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关于洁能管®技术解答

2015-1-30 16:57:55      点击:

1、问:不锈钢的导热系数只有铜合金的1/8,用不锈钢洁能管替换铜管,能保证凝汽器的冷却能力吗?

答:凝汽器的传热阻力主要由四部分构成:对流热阻+污垢热阻+导热热阻+凝结热阻,而管壁导热热阻仅占5-8%,起决定性作用的是污垢热阻、对流热阻和凝结热阻(见图解)。洁能管采用了类似平板换热器的粗糙元强化换热结构,具有三维粗糙元的换热特性,且既具有螺旋槽管的漩流强化作用,又具有横纹管的涡流强化换热效果,其换热强化特性正好撷趣三种强化换热的最优值而又避免了各自的缺点,使得管内对流换热系数大幅度提高;管外壁的根据凝汽器传热特性优化的花纹能有效地阻止凝结水膜的形成,变低效的膜状凝结为高效的珠状凝结,珠状凝结的效率是膜状凝结的十倍,因此凝结热阻大幅降低;此外,不锈钢的表面光洁度达2B级,洁能管利用流体的冲蚀作用在管壁人为创造清除污垢的冲蚀点,让冲蚀作用由点扩展至面直至整个管壁,达到对既有污垢的清除;同时结合粗糙元流动特性对造成污垢和影响换热的附面层进行有效清除,从源头防止污垢生成。因此,不锈钢洁能管使凝汽器中占主导作用的三大热阻(污垢热阻、凝结热阻、对流热阻)显著降低,与铜管相比,总体传热热阻得到大幅下降,电厂凝汽器现场检测数据计算表明传热系数一般比铜管高10%~30%。

 

2、什么是不锈钢洁能管®的自洁作用?

答:自洁作用是指借助凝汽器循环冷却水的冲蚀机理对污垢产生清除作用,水流流速越高冲蚀作用越强;不锈钢洁能管通过特殊的花纹构造来利用流体的冲蚀作用在管壁人为制造清除污垢的冲蚀点,让冲蚀作用由点扩展至面直至整个管壁,达到对既有污垢的清除;同时结合粗糙元流动特性对造成污垢和影响换热的附面层进行有效清除,从源头防止污垢生成。采用铜合金管、不锈钢光管、螺纹管的凝汽器往往每三个月清洗一次才能保证一定的传热效率,而采用不锈钢洁能管的凝汽器在武汉祥龙电业公司热电厂创造了投运22个月免清洗记录。

 

3、我厂凝汽器使用别人销售给我们的类似洁能管的管子(推销者称“三维管”)后,为什么没有什么效果?

答:使用仿冒产品肯定有风险,因为洁能管的参数是根据凝汽器传热特点优化的特殊花纹结构,并申请了专利保护,仿冒产品不可能完全照抄,因此达不到效果是自然的。不仅洁能管®的很多参数根据凝汽器传热特点进行了优化,而且应用到具体凝汽器时还要针对具体的应用条件进行方案优化,近来有不法之徒生产仿冒洁能管®,以高效换热管/双螺纹管/三维管等各种名义推销,由于应用时没有进行方案优化导致与机组状况不匹配,严重侵害用户利益,导致效果不佳,请谨防受骗;这是仿冒者伪造的用户报告仿冒者虚构的业绩表,详情请见 公告声明

 

4、使用未经授权的仿冒洁能管®要承担什么后果?

答:洁能管®为专利产品和注册商标,为武汉长河节能环保高科技有限公司所有,专利权人授权武汉长河节能环保高科技有限公司独家生产、销售;未经授权的生产、销售、许诺销售和使用是侵犯知识产权的违法行为,将被追究法律责任并自行承担非法使用的技术风险、质量风险和经济风险。

 

5、不锈钢洁能管价格比铜管贵很多吗?

