螺旋板殼式換熱器在冷凝器中的應用？

　　一、冷凝器端部溫差對機組能耗的影響

　　當制冷機的壓縮機結構、尺寸、轉速及制冷劑、確定后，能夠改變機組運行條件的是蒸發(fā)溫度To、和冷凝溫度Tk.其中影響能耗的首推冷凝溫度、Tk.當冷卻水進口溫度一定時，冷凝溫度Tk由冷、凝器端部溫差決定。下面以R22為例，比較不同冷凝溫度的理論節(jié)電效果。

　　蒸發(fā)和冷凝時，氣態(tài)和液態(tài)都處于飽和態(tài)。、蒸發(fā)溫度為2℃，此時對應的飽和壓力Po為、530·8kPa，R22的盡熱指數k=1.16.、盡熱壓縮時，理論電功率W可用下式、計算[4-5]：

　　式中：W為盡熱壓縮時理論電功率（kW）；k為盡熱、指數；Po為蒸發(fā)壓力（kPa）；Vo為壓縮機的理論輸、氣量（m3/h）；Pk為冷凝壓力（kPa）。

　　表1為由式（1）計算得到的結果。

　　由表1可見，冷凝器端部溫差越小，理論電功、耗也越小。

　　以上分析是在沒有過冷條件下進行的，由于、螺旋板殼式換熱器的傳熱效率高，冷端端部溫差、小，有利于進步過冷度。對同一臺制冷機組而言，、節(jié)流前的過冷度愈大，節(jié)流后的干度就愈小，循環(huán)、的單位制冷量就愈大，制冷系數就會增大。

　　二　換熱芯可外抽的螺旋板殼式換熱器的結構簡介

　　本發(fā)明的特征在于：換熱芯總成與碳鋼制外、殼總成間，不用焊接，而用可拆卸的靜密封來保證、兩流體間的密封。換熱芯總成可以從外殼總成中、抽出，換熱芯具有傳熱、耐腐蝕和強度功能；而外、殼和其他結構件總成，則由價格便宜的碳鋼制成，、當與外殼接觸的流體具有腐蝕性時，由于其無傳、熱任務，故可采用簡單而又便宜的涂層來防腐。、其他有效的技術措施是：在傳熱基板上軋制加強、筋或密布定距器件，以進步其穩(wěn)定性，減少其厚、度；采用翅片，盡量擴展二次換熱面，對于海上采、油平臺和遠洋艦船上用海水冷卻的冷凝器，可減、少珍貴特材的用量，而對于陸用機組，則可實現(xiàn)以、鋁代銅和以板代管，節(jié)約換熱器的材料購置費。、圖1是R22海水冷凝/冷卻器的結構圖。上、部為正剖面示意圖，下部為兩側的剖視圖。鈦制、換熱芯為螺旋板式結構，是2個同心的螺旋流道、（海水流道和R22流道），它們互不相通。海水由、右下部的進口管（R22流道封閉，而海水流道開口，參見B-B剖視圖）進進進口配流室，海水并聯(lián)、由右向左通過海水流道，進進出口配流室（R22流、道封閉，而海水流道開口，參見A-A剖視圖），最后、經海水出口管外排。殼體總成由殼體、殼體法蘭、、活動蓋、固定蓋、氣態(tài)R22進口、液態(tài)R22出口、填、料函以及其他附加裝置（如安全報警、放氣排污口、和支架等）組成。

　　從壓縮機排出的氣態(tài)R22進進殼體，在換熱、芯內被冷凝/冷卻成液態(tài)，經節(jié)流后進進蒸發(fā)器，、再經壓縮機壓縮，完成1個制冷循環(huán)。海水進出口、管靠填料函密封，同時也有效地消除了熱應力。、換熱芯有支撐的浮動安置在殼體內，卸掉活動蓋，、可以方便地從殼體外抽。運行時，殼程壓力大于、芯程壓力，故換熱芯是一個受外壓的容器，設計和、制造時，可以采取措施，來進步換熱芯的穩(wěn)定性，、為陸上機組使用材料強度較低的鋁提供了可能。、換熱芯可外抽，與殼體采用可拆卸的靜密封，解決、了異種金屬互焊性差的困難。承壓的外殼采用價、格便宜的碳鋼制造，為海上制冷機組節(jié)約珍貴特、材的消耗量，為陸上制冷機組實現(xiàn)以鋁代銅和以、板代管提供了技術上的可能性。

　　三　試驗流程和結果

　　3.1　試驗流程

　　利用中海油某浮式生產儲油輪進行試驗。該、輪有1臺水冷柜式空調機組，原來的R22冷凝器是管殼式，換熱管材質是鎳黃銅，在南海海況下，壽命很短，一般不到2年。由于鈦材是海水耐腐蝕、之王，預期其壽命在10年以上。為考察螺旋板殼、式換熱器（圖2）的熱工性能和鈦材的耐腐蝕情況，、進行了對比試驗。對比的條件是：2臺冷凝器的換、熱面積、運行工況均相同，而結構和材料不同。試驗流程見圖3.

