楊峰

摘 要：本文對(duì)雙金屬軋制翅片管理論計(jì)算分析、制造工藝進(jìn)行探討、檢驗(yàn)方法說(shuō)明，來(lái)分析雙金屬軋制翅片管的應(yīng)用對(duì)提高空冷式熱交換器換熱能力的影響。

關(guān)鍵詞：雙金屬軋制翅片管；換熱參數(shù)；制造工藝；檢測(cè)方法

中圖分類號(hào)：TH45 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 概述

隨著空冷式熱交換器設(shè)備大型化、國(guó)產(chǎn)化并與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌，如何提高其換熱能力、縮小體積、降低能耗成為現(xiàn)階段的首要課題，然而提高換熱能力必然會(huì)增大設(shè)備體積、增大能耗，因此將主體換熱原件的研究放在首位，其中翅片管是換熱器組成中最重要的換熱元件。為了提高換熱效率，通常在換熱管的外表面通過(guò)機(jī)械繞制、鑲嵌、穿片、焊接方式加裝翅片，通過(guò)翅片增大換熱管的換熱面積，提高換熱效率。

翅片管按其結(jié)構(gòu)形式可分為：L型繞片式翅片管、KL型滾花型翅片管、DR型雙金屬軋制翅片管、G型鑲嵌式翅片管；空冷式換熱器在滿足最高允許使用溫度前提下，通常選用DR型雙金屬軋制翅片管，其特點(diǎn)是強(qiáng)度高、耐震動(dòng)、成型尺寸較容易保證，由于鋼管整體插入鋁管內(nèi)，因此有效的避免了鋼管與外界空氣的直接接觸，有效降低了鋼管的腐蝕速率，延長(zhǎng)了雙金屬軋制翅片管空冷器的使用壽命。

1 換熱參數(shù)理論計(jì)算

1.1 傳熱量計(jì)算

傳熱量的計(jì)算可由以下傳熱基本方程式求得：

Q=K1 F1△tm= K2 F2△tm，W

其中F1 、F2分別為翅片管外表面積與翅片管光管外表面積（m2），根據(jù)所選基管規(guī)格、長(zhǎng)度、翅片高度、寬度以及翅片管片距確定；K1 、K2分別為整體外表面積及翅片管光管外表面為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)（W/ m2℃），對(duì)于石油化工行業(yè)，通常以光管外表面為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，而對(duì)于電力行業(yè)，通常以翅片管外表面積為基準(zhǔn)?！鱰m為平均溫差（℃）。

1.2 翅化比計(jì)算

翅化比是指基管（鋼管）在加裝翅片以后表面積擴(kuò)大的倍數(shù)，是決定翅片管換熱量的重要參數(shù)，其值為基管外表面積與翅片管總的外表面積的比值，其中翅片管表面積為：以兩管板之間的管長(zhǎng)為基準(zhǔn)的與空氣接觸的翅片管外表面。對(duì)于減小片距可增大翅化比，使得單位尺寸的傳熱面積增大，但是制造費(fèi)用也相應(yīng)增加，因此需根據(jù)使用條件、換熱參數(shù)選擇合適的翅化比，經(jīng)大量試驗(yàn)與實(shí)際應(yīng)用證明，最佳翅化比為14～27，國(guó)內(nèi)翅片管通常選擇：低翅17.1，高翅23.4。

2 材料技術(shù)要求及制造工藝

由于雙金屬軋制翅片管采用兩部分材料組成，即基管（鋼管）和散熱鋁管，鋼管承載內(nèi)部流體介質(zhì)腐蝕、沖刷、壓力、熱傳導(dǎo)，鋁管軋制成型后形成翅片進(jìn)行換熱，因此可根據(jù)冷、熱流體條件參數(shù)以及換熱器結(jié)構(gòu)類型自由選擇基管材料和翅片材料。

2.1 材料技術(shù)要求

鋼管技術(shù)要求：材料可根據(jù)介質(zhì)腐蝕、沖刷等條件、參數(shù)進(jìn)行選取，由于空冷換熱器通常長(zhǎng)度為6m～12m，因此為保證后續(xù)鋼管插入鋁管內(nèi)，在使用前應(yīng)對(duì)鋼管進(jìn)行校直，其直線度誤差1000mm內(nèi)不大于0.4mm，且鋼管表面還應(yīng)進(jìn)行清理，去除污物以及鐵銹，由于鋼管插入鋁管后不易進(jìn)行壓力試驗(yàn)，且對(duì)于微滲漏無(wú)法準(zhǔn)確觀測(cè)，因此鋼管在裝配前還應(yīng)進(jìn)行單管水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力按照GB150標(biāo)準(zhǔn)要求為設(shè)計(jì)壓力的兩倍，保壓時(shí)間一般不低于10s。鋼管不應(yīng)有變形、滲漏現(xiàn)象存在。