答:满足同样换热要求的一台设备,不锈钢洁能管的用量只有铜管用量的60-70%,因此总价一般不会超过铜管,而且不锈钢洁能管的使用寿命是铜管的3倍,因此年平均成本只相当于铜管的15%。

 

6、什么是凝汽器等泵功率改造?铜管换用不锈钢管涉及到等泵功率问题吗?

答:等泵功率改造是指维持现有循环冷却水泵的功率不变,其实质是保持循环冷却水系统的水阻不变,这样泵的工作点就可以维持在原有设计值(最佳值)附近。

铜管换用不锈钢光管后,最大的变化就是壁厚变薄,因此通流面积增大;我们知道在泵的流量一定的情况下,通流面积增大,流速降低,流速降低意味着对流换热系数降低;本来不锈钢的导热系数就比铜低很多,如果直接换用不锈钢管光管,凝汽器的总体传热系数将下降10%~25%,为了弥补传热系数的下降,只有加大循环冷却水量,增加厂用电的消耗,这样虽然真空、端差会改善,但是往往得不偿失,虽然发电煤耗降低了,但是供电煤耗上升了;以30万机组为例,采用铜管的凝汽器循泵功率为1260kW,同样机组凝汽器采用不锈钢光管后面积增加7%,循泵功率增加到1600kW,管材采用不锈钢TP316L虽然比采用铜管节省了500万元,但机组循泵电耗却增加了171万元/年,这就是说满足同样运行要求时,凝汽器采用不锈钢管光管每年厂用电比铜管凝汽器多171万元;难道使用不锈钢管就一定要以加大循泵功耗、牺牲厂用电为代价吗?否!
    徐州华润电力公司#1、2机组原铜管凝汽器采用不锈钢洁能管®换管后,不仅循泵没有增加功耗,而且机组性能指标达到甚至超过原有值,这一点充分说明洁能管®取代铜管兼具铜管和不锈钢管两者的优点。

7、不锈钢管的胀管性能如何?胀管施工中应注意那些问题?

答:不锈钢管的延展性好,经过良好热处理的不锈钢管的延伸率大于45%,胀管性能非常好,由于不锈钢的弹性模量比黄铜大很多,因此胀管后的贴胀力比铜管高很多倍,密封性比黄铜管好得多。
    由于不锈钢的弹性模量与铜相差很远,因此按一般胀管仪上的标识去操作会存在很大误差,多半会产生过胀,从而给应力腐蚀留下后患。为了避免应力腐蚀,在胀管时应掌握好胀紧度,使之既不过胀也不欠胀。我公司通过精确的计算和反复实验,得出了不锈钢管最适宜的胀紧度。胀紧度[ρ]用下式表示:

    [ρ]=(Δds1)/d0×100%[ρ]的取值范围为由管材决定。

Δd=d1'-d1

s1=d0-d2

式中:Δd-胀接引起不锈钢管内径的增加值;

s1-管孔直径与胀接前不锈钢管外径差;

d1-不锈钢管内径,mm

d1'-胀接后不锈钢管内径,mm

d2-不锈钢管外径,mm

        d0-管孔直径,mm

 

8、常用的不锈钢换热管材料有哪些?请问如何选用?

答:常用的不锈钢换热管材料型号有304、304L、309S、310S、316、316L、317、317L、317LM、317LMN、321、405、409、904L等;按使用温度划分有低温、常温和高温用不锈钢;按金相组织划分有奥氏体、铁素体和双相不锈钢等。材料的选用要根据使用介质的化学成分、使用温度、pH值、介质流速和压力等情况来确定,并要考虑到最恶劣的使用情况,此外还要考虑材料的安装工艺性能和造价,特殊使用条件下可能还要通过实验来确定。例如通常情况下,304、304L用于Clˉ含量不超过200mg/L的水质;316、316L用于Clˉ含量不超过1000mg/L的水质;317、317L用于Clˉ含量不超过5000mg/L的水质,氯离子耐受能力达到20000mg/L的材料方可用于氯离子含量更高的海水。

 

9、不锈钢洁能管是不是容易结垢?

