1.天津市西格玛锅炉有限公司 天津 武清区 301700；2.天津市西格玛锅炉有限公司 天津 武清区 301700
【摘 要】文章叙述了翅片管的传热原理的，介绍了翅片管的类别、各自的优缺点以及常用规格，分析了翅片管设计时的主要参数和这些参数的选取方法，简述了当前翅片管换热器在实际运行过程中经常遇到的积灰问题和腐蚀问题并提出了避免方法，最后表达了对翅片管换热器研究的展望。
【关键词】翅片管；换热器；积灰；低温腐蚀
前言
现在成本竞争日趋激烈，如何提高换热器的效率、节约成本已成为换热器设计单位和使用单位所遵循的主要原则之一。翅片管作为一种高效经济的换热元件在换热器中的应用越来越广泛。相对于其它形式的换热器，在相同的传热条件下，翅片管换热器金属消耗量更小，结构更紧凑。然而翅片管换热器的换热过程更加复杂，在设计过程中需要考虑的因素也更多。
1 翅片管工作原理
翅片管，又叫鳍片管或肋片管，就是在原有的管子内表面或者外表面上增加一定数量的扩展受热面，从而形成一种独特的传热元件。从传热学上我们可以知道，对流换热是固体表面和它接触的流体之间的传热，即对于换热器来说，相同的金属材质和工质之间的传热量取决于二者之间的接触面积。图1所示分别未加装翅片时和加装翅片后空气—水的传热原理。
翅片管换热器设计时，可以通过对热侧介质、冷侧介质和管子材料三者导热系数进行比较来合理的加装翅片。如空气—水碳钢换热器，其中空气的导热系数为0.024 W/（m×K），水的导热系数为0.6 W/（m×K），碳钢的导热系数为45 W/（m×K），从这三者的导热系数可以看出最小的是空气，这使得空气侧成为传热过程的“瓶颈”，限制了传热量的增加。为了克服空气侧的“瓶颈”效应，应当在空气侧加装翅片。加装了翅片以后，使空气侧原有的传热面积得到了极大的扩展，弥补了空气侧换热系数低的缺点，使传热量大大提高。表1为常用材料的导热系数。
2 翅片管的类型
2.1 焊接翅片管
焊接翅片管用钎焊、氩弧焊等工艺制造，可以使用不同材料的翅片和管子。由于制造简易、经济且具有较好的传热和机械性能，故在工业上广泛应用。但是采用钎焊和氩弧焊的翅片管由于焊接工艺问题，经常出现焊接质量问题。
2.2 整体翅片管
整体翅片管由铸造、机械加工或者压制而成，翅片与管子一体。由于这种翅片管是一体式的，其翅片和管子之间无热阻，翅片强度高，但是要求翅片与管子为同一种材料。由于工艺原因翅片厚度也比其它类型翅片管的翅片厚，因此这种类型的翅片耗材多。
整体型钢质翅片管的常用尺寸规格为：管子内径25mm～36mm；管壁厚度3mm～6mm；翅片距8mm～13mm；翅片厚度2.5mm～3.5mm；翅片高度8mm～12mm【1】8。
2.3 高频焊翅片管
而高频焊翅片管是利用高频发生器产生的高频电感应，使管子表面与翅片接触处产生高温而部分融化，再通过加压使翅片与管子连城一体而成。这是一种较新的连接方式，适用于不同材料之间的焊接。因其制造简单、生产效率高、性能优良、传热性能好等优点而越来越受到市场的青睐。
常见的高频焊可焊规格为：管子内径25mm～168mm；管壁厚度3mm～6mm；翅片距1mm～10mm；翅片厚度2.5mm～3.5mm；翅片高度8mm～20mm；可焊管子长度0.5m～15m；可焊材料有碳钢、低碳钢、不锈钢【1】7。
3 翅片管的设计
3.1 翅片距
翅片距的数值会影响到翅化面积的大小，同等情况下翅片距越小翅片面积越大。为了获得单位管长最大的外表面积，应当使用最小允许的翅片距。但是翅片距过小，会导致介质阻力过大。而且若介质中含有灰尘，过小的翅片距会产生积灰，进而加大介质阻力和降低换热器效率。
