波纹管高效换热器在冰机系统的应用

由于波纹管在其管壁形成波纹， 大大提高流体的紊流强度， 不断改变流体的流速和流动方向， 破坏底层的层流， 改变介质边界层的流动状态， 从管壁表面到主流之间的温度梯度被破坏或消除， 因而大大提高管内外的对流换热系数， 而且在较低流速下， 即可达到紊流速度。同时管壁很薄， 一般波纹管壁厚在 ０．５～０．８ｍｍ 之间， 因而管壁内温度梯度很大， 热阻很小， 所以波纹管总传热系数值较高。
    ２．２ 可承受中低压力， 耐腐蚀， 寿命长  波纹管由于本身的波纹曲线和冷加工变形，即使管壁较薄， 也能承受较大的压力， 实验室测得用直径 ３３ｍｍ、厚 ０．５ｍｍ 的光管制成波纹管， 内外压破坏的压差为 １．８ＭＰａ， 可达到３．３ＭＰａ。根据这个压力确定波纹管的使用设计压力为 １．６ＭＰａ 以下， 对于化工行业中的中低压换热工况， 是安全可靠的。对于不同的介质可以选用不同的不锈钢材质， 可以大量使用优质材料，提高设备抗腐蚀能力， 减少运行维护费用， 延长设备使用寿命。
    ２．３ 适应大温差工况， 可自我补偿温差应力
     波纹管是由连续的波纹组成的， 管壁薄， 不锈钢材质韧性好， 使它具有一定的轴向伸缩能力， 这种能力可以补偿和吸收换热管和简体在工作状态下， 由于温差应力和压差应力产生的变形， 因此波纹管是可以自我补偿的柔性元件， 对管板和筒体产生的应力小， 因而换热管与管板的焊缝不易产生裂纹。波纹管使用温度范围可以从－ ２０℃到 ４５０℃， 对于某些大温差、大压差工作场合， 即使使用固定管板式的波纹管换热器， 筒体不装膨胀节， 也能安全运行。
    ２．４ 可以防垢、清垢  在波纹管内外， 流体对管壁的冲刷比较强烈， 同时不锈钢的材质表面光洁度较高， 因而可以在一定程度抑制水垢的生成。另外波纹管在受到温差的作用变形时， 污垢与金属的热膨胀系数相差极大， 加上不锈钢表面的光滑曲线， 因此污垢与波纹管之间产生较大的拉应力， 促使污垢脱落， 实现自动清理。
    ３ 波纹管换热器在冰机水冷器上的应用
    ３．１ 原有光管换热器存在的问题
     我公司年产 ２６×１０４ｔ合成氨， 制冷系统共配有７台冰机，单台打气量２５２４ｍ３／ｈ，冷冻能力为９５ ０００ｋｃａｌ／ｈ（ ３９７．５ＭＪ／ｈ） ， 同时配有 １３ 台固定管板式光管换热器 （ 即水冷器） ， 单台换热面积６３４ｍ２， ４ 台冷却水泵、７台抽风机， 冰机和换热器使用循环水进行冷却。这些换热器都是由碳钢材料制成， 使用时间长， 管壁腐蚀严重， 泄漏多， 同时水垢和污泥沉积于管壁上， 换热效率低， 实际换热面积下降。一般一年检修一次， 清理管程， 堵塞漏管， 检修量大， 检修费用高。针对光管换热器存在的问题， 我们对翅片式和波纹管式换热器进行考察， 发现波纹管具有上述优点而适用， 翅片式换热器因易结垢、易腐蚀而不适用。
    ３．２ 波纹管换热器的使用情况
     ２００１年，我公司先后采用一台５００ｍ２和一台７１８ｍ２的波纹管水冷器替代原来１３台换热器。这２台波纹管水冷器采用 φ２５ 的波纹管， 材质０Ｃｒｌ８Ｎｉ１０Ｔｉ， 波峰 Ｄ－ ２５，波谷 ｄ＝１９， 波距 ｔ＝２０。从２００１ 年夏季运行至今， 工况稳定， 换热效果好。没有因波纹管泄漏而检修过， 同时我们对 ２ 台波纹管换热器使用前后的各项数据进行了统计， 结果发现使用波纹管水冷器后， 生产运行的电量、水量、药品用量都大幅度的下降， 同时 ４ 年内没有检修过， 运行和日常维护费用低， 经济效益显著。