盧寧，宋延梅

（德陽(yáng)東汽電站機(jī)械制造有限公司，四川 德陽(yáng)，618000）

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管殼式冷油器改造思路及其工藝計(jì)算軟件的開發(fā)

盧寧，宋延梅

（德陽(yáng)東汽電站機(jī)械制造有限公司，四川 德陽(yáng)，618000）

文章簡(jiǎn)單地介紹了管殼式冷油器，指出銅管作為其換熱管的缺陷，提出采用不銹鋼管代替銅管的改造方案，同時(shí)開發(fā)了相應(yīng)的改造工藝計(jì)算軟件。通過詳細(xì)論述和計(jì)算，證明了該改造方案的可靠性。

管殼式冷油器，改造，換熱管，軟件

1　概述

冷油器是汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)中重要的熱交換設(shè)備，常用的冷油器有管殼式和板式兩種，其中管殼式冷油器因其制造工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、清洗方便等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，管殼式冷油器外形圖如圖1所示。

2　結(jié)構(gòu)與工作原理

管殼式冷油器由一系列換熱管組成管束，換熱管固定在管板上，管板與外殼聯(lián)接在一起，筒體內(nèi)部安裝大量折流板，以提高換熱器殼程的傳熱膜系數(shù)，改善冷油器的傳熱狀況。冷油器運(yùn)行時(shí)，冷卻水由圖1中1進(jìn)入換熱管，經(jīng)下水室又折回上水室，再?gòu)膱D1中2流出冷油器；潤(rùn)滑油從圖1中4進(jìn)入冷油器殼體下部，在冷卻管外部繞折流板流動(dòng)，與冷卻管進(jìn)行熱交換，冷卻潤(rùn)滑油，最后從圖1中3流出冷油器，完成換熱過程。

圖1　管殼式冷油器外形圖

3　改造原因與方案

3.1改造原因

目前，國(guó)內(nèi)較多電廠的冷油器仍采用銅管作為換熱管，存在以下兩點(diǎn)問題：

（1）冷油器使用的銅管中除銅元素外還含有鎳、鈷、錳和鐵，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后易產(chǎn)生點(diǎn)蝕，導(dǎo)致銅管磨損、腐蝕從而發(fā)生泄漏［1］；

（2）冷油器的管板和換熱管采用脹接工藝，工作時(shí)由于溫度變化及振動(dòng)的影響，容易導(dǎo)致脹口松動(dòng)，導(dǎo)致潤(rùn)滑油泄漏。

3.2改造方案

為盡可能減少甚至消除泄漏，可采用不銹鋼管替代銅管作為冷油器的換熱管，并將管板由普通的碳鋼板改為復(fù)合板，管與管板的連接也由脹接改為脹焊并用。具體改造如下：

（1）將原冷油器采用的銅管改為不銹鋼管，例如將φ16×2的銅管改為φ16×1的不銹鋼管。改造后設(shè)備重量減輕，管內(nèi)徑增大，管程壓降減小，另外，不銹鋼耐腐蝕性更強(qiáng)，可延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命；

（2）采用復(fù)合管板代替碳鋼板，管與管板通過脹焊并用的方式連接，這不僅加強(qiáng)了管板的耐腐蝕性能，而且采用更可靠的連接方式，可有效地防止泄漏。

4　改造軟件的開發(fā)

傳統(tǒng)的冷油器采用手算設(shè)計(jì)方法，計(jì)算過程繁瑣，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。利用VB6.0編程語言開發(fā)計(jì)算軟件可克服這一缺點(diǎn)，大大提高工作效率［2］。

軟件的開發(fā)主要涉及兩方面內(nèi)容：（1）選定可靠的工藝計(jì)算方法；（2）圍繞軟件需要實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)軟件的界面并編寫程序代碼。

4.1工藝計(jì)算

冷油器改造工藝計(jì)算和新冷油器計(jì)算有一定區(qū)別，改造的冷油器通常僅更換換熱管及管板，其他數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)型式保持不變，故可以根據(jù)原冷油器已知參數(shù)直接算出所需數(shù)據(jù)。

4.1.1管程傳熱系數(shù)與壓降計(jì)算

流體在管內(nèi)的流體力學(xué)和傳熱學(xué)的理論和試驗(yàn)研究較為完善，文獻(xiàn)中有關(guān)傳熱系數(shù)和壓降的公式計(jì)算結(jié)果可靠［3］，故此處不再詳述。

4.1.2殼程傳熱系數(shù)計(jì)算

殼程流體流動(dòng)情況復(fù)雜，不同的計(jì)算方法結(jié)果差異很大，其中貝爾法的應(yīng)用最為廣泛［3］。

貝爾法按式（1）計(jì)算。

式中：hC為理想管排的傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）；JC為圓缺窗口流體流動(dòng)的影響系數(shù)；JI為折流板泄漏的影響系數(shù)；Jb為管束旁路的影響系數(shù)；Js為不等距進(jìn)出口換熱器管板間距的影響系數(shù)；Jr為流體在殼程滯留的影響系數(shù)［4］。

