對方框型空冷式換熱器的再認識和創新

董建平

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司第一能源總廠，安徽馬鞍山 243000）

1 前言

在現行水系統水溫冷卻處理設備中，應用較為廣泛的主要有兩大類：第一類是冷卻塔，第二類就是換熱器。

根據冷卻水的化學性質、狀況，采用不同的水處理工藝，選擇不同的換熱設備，目的是使生產系統運行達到穩定、經濟、高效、安全。

本文就馬鋼水系統冷卻換熱設備中第二類設備——換熱器作簡單闡述，并對其中的空冷式換熱器作重點分析和論述，對其不足提出改進、創新，旨在拋磚引玉，加強同行業之間的技術交流，促進冷卻設備的潛力挖掘。

2 馬鋼水系統換熱設備使用狀況及發展趨勢

工藝的改進和優化，離不開設備的更新和成熟。從近幾年水處理系統發展情況來看，馬鋼連鑄、連軋、高線、H型鋼、冷軋等生產產品的發展給水處理工藝技術的發展帶來了良好機遇。水系統運行工藝從原有的直供直排，發展到目前的循環供水，目的就是降低噸鋼耗新水，節約能耗，保護水資源。

目前，冷卻類設備換熱器在馬鋼凈循環系統得到了廣泛的應用。本文就換熱器的使用作簡單回顧和闡述。自20世紀80年代發展至今，在水系統水溫冷卻處理設備中，除冷卻塔，馬鋼使用過3種形式換熱設備，即：列管式換熱器、板式換熱器、空冷式換熱器。

2.1 列管式換熱器

該換熱器早在80年代中期用于三鋼方坯連鑄軟水循環冷卻系統。

由于在使用過程中，該換熱器需要大量的冷媒水且換熱效率低、體積龐大、維修困難，因此在后面的使用中被逐步淘汰。

血清PSA檢測：采集所有疑似前列腺癌患者入院時和前列腺癌患者治療3個月后的空腹靜脈血3 ml，3 000 r/min 離心5 min，取血清于-20 ℃保存待檢。PSA檢測采用放射免疫分析。操作嚴格按照試劑盒進行。正常參考值為PSA<10 ng/ml。

2.2 板式換熱器

該換熱器在90年代中期用于三鋼異型坯連鑄小方坯循環冷卻系統。

由于其傳熱面積大、體積小、效率高而被采用。但因受設備價格制約，使其推廣普及受到阻礙。但隨著市場的發展和完善，該設備在今后的應用空間將會很大。

2.3 空冷式換熱器

該換熱器在八十年代中期開始用于二鋼小方坯連鑄循環系統，2001年，開始用于一鋼板坯、圓坯連鑄系統。目前，二鋼小方坯連鑄循環系統有在線空冷式換熱器有10臺；一鋼板坯、圓坯連鑄系統有在線空冷式換熱器有7臺。

在上述馬鋼換熱設備產品中，空冷式換熱器使用數量最多，使用時間最長。它的性能發揮好壞、運行管理優劣將直接影響到生產用戶產品的穩定。因此；對其進行深入了解和挖潛，意義重大。

3 空冷式換熱器的工作機理及運行特點

3.1 工作機理

空冷式換熱器屬間壁式換熱器中水平列管徑向翅片結構冷卻器。根據傳熱機理，我們知道：熱的傳遞方式有三種，即傳導、對流和輻射。對于間壁式換熱器，其流體熱量交換主要是依靠對流傳熱方式進行。空冷式換熱器正是通過這一機理，將水中的熱量對流傳熱傳給管外壁的翅片，并通過風機抽吸（鼓吹），使外界空氣流動來進行熱量交換（在高溫季節也可通過水的霧化流動進行熱量交換）。

空冷式換熱器示意圖如圖1。

3.2 運行特點

該設備之所以在化工、冶金行業被廣泛采用，關鍵在于其一年的運行時間里，絕大部分時間是利用自然界的空氣來冷卻管束內的流體。這與列管式換熱器、板式換熱器工作情況相比較具有冷源充足并免費提供。既使在高溫季節，其所需要的霧化水量也僅僅相當于上述列管或板式換熱器冷媒水量的十分之一，且不需再對冷媒水進行降溫處理，從而省去了一套冷卻設施，因此，空冷式換熱器具有節省冷卻用水，減少環境污染，維護費用低廉等優點。

通過近二十年來的使用情況分析，該設備也暴露出一些存在的缺點：諸如因增加傳熱面積而造成冷卻管排數過多，使維護、檢修困難，占地面積過大；因環境不好或流體、冷卻水水質差而造成管束內外壁沉積泥垢等，導致換熱效率下降。

目前的方框型空冷式換熱器，就是因為追求了傳熱面積而導致了占地面積過大、管排數過多、維護檢修困難等缺點。

4 改進措施

4.1 設備技術參數分析

由熱量傳遞冷卻定律 Q=α×S×Δt知，傳熱系數及傳熱面積是決定冷卻效果的關鍵因數。因此，在一定的冷卻溫差條件下，要提高空冷式換熱器冷卻負荷量，只有兩個辦法：一是提高傳熱系數，二是增加傳熱面積。筆者認為：提高傳熱系數，可從在金屬導體材質、內外流體性質、運行狀態、管束工作狀況等方面解決，對提高冷卻負荷量作用不大。而增加傳熱面積，卻對提高冷卻負荷量有著積極的作用。

我們對占地面積24m2，具有L=6m，D=25mm,單側182根/4排管，管束的空冷式換熱器進行換熱面積測算，則每臺（雙側）共有換熱面積為：

4.2 設備改造構思和創新設計

從提高冷卻負荷量入手，運用空冷式換熱器工作機理，進行科學改造和創新。從幾何學中我們知道：物體的表面積大小，以圓體的表面積最大。因此，針對目前的方框型空冷式換熱器，其有效表面積僅在方體表面的兩側。為此，提出環型結構空冷式換熱器，采用如下改造構思：

4.2.1 應用環型設計，以取得最大的表面積。

4.2.2 減少管排數，解決管束維護檢修困難的弊端。

4.2.3 對鋼結構、載荷穩定性、通風量進行校核。

4.2.4 性價比核算。

4.2.5 市場應用前景分析。

5 計算論證

以占地面積 8m2，3排管，L=5m，D=25mm,單排98根管束的環型空冷式換熱器進行換熱面積測算，則每臺（3排管束）共有換熱面積為：

則在同樣24m2的占地面積上，設置2臺8m2環型空冷式換熱器，則有換熱面積為：115.4×2=230.8m2，比上述一臺方框型空冷式換熱器換熱面積增加了35% 。如此，一方面提高了傳熱面積，增加了空冷式換熱器冷卻負荷量；另一方面，從根本上解決了方框型空冷式換熱器存在的諸多問題和不足，且環狀型更利于空氣的流通，使熱量交換更加充分。

6 結束語

通過對方框型空冷式換熱器的分析和闡述，使我們對其有了更進一步的了解和認識，并在此基礎上提出了改進和創新。本文的目的是在于和同行進行技術交流，以使該設備更趨穩定和成熟。早日能為化工、冶金行業帶來效益。