在翅片管设计时若含尘量很大的介质，如钢厂、转炉排气，应采用10mm以上的节距，再辅以合理的排灰、吹灰装置。而含尘量很小的介质，如热空气、天然气设备排气，此时的翅片距可以选择4mm～6mm。
3.2 翅片高度
增加翅片高度使翅片表面积增加，但是却使翅片效率下降，所以有效面积（即翅片表面积乘以翅片效率）增加渐趋缓慢，而且过高的翅片高度会造成材料的浪费。图2为翅片效率、有效面积、单位有效面积的成本与翅片高度的关系【2】163。由图2可知翅片高度在10mm～20mm之间为最佳。
3.3 翅片厚度
较小的翅片厚度可以带来较小的翅片距，但是同时也降低了翅片效率，降低了结构强度。最小翅片厚度通常为0.9mm。如用以处理腐蚀性或高温介质时，需使用厚度更大的翅片，最高厚度可达4.2 mm。而对于小直径情形，将受到一些限制。最常用的翅片厚度为1.2 mm【3】。
所以翅片厚度设计选取时应处分考虑到其强度、制造工艺和腐蚀余量等因素。
3.4 翅片管的排列
在翅片管换热器设计中，翅片管的排列方式非常重要。常见的排列方式有两种：错列和顺列，错列或者顺列是指烟气流动方向上的排列方式。当采用错列时介质在管外绕流，受到的扰动较大，换热系数较高，但是缺点是阻力较大。相反，采用顺列的翅片管换热器，介质扰动较小，换热系数较小，但是阻力也小。所以在翅片管换热器设计时应当根据实际情况布置翅片管的排列方式和节距。
4 翅片管换热器积灰与腐蚀
4.1 积灰问题
积灰按其特性可分为疏散性的积灰、粘附性的积灰和粘结性的积灰。对于疏散性的积灰，在布置翅片管时，应当尽量保证翅片垂直、选取合适的管排节距和翅片距，同时以辅助以合理的除灰方式。对粘附性的积灰和粘结性的积灰，目前在翅片管换热器设计中，还没有有效的避免方式，所以对于这类积灰可以采用光管换热器或者只加装少量的翅片。
4.2 低温腐蚀
低温腐蚀即当翅片管换热器壁面温度低于烟气露点温度时，烟气中的酸性气体会和水蒸气结合，从而产生壁面腐蚀。常见的酸性气体有二氧化硫、三氧化硫、氯气等。而对于壁面温度低的翅片管换热器可以采用抗腐蚀性材料，当然即使选用抗腐蚀性材料也只能降低腐蚀而不能避免腐蚀。所以翅片管换热器设计时应当合理的布置结构、提高放热介质出口温度或者预热吸热介质来提高壁面温度，这样可以有效的避免低温腐蚀。
5 总结
翅片挂换热器在很多行业应用越来越广泛，但是从上面分析可以看出其还存在着明显的缺点，特别是含灰量较高和有腐蚀性的介质中应用有很大的局限性。这需要不断的技术研究来克服现在翅片管换热器所面对的各种问题。
参考文献：
[1] 刘纪福．翅片管换热器的原理和设计[M]．哈尔滨工业大学出版社：哈尔滨，2013，7-8.
[2] 史美中，王中铮．换热器原理与设计[M]．东南大学出版社：南京，2009，162-163.
[3] 荆锋，马有福，袁益超. 整体型和锯齿型螺旋翅片管研究综述[J]. 能源研究与信息，
2010，26（3）：133-138.
作者简介：徐进孝（1986-）、男、江苏、助理工程师、学士、2009年毕业于内蒙古科技大学热能与动力工程专业，主要从事烟气余热锅炉、燃油（气）锅炉以及燃煤锅炉的设计和研发工作。
论文作者:徐进孝,白小龙
论文发表刊物:《低碳地产》2016年13期
论文发表时间:2016/11/9
标签：翅片论文; 换热器论文; 翅片管论文; 介质论文; 厚度论文; 系数论文; 空气论文; 《低碳地产》2016年13期论文;