為增強(qiáng)軟件準(zhǔn)確性，本文還采用克恩法計(jì)算殼程傳熱系數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。

4.1.3殼程壓降計(jì)算

殼程的壓降計(jì)算同樣采用貝爾法，按式（2）計(jì)算。

式中：ΔPS為殼程總壓降；ΔPC為管束中錯(cuò)流部分的壓力降； ΔPe為折流板缺口窗中壓力降；ΔPw為進(jìn)出口的壓力降［4］。

4.1.4總傳熱系數(shù)及實(shí)際熱負(fù)荷計(jì)算

總傳熱系數(shù)按式（3）計(jì)算。

式中：h0，hi為管外、管內(nèi)流體傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）；r0，ri為管外、管內(nèi)流體污垢熱阻，（K· m2）/W；d0，di為管外徑、管內(nèi)徑，m；dav為管的平均直徑，m；rw為管壁熱阻，（K·m2）/W［5］。

通過式（3）可計(jì)算出總傳熱系數(shù)K，根據(jù)冷油器參數(shù)可計(jì)算出傳熱面積A和進(jìn)行換熱的兩流體之間的平均溫差Δtm，將計(jì)算結(jié)果帶入穩(wěn)態(tài)傳熱方程，求出實(shí)際熱負(fù)荷Q，見式（4）。

式中:Q為熱負(fù)荷，W；K為總傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）；A為換熱器總傳熱面積，m2；Δtm為進(jìn)行換熱的兩流體之間的平均溫差，℃［4］。

4.1.5理論熱負(fù)荷Q'計(jì)算

理論熱負(fù)荷按式（5）計(jì)算。

式中：c1、c2為管內(nèi)、管外流體定壓比熱，J/（kg·℃）；m1、m2為管內(nèi)、管外流體質(zhì)量流量，kg/ s；Δt1、Δt2為管程、殼程進(jìn)出口流體溫度差，℃［5］。

4.1.6面積裕量計(jì)算

通過式（1）～（6）的計(jì)算，即可得到改造后所需的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

4.2軟件的使用與界面設(shè)計(jì)

軟件使用時(shí)，用戶在軟件界面輸入工藝計(jì)算所需的基本數(shù)據(jù)，首先計(jì)算管、殼程傳熱系數(shù)及壓降，然后計(jì)算總傳熱系數(shù)、熱負(fù)荷、面積裕量等。軟件的界面如圖2所示。

圖2　冷油器改造工藝計(jì)算軟件界面

5　設(shè)計(jì)實(shí)例

5.1冷油器參數(shù)

保持原冷油器結(jié)構(gòu)型式不變，僅將換熱管由銅管（管規(guī)格：φ16×2）改為不銹鋼管（管規(guī)格：φ 16×1），冷油器主要參數(shù)見表1。

表1　冷油器參數(shù)表

5.2計(jì)算結(jié)果

采用自編軟件對(duì)改造前、后冷油器的工藝進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)利用HTRI軟件對(duì)改造后的冷油器進(jìn)行工藝計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2　計(jì)算結(jié)果

由表2可知：

（1）冷油器改造后，換熱管改為不銹鋼管，管壁導(dǎo)熱系數(shù)降低，管程傳熱系數(shù)減小，但對(duì)總傳熱系數(shù)影響很小，另外，冷油器改造后，換熱管管內(nèi)徑增大，通流面積變大，壓降也隨之降低，因此，不銹鋼管代替銅管方案可行；

（2）對(duì)比分析自編軟件與HTRI軟件工藝計(jì)算結(jié)果，兩者相差不大，誤差在合理范圍內(nèi)，因此，本軟件準(zhǔn)確性較高。

6　結(jié)束語

通過對(duì)冷油器改造的可行性分析和計(jì)算，改造后的冷油器不僅能夠保證傳熱質(zhì)量，而且能降低管程壓降，改造后的換熱管耐腐蝕性能增強(qiáng)，換熱管與管板接頭的可靠性提高。因此，改造可行，值得推廣。

［1］張春生.汽輪機(jī)冷油器泄漏原因分析與處理［J］.電源技術(shù)應(yīng)用，2013，（4）：143-144.

［2］楊章偉.Visual Basic完全自學(xué)寶典［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2008.

［3］蘭州石油機(jī)械研究所.換熱器：第2版：上［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2013.

［4］中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)：上［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［5］錢頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

TransformationIdeasandTechnology CalculationSoftware Development for Shell and Tube Oil Cooler

Lu Ning，Song Yanmei
（Deyang Dongqi Power Station Equipment Co.，Ltd.，Deyang Sichuan，618000）

This paper introduces the shell and tube oil cooler，analyzes deficiencies of the brass as the heat transfer tube，proposes transformation scheme which the stainless steel tube insteads of the brass tube，and develops a targeted technology calculation software.By discussion and calculations，the reliability of the scheme is proved.

shell and tube oil cooler，transformation，heat transfer tube，software

TK264

A

1674-9987（2016）03-0034-03

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2016.03.008

盧寧（1989-），男，學(xué)士，助理工程師，畢業(yè)于西南石油大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè)，主要從事電站輔機(jī)設(shè)計(jì)工作。