包含两个独立制冷循环系统、共用一台壳管式换热器。针对设备投入使用后出现的换热器故障，进行解体分析，并采相应的措施，效果良好。 关键词：壳管式换热器 分析 改进措施 中图分类号：TB657 文献标识码B 一、结构及特点分析 空调机组中壳管式换热器主要由i部分构成(图1)：端盖(包括分隔板、接管、冷剂侧连接法兰等)，换热器主体(包括换热铜管束、折流板、管板等)和外壳。水在壳体与铜管束之间腔体内流动，制冷剂在铜管内部流动。制冷时，制冷剂经膨胀阀节流后在铜管内部蒸发吸收水侧热量，对空调系统循环水制冷；制热 时，经压缩机压缩后的高温制冷剂气体经四通换向阀换向后进人铜管内部，向水侧释放热量，并凝结为液体，从而对空调系统循环水制热。 换热器换热面积52m ，设计压力(管程／壳程)2．4MPaO．6MPa，设计温度(管程，壳程)9O℃／55℃，最高工作压力(管程／壳程)1．9MPa／O．5MPa，介质(管程，壳程)R22／H O。对该换热器的特点进行分析： (1)换热器铜管采用u型管，安装在固定管板上，通过隔板将制冷剂进出流道分开，由于U型管整体性好，铜管接口都在同一管板上，壳体可一端封闭焊接，一端采用法兰与管板连接，较大程度减少了漏点。由于每台空调机组的两台压缩机共用一台壳管式换热器，实际U型铜管束分为两组，通过隔板将端盖分为四个腔体。各腔体之间采用密封垫隔开。 (2)换热器铜管为薄壁内螺纹铜管，管壁厚度O．4ram。内螺纹铜管增加了换热面积。换热效率高，但弯管、胀管过程易造成铜管损坏。 (3)折流板垂直方向布置。强迫水流上下矩形波式流动，有助于增强换热效果。 (4)采用水平进出水管布置，占用的空间位置相对较小，便于安装。 (5)管板处胀管段铜管也采用内螺纹管，但胀管时极易将管口胀裂和产生非正常变形。 (6)换热器铜管布置紧密，结构紧凑，体积小。但铜管问问隙小，若受到冲击振动，易磨损，且空调系统循环水中杂物进入铜管间隙后极难清理。 (7)换热器进水口侧铜管部分封堵，占总管数的10％。换热器设计容量富余，为减少进水管侧水流对铜管的冲击，特别设置工艺性假管，将换热器进水口侧铜管部分封堵，即使该部分铜管破裂，水系统中的水也不会进入制冷循环管路系统中。 二、存在问题及原因分析 1.换热器铜管内部存在毛刺和铜屑由于铜管与管板连接采用机械胀管器将管口胀大密封，不可避免会产生毛刺和铜屑，厂家在壳管式换热器安装之前未仔细检查清理，导致毛刺和铜屑大量残留在换热器铜管内。空调设备运行一年后检修时发现，铜屑随制冷剂进入压缩机缸体、润滑油中，严重威胁压缩机安全运行。 2．管板处铜管变形鼓包 经过对换热器解体检查，发现管板上位于制冷剂进液腔处有部分铜管变形鼓包。分析原因有：(1)壳管式蒸发器设计不合理，壳体上的m水法兰位于管板端中部，经过尾部折流板导出的水直接从壳体出水法兰流出，造成换热不均匀，并在换热器管板附近下部产生死区。(2)管板处胀管不均匀，局部有空隙，造成管板处水侧铜管与管板胀口之间局部位置结冰，引起铜管变形鼓包。(3)制冷剂进人端盖处没有导流措施，造成局部激烈换热损伤铜管，从损坏变形的铜管分布看，主要集中在正对进液口的部位． 3．换热器铜管凹陷变形、破裂 由于空调机组采用内置式管道泵，水泵出口与换热器进水l1之间距离不足2m，水泵n；[]未采取减振措施，水流对换热器铜管的脉动冲击较大；由于每块折流板只能固定铜管束的部分铜管．U形管束端部离折流板最远处达O．8m，此部分铜管相当于以折流板为支点形成悬臂式结构，换热器进水口正对着u形管束的端部，在水流冲击作用下，引起铜管束端部处于“悬臂”状态的铜管长期颤振疲劳变形折断；换热器壳体直径较小，铜管束排列紧密，管距不均匀，局部位置仅2mm，铜管束端部处于“悬臂”状态的铜管变形后相互碰触摩擦导致铜管破损。