摘要：本文針對電廠汽機及給水泵的冷換設備陳舊，原設計未充分考慮到冷換管壁結垢后影響冷換效果的因素，造成冷卻效果差，在夏季被迫摻用或直接用工業水(地下水)進行冷卻的情況，認為利用新型先進翅片管換熱器進行改造，增加換熱面積，提高換熱效果，能達到優化全廠水平衡和節水的目的。 
    關鍵詞：冷換設備 翅片管換熱器 換熱效果 節水改造 　　 
　　我廠由于建廠時間長，熱電廠汽機冷油及給水泵的冷換設備因為夏天循環水溫度高(37℃)，而原設計由于未充分考慮到冷換管壁結垢后影響冷換效果的因素，在夏季被迫摻用或直接用工業水(地下水)進行冷卻，達到維持設備運行參數的目的，由此，約300噸/小時工業水流入冷卻水塔，造成水塔水位長期處于高位，導致水塔長時間不能補入軟化水，水質變差，不得已加大循環水排污，從而造成循環水濃縮倍率偏低，最終導致工業水耗量增加和凝汽器換熱管束因腐蝕發生泄漏的可能性增大，為此，必須對汽機及輔機的冷換設備進行必要的技術改造。 
　　受條件限制，改造時需要把握兩個原則，一是不影響正常生產，二是減少動改工作量，減少投資。為此，經過廣泛調研和論證，利用比較成熟和先進和翅片管換熱技術，將原冷換設備中的光管改造成雙金屬翅片管管束，增加了有效的冷卻面積，從而提高冷油器的換熱效果。  
　　一、翅片管換熱器介紹  
　　用普通的圓管(光管)組成的熱交換器，在很多情況下，管外流體和管內流體對管壁的換熱系數是不一樣的。所謂換熱系數，是指單位換熱面積，單位溫差(流體與壁面之間的溫差)時的換熱量，它代表流體和壁面之間的換熱能力的大小。 
　　例如：水在壁面上凝結時的換熱系數為： 10000—20000 w/(m2.℃) 
　　水在壁面上沸騰時的換熱系數為： 5000—10000 w/(m2.℃) 
　　水流經壁面時的換熱系數大約為： 2000—10000 w/(m2.℃) 
　　空氣或煙氣流經壁面時的換熱系數為： 20-80 w/(m2.℃) 
　　空氣自然對流時的換熱系數只有： 5—10(m2.℃) 
　　由此可見，流體與壁面之間的換熱能力的大小相差是很懸殊的。因此換熱器的換熱效果取決于換熱系數低的一側，即為換熱瓶頸。 
　　要提高換熱效果最有效的方法之一就是在低側采用擴展表面，即做成翅片管。假定翅片管的實際傳熱面積為原來的光管外表面積的若干倍，雖然換熱系數仍然很低，但總體的傳熱效果將大大增加，從而使整個傳熱過程增強，在總傳熱量一定的情況下，也可以使設備的金屬耗量減小，經濟性提高。  
　　二、我廠采用的濟南達能公司生產的“復合雙金屬翅片管冷卻器”系山東大學和俄羅斯中央柴油機研究院聯合開發專利技術。 　 
　　1.翅片管冷卻器單位體積的換熱面積一般要比光管冷卻器大出5～10倍。 
　　換熱管采用銅鋁復合雙金屬翅片管，即銅管與鋁管復合后，在專用機床上軋出鋁翅片，銅鋁結合為一體，其間無熱阻。 
　　2.由于翅片的特殊結構和翅片管合理的布置，使流體在通道中形成強烈的湍流，并使熱邊界層不斷的破壞，從而使其換熱效率比傳統的光管得到很大的提高，并且具有自清潔作用，翅片污垢不易積存。 
　　3.保證換熱效果的前提下減少換熱管子的數量，減少金屬的消耗率，這樣可以使得管板應力分布均勻，不易泄漏。 
　　采用雙層金屬材料，而基(襯)管由一層鋁壁保護，抗腐蝕，對溫度突變及振動有良好的抗力，不易泄漏。 
　　4.鋁翅片很薄，結構緊湊，重量輕，既是主要的傳熱表面，又是兩隔板的支撐，故強度高。 
　　5.采用防止電化學腐蝕的特殊措施，保護冷卻器管板。 
　  三、改造實施情況(以給水泵冷油器為例) 
　　1.改造要求 
