佛山神威热交换器有限公司 528000
摘要：对于换热器来讲，其发展在很大程度上表现为新材料的采用。由于许多场合存在严重的腐蚀现象，采用的对策一是表面防腐，另一方面就是选用耐蚀新材料。目前应用的耐蚀新材料主要是金属钛管、哈氏合金、超级双相不锈钢、锆管等。余热回收换热器作用效果受材料物性、表面积大小，特别是传热管的结构形状、对流换热的组织方式和强度等多方面因素影响。对换热器用传热管，合理的功能结构不仅在于增加换热面积，更重要的是通过多尺度的结构形状来组织合理的流态，以达到最好散热效果的目的。
关键词：换热器；不锈钢；翅片管
1 不锈钢翅片管换热器的特性分析
1.1不锈钢翅片管换热器的特点
不锈钢通常具有较好的抗 CO 、CO 2 、NO X 、SO 2 等酸性气体腐蚀性能，且价格比铜低。但不锈钢的导热系数比铜低得多，在换热器中应用必须进行传热强化，在不锈钢管外套翅片是强化传热的一种较好的方式。散热翅片管的加工工艺是把冷轧钢带用机械缠绕方法，绕在无缝钢管上，然后进行表面镀锌处理。散热翅片与散热管接触面积广而紧、传热性能好、稳定并且耐腐蚀。
1.2翅片的结构形式
目前翅片规格主要有：平片、波纹片和开窗片（桥片）。开窗片的换热性能比波纹片要好，但容易造成脏堵。实验结果表明 ：采用波纹片和开窗片时，空气侧表面传热系数较平片分别增大 20 % 和 60 % 以上，见图 2-2 正弦波纹片与图 2-3 V 型波纹片。
图 2-4 为百叶开窗片，图 2-5 为桥片 （双窗口片 ），凸起的条纹或波纹将翅片表面沿气流方向逐段断开，以阻止翅片表面流动边界层的发展，使气流在各冲条部分形成新的边界层，即不断利用冲条的前缘效应，达到降低空气流动阻力、提高传热效果的目的。在空气流过平肋片时，肋片表面上形成层流边界层，使传热热阻较大，换热系数低。波纹型翅片、冲缝翅片都有增加气流扰动的作用，能够破坏翅片表面的边界层，使气流成为紊流，强化了翅片表面的换热能力。百叶窗型的翅片可极大地改善热交换性能，特别是弧形百叶窗翅片可获得非常高的换热系数，几乎是波纹片的两倍。但引起的阻力损失也较大，影响大小与条缝高度有关。
在翅片强化换热性能方面，弧形百叶窗翅片为最优，其次为矩形百叶窗型、皱纹板型、波纹板型。这主要是因为在光直翅片中，连续稳定的粘性层流层妨碍了流体与翅片的换热；波纹翅片破坏了连续稳定的粘性层流层，所以换热系数增大了；而开缝式翅片，不仅破坏了连续稳定的粘性层流层，而且大大增加了流道中的紊流度，从而使换热系数进一步增大。方形百叶窗和弧形百叶窗均是在翅片上开翻边槽，以此强化气流扰动，增强换热。弧形百叶窗型翅片的开槽是沿着铜管外壁进行的，这样的好处是气流可以在百叶窗型翻边的诱导下更大面积的冲刷到管后部，即减小铜管后部的尾流区域，强化换热。
1.3换热器的强化传热技术
通过采用强化传热技术增强换热器中的换热强度能很好地节约能源，从而也间接地减少了人类的能源开采，保护了环境。有些强化传热技术可以使换热器的换热强度增强十倍以上，从而使换热器的尺寸和重量大大减少，并带来显著的经济和节能效益。因此，研究和开发强化传热技术对于国民经济的重要作用是不言而喻的。
关于传热强化的物理机制可以归纳为：
(1) 壁面区和中心区流体的混合；
(2) 流体边界层的减薄；
(3) 二次流的形成和湍流度增强等。在具体技术方面．强化传热可分为被动强化技术和主动强化技术，前者是指不需要外界动力的强化技术，包括壁面扰动装置、扩展表面（各种肋）、插入物、旋流器和湍流发生器等；后者是指需要输入外界动力的强化技术，包括机械振动、施加电场或磁场、流体中加添加物等。
由于主动式强化技术所需设备复杂、价格昂贵，因此主要应用于一些特殊场合，使用范围相对有限；而被动式强化设备则具有设备简单，价格便宜等优势，目前已取得广泛应用。现在被动式强化传热技术方面己经取得了不少成果，不少研究者应用不同的强化换热设备都取得了较好的强化传热效果。