检修过程中发现数台换热器均发生铜管变形或破损情况。 4．壳体内腔及折流板锈蚀严重 换热器壳体和折流板原设计均采用普通钢板，未采取防腐措施，导致使用过程中锈蚀严重。 5．铜管与折流板支架之间松动 导致铜管与折流板支架之间松动的原因：一是由于折流板采用普通钢板加，为方便安装，折流板穿管孔洞尺寸略大于铜管外径，机械胀管时部分胀管头偏移摆动或者变形，导致胀管不紧密铜管松动；二是由于折流板锈蚀导致孔洞尺寸变大引起铜管松动。 6．端盖分隔腔隔板密封垫破裂 由于一台空调主机包含2套相对独立的制冷循环系统，共用一套壳管式换热器。因此换热器铜管分成两组，相应换热器端盖通过隔板分成4个腔体，端盖分隔腔与管板连接处通过密封垫密封。原设计隔板密封垫采用石棉纸垫，石棉纸垫脆性高，安装过程中以及在长期压力和频繁冲击作用下易断裂，从而造成制冷剂在换热器端盖处通过断裂的分隔筋短路，影响换热效果。 三、改进措施 为彻底解决原换热器设计、制造方面存在的缺陷，避免换热器铜管破裂造成制冷循环系统进水。检修时对6台空调机组换热器全部进行了更换，更换的换热器重新进行了优化设计，进行了一系列改进措施，使用一年后从抽检情况看，效果较好，基本解决了原换热器存在的缺陷。主要包括以下几方面(参见图2)。 1．壳体加长，设专门进水段 在壳管式换热器进水段增加壳体长度370mm，并在增加的进水段与换热器铜管束之间设筛网状分流孔板，分流孑L板采用圆形不锈钢板冲16ram小孔，小孔总数172个，均匀分布，总过流面积等于2．82倍进水管(DN125)截面积，降低了局部水流速度，减少了对铜管的冲击。同时进水方向由垂直于铜管束方向变为平行方向，避免了进水水流直接横向冲击换热器铜管，引起铜管疲劳变形及破裂。 2．增加冷剂进液散流板 在离换热器端盖进液腔内制冷剂进液口3era处增加散流板，散流板为圆形孑L板，孑L板采用三角型支架与换热器端盖内进液口周围焊接牢同，制冷剂液体进人端盖后直接冲击在散流板上，从散流板支架四周空隙及散流孔板上4,~L(O5mm)均匀进入端盖进液腔，从而避免了制冷剂分配不均引起的局部剧烈换热。 3．加厚铜管壁厚 在保证换热效率的前提下，换热器铜管的壁厚度从0．4mm增加到0．6mm，有效提高了铜管强度。 4．改善壳体及折流板防腐能力 壳体内腔采取金属烤漆防腐，折流板采用聚四氟乙烯板，有效解决了防腐问题。 5．铜管胀口特殊处理 胀口处为特制光孔的铜管，增加胀口深度。原换热器铜管采用整体内托丝管，在铜管胀口与管板结合部位极易造成胀13损伤和胀接不均匀现象，通过此项改进措施，保证了胀口胀接质量。 6．进水口处增加减振接头 为减小水泵振动传递到换热器，减小水流冲击，在换热器进水口处增加了一个橡胶减振软接头，收到了较好的效果。 7．加大壳体内腔直径，取消防水流冲击工艺性假管由于专门设置了进水段，水流不直接冲击铜管，原换热器设计的防水流冲击T艺性假管失去作用，铜管总数减少了10％，同时将壳体内腔直径加大20mm。铜管束之间管距变大，可减小水流扰动以及铜管相互碰触磨损。 8．改变折流板方向 换热器采取一端侧面进水，另一端相对侧面出水，进水管与出水管均采取水平方向布置，同时将壳体内折流板方向改变90。与进出水流向相符，消除水流程局部水流死区。 9．端盖分隔腔隔板密封垫采用聚四氟乙烯板制作。通过改善密封垫材料，提高了密封性能和抗挤压能力，使用寿命K。 |
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