DR型雙金屬軋制翅片管在空冷式熱交換器中的應用研究

楊峰

摘 要：本文對雙金屬軋制翅片管理論計算分析、制造工藝進行探討、檢驗方法說明，來分析雙金屬軋制翅片管的應用對提高空冷式熱交換器換熱能力的影響。

關鍵詞：雙金屬軋制翅片管；換熱參數(shù)；制造工藝；檢測方法

中圖分類號：TH45 文獻標志碼：A

0 概述

隨著空冷式熱交換器設備大型化、國產(chǎn)化并與國際標準接軌，如何提高其換熱能力、縮小體積、降低能耗成為現(xiàn)階段的首要課題，然而提高換熱能力必然會增大設備體積、增大能耗，因此將主體換熱原件的研究放在首位，其中翅片管是換熱器組成中最重要的換熱元件。為了提高換熱效率，通常在換熱管的外表面通過機械繞制、鑲嵌、穿片、焊接方式加裝翅片，通過翅片增大換熱管的換熱面積，提高換熱效率。

翅片管按其結構形式可分為：L型繞片式翅片管、KL型滾花型翅片管、DR型雙金屬軋制翅片管、G型鑲嵌式翅片管；空冷式換熱器在滿足最高允許使用溫度前提下，通常選用DR型雙金屬軋制翅片管，其特點是強度高、耐震動、成型尺寸較容易保證，由于鋼管整體插入鋁管內(nèi)，因此有效的避免了鋼管與外界空氣的直接接觸，有效降低了鋼管的腐蝕速率，延長了雙金屬軋制翅片管空冷器的使用壽命。

1 換熱參數(shù)理論計算

1.1 傳熱量計算

傳熱量的計算可由以下傳熱基本方程式求得：

Q=K1 F1△tm= K2 F2△tm，W

其中F1 、F2分別為翅片管外表面積與翅片管光管外表面積（m2），根據(jù)所選基管規(guī)格、長度、翅片高度、寬度以及翅片管片距確定；K1 、K2分別為整體外表面積及翅片管光管外表面為基準的傳熱系數(shù)（W/ m2℃），對于石油化工行業(yè)，通常以光管外表面為基準的傳熱系數(shù)進行計算，而對于電力行業(yè)，通常以翅片管外表面積為基準。△tm為平均溫差（℃）。

1.2 翅化比計算

翅化比是指基管（鋼管）在加裝翅片以后表面積擴大的倍數(shù)，是決定翅片管換熱量的重要參數(shù)，其值為基管外表面積與翅片管總的外表面積的比值，其中翅片管表面積為：以兩管板之間的管長為基準的與空氣接觸的翅片管外表面。對于減小片距可增大翅化比，使得單位尺寸的傳熱面積增大，但是制造費用也相應增加，因此需根據(jù)使用條件、換熱參數(shù)選擇合適的翅化比，經(jīng)大量試驗與實際應用證明，最佳翅化比為14～27，國內(nèi)翅片管通常選擇：低翅17.1，高翅23.4。

2 材料技術要求及制造工藝

由于雙金屬軋制翅片管采用兩部分材料組成，即基管（鋼管）和散熱鋁管，鋼管承載內(nèi)部流體介質(zhì)腐蝕、沖刷、壓力、熱傳導，鋁管軋制成型后形成翅片進行換熱，因此可根據(jù)冷、熱流體條件參數(shù)以及換熱器結構類型自由選擇基管材料和翅片材料。

2.1 材料技術要求

鋼管技術要求：材料可根據(jù)介質(zhì)腐蝕、沖刷等條件、參數(shù)進行選取，由于空冷換熱器通常長度為6m～12m，因此為保證后續(xù)鋼管插入鋁管內(nèi)，在使用前應對鋼管進行校直，其直線度誤差1000mm內(nèi)不大于0.4mm，且鋼管表面還應進行清理，去除污物以及鐵銹，由于鋼管插入鋁管后不易進行壓力試驗，且對于微滲漏無法準確觀測，因此鋼管在裝配前還應進行單管水壓試驗，試驗壓力按照GB150標準要求為設計壓力的兩倍，保壓時間一般不低于10s。鋼管不應有變形、滲漏現(xiàn)象存在。

