對(duì)方框型空冷式換熱器的再認(rèn)識(shí)和創(chuàng)新

董建平

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司第一能源總廠，安徽馬鞍山 243000）

1 前言

在現(xiàn)行水系統(tǒng)水溫冷卻處理設(shè)備中，應(yīng)用較為廣泛的主要有兩大類：第一類是冷卻塔，第二類就是換熱器。

根據(jù)冷卻水的化學(xué)性質(zhì)、狀況，采用不同的水處理工藝，選擇不同的換熱設(shè)備，目的是使生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、高效、安全。

本文就馬鋼水系統(tǒng)冷卻換熱設(shè)備中第二類設(shè)備——換熱器作簡(jiǎn)單闡述，并對(duì)其中的空冷式換熱器作重點(diǎn)分析和論述，對(duì)其不足提出改進(jìn)、創(chuàng)新，旨在拋磚引玉，加強(qiáng)同行業(yè)之間的技術(shù)交流，促進(jìn)冷卻設(shè)備的潛力挖掘。

2 馬鋼水系統(tǒng)換熱設(shè)備使用狀況及發(fā)展趨勢(shì)

工藝的改進(jìn)和優(yōu)化，離不開設(shè)備的更新和成熟。從近幾年水處理系統(tǒng)發(fā)展情況來(lái)看，馬鋼連鑄、連軋、高線、H型鋼、冷軋等生產(chǎn)產(chǎn)品的發(fā)展給水處理工藝技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了良好機(jī)遇。水系統(tǒng)運(yùn)行工藝從原有的直供直排，發(fā)展到目前的循環(huán)供水，目的就是降低噸鋼耗新水，節(jié)約能耗，保護(hù)水資源。

目前，冷卻類設(shè)備換熱器在馬鋼凈循環(huán)系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。本文就換熱器的使用作簡(jiǎn)單回顧和闡述。自20世紀(jì)80年代發(fā)展至今，在水系統(tǒng)水溫冷卻處理設(shè)備中，除冷卻塔，馬鋼使用過(guò)3種形式換熱設(shè)備，即：列管式換熱器、板式換熱器、空冷式換熱器。

2.1 列管式換熱器

該換熱器早在80年代中期用于三鋼方坯連鑄軟水循環(huán)冷卻系統(tǒng)。

由于在使用過(guò)程中，該換熱器需要大量的冷媒水且換熱效率低、體積龐大、維修困難，因此在后面的使用中被逐步淘汰。

血清PSA檢測(cè)：采集所有疑似前列腺癌患者入院時(shí)和前列腺癌患者治療3個(gè)月后的空腹靜脈血3 ml，3 000 r/min 離心5 min，取血清于-20 ℃保存待檢。PSA檢測(cè)采用放射免疫分析。操作嚴(yán)格按照試劑盒進(jìn)行。正常參考值為PSA<10 ng/ml。

2.2 板式換熱器

該換熱器在90年代中期用于三鋼異型坯連鑄小方坯循環(huán)冷卻系統(tǒng)。

由于其傳熱面積大、體積小、效率高而被采用。但因受設(shè)備價(jià)格制約，使其推廣普及受到阻礙。但隨著市場(chǎng)的發(fā)展和完善，該設(shè)備在今后的應(yīng)用空間將會(huì)很大。

2.3 空冷式換熱器

該換熱器在八十年代中期開始用于二鋼小方坯連鑄循環(huán)系統(tǒng)，2001年，開始用于一鋼板坯、圓坯連鑄系統(tǒng)。目前，二鋼小方坯連鑄循環(huán)系統(tǒng)有在線空冷式換熱器有10臺(tái)；一鋼板坯、圓坯連鑄系統(tǒng)有在線空冷式換熱器有7臺(tái)。

在上述馬鋼換熱設(shè)備產(chǎn)品中，空冷式換熱器使用數(shù)量最多，使用時(shí)間最長(zhǎng)。它的性能發(fā)揮好壞、運(yùn)行管理優(yōu)劣將直接影響到生產(chǎn)用戶產(chǎn)品的穩(wěn)定。因此；對(duì)其進(jìn)行深入了解和挖潛，意義重大。

3 空冷式換熱器的工作機(jī)理及運(yùn)行特點(diǎn)

3.1 工作機(jī)理

空冷式換熱器屬間壁式換熱器中水平列管徑向翅片結(jié)構(gòu)冷卻器。根據(jù)傳熱機(jī)理，我們知道：熱的傳遞方式有三種，即傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。對(duì)于間壁式換熱器，其流體熱量交換主要是依靠對(duì)流傳熱方式進(jìn)行。空冷式換熱器正是通過(guò)這一機(jī)理，將水中的熱量對(duì)流傳熱傳給管外壁的翅片，并通過(guò)風(fēng)機(jī)抽吸（鼓吹），使外界空氣流動(dòng)來(lái)進(jìn)行熱量交換（在高溫季節(jié)也可通過(guò)水的霧化流動(dòng)進(jìn)行熱量交換）。

