渦流制冷管在寶鋼冷軋廠酸洗鐵離子濃度計改善項目中的應用

李 錚

（北京中冶設備研究設計總院有限公司 北京 100029）

1 引言

2030冷軋C101機組和1420冷軋C202機組鐵離子濃度計參與在線酸槽濃度控制，為機組關鍵設備。目前2030冷軋C101機組酸洗鐵離子濃度計（1994年投運）和1420冷軋C202機組酸洗鐵離子濃度計（1998年投運）在線使用年修均超過15年，超過報廢年修（12年）。2012年2030濃度計發(fā)生1次故障，1420濃度計發(fā)生2次故障，給生產(chǎn)造成較大影響。在此次改造中酸洗濃度計的檢測主機為便于觀察需放在現(xiàn)場，由于現(xiàn)場空氣中酸霧很大，為保證主機不被酸霧腐蝕，需將主機放在IP66的密閉機箱中，由于夏天現(xiàn)場溫度較高且主機長期處于工作狀態(tài)發(fā)熱嚴重，需對密閉機箱進行降溫冷卻，綜合現(xiàn)場環(huán)境采用先進的渦流冷卻管進行降溫處理。

2 渦流制冷管

2.1 渦流制冷管工作原理

渦流制冷技術又稱為渦流膨脹制冷技術，從空壓機壓縮出來壓縮空氣首先通過進氣口成切線送入圓柱型渦流發(fā)生腔，這個發(fā)生腔比產(chǎn)生旋轉氣流的熱管相比要大些，渦流發(fā)生腔位于渦流管的熱端和冷端之間并與它們相連，由渦流發(fā)生腔形成的渦流氣流送入渦流管的熱端，渦流氣流緊貼渦流管的內表面，熱空氣不斷從熱端排出，熱空氣在熱端產(chǎn)生一個流阻，這個流阻在渦流管中形成了足夠的負壓，這一負壓迫使一部分空氣經(jīng)渦流管中心回流到冷端，這部分空氣由于流向熱端的膨脹氣流的吸熱而變的很冷，最終從渦流管冷端排放出去［1］。

渦流制冷管無需供電，壓縮空氣噴射進渦流管后，氣流以高達每分鐘一百萬轉的高速度旋轉著流向熱氣端，一部分氣流通過控制閥流出，剩余的氣流被阻擋后，在原氣流內圈以同樣的轉速反向旋轉并流向冷氣端。在此過程中，漩渦外層空氣的增溫是由于加速外層氣流的黏滯性做功，而中心部分空氣流往相反方向，則因擴散而降溫。而且還因為能量與速度的平方成正比，冷氣流的減速是通過熱傳導來喪失其能量的。兩股氣流發(fā)生熱交換后，內環(huán)氣流溫度變得很低，從冷氣端流出，外環(huán)氣流溫度變得很高，直接泄掉。渦流管熱氣端出氣比例越高，則渦流管冷氣端氣流的溫度就越低，流量也相應減少。工作原理圖，如圖1所示。

圖1 渦流冷管工作原理圖

2.2 渦流冷管工作壓力及參數(shù)

隨著進氣壓力的變化，耗氣量與性能表現(xiàn)也會相應變化，渦流管理想的工作壓力為0.5MPa至1MPa，最低壓力要求為0.14MPa。冷氣流的溫度及流量大小可通過調節(jié)熱氣端閥門控制。熱氣端出氣比例越高，則冷氣端氣流的溫度就越低，流量也相應減少，一般渦流管冷氣流量設置為總進氣量的70%，氣流溫度降低30℃，這種情況下效率最優(yōu)。冷軋廠現(xiàn)場有壓縮空氣氣源壓力為0.5MPa，且機箱尺寸為210×150×130，所以選用加拿大NEXFlow公司50015H中型渦流冷卻管，其外形小巧，可適用于絕大多數(shù)工業(yè)降溫的應用場合，冷氣流流量為50%以上，一般設定冷氣流的溫度為0℃～5℃，冷氣流流量為總進氣量的70%。50015H技術參數(shù)［2］，如表1所示。

表15 00 15 H技術參數(shù)

A：冷氣端氣流溫度降低值（攝氏度）

B：熱氣端氣流溫度升高值（攝氏度）

3 渦流冷卻系統(tǒng)在酸洗鐵離子濃度計項目中的應用

根據(jù)現(xiàn)場工況，在濃度計檢測主機機箱中安裝一臺溫度控制器，通過PT100溫度電阻測量機箱中的溫度，當溫度大于15℃時，溫度控制器控制機箱外部壓縮空氣氣路電磁閥自動打開，現(xiàn)場壓縮空氣首先進入過濾器進行過濾處理，過濾后的壓縮空氣進入渦流制冷管的進氣口，熱風直接排放到現(xiàn)場空氣中，冷風通過PU管進入主機機箱中，機箱中的PU管為專用多孔PU管，這樣可以加快冷風的放散使機箱內部溫度迅速降低，當溫度降低到15℃以下時，溫度控制器控制外部電磁閥關閉，完成渦流冷卻系統(tǒng)的一次工作循環(huán)。渦流冷卻系統(tǒng)結構圖，如圖2所示。

圖2 渦流冷卻系統(tǒng)結構圖

4 渦流制冷管的應用效果

寶鋼冷軋廠更新后的酸洗鐵離子濃度計自2013年11月正式投入生產(chǎn)以來，一直穩(wěn)定運行，為冷軋廠鋼卷表面酸洗機組提供了準確可靠的數(shù)據(jù)。其中以渦流制冷管為核心的渦流冷卻系統(tǒng)應用效果良好，降低了由于檢測主機發(fā)熱造成的停機故障，大大減少了維護成本，為鐵離子濃度計安全運行提供保障。

［1］張王宗.渦流制冷方式在工業(yè)領域的應用［J］.潔凈與空調技術，2006（3）：51-53.

［2］陳光明.制冷與低溫原理（第二版）［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.