散熱鋁管技術(shù)要求：一般采用GB/T4437.1—2000熱擠壓無(wú)縫鋁管，此種材料抗拉強(qiáng)度可達(dá)到5.38kg/mm2～9.5kg/mm2保證了鋁管在軋制時(shí)在靜拉伸條件下的承載能力，提高了翅片的斷裂抗力，保證材料彈性變形向局部集中塑性變形的均勻過(guò)渡、屈服強(qiáng)度1.75kg/mm2～2.5kg/mm2，保證了在受到外力作用下鋁管均勻變形，減少塑性變形的應(yīng)力，保證翅片成型，伸長(zhǎng)率大于25%，保證翅片能夠均勻、穩(wěn)定的變形，為獲得較高換熱面積提供重要保證。由于軋制前基管需插入到鋁管內(nèi)部，因此鋁管內(nèi)外圓同軸度要求小于0.2mm，橢圓度小于0.1mm，鋁管應(yīng)盡可能的平直，不應(yīng)有硬性彎曲、凹坑和壓痕等，且通過(guò)金相復(fù)驗(yàn)分析，不得有明顯的晶粒增大現(xiàn)象存在，防止軋制翅片管外觀出現(xiàn)無(wú)齒形。

2.2 制造工藝

（1）鋼管與鋁管裝配前應(yīng)盡量校直，將直線度誤差控制在允許范圍內(nèi)，然后將鋁管端面由專用工具以內(nèi)孔定位后劃平，并內(nèi)外倒角1×45°。

（2）將鋼管、鋁管使用輔助機(jī)械裝置進(jìn)行配串裝配，并將其引入主軋機(jī)后端旋轉(zhuǎn)料筒，調(diào)試好3組軋片刀，根據(jù)片距尺寸調(diào)整螺旋角，分別經(jīng)過(guò)粗軋、精軋，將翅片軋制成型，然后將翅片管兩端多余翅片去除、定尺。

（3）翅片成型后需要進(jìn)行表面處理，分別在處理槽中用堿液、拋光液對(duì)軋片管進(jìn)行處理，堿液是含有大量氫氧根從而呈堿性的一種溶液，能夠溶解脂肪、織物等黏性物質(zhì)，并且對(duì)其他物質(zhì)存在很高的化學(xué)反應(yīng)能力。使用堿液的溫度一般低于80℃，以防止反應(yīng)堿性氣體逸出，翅片管取出堿液槽時(shí)，應(yīng)緩慢，以防堿液濺出；拋光液是一種不含磷、硫、氯添加劑的水溶性化學(xué)試劑，且具有較好的防銹、去油污、增光性能，并能鋁翅片超過(guò)原有的光澤。性能穩(wěn)定、無(wú)毒，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

3 檢測(cè)方法

3.1 外觀檢查

翅片外表面應(yīng)清潔，不得有污物、磕碰、倒塌、端部部部齒痕等缺陷，且翅片尖端的開(kāi)裂深度不應(yīng)大于翅片高度的1/4，包覆層應(yīng)與基管緊密連接，不允許有開(kāi)裂現(xiàn)象；尺寸檢查：每米翅片管片數(shù)偏差為±4%，翅片管外徑公差為-1mm～0.5mm。

3.2 拉拔力檢測(cè)

由于雙金屬軋制翅片管軋制成型后根部翅片一般僅為0.4mm，且包覆層的厚度在1mm左右，為防止在受外力、長(zhǎng)時(shí)間處于高風(fēng)速狀態(tài)或惡劣外部環(huán)境下下翅片撕裂、脫落影響設(shè)備換熱，因此對(duì)翅片連接強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，通常方法為：在首只產(chǎn)品DR翅片管上隨機(jī)選取一段翅片，將所選取翅片周邊翅片撥倒，以預(yù)留試驗(yàn)空間，取90°翅片剪至根部，利用自鎖鉗沿翅片管垂直方向，向上平穩(wěn)拉拽翅片，直至翅片脫離，此事數(shù)值為翅片實(shí)際拉拔力值，一般對(duì)于雙金屬軋制翅片管拉拔力不低于5kg。

3.3 單管熱功性能試驗(yàn)

熱功性能試驗(yàn)式檢驗(yàn)翅片管傳熱、換熱能力的主要檢測(cè)手段，對(duì)于雙金屬軋制翅片管熱功性能試驗(yàn)是一個(gè)必不可少的檢驗(yàn)工序，其中傳熱系數(shù)試驗(yàn)是在整個(gè)熱功性能試驗(yàn)中最重要環(huán)節(jié)，在保證基管內(nèi)熱能傳遞條件基本穩(wěn)定的情況下，對(duì)外部換熱空氣風(fēng)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，在測(cè)量不同風(fēng)速量級(jí)下，翅片管的傳熱系數(shù)通過(guò)對(duì)風(fēng)速與傳熱系數(shù)線性關(guān)系比較分析，從而對(duì)翅片管的傳熱、換熱能力進(jìn)行評(píng)估。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)于雙金屬軋制翅片管通過(guò)準(zhǔn)確計(jì)算、不斷完善的制造工藝以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z測(cè)手段，能夠最大限度地發(fā)揮翅片管的散熱能力，不但節(jié)省設(shè)備整體制造成本，也對(duì)空冷式熱交換器換熱能力提供最有力保證。

參考文獻(xiàn)

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