化工企業(yè)普遍使用列管式換熱器。該換熱器價格低,制造簡單。缺點(diǎn)是換熱效果欠佳,管程易堵,冷媒消耗大。1999年,我廠冰機(jī)系統(tǒng)技術(shù)改造中,采用了北京某公司的波紋管技術(shù),將其合作單位制造的波紋管換熱器(F = 500m 2)用于生產(chǎn)。經(jīng)過一年多的生產(chǎn)試運(yùn)行,該技術(shù)在節(jié)約水源,提高換熱效果,降低系統(tǒng)壓力降等方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù),且波紋管換熱器具有操作簡單,占地小,管程不易堵等優(yōu)點(diǎn)。筆者以該臺換熱器為例,介紹波紋管技術(shù),以供參考。1理論分析1.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　波紋管換熱器與普通換熱器的區(qū)別在于以波紋管代替直管。波紋管是由<25mm×0.8mm的薄壁不銹鋼(0Cr18N i10T i)管通過專用設(shè)備加工而成。波紋管與直管采用搭焊接。1.2可能產(chǎn)生的問題

　　波紋管壁厚只有0.8 mm ,最薄處為0.75mm。我們自然會對其穩(wěn)定性,抗腐蝕性及耐介質(zhì)的沖刷能力等產(chǎn)生疑問。事實(shí)上,這也是技術(shù)人員必須考慮到的問題。1.3技術(shù)分析(1)工作狀況

　　該臺波紋換熱管的作用是用冷卻水將氣氨冷卻成液氨。管程通水,殼程通氣氨(液氨) ,水壓p水= 0.3M Pa,氣(液)氨p氨= 1.3M Pa,進(jìn)口水溫t水進(jìn)= 9.5℃,出口水溫t水出= 16℃,氣(液)氨平均溫度tW = 37℃。(2)穩(wěn)定性分析

　　由工況及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知,波紋管主要失效破壞應(yīng)力來自氣氨的壓力和由于管子兩端固定溫差引起管子熱脹并轉(zhuǎn)換為軸向壓應(yīng)力。所以波紋管的側(cè)向和軸向同時受均布外壓p的作用。軸向外壓對管子失穩(wěn)影響不大?？梢灾苯訉⒉y管僅受側(cè)向外壓圓筒的失穩(wěn)作為主要失效問題進(jìn)行討論和設(shè)計。管子的失效可能是當(dāng)外壓達(dá)到一定值時,管壁的徑向撓度隨壓縮應(yīng)力的增加而急劇增大,直到管子被壓癟。

　　波紋管是由光管管坯加工而成。有資料介紹,波紋管失穩(wěn)失效部位位于波紋管本體兩端的直管段。

　　該波紋管長度L = 4950 mm ,直徑(以光管計) D 0= 25 mm ,壁厚n= 0.8 mm , L C為臨界長度。

　　由于L C= 1.17D 0 (D 0/n) 1/2 = 1.17×25 (25/0.8) 1/2 = 163.5 mm ,L > L C,故為長圓筒。已知壁厚、管長及管徑,根據(jù)圖算法原理,可以算出波紋管在37℃下的許用外壓〔p〕為21784 M Pa(計算過程略) ,〔p〕> p氨,故波紋管不會發(fā)生穩(wěn)定失效。(3)腐蝕失效

　　對于奧氏體不銹鋼波紋管換熱管來說, Cl-應(yīng)力腐蝕是失效的主要破壞形式,腐蝕一般先以裂紋出現(xiàn),后快速向前發(fā)展,直至失效。Cl-應(yīng)力腐蝕的溫度范圍一般為70～250℃,這里的溫度為37℃,故發(fā)生Cl-應(yīng)力腐蝕的可能性極小。另外, Cl-也是產(chǎn)生腐蝕的一個重要因素,對于不銹鋼材料,其工作環(huán)境中Cl-濃度應(yīng)小于或等于25×10- 6,經(jīng)檢測,巨化工業(yè)用水中的Cl-濃度為4×10- 6,氣氨和液氨中的Cl-濃度可以忽略不計。所以,波紋管在這種工況下是比較安全的。(4)沖刷磨損

　　至于水中泥沙的沖刷,造成不銹鋼管管壁減薄,從而縮短波紋管的壽命。目前,在技術(shù)分析上還存在很大的困難,但據(jù)我們對廊房管道輸送局供暖設(shè)備進(jìn)行考察,結(jié)果比較理想。該局水質(zhì)含沙量較大,一個9m直徑的沉淀槽,運(yùn)行5個月,積沙深達(dá)1.5m。但自1995年11月至1999年1月,該局投用的波紋管換熱器運(yùn)行正常,從未檢修。

　　由于波紋管技術(shù)應(yīng)用于化工領(lǐng)域還不多,可能還會有其它失效形式。筆者也只是與列管式換熱器作了比較。2實(shí)際應(yīng)用效果

　　波紋管換熱器由于波紋節(jié)的存在,增大了換熱面積,由于壁厚只有018 mm ,換熱效果較好。最為重要的是由于波紋節(jié)的存在,液體流經(jīng)管內(nèi)時不斷湍動,換熱效果很好。另一方面,由于液體湍流,不斷沖刷內(nèi)壁,使污垢很難形成,波紋管幾乎不會出現(xiàn)管堵現(xiàn)象。

　　為充分考查波紋管換熱器的使用情況,我們在1999年11月至2000年4月,停掉4臺立式列管換熱器,且波紋管的冷媒(冷卻水)減至夏季用水量的1/3,結(jié)果生產(chǎn)基本穩(wěn)定。通過一年的性能考核,基本完成了當(dāng)初預(yù)計目標(biāo):年節(jié)約水量600萬t,節(jié)約水費(fèi)66萬元,由于氣氨總管壓力下降,節(jié)電600 kW·h,年節(jié)約電費(fèi)約31.3萬元,排污達(dá)標(biāo),設(shè)備運(yùn)行情況良好。

　　2000年年初,巨化集團(tuán)公司壓力容器檢測站對波紋管進(jìn)行了檢測:打開封頭時,未發(fā)現(xiàn)列管中有污物堵塞情況。對任意抽取的6根管進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查(深入長度為1.6～1.8 m ) ,結(jié)果表明內(nèi)壁腐蝕情況不明顯,未見腐蝕坑或其他嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象,管波峰內(nèi)也未發(fā)現(xiàn)污物積存。3使用波紋管換熱器應(yīng)注意的問題

　　使用波紋管換熱器時,一定要注意以下幾點(diǎn):(1)針對具體情況選取。不銹鋼波紋管換熱器對工況要求較嚴(yán)(特別是對Cl-的濃度) ,冷媒介質(zhì)的壓力也不能太高。(2)波紋管換熱器管束的抗震性較差,運(yùn)輸及吊裝時,不得出現(xiàn)過度碰撞。(3)波紋管換熱器運(yùn)行10個月左右應(yīng)停車一次,便于波紋管收縮復(fù)原。波紋管的收縮也有利于污垢的剝落。(4)每個廠冷媒清潔程度不同,新上的波紋管換熱器最好能在進(jìn)口加裝一臺過濾設(shè)備,同時應(yīng)定期打開封頭檢查。