冷油器换管

一、概述

为了满足现行工况的实际需要，制作一台能够逐个替换现役泄露严重的冷油器设备，在不影响机组正常运行的前提下，方便设备拆卸改造，提高设备的先进性，解决问题。因此，在贵单位技术人员的全力配合下，我公司技术人员通过相关资料的了解，勘察后认为：可以为贵方设计制作一台全新的冷油器管芯设备，且效果完全优于原设备，达到并满足业主需求。

二、设备性能简介

（一） 设备结构特点

我公司设计的冷油器管芯为了提高其使用寿命、改善其换热效果，散热管采用不锈钢管式散热结构（美国标准AISI304、316优质不锈合金钢），较采用铜管具有使用寿命长、检修方便、耐腐蚀、以及避免散热管在使用过程中意外胀裂等特点。

（二）换热管性能比较

※ 不锈钢换热管与铜管的性能比较

1、不锈钢换热管具有以下优点：

?  我公司采用的换热管可采用0.5-0.7mm的薄壁管材，提高了整体换热性能，在相同的换热面积下，总体的传热系数比铜管提高2.121-8.408%。

?  由于材质采用美国标准AISI304、316等优质不锈合金钢，使其具有较高的硬度，管子的钢度也明显提高，因此，具有很强的耐高温蒸汽的冲击性能及抗振性能。

?  由于管子内壁光滑，使得其边界层流底层厚度减薄，既强化换热，又提高了抗结垢性能。

?  为了消除焊接应力，在保护气体中以1050℃高温进行热处理。

?  所有钢管均采用压差进行泄漏检查，气压试验至10MPa，5分钟无压降。

2、经济性能比较

?  导 热

由于铜管的导热系数为100W/m℃，不锈钢管的导热系数为13W/m℃，这当然要影响总体传热系数。但是，不锈钢管的壁厚可以减薄以0.5~0.7mm，而铜管因强度及冲蚀磨损等原因，其壁厚不能低于1mm。

根据公式：Rc=（1）

其中：Rc——导热热阻，m2k/w。

λ——导热系数，W/(m.k)。

δ——管壁厚度，m。

管材一定，λ不变时，根据公式（1），δ越小，Rc越小，传热系数越大。这就可以缩小不锈钢管与铜管总体传热系数的差距。

由于铜管内外壁比不锈钢更粗糙，容易结垢，增加了铜管的热阻，这又使铜管与不锈钢管总体传热系数的差距缩小。

?  对流放热

使用不锈钢管或使用铜管，管内流速都是紊流。影响对流放热的因素是层流底层的厚度，因为层流底层中的传热是导热，而水的导热系数很低。在流动状态相同的情况下，层流底层的厚度取决于管内壁的粗糙度。铜管内表面有氧化物，其粗糙度比不锈钢管大得多，铜管的层流底层的厚度比不锈钢管的层流底层厚度更大。这就使不锈钢管的对流放热系数比铜管的对流放热系数大。

Rw=    (2)

其中：Rw——对流放热热阻，m2k/w。

αw——对流放热系数，w/m2.k。

根据公式（2）αw越大，Rw越小。

?  凝结放热系数

凝结放热系数有膜状凝结和珠状凝结两种，珠状凝结放热系数比膜状凝结放热系数大得多。但不锈钢管外壁和铜管外壁哪种管材的珠状凝结更多尚不清楚，但可以说两种管材外壁大部份是膜状凝结。膜状凝结的放热系数大小与膜的薄厚关系很大，因为在膜的内部是导热，水膜的导热系数数特别低而膜的厚度又取决于管外壁的粗糙度。铜管外壁因氧化层的关系，比不锈钢管粗糙得多。因此，不锈钢管外壁的凝结放热系数比铜管外壁的凝结放热系数大。

Rm=（3）

其中：Rm——管外壁的凝结放热热阻，m2k/w。

αm——管外壁的凝结放热系数，w/m2.k。

根据公式（3），αm越大、Rm越小。

?  总体传热系数

K=  （4）

其中：R——总热阻，m2k/w。

K——总体传热系数，w/m2.k。

由（4）可知：对流热阻、导热阻和凝结放热热阻都减小，则总热阻减小：总热阻减小，总体传热系数增大。

在壁厚相同的情况下，不锈钢管的总体传热系数比铜管低6%。由于使用比铜管薄的不锈钢管，不锈钢管的总体传热系数和凝结放热系数都比铜管大，使不锈钢管的总体传热系数得到提高。

换热性能对照表

?  长远的经济性

随着运行时间的增长，铜管氧化层将越来越厚，传热效果会越来越差。而不锈钢不会氧化，或氧化速度很慢。因此，不锈钢管的冷油器与铜管的冷油器如果同时投运，运行时间越长，不锈钢管的冷油器的经济性将会比铜管的冷油器越来越更好。同时，铜管对冷却水中的杂物的吸附能力比不锈钢管更强得多，大大降低了设备的经济性。

3、安全性能比较

?  不锈钢管与铜管的工程特性

从上表可以看出：不锈钢管的屈服强度和抗拉强度都比铜管高，不锈钢管的使用寿命必然要比铜管长，热胀系数比铜管低，与管板更接近，因此，不易因热胀冷缩面损伤了管子或影响胀口。

?  不锈钢管与铜管的抗腐蚀性能

注：表中的数值2-6表示抗腐蚀能力由小到大

适应氯离子的指标

由上表可知：不锈钢管与铜管相比具有的优点：抗冲蚀性能好，能抗蒸汽带水滴在高速中的冲击腐蚀；抗氨腐蚀性能好：耐水侧冲击腐蚀，实现无铜离子系统，且PH值可提高，以减少腐蚀产生率，可提高冷却水流速，达2.3m/s，可达3.5m/s，这样既可提高总体传热系数，又可减少管内杂质的沉积。

4、效益评估

不锈钢管的热传导系数比铜管低，但通过减小壁厚使它们的热传导系数的差值缩小，由于不锈钢管内壁比铜管更光滑，对流换热系数比铜管高，不锈钢管外壁比铜管光滑，凝结放热系数比铜管高，根据多台机组的测试和计算，壁厚为0.7mm的不锈钢管比壁厚为1mm的铜管的总体传热系数高2.124%左右；随着运行时间的增长，不锈钢管的总体传热系数下降很缓慢，而铜管的总体传热系数下降速度比不锈钢管大得多。同时，不锈钢管比铜管更耐腐蚀，抗振性和耐磨性能好，使用寿命是铜管的三倍。从长远考虑，使用不锈钢管整体上提高机组的经济性显而易见，同时也提高了机组的安全性。