2不锈钢翅片管换热器的生产工艺要求
2.1弯管与套片
对于弯管的要求主要是控制弯管的扁平率。扁平率太大会引起流动阻力的增加，同时会使钢管局部变薄，容易引起钢管振动后产生破裂。需要注意的是，由于换热器两端板均采用翻边，如果套片时将翅片的翻边一面朝向端板的翻边侧，就会引起此处的间距达到其他部分翅片间距的两倍，这样的后果是气体的局部流动阻力减小，引起局部风速加大，有时甚至可引起吹水现象，这也是我们从风道中见到漏水的原因之一。
2.2胀管过程中的胀量及质量控制
胀管最重要的是依据不同钢管内径来选用合适的胀头直径。为保证钢管与翅片的紧密配合，只要翅片性能好、胀制过程不破坏翅片，胀头适当偏大较好。
胀管中的胀量是胀管最重要的工艺参数，它的大小直接影响到换热器的换热效率。大了胀裂翅片，小了管与翅片之间留有间隙，增加热阻。胀管后，换热器外形尺寸要符合图纸要求，翅片要排列整齐，开裂和叠片现象。因此，胀头尺寸的确定尤为重要。
在换热器内部工作的是高温高压流体，最终会使脱落的毛刺及残留齿间的钢屑一起进入系统，严重时可能损坏制冷压缩机。为避免上述情况产生可采用以下办法：
a）选用直径合适、质硬、光滑的胀头，保证胀头与内壁线接触，及时更换已磨损胀头；
b）选用内螺纹管的齿形为梯形齿、齿顶有弧度，或最新推出的高低形齿；
c）定时在胀管前清洁胀头和胀杆；
d）胀后用低压空气吹扫钢管；
e）增加内清洗工序。最终目的是达到翅片与钢管配合紧密、管内清洁。
3不锈钢的焊接工艺特点及存在的问题
焊接基本原理：翅片管是在无缝钢管外圆上按一定的螺距缠绕钢带（钢带垂直于钢管外圆的表面），以高频电流作焊接热源，利用高频电流的集肤效应和电热效应，局部加热钢管与钢带的接触面及待焊区，使接触面达到塑性可焊状态，同时在翅片外侧施加顶锻力将接触处的金属氧化物、局部熔化物以及多余的塑态金属挤出，使钢管与翅片材料之间达到固态原子间的结合，从而实现接触面的塑性焊接。如图：
HF-高频焊电源；R-管子转动方向；S-翅片送料方向；F-挤压力；T-管子移动方向
4不锈钢翅片管换热器在余热回收中的应用
目前，工业锅炉是我国主要的热能动力设备，随着我国经济快速发展，能源消耗日益增加。在热能动力方面能耗高、污染高的主要原因之一就是锅炉的烟气排放，锅炉排烟问题一方面在于烟气污染物的直接污染，另一方面就是过高的排烟温度。如果在排烟烟道设置烟气 - 水换热器，进行烟气余热回收，用来加热热水供其他用途使用，可以提高能源的利用率。在烟道气的余热回收装置中，为了提高传热效率、增大传热面积，换热器采用翅片管。烟气 - 水换热器作为热源端的换热时，换热器内烟气通过对流换热方式将热量传递给换热管，同时管内水在水泵强制循环下与换热管内壁进行对流换热，吸收来自烟气的热量。因此换热效率的高低主要取决于烟气和水之间的温差大小及烟气和水的流速。
5 总 结
余热回收中的翅片管换热器的翅片形式有矩形翅片、圆形翅片、波纹翅片、条缝翅片等多种。根据加工方法的不同翅片管分为绕片管、串片管和轧片管等。本章介绍的翅片管换热器为钢制绕片翅片管换热器。钢制绕片翅片管换热器的生产工艺要求较高，在制造过程中用到胀管工艺，本章中给出了胀管过程中的胀量及质量控制参考方法。胀管中的胀量是胀管最重要的工艺参数，它的大小直接影响到换热器的换热效率。另外，胀头尺寸对换热器的换热性能有较大的影响。胀头尺寸越大换热器的换热性能越好，但又不能过大，否则会胀裂翅片影响换热器的换热性能。
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论文作者:黄俊初
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/10
标签：换热器论文; 翅片论文; 换热论文; 波纹论文; 烟气论文; 百叶窗论文; 不锈钢论文; 《基层建设》2016年11期论文;