散熱鋁管技術要求：一般采用GB/T4437.1—2000熱擠壓無縫鋁管，此種材料抗拉強度可達到5.38kg/mm2～9.5kg/mm2保證了鋁管在軋制時在靜拉伸條件下的承載能力，提高了翅片的斷裂抗力，保證材料彈性變形向局部集中塑性變形的均勻過渡、屈服強度1.75kg/mm2～2.5kg/mm2，保證了在受到外力作用下鋁管均勻變形，減少塑性變形的應力，保證翅片成型，伸長率大于25%，保證翅片能夠均勻、穩(wěn)定的變形，為獲得較高換熱面積提供重要保證。由于軋制前基管需插入到鋁管內(nèi)部，因此鋁管內(nèi)外圓同軸度要求小于0.2mm，橢圓度小于0.1mm，鋁管應盡可能的平直，不應有硬性彎曲、凹坑和壓痕等，且通過金相復驗分析，不得有明顯的晶粒增大現(xiàn)象存在，防止軋制翅片管外觀出現(xiàn)無齒形。

2.2 制造工藝

（1）鋼管與鋁管裝配前應盡量校直，將直線度誤差控制在允許范圍內(nèi)，然后將鋁管端面由專用工具以內(nèi)孔定位后劃平，并內(nèi)外倒角1×45°。

（2）將鋼管、鋁管使用輔助機械裝置進行配串裝配，并將其引入主軋機后端旋轉料筒，調(diào)試好3組軋片刀，根據(jù)片距尺寸調(diào)整螺旋角，分別經(jīng)過粗軋、精軋，將翅片軋制成型，然后將翅片管兩端多余翅片去除、定尺。

（3）翅片成型后需要進行表面處理，分別在處理槽中用堿液、拋光液對軋片管進行處理，堿液是含有大量氫氧根從而呈堿性的一種溶液，能夠溶解脂肪、織物等黏性物質(zhì)，并且對其他物質(zhì)存在很高的化學反應能力。使用堿液的溫度一般低于80℃，以防止反應堿性氣體逸出，翅片管取出堿液槽時，應緩慢，以防堿液濺出；拋光液是一種不含磷、硫、氯添加劑的水溶性化學試劑，且具有較好的防銹、去油污、增光性能，并能鋁翅片超過原有的光澤。性能穩(wěn)定、無毒，對環(huán)境無污染。

3 檢測方法

3.1 外觀檢查

翅片外表面應清潔，不得有污物、磕碰、倒塌、端部部部齒痕等缺陷，且翅片尖端的開裂深度不應大于翅片高度的1/4，包覆層應與基管緊密連接，不允許有開裂現(xiàn)象；尺寸檢查：每米翅片管片數(shù)偏差為±4%，翅片管外徑公差為-1mm～0.5mm。

3.2 拉拔力檢測

由于雙金屬軋制翅片管軋制成型后根部翅片一般僅為0.4mm，且包覆層的厚度在1mm左右，為防止在受外力、長時間處于高風速狀態(tài)或惡劣外部環(huán)境下下翅片撕裂、脫落影響設備換熱，因此對翅片連接強度進行檢測，通常方法為：在首只產(chǎn)品DR翅片管上隨機選取一段翅片，將所選取翅片周邊翅片撥倒，以預留試驗空間，取90°翅片剪至根部，利用自鎖鉗沿翅片管垂直方向，向上平穩(wěn)拉拽翅片，直至翅片脫離，此事數(shù)值為翅片實際拉拔力值，一般對于雙金屬軋制翅片管拉拔力不低于5kg。

3.3 單管熱功性能試驗

熱功性能試驗式檢驗翅片管傳熱、換熱能力的主要檢測手段，對于雙金屬軋制翅片管熱功性能試驗是一個必不可少的檢驗工序，其中傳熱系數(shù)試驗是在整個熱功性能試驗中最重要環(huán)節(jié)，在保證基管內(nèi)熱能傳遞條件基本穩(wěn)定的情況下，對外部換熱空氣風速進行調(diào)節(jié)，在測量不同風速量級下，翅片管的傳熱系數(shù)通過對風速與傳熱系數(shù)線性關系比較分析，從而對翅片管的傳熱、換熱能力進行評估。

結語

對于雙金屬軋制翅片管通過準確計算、不斷完善的制造工藝以及嚴謹?shù)臋z測手段，能夠最大限度地發(fā)揮翅片管的散熱能力，不但節(jié)省設備整體制造成本，也對空冷式熱交換器換熱能力提供最有力保證。

參考文獻

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