德拉普：創新在線清潔裝置新技術

李雪敏

化工、石油、火力等發電行業需要使用大量各式各樣的列管式換熱器和冷凝器。這些換熱器和冷凝器經過一定時間使用后，水側管道的內壁上就會沉積污垢，換熱效率大幅度下降，顯著增加能量消耗，加大了污染排放，降低了經濟效益。

對于發電行業而言，長時間連續的更換熱換器及冷凝器是難以實現的，這也促成了無軸螺旋在線清潔裝置技術的研發及使用。

四川德拉普環保科技有限公司（簡稱德拉普），專門從事無軸螺旋在線清潔裝置技術的設計及研發，主要解決防垢除垢、強化換熱問題，實現在線清潔等。

無軸螺旋實現在線清潔

2018年初，我國多個環保新政策正式落地實施。各地也均有相關具體政策密集落地。隨著各項政策的貫徹實施，環保政策的推動力度將會進一步加強，生產企業必須要重視節能降耗。

“隨著國家大力提倡節能降耗，無軸螺旋在線清潔裝置技術符合國家政策，實現在線清潔的同時，大幅度提高換熱效率，為企業增加效益。”德拉普總經理李宏說。

據李宏介紹，無軸螺旋在線清潔裝置技術防垢除垢及強化換熱的工作原理是在列管式換熱器每根換熱管內安裝在線清潔裝置，當設備運行時，無需外加動力，利用循環水自身的流速驅動在線清潔裝置的旋轉部件，長期在換熱管內不停地快速旋轉，改變管內水的層流為紊流狀態，破壞水垢的形成機理。在設計思想上擺脫了傳統的被動清洗除垢概念，變被動除垢為主動除垢，同時強化換熱，大幅度提高換熱設備的傳熱系數12 .8%以上。

管道內水垢并非一朝一夕就可形成的。管內側污垢的形成一般要經歷起始、運輸、附著、老化、剝蝕等五個階段。而污垢的形成嚴重影響了管道的換熱能力，導致管道運輸水過程中，耗能量增加，能源浪費量增多，排放污染物增多等。

因為管道污垢帶來的危害，一般企業每年都會清理管道污垢，傳統的除垢方式主要分為離線清洗除垢和在線除垢兩種。離線清洗除垢是在機組停機后，采用高壓水流射入換熱器和冷凝器管道內進行清洗，除垢率可達到90%以上，但會因停機造成損失，且基本上是每年至少清洗一次才能保證設備有效運行。

在線除垢就是在設備不停機狀態，用化學清洗和膠球清洗。化學清洗的效果好，但對有些換熱管會造成腐蝕、降低換熱器和冷凝器使用壽命，而且運行成本高。膠球清洗則是在冷卻水循環管路投放表面粗糙的膠球，利用膠球與管壁間的摩擦清洗管道。一方面這種除垢效率是隨機的，水垢難以除盡，換熱效率不能達到最佳狀態，而且容易出現“死球”現象，堵塞管路，影響換熱器和冷凝器有效換熱;另一方面，膠球易磨損，回收率低，需一定人工、材料、電耗等運行成本和檢修成本。

李宏總經理說：“相對于傳統的除垢方式來說，無軸螺旋在線清潔裝置是安裝在列管式換熱器和冷凝器換熱管的入口端，利用冷卻液（水）的流速，使無軸螺旋帶在管腔內自行旋轉。當流速≥0.7m/s時，換熱效率開始提高，管道內形成的螺旋水流，破壞了在管壁處形成的熱阻。同時，紊流阻止污垢沉積，破壞了結垢的形成機理，從而提高了換熱效率，保持了管道內壁的清潔。當流速達到1.2～1.5m/s時，換熱效率趨于穩定，此時的無軸螺旋帶的轉速為500～ 600rpm，為最佳換熱狀態。所以無軸螺旋在線清潔裝置在潔凈管道狀態能夠有效提高換熱效率，能為化工、石油、火力發電等行業有效降低能耗，降低對環境的污染。”

無軸螺旋在線清潔裝置針對內側管壁的結垢機理，打破和干擾了污垢形成的三個關鍵階段。在結垢初期階段，通過強化擾流和換熱，降低了換熱管內壁局部溫度，從而降低了垢的析出。在結垢的附著階段，通過刮掃管壁和強化擾流，防止了硬垢及軟垢的附著，在結垢的剝蝕階段，通過刮掃管壁和強化擾流，加快了硬垢及軟垢的剝蝕。

在無軸螺旋在線清潔裝置試用初期，遭受了多種疑問。它的水阻有多大？會斷裂嗎？如何維護？使用壽命有多長呢？對此疑問，李宏也一一給出了回復。他說道：“無軸螺旋在線清潔裝置的水阻一般在0.02～ 0.04Mpa之間。”并且此裝置采用特殊高分子復合材料，強度、韌性、耐蠕變、缺口敏感度等性能優良，完全能夠承受管內水流所帶來的壓力，而且無需維護，只需要定期檢查即可，使用壽命長達8～10年。