　　3.2　試驗結果（表2）

　　由表2可見，固然2臺冷凝器換熱面積相同，冷、卻循環(huán)水的進出口溫差相同，但冷凝溫度可由45℃、降到32℃（端部溫差只有3℃）。對應的飽和壓力、則由1729kPa降到1255kPa，壓縮機制冷劑的出口溫度，由98℃降低到88℃，壓縮性能耗降低13%左、右。試驗結果與上述理論計算比較接近。這表明螺、旋板殼式換熱用具有比較理想的熱工性能。、此外，由于螺旋板殼式換熱器的高溫端部溫差、比管殼式換熱器小得多，冷卻循環(huán)水的溫升一般可、達10℃[2-3]，是常規(guī)管殼式換熱器（冷卻循環(huán)水的5、℃）的2倍，故冷卻循環(huán)水量也可減少一半，整個制、冷系統(tǒng)的能耗可進一步降低。

　　四　陸上機組的冷凝器以鋁代銅的技術經濟分析

　　4.1　以鋁代銅的技術可行性

　　鋁的低溫性能優(yōu)良，與R22的相溶性很好，導、熱性也不錯，但由于鋁的機械強度不高，與鋼材的、互焊性很差，未能取代銅材用于兩器（蒸發(fā)器和冷、凝器）。換熱芯可外抽的耐腐蝕雙軸向流螺旋板殼、式換熱器采用靜密封結構，巧妙地解決了鋼鋁間互、焊性差的困難，承壓的外殼用強度高的鋼材制造，可、外抽的換熱芯用鋁材制造，2種材料上風互補。銅、的導熱系數比鋁大77%，但由于厚度只有2mm，理、論和工程實踐都證實，材質導熱系數的大小對總傳、熱系數影響不大（換熱面材質的導熱系數不是換熱、器的總傳熱系數的主要控制因素）。固然鋁的線脹、系數比銅大40%，由于螺旋板殼式結構能夠有效消除熱應力，技術上也就不存在題目。

　　4.2　以鋁代銅的經濟上的公道性

　　下面再對其經濟上的公道性進行評估。表3列出了可以作為換熱間壁的幾種金屬材料的物理、性能。由表3可見，銅的密度是鋁的3.3倍，當換、熱間壁厚度相等時，單位換熱面積的銅消耗量是、鋁的3.3倍。按現(xiàn)時國內市場價，銅的價格是鋁的、3.5倍，當換熱間壁的厚度相等時，單位換熱表面、銅的材料購置費約為鋁的11.6倍。在實際工程、中，為降低本錢，目前冷凝器的銅管壁厚一般只有、1mm，而為確保焊接質量，螺旋板殼式換熱器的換、熱芯的厚度是2mm，因此，即便考慮到壁厚的不、同，以鋁代銅，仍可節(jié)約換熱器的材料購置費80%、以上，經濟效益非常可觀。

　　五　結論與題目討論

　　5.1　結論

　　對中海油某浮式生產儲油輪上水冷機組的冷、凝器進行了管殼式和螺旋板殼式的對比試驗。結、果表明：固然2臺換熱器的面積相等、冷卻循環(huán)水、的進出口溫度相同，但冷凝溫度可由管殼式的45℃降到螺旋板殼式的32℃。壓縮性能耗降低、13%左右。試驗結果與理論計算結果接近。采用、換熱芯可以外抽的結構型式，解決了鈦、鋁與鋼互、焊性差的困難，用于海上制冷機組，可減少價格昂、貴的特材（鈦）的消耗量；用于陸上制冷機組，可實、現(xiàn)以鋁代銅和以板代管，可降低冷凝器的材料購、置費80%以上。螺旋板殼式換熱用具有端部溫差、小的上風，可進步冷凝器的過冷度和蒸發(fā)器的過、熱度，增加換熱能力。因此可進步機組的能效比、和降低冷卻循環(huán)水的循環(huán)量，促進節(jié)能減排。這、些優(yōu)點，更適宜其在水源熱泵熱水器中推廣。

　　5.2　題目討論