答:根据大多数人的想象,好像洁能管的花纹会引起结垢;事实上,洁能管和光管的结垢对比试验和用户在实际使用中发现洁能管结垢情况居然比光管轻得多,对于这种现象可以从以下几个方面加以解释:a、由于洁能管高效换热特性能有效地降低汽轮机的排汽温度,因此冷凝管壁温也相应降低,我们知道,冷凝管结垢最可怕的是碳酸钙垢,而碳酸钙的溶解度是随温度的降低而升高的,因此冷凝管壁温度的降低能有效地防止碳酸钙垢的沉积;b、花纹引起的紊流破坏了静止的附面层,因而污垢难于附着;检修过凝汽器的人都知道,积垢最多的是凝汽器的盖板、管板等水速近乎静止的地方;而最不易积垢的地方就是管子的入口处,由于入口效应使得这里的水流湍急,不存在静止的附面层,因此污垢难于附着,洁能管根据凝汽器传热特性优化的花纹能在管子的中部形成类似的入口效应,彻底破坏管壁静止的附面层,因此结垢情况比光管还轻;c、洁能管利用流体的冲蚀作用在管壁花纹局部人为制造清除污垢的冲蚀点,让冲蚀作用由点扩展至面直至整个管壁,达到对既有污垢的清除;同时结合粗糙元流动特性对造成污垢和影响换热的附面层进行有效清除,从源头防止污垢生成。

 

10、不锈钢洁能管的凹槽是否会损伤管子从而引起疲劳断裂?

答:不锈钢洁能管根据凝汽器传热特点优化的特殊花纹结构,与传统的螺旋槽管有本质区别(见下图);管子的疲劳断裂往往是由于振动而产生。不锈钢洁能管这种优化的特殊花纹结构,避免了螺纹管的弹簧效应而产生的刚度削弱,优化的特殊花纹相当于工字钢的强化筋,同时增加了管子的径向刚度和轴向刚度,因而抗振能力得以提升;此外,洁能管花纹的深度不到螺纹管的1/3;我公司生产的洁能管,应用于小到6MW大到350MW机组都有,最长的已经运行了近8年,无一出现断裂事故。综合而言,洁能管抗疲劳断裂的能力比光管还高。

 

11、洁能管与螺纹管的本质区别  

 洁能管采用了类似平板换热器的粗糙元强化换热结构,具有三维粗糙元的换热特性,且既具有螺旋槽管的漩流强化作用,又具有横纹管的涡流强化换热效果,其换热强化特性正好撷趣三种强化换热的最优值而又避免了各自的缺点。洁能管能利用流体的冲蚀作用在管壁人为创造清除污垢的冲蚀点,让冲蚀作用由点扩展至面直至整个管壁,达到对既有污垢的清除;同时通过粗糙元流动特性对造成污垢和影响换热的附面层进行有效清除,从源头防止污垢生成;间断的表面凹槽具有多孔表面的特性,能有效地破坏凝结水膜,增强凝结放热系数。

无论是单向螺旋还是多向交叉螺旋,都属于二元强化换热的范畴,洁能管除了摆脱了螺纹管的二元强化特性,具有三维粗糙元的强化换热特征外,还具有螺纹管不具有的自洁和抗污垢特性。

多向扰流强化换热管:多头螺旋左右交叉


 

双向螺纹管:单头螺旋左右交叉

某公司生产的单螺纹管(波螺管):特点为螺旋槽密集、槽深而锐利、水阻大

 

11不锈钢洁能管可采取哪些清洗方式?