李宏說：“在產品應用上，無軸螺旋在線清潔裝置已經廣泛應用于垃圾及生物質能焚燒發電廠、大型火力發電廠、冶煉行業、電石行業等，具有廣闊的市場發展空間。”

優化無軸螺旋產品配置

無軸螺旋在線清潔裝置技術在實際應用上取得如此優異的成績，與產品本身的性能、特點緊密相關。

近年來，隨著技術的發展，一種在列式換熱管內加裝螺旋帶，通過循環水的流動帶動螺旋帶旋轉除垢、強化熱交換，有效減小傳熱端差的新技術已逐漸在部分化工廠和火力發電廠開始使用。但是列管式換熱管在使用過程中會逐步形成一層厚厚的污垢，更有甚者導致換熱管道堵塞，進而換熱效率降低，導致停機檢修，最終直接影響經濟效益。基于此，通過現有螺旋帶換熱裝置進行改進、優化，可以達到更好的熱交換效果。

在研發上，無軸螺旋帶采用高分子復合材料，具有良好的抗蠕變性和韌性，使用環境溫度≤200℃，材料密度≈1.0，具有良好的耐弱酸弱堿性及耐磨性，熱膨脹系數≤0.1%，避免長期在高溫換熱液使用中產生接口開裂、螺旋帶脆斷及脫落等問題。并且對應不同的水的流速，為保持螺旋帶的轉速穩定在500～ 600rpm范圍內，對無軸螺旋帶的螺距、帶寬進行仿真及優化設計，生產出不同螺距、帶寬的無軸螺旋清潔裝置。

減小無軸螺旋帶的摩擦系數是無軸螺旋清潔裝置的關鍵問題。由于大型火力發電廠、石油化工、冶金礦山、鹽業制冷等行業中冷凝系統的冷卻液雜質很難去除，加之污垢會不斷形成，螺旋帶單一的固定聯接方式將使連接處的旋轉摩擦副難以保證可靠性，有很大可能會出現雜質卡死摩擦副而降低旋轉效果的現象。為盡可能減少螺旋帶旋轉內部的阻力，并防止循環液雜質對螺旋帶自由旋轉的影響，采用并聯二級減磨設計。一是空心連接軸與支撐套之間采用間隙配合，支撐套采用HY851高分子復合耐磨材料，摩擦系數能達到0.008;二是空心軸端面支撐端設計有渦輪葉片，在使用時由于渦輪葉片的作用，使連接軸支撐端面與支撐軸套之間形成了一層水膜，從而大幅降低了連接軸與支撐套之間的端面摩擦。

李宏介紹：“除了選材與裝置上，研發團隊在對螺旋帶設計上也下了一番功夫。若螺旋帶過寬，增加了流體阻力，并且會加重與換熱管壁的摩擦，嚴重影響螺旋帶的使用壽命，合理的螺旋帶寬度是優化設計的關鍵。除此之外，流體旋轉流動螺旋流線的螺距，對流體阻力影響最明顯。流體螺旋流線螺距越小，流體阻力越大。持續保持管壁的紊流狀態，并盡可能降低螺旋帶阻力。所以，螺旋帶不宜過窄，螺距不宜太大。”

在無軸螺旋帶上不難發現許多小孔，對此，李宏說：“當管內流速太大時，螺旋帶受到較強的液體驅動力而高速旋轉，使螺旋帶受到很大的軸向拉力，將加快端面的磨損、加大螺旋帶與管壁之間的摩擦力、加快螺旋帶的磨損等。因此，在螺旋帶開孔，進一步引起流體流動螺距減小，引起流體阻力的增加。開孔是對這兩方面影響的優化和平衡，所以在螺旋帶的設計上采用中心開孔和錯位對稱開孔兩種方式。”

目前市場上已有的螺旋帶普遍采用鉚接形式與軸相連，存在局部應力集中現象，在長期高溫旋轉過程中出現開裂和螺旋帶脫落的幾率大增。無軸螺旋在線清潔裝置將螺旋帶融于漏斗形空心連接軸中，能保證在長期高溫和交變應力下不開裂、脆斷，防止了由于螺旋帶斷裂而造成的水管堵塞現象的發生。連接螺旋帶的空心軸采用304不銹鋼材料精沖而成，支撐端設計有渦輪葉片。該渦輪葉片在旋轉式能夠在支撐軸套與空心軸接觸支撐面上產生一層水膜，能夠有效降低摩擦系數，提高使用壽命。

無軸螺旋在線裝置技術無論是在設計上、材料上，還是在工藝特點上都已經遙遙領先于同行業。德拉普已成為國內熱換器在線清潔技術最先進的軍民融合企業，在產品的前瞻性、顛覆性的結構設計上取得多項國家發明與實用新型專利，產品應用廣泛，引領了環保產業的發展。