摘要：介紹了一種不銹鋼波紋管換熱器的結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用
　　關(guān)鍵詞：波紋管換熱器 高效 應(yīng)用
　　１ 概述
　　我公司是一個(gè)年產(chǎn) ２２×１０４ｔ 合成氨的中型氮肥企業(yè)。換熱器使用量大， 對(duì)換熱器性能的要求高。２００１ 年和 ２００２ 年， 我公司在冰機(jī)系統(tǒng)選用波紋管換熱器代替原有的光滑管換熱器， 不僅優(yōu)化傳熱， 降低能耗，而且能減少設(shè)備體積及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用， 進(jìn)一步降低了成本。
　　２ 波紋管式換熱器的結(jié)構(gòu)及原理
　　波紋管換熱器是在保持管殼式換熱器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上， 對(duì)傳熱元件進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)， 用專用設(shè)備將薄壁不銹鋼光管加工成內(nèi)外均為連續(xù)波紋狀曲線的波紋管（ 圖 １） 。
                  
　　這種加工變形不是靠壁厚的減薄來(lái)形成， 而是利用不銹鋼的塑性和韌性， 讓金屬流動(dòng)形成的； 因而在波峰、波谷處壁厚不減薄， 加工應(yīng)力小， 且應(yīng)力分布均勻， 沒(méi)有應(yīng)力集中點(diǎn)； 其傳熱面積與原光滑管相同時(shí)， 長(zhǎng)度比原光管要短。波紋管因其特殊結(jié)構(gòu)， 而具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。
    ２．１ 傳熱系數(shù)高
     由于波紋管在其管壁形成波紋， 大大提高流體的紊流強(qiáng)度， 不斷改變流體的流速和流動(dòng)方向， 破壞底層的層流， 改變介質(zhì)邊界層的流動(dòng)狀態(tài)， 從管壁表面到主流之間的溫度梯度被破壞或消除， 因而大大提高管內(nèi)外的對(duì)流換熱系數(shù)， 而且在較低流速下， 即可達(dá)到紊流速度。同時(shí)管壁很薄， 一般波紋管壁厚在 ０．５～０．８ｍｍ 之間， 因而管壁內(nèi)溫度梯度很大， 熱阻很小， 所以波紋管總傳熱系數(shù)值較高。
    ２．２ 可承受中低壓力， 耐腐蝕， 壽命長(zhǎng)  波紋管由于本身的波紋曲線和冷加工變形，即使管壁較薄， 也能承受較大的壓力， 實(shí)驗(yàn)室測(cè)得用直徑 ３３ｍｍ、厚 ０．５ｍｍ 的光管制成波紋管， 內(nèi)外壓破壞的最低壓差為 １．８ＭＰａ， 最高可達(dá)到３．３ＭＰａ。根據(jù)這個(gè)壓力確定波紋管的使用設(shè)計(jì)壓力為 １．６ＭＰａ 以下， 對(duì)于化工行業(yè)中的中低壓換熱工況， 是安全可靠的。對(duì)于不同的介質(zhì)可以選用不同的不銹鋼材質(zhì)， 可以大量使用優(yōu)質(zhì)材料，提高設(shè)備抗腐蝕能力， 減少運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用， 延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。
    ２．３ 適應(yīng)大溫差工況， 可自我補(bǔ)償溫差應(yīng)力
     波紋管是由連續(xù)的波紋組成的， 管壁薄， 不銹鋼材質(zhì)韌性好， 使它具有一定的軸向伸縮能力， 這種能力可以補(bǔ)償和吸收換熱管和簡(jiǎn)體在工作狀態(tài)下， 由于溫差應(yīng)力和壓差應(yīng)力產(chǎn)生的變形， 因此波紋管是可以自我補(bǔ)償?shù)娜嵝栽?nbsp;對(duì)管板和筒體產(chǎn)生的應(yīng)力小， 因而換熱管與管板的焊縫不易產(chǎn)生裂紋。波紋管使用溫度范圍可以從－ ２０℃到 ４５０℃， 對(duì)于某些大溫差、大壓差工作場(chǎng)合， 即使使用固定管板式的波紋管換熱器， 筒體不裝膨脹節(jié)， 也能安全運(yùn)行。
    ２．４ 可以防垢、清垢  在波紋管內(nèi)外， 流體對(duì)管壁的沖刷比較強(qiáng)烈， 同時(shí)不銹鋼的材質(zhì)表面光潔度較高， 因而可以在一定程度抑制水垢的生成。另外波紋管在受到溫差的作用變形時(shí)， 污垢與金屬的熱膨脹系數(shù)相差極大， 加上不銹鋼表面的光滑曲線， 因此污垢與波紋管之間產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力， 促使污垢脫落， 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清理。
    ３ 波紋管換熱器在冰機(jī)水冷器上的應(yīng)用
    ３．１ 原有光管換熱器存在的問(wèn)題
     我公司年產(chǎn) ２６×１０４ｔ合成氨， 制冷系統(tǒng)共配有７臺(tái)冰機(jī)，單臺(tái)打氣量２５２４ｍ３／ｈ，冷凍能力為９５ ０００ｋｃａｌ／ｈ（ ３９７．５ＭＪ／ｈ） ， 同時(shí)配有 １３ 臺(tái)固定管板式光管換熱器 （ 即水冷器） ， 單臺(tái)換熱面積６３４ｍ２， ４ 臺(tái)冷卻水泵、７臺(tái)抽風(fēng)機(jī)， 冰機(jī)和換熱器使用循環(huán)水進(jìn)行冷卻。這些換熱器都是由碳鋼材料制成， 使用時(shí)間長(zhǎng)， 管壁腐蝕嚴(yán)重， 泄漏多， 同時(shí)水垢和污泥沉積于管壁上， 換熱效率低， 實(shí)際換熱面積下降。一般一年檢修一次， 清理管程， 堵塞漏管， 檢修量大， 檢修費(fèi)用高。針對(duì)光管換熱器存在的問(wèn)題， 我們對(duì)翅片式和波紋管式換熱器進(jìn)行考察， 發(fā)現(xiàn)波紋管具有上述優(yōu)點(diǎn)而適用， 翅片式換熱器因易結(jié)垢、易腐蝕而不適用。
    ３．２ 波紋管換熱器的使用情況
     ２００１年，我公司先后采用一臺(tái)５００ｍ２和一臺(tái)７１８ｍ２的波紋管水冷器替代原來(lái)１３臺(tái)換熱器。這２臺(tái)波紋管水冷器采用 φ２５ 的波紋管， 材質(zhì)０Ｃｒｌ８Ｎｉ１０Ｔｉ， 波峰 Ｄ－ ２５，波谷 ｄ＝１９， 波距 ｔ＝２０。從２００１ 年夏季運(yùn)行至今， 工況穩(wěn)定， 換熱效果好。沒(méi)有因波紋管泄漏而檢修過(guò)， 同時(shí)我們對(duì) ２ 臺(tái)波紋管換熱器使用前后的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用波紋管水冷器后， 生產(chǎn)運(yùn)行的電量、水量、藥品用量都大幅度的下降， 同時(shí) ４ 年內(nèi)沒(méi)有檢修過(guò)， 運(yùn)行和日常維護(hù)費(fèi)用低， 經(jīng)濟(jì)效益顯著。
    ４ 效益分析
    ４．１ 節(jié)電分析
     波紋管水冷器使用后， 因水冷器冷卻效率高， 經(jīng)冰機(jī)壓縮后的氣氨迅速冷卻， 使冰機(jī)二段出口壓力從原 １．５５ＭＰａ 降至 １．５０ＭＰａ（ 冬天可降至 １．４５ＭＰａ） ， 使單臺(tái)冰機(jī)平均電流下降約 ２Ａ。節(jié)省電量和統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 １。
                
