海水淡化新型換熱管與管板連接方法

雷光艷

（天津市化工設(shè)計院，天津 300193）

蒸餾法是最早采用的海水淡化技術(shù)，是海水淡化最主要的方法。蒸餾法海水淡化是將海水加熱蒸發(fā)，再使蒸汽冷凝得到淡水的過程。蒸餾法具有其它淡化方法不可比擬的特點：設(shè)備簡單可靠；受原水濃度限制較小，即當料液濃度變化時，蒸發(fā)過程的條件改變不大，能耗變化較小，故蒸餾法更加適合于海水及高濃度苦咸水淡化；海水蒸發(fā)所得的水就是蒸餾水，水質(zhì)較高；直接利用熱能，避免了能量轉(zhuǎn)換過程的損耗，可利用低壓蒸汽、廢可燃氣體、熔爐廢熱、溫泉熱等廉價熱能，較為經(jīng)濟。由于海水介質(zhì)的特殊性，低溫多效海水淡化蒸發(fā)器傳熱管多采用價格較高的合金材料（銅及不銹鋼等），這使得低溫多效海水淡化設(shè)備制造成本較高，在一定程度上限制了其應(yīng)用。為降低海水淡化裝置的投資，研究人員就鋁合金換熱管用作蒸發(fā)器進行了研究，并將其應(yīng)用于實際工程。本文針對采用鋁合金換熱管的蒸發(fā)器，開展傳熱管與管板連接方式研究，為廉價換熱材料在低溫多效海水裝置中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 密封結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合大型低溫多效海水淡化裝置中選用的鋁質(zhì)傳熱管，本文提出橡膠彈性連接方式，既起到密封作用，又可消除不同金屬接觸所造出的腐蝕現(xiàn)象，同時可吸收設(shè)備運行產(chǎn)生的震動。針對Φ24×1.5換熱鋁管和10mm厚管板，設(shè)計出如圖1所示彈性連接件結(jié)構(gòu)管板管孔結(jié)構(gòu)如圖2所示。

根據(jù)設(shè)計要求，試制了6種材料的密封元件（SR—硅橡膠，NBR—丁腈橡膠，NR—氯丁橡膠，CR—天然橡膠，IIR—丁基橡膠，EPDM—三元乙丙橡膠）。

2 密封實驗裝置

為了驗證膠圈密封在指定工作條件下的密封可靠性，確定模擬工況下，管孔與膠圈之間、膠圈與管孔之間過盈量的最佳值，設(shè)計加工了5種不同開孔尺寸的實驗裝置，進行了密封和傳熱管穿管實驗。管板開孔尺寸分別為Φ27+0.15，Φ27+0.20，Φ27+0.30，Φ27+0.40，Φ27+0.50。

圖1 彈性密封結(jié)構(gòu)

圖2 管板管孔

3 密封實驗

3.1 實驗方法

1）采用四氯化碳清洗管板開孔油污，將膠圈放入一個管板相應(yīng)的孔內(nèi)。

2）將鋁管外部或密封膠圈的孔壁涂上一層甘油。

3）將鋁管插入密封密封膠圈內(nèi)。

4）將自來水灌滿實驗設(shè)備，記錄不同時間玻璃管液位高度變化。

針對Φ27+0.20的開孔，分別進行正壓測試（工質(zhì)采用自來水）和負壓測試。

3.2 實驗結(jié)果與分析

結(jié)果顯示，所有密封膠圈液位高度均沒有變化。Φ27+0.20開孔試驗結(jié)果見表1。

實驗結(jié)果表明，實驗所用的結(jié)構(gòu)尺寸能夠滿足密封要求。Φ27+0.20開孔時換熱管安裝力度適中，密封性能較好。

4 橡膠的選擇

從橡膠特性考慮，硅橡膠在高溫和嚴寒條件下，仍不失原有的強度和彈性，有良好的電絕緣性、耐氧抗老化性、耐光抗老化性以及防霉性、化學穩(wěn)定性等。丁腈橡膠耐油性極好，耐磨性較高，耐熱性較好，粘接力強，但耐低溫性差、耐臭氧性差，電性能低劣，彈性稍低。氯丁橡膠抗張強度高，耐熱、耐光、耐老化性能優(yōu)良，耐油性能優(yōu)于天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠，具有較強的耐燃性和優(yōu)異的抗延燃性，其化學穩(wěn)定性較高，耐水性良好，缺點是電絕緣性能，耐寒性能較差。天然橡膠在常溫下具有較高的彈性，稍帶塑性，具有非常好的機械強度，滯后損失小，耐屈撓性也很好，電絕緣性能良好；不耐老化是天然橡膠的致命弱點，添加了防老劑的天然橡膠耐老化性有所提高；有較好的耐堿性能，但不耐濃強酸，耐油性和耐溶劑性很差。丁基橡膠氣密性好,耐熱、耐臭氧、耐老化、耐化學藥品，并有吸震、電絕緣性能。三元乙丙橡膠具有優(yōu)越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蝕的能力，有極好的硫化特性，在所有橡膠當中，具有最低的比重，吸收大量的填料和油對其特性影響不大。綜合比較后認為硅橡膠和氯丁橡膠比較適合于蒸發(fā)器傳熱管板與管板的彈性連接。

表1 Φ27+0.2開孔正壓測試和負壓測試結(jié)果

總之，針對不同材料換熱管和管板，采用彈性連接結(jié)構(gòu)可以起到密封作用。對于特定尺寸的密封連接件，表現(xiàn)出良好的正壓和負壓密封性能。采用硅橡膠和氯丁橡膠制作的密封結(jié)構(gòu)件，綜合性能較好。彈性密封的設(shè)計開發(fā)為廉價換熱材料在低溫多效海水裝置中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。