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汽機列管冷油器，油冷卻器改造技術思路分析，論述了汽機列管冷油器，油冷卻器的熱交換原理,詳細分析了傳統銅管作為熱交換管的優缺點,大膽提出用不銹鋼管代替銅管作為熱交換管的新觀點,并作了熱效率分析,以實例證明了該觀點的正確性。
汽機列管冷油器，油冷卻器改造屬于換熱器的一種。換熱器是廣泛應用于化工、石油、電力、醫藥、冶金、制冷及輕工等行業的一種通用設備,它的種類繁多,按其傳熱面的形狀和結構可分為管型、板型和其他型3類。管型換熱器分為蛇管式、套管式和管殼式換熱器;板型換熱器分為螺旋板式、板式、板翹式和板殼式換熱器;其他型式換熱器是為滿足特殊要求的換熱器,如回轉式換熱器、熱管換熱器等。
汽機列管冷油器，油冷卻器/管殼式換熱器的應用已有悠久的歷史,由于它制造容易、生產成本低、選材范圍廣、清洗方便、適應性強、處理量大、工作可靠,能適應高溫高壓,所以它作為傳統的標準換熱設備在化工、石油及能源等行業被廣泛應用。
1、汽機列管冷油器，油冷卻器改造的工作原理和結構
1.1工作原理
汽機列管冷油器，油冷卻器改造由許多管子組成管束,管束構成換熱器的傳熱器。換熱器的管子固定在管板上,而管板又與外殼聯結在一起。為增加流體在管外空間的流速,以提高換熱器殼程的傳熱膜系數,改善換熱器的傳熱狀況,在筒體內間隔安裝了許多折流擋板。換熱器的殼體和兩側管箱上(偶數管程則在同一側)開有流體的進出口,在換熱過程中一種流體從一側管箱(前管箱)流進管子里,經另一側管箱(后管箱)流出(對奇數單管程換熱器)或繞過管箱,流回進口側前管箱(對偶數管程換熱器)。另一種流體從筒體上的連接管進出換熱器殼體流經管束外,完成換熱過程。
1.2主要組合部件
汽機列管冷油器，油冷卻器改造的主要組合部件為前端管箱、殼體和后端結構(包括管束)3部分。
1.3型式與結構
汽機列管冷油器，油冷卻器改造是把管子與管板連接,再用殼體固定,大致分為固定板式、釜式、浮頭式、U形管式及滑動管板式等。
電廠給水泵冷油換熱器為固定板式換熱器,具體結構如圖1所示。該種換熱器的兩端管板采用焊接方式與殼體固定,結構簡單;在相同的殼體直徑內,排管多,結構比較緊湊;在有折流板的殼側流動中,E旁路小,管程可以分為任一偶數程數;由于2個管板被換熱器管互相支撐,與其他管殼式換熱器相比,管板薄;造價低而且每根管子內側都能清洗,宜用于不易結垢和清潔的流體。缺點是當管束和殼體之間的溫差太大而產生不同的熱膨脹時,常會使管子與管板的接口脫開,從而發生介質泄露。該種換熱器比較適合于溫差不大或溫差較大但殼程壓力不高以及殼程結垢不嚴重的場合。
2、汽機列管冷油器，油冷卻器改造方案
2.1改造原因
根椐多年對汽機列管冷油器，油冷卻器檢修改造的經驗,結合電廠實際工況,筆者認為,現有冷油器存在以下2個缺點:
(1)現有汽機列管冷油器，油冷卻器的管板和交換管采用的是脹接工藝,管板材質為Q235碳鋼,管子材質為黃銅,其材質和膨脹系數均不同,在工作時由于溫度變化和振動影響,容易產生脹口松動而導致工作油泄漏。
(2)電廠汽機列管冷油器，油冷卻器冷卻用水為循環水,水質較差,水里攜帶的泥沙容易造成管子堵塞,影響冷卻效果。
2.2汽機列管冷油器，油冷卻器改進方案
