冷卻器在我國石油化工、煉油、冶金、輕工、制藥、食品等行業(yè)應(yīng)用極為普遍，占全部工藝設(shè)備投資的40-60%。近年來，能源與材料費(fèi)用的不斷增長，大大地推動(dòng)了高效節(jié)能冷卻器的發(fā)展。強(qiáng)化換熱和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，在科研和工業(yè)應(yīng)用上展現(xiàn)出蓬勃生機(jī)。張家港市江南鍋爐壓力容器有限公司根據(jù)用戶的要求，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和多年來的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，已在冷卻器的設(shè)計(jì)制造上得到了新的發(fā)展。在這里介紹一些經(jīng)驗(yàn)體會(huì)。2、強(qiáng)化傳熱 冷卻器是利用一種工質(zhì)加熱或冷卻另一種工質(zhì)，換熱管兩側(cè)的熱阻大小，直接影響著冷卻器的換熱效果。傳熱強(qiáng)化僅需對(duì)放熱系數(shù)小的一側(cè)進(jìn)行，使兩側(cè)放熱系數(shù)接近。對(duì)兩側(cè)放熱系數(shù)相近的情況，則就需對(duì)兩側(cè)同時(shí)強(qiáng)化。傳熱強(qiáng)化的方法，對(duì)換熱管外主要是采用擴(kuò)展表面和優(yōu)化流體流動(dòng)的方式。對(duì)管內(nèi)主要采用異型管或管內(nèi)加擾流件的方式。因此對(duì)不同的工藝工質(zhì)，我們應(yīng)采用不同的強(qiáng)化傳熱方法。下面介紹幾種高效冷卻器的特點(diǎn)和運(yùn)用場合。2.1折流桿換熱器 折流桿換熱器是以折流桿取代折流板，在管外改善流體的流動(dòng)方式，減少折流板造成的流動(dòng)死區(qū)和滯流區(qū)，并且使流體在折流桿后產(chǎn)生有效的“渦街”效應(yīng)，從而達(dá)到強(qiáng)化傳熱的果，同時(shí)起到了降低流體阻力和消除換熱管的震動(dòng)造成的損傷、失效等作用。這種結(jié)構(gòu)在液體介質(zhì)粘度偏大的場合使用最佳。我們將石化煉油行業(yè)中原殼程為標(biāo)準(zhǔn)型式的浮頭式換熱器管束改為折流桿形式的管束后，達(dá)到了明顯的強(qiáng)化換熱效果。2.2波紋管換熱器 波紋管換熱器是將換熱管加工成內(nèi)外均呈連續(xù)波紋曲線的波紋管，使管子的縱向截面成波形，由相切的大小圓弧構(gòu)成，由于管內(nèi)流體的流動(dòng)截面不斷變化，使流體的擾動(dòng)增加而使傳熱強(qiáng)化。根據(jù)使用測試結(jié)果其管內(nèi)放熱系數(shù)可較光管提高3-4倍，同時(shí)殼程的換熱系數(shù)也可得到一定程度的提高，使總放熱系數(shù)提高1-2倍。目前我們已在許多熱網(wǎng)換熱器中應(yīng)用。同時(shí)在原油加熱器及壓縮機(jī)冷凝器中均取得了良好的效果。之外波紋管換熱管在解決管內(nèi)結(jié)垢問題上起到明顯的作用。2.3螺旋槽管換熱器 螺旋槽管換熱器是將換熱管表面加工成螺旋形的凹槽，在管內(nèi)形成螺旋形凸肋的異型管。流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)受螺旋槽的導(dǎo)引，靠近壁面的流體順螺紋旋轉(zhuǎn)，螺旋形的凸肋使流體產(chǎn)生周期性的擾動(dòng)，這樣可以使流體邊界層減薄，并加劇流體的擾動(dòng)，因而使傳熱強(qiáng)化。一般其管內(nèi)放熱系數(shù)為光管的1.5-2.5倍，總的放熱系數(shù)可提高0.5-1倍。目前我們在工業(yè)鍋爐和其它換熱器設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。2.4螺旋翅片管和縱向翅片管換熱器 螺旋翅片管換熱器是將換熱管上螺旋纏繞高頻焊接扁鋼，縱向翅片管換熱器是將換熱管圓周上沿軸線方向、高頻焊接U型翅片。兩種冷卻器都是通過增加管外側(cè)受熱面、改變流體流動(dòng)的方式來強(qiáng)化傳熱。實(shí)驗(yàn)證明，小管徑翅片管束的傳熱性能優(yōu)于大管徑管束，適當(dāng)增加翅高和翅間距對(duì)傳熱有利，適當(dāng)密排對(duì)傳熱有利。