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螺旋板壳式换热器在冷凝器中的应用

2015-06-06

螺旋板壳式换热器在冷凝器中的应用?

一、冷凝器端部温差对机组能耗的影响

  当制冷机的压缩机结构、尺寸、转速及制冷剂、确定后,能够改变机组运行条件的是蒸发温度To、和冷凝温度Tk.其中影响能耗的首推冷凝温度、Tk.当冷却水进口温度一定时,冷凝温度Tk由冷、凝器端部温差决定。下面以R22为例,比较不同冷凝温度的理论节电效果。

  蒸发和冷凝时,气态和液态都处于饱和态。、蒸发温度为2℃,此时对应的饱和压力Po为、530·8kPa,R22的尽热指数k=1.16.、尽热压缩时,理论电功率W可用下式、计算[4-5]:

  式中:W为尽热压缩时理论电功率(kW);k为尽热、指数;Po为蒸发压力(kPa);Vo为压缩机的理论输、气量(m3/h);Pk为冷凝压力(kPa)。

  表1为由式(1)计算得到的结果。

  由表1可见,冷凝器端部温差越小,理论电功、耗也越小。

  以上分析是在没有过冷条件下进行的,由于、螺旋板壳式换热器的传热效率高,冷端端部温差、小,有利于进步过冷度。对同一台制冷机组而言,、节流前的过冷度愈大,节流后的干度就愈小,循环、的单位制冷量就愈大,制冷系数就会增大。

  二 换热芯可外抽的螺旋板壳式换热器的结构简介

  本发明的特征在于:换热芯总成与碳钢制外、壳总成间,不用焊接,而用可拆卸的静密封来保证、两流体间的密封。换热芯总成可以从外壳总成中、抽出,换热芯具有传热、耐腐蚀和强度功能;而外、壳和其他结构件总成,则由价格便宜的碳钢制成,、当与外壳接触的流体具有腐蚀性时,由于其无传、热任务,故可采用简单而又便宜的涂层来防腐。、其他有效的技术措施是:在传热基板上轧制加强、筋或密布定距器件,以进步其稳定性,减少其厚、度;采用翅片,尽量扩展二次换热面,对于海上采、油平台和远洋舰船上用海水冷却的冷凝器,可减、少珍贵特材的用量,而对于陆用机组,则可实现以、铝代铜和以板代管,节约换热器的材料购置费。、图1是R22海水冷凝/冷却器的结构图。上、部为正剖面示意图,下部为两侧的剖视图。钛制、换热芯为螺旋板式结构,是2个同心的螺旋流道、(海水流道和R22流道),它们互不相通。海水由、右下部的进口管(R22流道封闭,而海水流道开口,参见B-B剖视图)进进进口配流室,海水并联、由右向左通过海水流道,进进出口配流室(R22流、道封闭,而海水流道开口,参见A-A剖视图),最后、经海水出口管外排。壳体总成由壳体、壳体法兰、、活动盖、固定盖、气态R22进口、液态R22出口、填、料函以及其他附加装置(如安全报警、放气排污口、和支架等)组成。

  从压缩机排出的气态R22进进壳体,在换热、芯内被冷凝/冷却成液态,经节流后进进蒸发器,、再经压缩机压缩,完成1个制冷循环。海水进出口、管靠填料函密封,同时也有效地消除了热应力。、换热芯有支撑的浮动安置在壳体内,卸掉活动盖,、可以方便地从壳体外抽。运行时,壳程压力大于、芯程压力,故换热芯是一个受外压的容器,设计和、制造时,可以采取措施,来进步换热芯的稳定性,、为陆上机组使用材料强度较低的铝提供了可能。、换热芯可外抽,与壳体采用可拆卸的静密封,解决、了异种金属互焊性差的困难。承压的外壳采用价、格便宜的碳钢制造,为海上制冷机组节约珍贵特、材的消耗量,为陆上制冷机组实现以铝代铜和以、板代管提供了技术上的可能性。

  

 

可拆式螺旋板式换热器

可拆式螺旋板式换热器


       三 试验流程和结果

  3.1 试验流程

  利用中海油某浮式生产储油轮进行试验。该、轮有1台水冷柜式空调机组,原来的R22冷凝器是管壳式,换热管材质是镍黄铜,在南海海况下,寿命很短,一般不到2年。由于钛材是海水耐腐蚀、之王,预期其寿命在10年以上。为考察螺旋板壳、式换热器(图2)的热工性能和钛材的耐腐蚀情况,、进行了对比试验。对比的条件是:2台冷凝器的换、热面积、运行工况均相同,而结构和材料不同。试验流程见图3.

