海水淡化新型換熱管與管板連接方法

雷光艷

（天津市化工設計院，天津 300193）

蒸餾法是最早采用的海水淡化技術，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，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；海水蒸發所得的水就是蒸餾水，水質較高；直接利用熱能，避免了能量轉換過程的損耗，可利用低壓蒸汽、廢可燃氣體、熔爐廢熱、溫泉熱等廉價熱能，較為經濟。由于海水介質的特殊性，低溫多效海水淡化蒸發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備制造成本較高，在一定程度上限制了其應用。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器進行了研究，并將其應用于實際工程。本文針對采用鋁合金換熱管的蒸發器，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用奠定基礎。

1 密封結構設計

結合大型低溫多效海水淡化裝置中選用的鋁質傳熱管，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象，同時可吸收設備運行產生的震動。針對Φ24×1.5換熱鋁管和10mm厚管板，設計出如圖1所示彈性連接件結構管板管孔結構如圖2所示。

根據設計要求，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 彈性密封結構

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的孔內。

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。

4）將自來水灌滿實驗設備，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（工質采用自來水）和負壓測試。

3.2 實驗結果與分析

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

實驗結果表明，實驗所用的結構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、耐老化性能優良，耐油性能優于天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠，具有較強的耐燃性和優異的抗延燃性，其化學穩定性較高，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果

總之，針對不同材料換熱管和管板，采用彈性連接結構可以起到密封作用。對于特定尺寸的密封連接件，表現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構件，綜合性能較好。彈性密封的設計開發為廉價換熱材料在低溫多效海水裝置中的應用奠定了基礎。