為了盡量消除或減少由于泄漏和堵塞對冷油器的使用壽命和交換效率造成的影響,通過查閱大量技術資料、咨詢有關熱交換家并受凝結器改造啟發,大膽提出將凝結器改造工藝應用于冷油器,對汽機列管冷油器，油冷卻器進行技術改造,消除現有冷油器存在的弊端。具體改造內容如下:
(1)將原汽機列管冷油器，油冷卻器采用的，10×1銅管改為，10×0.5不銹鋼管。這樣,改造后的冷油器質量更小,承載壓力更大;由于管壁變薄,水通量更大,冷卻效果更好;隨著管徑增大,防堵能力增強,大大延長了冷油器的使用壽命。
(2)采用凝結器改造工藝,將管板材料由普通鋼板改為復合鋼板,管子和管板連結方式由單純脹接改為脹接后再焊接。由于采用同種材質脹接,膨脹系數一致,在發生溫差變化時不易發生脹口松動現象;另外,將脹口部位焊接,更是加上了雙保險,這都將使汽機列管冷油器，油冷卻器的使用壽命更長,冷油器運行更加安全穩定,客觀上也降低了冷油器的維護和更換費用。
3、熱力計算
由于汽機列管冷油器，油冷卻器改造管子材質發生了改變,換熱能力也勢必發生變化,以下對冷油器的前后換熱能力進行計算,校核改造后冷油器的熱交換工況。
穩態傳熱的基本方程式Q=KAΔtm,(1)式中:Q—熱負荷,W;K—總傳熱系數,W/(m2·℃);A—換熱器總換熱面積,m2;Δtm—進行換熱的兩流體之間的平均溫度差,℃。由式(1)可知,在保證Δtm一定的情況下,傳熱功率與傳熱系數和換熱面積成正比例關系。
3.1換熱面積計算
換熱面積公式A=πδd(L-2-0.006)n,(2)式中:A—計算換熱面積,m2;d—換熱管外徑,m;L—換熱管長度,m;δ—管壁厚度,m;n—換熱管根數。
由式(2)可知,汽機列管冷油器，油冷卻器換熱面積跟換熱管外徑、長度、根數及管板厚度有關。而換熱管改造前后外徑、長度、根數以及管板厚度沒有發生變化,所以換熱面積不變。
3.2傳熱系數
K1/K=1/α0+1/α1(A0/A1)+r0+r1(A0/A1)+δA0/λWAw,(3)式中:α0—管外流體傳熱膜系數;α1—管內流體傳熱膜系數;r0,r1—分別為管外、管內流體污垢熱阻;A0,A1—換熱管的外表、內表傳熱面積;Aw—換熱器管內和管外的平均傳熱面積;δ—管壁厚度;λW—管壁材料的導熱系數。
根據汽機列管冷油器，油冷卻器運行工況,α0,α1,r0,r1,A0為定值,A1改造后增大,而A1與K成正比例,所以K也相應增大。
δ/λW與K成反比例,查資料知:λWH=80(下標H表示黃銅),λWG=40(下標G表示鋼);而δH=1,δG=0.5;δH/λWH=80/1,δG/λWG=0.5/40=80/1。所以,δH/λWH=δG/λWG,對冷油器總傳熱系數沒有影響。因此,改造后的汽機列管冷油器，油冷卻器總傳熱系數會有所提高。
由以上計算可知,隨著K增大,Q也增大,總傳熱功率比改造前高,符合改造要求,完全可以滿足設備運行的需求。
4、汽機列管冷油器，油冷卻器改造經濟性分析及應用效果
用不銹鋼管制作熱交換管,生產成本要比銅管高一些,生產工藝也復雜一些,所以造價相對高一些。但綜合分析2種汽機列管冷油器，油冷卻器的出力情況,改造后的冷風器冷卻效率更高,使用壽命也更長,這在客觀上彌補了成本高的不足,并節約了設備檢修維護開支。作為新產品,目前國內尚沒有同類產品,因而市場前景頗為廣闊。
目前電廠已經試制加工了1臺給水泵工作汽機列管冷油器，油冷卻器,并在#3機組試用。實踐證明,用該工藝制造的汽機列管冷油器，油冷卻器冷卻效果明顯,故障率較低,值得推廣使用。