空冷式換熱器示意圖如圖1。

3.2 運(yùn)行特點(diǎn)

該設(shè)備之所以在化工、冶金行業(yè)被廣泛采用，關(guān)鍵在于其一年的運(yùn)行時(shí)間里，絕大部分時(shí)間是利用自然界的空氣來(lái)冷卻管束內(nèi)的流體。這與列管式換熱器、板式換熱器工作情況相比較具有冷源充足并免費(fèi)提供。既使在高溫季節(jié)，其所需要的霧化水量也僅僅相當(dāng)于上述列管或板式換熱器冷媒水量的十分之一，且不需再對(duì)冷媒水進(jìn)行降溫處理，從而省去了一套冷卻設(shè)施，因此，空冷式換熱器具有節(jié)省冷卻用水，減少環(huán)境污染，維護(hù)費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)近二十年來(lái)的使用情況分析，該設(shè)備也暴露出一些存在的缺點(diǎn)：諸如因增加傳熱面積而造成冷卻管排數(shù)過(guò)多，使維護(hù)、檢修困難，占地面積過(guò)大；因環(huán)境不好或流體、冷卻水水質(zhì)差而造成管束內(nèi)外壁沉積泥垢等，導(dǎo)致?lián)Q熱效率下降。

目前的方框型空冷式換熱器，就是因?yàn)樽非罅藗鳠崦娣e而導(dǎo)致了占地面積過(guò)大、管排數(shù)過(guò)多、維護(hù)檢修困難等缺點(diǎn)。

4 改進(jìn)措施

4.1 設(shè)備技術(shù)參數(shù)分析

由熱量傳遞冷卻定律 Q=α×S×Δt知，傳熱系數(shù)及傳熱面積是決定冷卻效果的關(guān)鍵因數(shù)。因此，在一定的冷卻溫差條件下，要提高空冷式換熱器冷卻負(fù)荷量，只有兩個(gè)辦法：一是提高傳熱系數(shù)，二是增加傳熱面積。筆者認(rèn)為：提高傳熱系數(shù)，可從在金屬導(dǎo)體材質(zhì)、內(nèi)外流體性質(zhì)、運(yùn)行狀態(tài)、管束工作狀況等方面解決，對(duì)提高冷卻負(fù)荷量作用不大。而增加傳熱面積，卻對(duì)提高冷卻負(fù)荷量有著積極的作用。

我們對(duì)占地面積24m2，具有L=6m，D=25mm,單側(cè)182根/4排管，管束的空冷式換熱器進(jìn)行換熱面積測(cè)算，則每臺(tái)（雙側(cè)）共有換熱面積為：

4.2 設(shè)備改造構(gòu)思和創(chuàng)新設(shè)計(jì)

從提高冷卻負(fù)荷量入手，運(yùn)用空冷式換熱器工作機(jī)理，進(jìn)行科學(xué)改造和創(chuàng)新。從幾何學(xué)中我們知道：物體的表面積大小，以圓體的表面積最大。因此，針對(duì)目前的方框型空冷式換熱器，其有效表面積僅在方體表面的兩側(cè)。為此，提出環(huán)型結(jié)構(gòu)空冷式換熱器，采用如下改造構(gòu)思：

4.2.1 應(yīng)用環(huán)型設(shè)計(jì)，以取得最大的表面積。

4.2.2 減少管排數(shù)，解決管束維護(hù)檢修困難的弊端。

4.2.3 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)、載荷穩(wěn)定性、通風(fēng)量進(jìn)行校核。

4.2.4 性價(jià)比核算。

4.2.5 市場(chǎng)應(yīng)用前景分析。

5 計(jì)算論證

以占地面積 8m2，3排管，L=5m，D=25mm,單排98根管束的環(huán)型空冷式換熱器進(jìn)行換熱面積測(cè)算，則每臺(tái)（3排管束）共有換熱面積為：

則在同樣24m2的占地面積上，設(shè)置2臺(tái)8m2環(huán)型空冷式換熱器，則有換熱面積為：115.4×2=230.8m2，比上述一臺(tái)方框型空冷式換熱器換熱面積增加了35% 。如此，一方面提高了傳熱面積，增加了空冷式換熱器冷卻負(fù)荷量；另一方面，從根本上解決了方框型空冷式換熱器存在的諸多問(wèn)題和不足，且環(huán)狀型更利于空氣的流通，使熱量交換更加充分。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)方框型空冷式換熱器的分析和闡述，使我們對(duì)其有了更進(jìn)一步的了解和認(rèn)識(shí)，并在此基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)和創(chuàng)新。本文的目的是在于和同行進(jìn)行技術(shù)交流，以使該設(shè)備更趨穩(wěn)定和成熟。早日能為化工、冶金行業(yè)帶來(lái)效益。