  3.2 试验结果(表2)

  由表2可见,固然2台冷凝器换热面积相同,冷、却循环水的进出口温差相同,但冷凝温度可由45℃、降到32℃(端部温差只有3℃)。对应的饱和压力、则由1729kPa降到1255kPa,压缩机制冷剂的出口温度,由98℃降低到88℃,压缩性能耗降低13%左、右。试验结果与上述理论计算比较接近。这表明螺、旋板壳式换热用具有比较理想的热工性能。、此外,由于螺旋板壳式换热器的高温端部温差、比管壳式换热器小得多,冷却循环水的温升一般可、达10℃[2-3],是常规管壳式换热器(冷却循环水的5、℃)的2倍,故冷却循环水量也可减少一半,整个制、冷系统的能耗可进一步降低。

  四 陆上机组的冷凝器以铝代铜的技术经济分析

  4.1 以铝代铜的技术可行性

  铝的低温性能优良,与R22的相溶性很好,导、热性也不错,但由于铝的机械强度不高,与钢材的、互焊性很差,未能取代铜材用于两器(蒸发器和冷、凝器)。换热芯可外抽的耐腐蚀双轴向流螺旋板壳、式换热器采用静密封结构,巧妙地解决了钢铝间互、焊性差的困难,承压的外壳用强度高的钢材制造,可、外抽的换热芯用铝材制造,2种材料上风互补。铜、的导热系数比铝大77%,但由于厚度只有2mm,理、论和工程实践都证实,材质导热系数的大小对总传、热系数影响不大(换热面材质的导热系数不是换热、器的总传热系数的主要控制因素)。固然铝的线胀、系数比铜大40%,由于螺旋板壳式结构能够有效消除热应力,技术上也就不存在题目。

  4.2 以铝代铜的经济上的公道性

  下面再对其经济上的公道性进行评估。表3列出了可以作为换热间壁的几种金属材料的物理、性能。由表3可见,铜的密度是铝的3.3倍,当换、热间壁厚度相等时,单位换热面积的铜消耗量是、铝的3.3倍。按现时国内市场价,铜的价格是铝的、3.5倍,当换热间壁的厚度相等时,单位换热表面、铜的材料购置费约为铝的11.6倍。在实际工程、中,为降低本钱,目前冷凝器的铜管壁厚一般只有、1mm,而为确保焊接质量,螺旋板壳式换热器的换、热芯的厚度是2mm,因此,即便考虑到壁厚的不、同,以铝代铜,仍可节约换热器的材料购置费80%、以上,经济效益非常可观。

  五 结论与题目讨论

  5.1 结论

  对中海油某浮式生产储油轮上水冷机组的冷、凝器进行了管壳式和螺旋板壳式的对比试验。结、果表明:固然2台换热器的面积相等、冷却循环水、的进出口温度相同,但冷凝温度可由管壳式的45℃降到螺旋板壳式的32℃。压缩性能耗降低、13%左右。试验结果与理论计算结果接近。采用、换热芯可以外抽的结构型式,解决了钛、铝与钢互、焊性差的困难,用于海上制冷机组,可减少价格昂、贵的特材(钛)的消耗量;用于陆上制冷机组,可实、现以铝代铜和以板代管,可降低冷凝器的材料购、置费80%以上。螺旋板壳式换热用具有端部温差、小的上风,可进步冷凝器的过冷度和蒸发器的过、热度,增加换热能力。因此可进步机组的能效比、和降低冷却循环水的循环量,促进节能减排。这、些优点,更适宜其在水源热泵热水器中推广。

  5.2 题目讨论

  尽管螺旋板壳式换热器已经应用于石化产业、中的大型装置,例如,用于荆门石化1台塔顶汽油、冷凝冷却器,原设备是铜管浮头管壳式换热器,采用螺旋板壳式换热器后(304不锈钢换热芯钢制外、壳,由于304不锈钢和碳钢互焊性好,未采用换热、芯可外抽结构),总传热系数进步1倍,单位热负荷、金属消耗量节约60%,循环水带热能力进步、40%.尽管上述工况和R22冷凝器相近,但螺、旋板壳式换热器还是首次涉足制冷机组,笔者所、得出的结果,只是初步的,而且负荷太小。笔者提、出“以铝代铜”的设想,仍然有待实践检验。

  以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成,供参考,如有问题请及时沟通、指正。

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