　　由于熱電廠原汽機及輔機的冷換設備所占空間的限定，且考慮到在不影響生產的前提下，盡量縮短改造時間及減少改造的工作量，要求主冷油器的改造在不停機情況下進行，這就要求主冷油器的接口定位尺寸與外形尺寸不能改變，給水泵冷油器也存在類似的要求，因此改造后的冷油器必須考慮在限定的空間內布置更大換熱面積的換熱元件，并且要采用其它措施以強化傳熱。 
　　給水泵冷油器采用俄羅斯的銅鋁“復合雙金屬翅片管”技術，用銅鋁復合雙金屬冷軋翅片管作為傳熱元件，代替原來的光管。根據現場的溫度、流量參數要求，確定合適的流體空間，布置足夠的換熱面積；并根據透平油的邊界層特點設計翅片高度與節距，加強油流體的湍流，增大傳熱系數，增加換熱量，改善其換熱效果。 
　　2.計算、設計技術要求： 
　　2.1技術指標 
　　(1)冷油器進口最高油溫：≤60℃ 
　　(2)冷油器出口油溫：35℃～45℃ 
　　(3)冷油器進口水溫：≤37℃ 
　　(4)冷油器管承壓力：0.2Mpa 
　　(5)冷油器殼承壓力：0.5Mpa 
　　(6)循環水水質情況：電導率：3348US/平方厘米 
　　懸浮物含量：94毫克/升 
　　2.2熱力計算數據表：略 
　　2.3設計要求 
　　經綜合分析，采用俄羅斯的銅鋁“復合雙金屬翅片管”技術，根據現場的溫度、流量參數要求，計算分析確定合適的流體空間，布置足夠的換熱面積；并根據透平油的邊界層特點設計翅片高度與節距，加強油流體的湍流，增大傳熱系數，增加換熱量，改善其換熱效果。 
　　(1)換熱管采用銅鋁復合雙金屬翅片管，即銅管與鋁管復合后，在專用機床上軋出鋁翅片，銅鋁結合為一體，其間無熱阻。 
　　(2)鋁翅片外徑φ24，翅片節距2.3mm。根據透平油的邊界層厚度，對翅片高度和節距進行了優化設計，最大可能地減少了油流體邊界層的影響，強化了油側的傳熱，提高了整體傳熱系數。 
　　(3)基管尺寸為φ16×1，材質為加砷錫黃銅，錫的作用在于抑制黃銅脫鋅，提高黃銅的耐蝕性；加少量的砷是為了防止應力腐蝕。 
　　(4)設計該冷油器殼體直徑為φ377，換熱管有效長度為1.44m，換熱面積為15m2。 
　　(5)在保持原殼體不變的情況下，有效地增大冷油器的換熱面積。 
　　(6)翅片的特殊結構和翅片管合理的布置，使流體在通道中形成強烈的湍流， 
　　并使熱邊界層不斷的破壞，從而使其換熱效率比傳統的銅管得到很大的提高。 
　　(7)保證換熱效果的前提下排列換熱管的數量要少，這樣可以使得管板應力分布均勻，不易泄漏。 
　　(8)用雙層金屬材料，基(襯)管由一層鋁壁保護，抗腐蝕，對溫度突變及振動有良好的抗力，不易泄漏。 
　　(9)鋁翅片很薄，結構緊湊，重量輕，強度高。 
　　(10)將殼體直徑增加至φ590，高度不變，接口尺寸不變。此方案可布管306根，冷油器的換熱面積增至68 m2，比原來的40 m2增加了67.5 %；水側通流面積為0.0236 m2，水速1.2m/s 。這樣不僅換熱面積得到有效增加，水速也從原0.9m/s(偏低)提至經濟安全水速1.2m/s，使水側傳熱系數有效提高，且由于高度與原殼體保持不變，接口尺寸不變，并不增加安裝工作量，還可以較容易地將原管板易泄漏的密封方式改為結構簡單且更不易泄漏的新密封方式。  
　　四、改造后的效果 
　　我們對液力耦合器冷油器電機空冷器等同時進行了相應改造。技術改造完成后，在夏季用循環水(37℃)冷卻，仍可保證冷換設備工質側油溫、風溫在規定范圍內，并有較大調整余量，消除了重大安全生產隱患。同時，可使一期循環水冷卻塔保持正常水位，節約新鮮工業水300t/h，并可向水塔補入足夠軟化水，提高循環水濃縮倍率，減少汽輪機凝汽器腐蝕，可以滿足經濟與安全的。