    ４．２ 節(jié)水分析
     改造后水冷器從原 １３ 臺(tái)減至 ２ 臺(tái)， 因水冷器用水量明顯減少， 節(jié)省水量和統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 ２。
                
    ４．３ 節(jié)省處理藥品分析
     波紋管水冷器使用后，水量從原３６００ｍ３／ｈ 降到 ２４００ｍ３／ｈ， 水質(zhì)處理藥品費(fèi)用相應(yīng)減少，節(jié)省水處理藥品統(tǒng)計(jì)和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 ３。
                
    ４．４ 節(jié)省檢修和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用分析
    波紋管水冷器為不銹鋼材質(zhì)， 經(jīng)久耐用且不易被腐蝕， 因而可以節(jié)省檢修費(fèi)用。波紋管冰冷器投用前冰機(jī)水冷器年檢修１３臺(tái)次， 每次檢修費(fèi)用約為 ６５００ 元， 年檢修費(fèi)用為 ８．４５ 萬(wàn)元。使用波紋管水冷器后年冰機(jī)水冷器檢修率及檢修費(fèi)用幾乎為零， 每年可節(jié)約檢修費(fèi)用約 ７．８ 萬(wàn)元。
     根據(jù)以上討論， 冰機(jī)波紋管換熱器使用后，每年可節(jié)省各項(xiàng)生產(chǎn)費(fèi)用約 ３９．０ 萬(wàn)元， 而波紋管水冷器改造一次性投資約為 ５５ 萬(wàn)元左右， 項(xiàng)目投資 １ 年半可收回全部成本， 且波紋管水冷器為不銹鋼材質(zhì)， 抗腐蝕， 經(jīng)久耐用， 工藝運(yùn)行安全系數(shù)高， 從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益考慮， 波紋管水冷器的使用可給生產(chǎn)帶來(lái)穩(wěn)定、消耗低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)， 給企業(yè)帶來(lái)更大收益。