螺旋翅片管換熱器主要用于流體橫向沖刷的場合，縱向翅片管主要用于流體縱向沖刷的場合，同時(shí)起到大大縮小冷卻器體積的作用。我們在空氣預(yù)熱器、熱管換熱器及鍋爐上，采用了這類換熱器，取得了明顯的強(qiáng)化換熱效果。2.5螺旋折流板換熱器 螺旋折流板換熱器對(duì)傳統(tǒng)折流板換熱器進(jìn)行了大膽的創(chuàng)新。采用與殼體軸線成某一角度狀排列的螺旋板作為折流板。使介質(zhì)在殼體內(nèi)螺旋推進(jìn)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了在較小泵功能消耗條件下較高的傳熱效果的效果。其特點(diǎn)有：具有較高的傳熱系數(shù)；殼側(cè)流阻較小，無滯流區(qū)；不易污垢沉積。延長維修周期，減少維修費(fèi)用。適用于較粘稠介質(zhì)。2.6“T”管換熱器 “T”管換熱器是采用一種T型截面的螺旋圍繞翅片。這樣布置產(chǎn)生一種沿管子外表面具有一窄縫的螺旋室，能使周圍液體滲入所形成的室內(nèi)�；谡舭l(fā)，氣泡沿縫隙長度跑出，起著成核的位子作用，以增強(qiáng)沸騰。這種
冷卻器總的放熱系數(shù)比習(xí)慣上的低翅片總的放熱系數(shù)提高約30%，我們大量用于各種蒸發(fā)器和余熱鍋爐，取得了很好的強(qiáng)化換熱效果。3、設(shè)計(jì)制造控制 冷卻器的使用壽命，取決于冷卻器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和試驗(yàn)的控制。冷卻器在不同的工藝使用場合，應(yīng)有著不同的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和試驗(yàn)的要求。下面我們討論一些易出現(xiàn)影響質(zhì)量的問題。3.1材料的影響 在冷卻器的設(shè)計(jì)選材過程中，我們應(yīng)根據(jù)不同的工藝介質(zhì)特性，選用不同的材料，從而提高換熱器的質(zhì)量水平。如：在具有HCL和H2S應(yīng)力腐蝕的場合，我們應(yīng)該采用08Cr2ALMO這種材料；在具有SO2露點(diǎn)腐蝕的情況下我們應(yīng)該采用ND來延緩腐蝕；在某些特殊的材料還可以采用不銹鋼、耐熱鋼、鈦材、鋯材及雙相不銹鋼等，以起到沿長壽命的作用。3.2經(jīng)濟(jì)性的影響 經(jīng)濟(jì)上的考慮也會(huì)影響冷卻器的質(zhì)量和壽命。材料的不同，冷卻器的價(jià)格也會(huì)有明顯的區(qū)別，造成的產(chǎn)品質(zhì)量壽命也不同。我們在一個(gè)工藝流程中首先要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，對(duì)采用不同材料產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益作分析比較，從而可以得到最佳的選材方案。比如在氟化工、氯化工中設(shè)備采用鈦及鈦以上的材料可以大大延長壽命，但是從經(jīng)濟(jì)性來說還是采用普通碳鋼材料定期更換更經(jīng)濟(jì)。3.3制造的影響 換熱器制造過程中最有爭議的問題之一就是選擇換熱管與管板連接的結(jié)構(gòu)。一般情況下，有三種類型的密封結(jié)構(gòu)：脹接、密封焊、強(qiáng)度焊。從我們多年來制造換熱器的實(shí)踐證明，我們不能簡單地認(rèn)為某種密封結(jié)構(gòu)最好，我們還應(yīng)根據(jù)換熱器的介質(zhì)、工況等特點(diǎn)選擇合理的密封結(jié)構(gòu)，必要時(shí)還可采用密封焊加強(qiáng)度脹。強(qiáng)度焊加貼脹和強(qiáng)度焊加強(qiáng)度脹等形式。但是無論采用哪種結(jié)合形式，換熱管的精度和管板的管孔尺寸的加工精度是直接影響結(jié)合質(zhì)量的重要因素。因此選擇合格可靠的換熱管供應(yīng)商和控制板管加工質(zhì)量是制造的關(guān)鍵。同時(shí)在管子和管板的焊接和脹接過程中，我們應(yīng)減少人為因素。采用全自動(dòng)氬紙焊和電腦控制的脹接手段，確保每個(gè)接頭都按要求標(biāo)準(zhǔn)制造，這樣才能真正控制好換熱器的質(zhì)量，提高壽命。
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