    答:可以采取机械清洗,如塑胶弹、高压水、胶球,也可以采取化学清洗,如弱酸、中性清洗剂等。

   不锈钢管的疲劳胀管试验和扩口试验(下图为热处理不良的管子,箭头所指的焊缝出现开裂)




多向扰流管与铜管的腐蚀与结垢情况对比
(上图为内壁对比,下图为管口对比)

12、洁能管的“一高、二低、三抗”机理:

    高效换热:洁能管采用了类似平板换热器的三元强化换热结构,故传热系数比常规管高出很多,常规螺纹管和横纹结构仅仅是二维扰动强化,而洁能管不仅有法向扰动作用,还有切向扰动作用,它既具有螺旋槽管的漩流强化作用,又具有横纹管的涡流强化换热效果,而且其换热强化结构参数正好结合凝汽器的换热特点撷趣三维粗糙元、螺纹管、横纹管三者的有点而又避免了各自的缺点,使得管内对流换热系数大幅度提高,而且能适应很广的流速范围。管外壁优化的花纹能有效地阻止凝结水膜的形成,变低效的膜状凝结为高效的珠状凝结,我们知道珠状凝结效率10倍于膜状凝结,因此凝结放热系数得以大幅提升。因此,不锈钢洁能管使凝汽器中占主导作用的三大热阻(污垢热阻、凝结热阻、对流热阻)显著降低,所以总体传热热阻大幅下降。

    低热阻:如前所述,由于三大热阻的降低,其总体热阻低于铜管。

    低成本:满足同样换热要求的一台设备,不锈钢洁能管的用量只有铜管用量的60%,因此总价一般比铜管低,而且不锈钢强化管的使用寿命是铜管的3倍,加上运行维护费用低,年平均成本只相当于铜管的15%左右。
    抗污垢:污垢的沉着与管壁附面层有关,三维粗糙元结构彻底破坏了附面层,从源头防止污垢生成;洁能管通过特殊的花纹构造来利用流体的冲蚀作用在管壁人为制造清除污垢的冲蚀点,让冲蚀作用由点扩展至面直至整个管壁,达到对既有污垢的清除。
    抗腐蚀:换热管的腐蚀主要是因为积垢而产生的垢下腐蚀,抗污垢特性使得垢下腐蚀减轻或不复存在,加之不锈钢材料具有良好的抗腐蚀性能和耐冲蚀能力,因而抗蚀能力大大提升。
    抗振:三元花纹构造相当于工字钢的筋,加强了管子轴向和径向刚度,使得同样壁厚的管子具有更高的刚度,抗振性能得以提高。
 

13、不锈钢螺纹管的螺纹可以随便选取吗?

    不锈钢螺纹管主要是通过在管壁辊轧螺纹槽来实现,而螺纹槽的深浅、疏密、角度对换热效果都有影响,下面就这些参数对换热的影响进行定性和定量分析。

定量分析:下图是通过计算机有限元换热分析绘制单螺纹管的换热效果图

图中曲线是在某一特定流速下的计算结果,曲线呈现出明显的双峰形态,结果显示当螺旋角小于某一特定值时,换热效率不仅没有提高,反而会出现下降。这个现象可以通过下面的定性分析进一步说明。

定性分析:通过两种极端情况,即当螺旋角趋向于0和等于90度时,我们可以很清楚地看出这种影响。当螺旋角趋向于0时,密集的波纹相当于增加了管壁厚,减小了管径,故换热效率比光管还要低;当螺旋角等于90度时,几乎变成了光管,因而换热系数也趋向于光管的换热系数。当螺旋角从90度向180度变化时,只是螺纹反向而已,因此形态与前段0-90度的曲线对称。对于特定的流速,都有一个最佳螺旋角。通过理论计算和实验结果可以看出,流速越高,最佳螺旋角也越大,在曲线图上表现为双峰相互靠拢;反之,速度越小,最佳螺旋角也越小,在曲线图上表现为双峰相互拉开。

结论:对于特定的工况,如果螺旋角和槽深选用不当,不仅不能增加换热效果,反而使换热效果下降。



换热器典型结构图


多向扰流强化管强化筋三维计算机模型


不同流速下总体传热系数的变化
(A-洁能管,B-多向扰流强化换热管,C-单向螺纹管,D-光管)


流体绕管壁凸筋的流动


凝汽器布管


有限元换热分析与热力计算