对方框型空冷式换热器的再认识和创新

董建平

（马鞍山钢铁股份有限公司第一能源总厂，安徽马鞍山 243000）

1 前言

在现行水系统水温冷却处理设备中，应用较为广泛的主要有两大类：第一类是冷却塔，第二类就是换热器。

根据冷却水的化学性质、状况，采用不同的水处理工艺，选择不同的换热设备，目的是使生产系统运行达到稳定、经济、高效、安全。

本文就马钢水系统冷却换热设备中第二类设备——换热器作简单阐述，并对其中的空冷式换热器作重点分析和论述，对其不足提出改进、创新，旨在抛砖引玉，加强同行业之间的技术交流，促进冷却设备的潜力挖掘。

2 马钢水系统换热设备使用状况及发展趋势

工艺的改进和优化，离不开设备的更新和成熟。从近几年水处理系统发展情况来看，马钢连铸、连轧、高线、H型钢、冷轧等生产产品的发展给水处理工艺技术的发展带来了良好机遇。水系统运行工艺从原有的直供直排，发展到目前的循环供水，目的就是降低吨钢耗新水，节约能耗，保护水资源。

目前，冷却类设备换热器在马钢净循环系统得到了广泛的应用。本文就换热器的使用作简单回顾和阐述。自20世纪80年代发展至今，在水系统水温冷却处理设备中，除冷却塔，马钢使用过3种形式换热设备，即：列管式换热器、板式换热器、空冷式换热器。

2.1 列管式换热器

该换热器早在80年代中期用于三钢方坯连铸软水循环冷却系统。

由于在使用过程中，该换热器需要大量的冷媒水且换热效率低、体积庞大、维修困难，因此在后面的使用中被逐步淘汰。

血清PSA检测：采集所有疑似前列腺癌患者入院时和前列腺癌患者治疗3个月后的空腹静脉血3 ml，3 000 r/min 离心5 min，取血清于-20 ℃保存待检。PSA检测采用放射免疫分析。操作严格按照试剂盒进行。正常参考值为PSA<10 ng/ml。

2.2 板式换热器

该换热器在90年代中期用于三钢异型坯连铸小方坯循环冷却系统。

由于其传热面积大、体积小、效率高而被采用。但因受设备价格制约，使其推广普及受到阻碍。但随着市场的发展和完善，该设备在今后的应用空间将会很大。

2.3 空冷式换热器

该换热器在八十年代中期开始用于二钢小方坯连铸循环系统，2001年，开始用于一钢板坯、圆坯连铸系统。目前，二钢小方坯连铸循环系统有在线空冷式换热器有10台；一钢板坯、圆坯连铸系统有在线空冷式换热器有7台。

在上述马钢换热设备产品中，空冷式换热器使用数量最多，使用时间最长。它的性能发挥好坏、运行管理优劣将直接影响到生产用户产品的稳定。因此；对其进行深入了解和挖潜，意义重大。

3 空冷式换热器的工作机理及运行特点

3.1 工作机理

空冷式换热器属间壁式换热器中水平列管径向翅片结构冷却器。根据传热机理，我们知道：热的传递方式有三种，即传导、对流和辐射。对于间壁式换热器，其流体热量交换主要是依靠对流传热方式进行。空冷式换热器正是通过这一机理，将水中的热量对流传热传给管外壁的翅片，并通过风机抽吸（鼓吹），使外界空气流动来进行热量交换（在高温季节也可通过水的雾化流动进行热量交换）。

空冷式换热器示意图如图1。

3.2 运行特点

该设备之所以在化工、冶金行业被广泛采用，关键在于其一年的运行时间里，绝大部分时间是利用自然界的空气来冷却管束内的流体。这与列管式换热器、板式换热器工作情况相比较具有冷源充足并免费提供。既使在高温季节，其所需要的雾化水量也仅仅相当于上述列管或板式换热器冷媒水量的十分之一，且不需再对冷媒水进行降温处理，从而省去了一套冷却设施，因此，空冷式换热器具有节省冷却用水，减少环境污染，维护费用低廉等优点。

通过近二十年来的使用情况分析，该设备也暴露出一些存在的缺点：诸如因增加传热面积而造成冷却管排数过多，使维护、检修困难，占地面积过大；因环境不好或流体、冷却水水质差而造成管束内外壁沉积泥垢等，导致换热效率下降。

目前的方框型空冷式换热器，就是因为追求了传热面积而导致了占地面积过大、管排数过多、维护检修困难等缺点。

4 改进措施

4.1 设备技术参数分析

由热量传递冷却定律 Q=α×S×Δt知，传热系数及传热面积是决定冷却效果的关键因数。因此，在一定的冷却温差条件下，要提高空冷式换热器冷却负荷量，只有两个办法：一是提高传热系数，二是增加传热面积。笔者认为：提高传热系数，可从在金属导体材质、内外流体性质、运行状态、管束工作状况等方面解决，对提高冷却负荷量作用不大。而增加传热面积，却对提高冷却负荷量有着积极的作用。

我们对占地面积24m2，具有L=6m，D=25mm,单侧182根/4排管，管束的空冷式换热器进行换热面积测算，则每台（双侧）共有换热面积为：

4.2 设备改造构思和创新设计

从提高冷却负荷量入手，运用空冷式换热器工作机理，进行科学改造和创新。从几何学中我们知道：物体的表面积大小，以圆体的表面积最大。因此，针对目前的方框型空冷式换热器，其有效表面积仅在方体表面的两侧。为此，提出环型结构空冷式换热器，采用如下改造构思：

4.2.1 应用环型设计，以取得最大的表面积。

4.2.2 减少管排数，解决管束维护检修困难的弊端。

4.2.3 对钢结构、载荷稳定性、通风量进行校核。

4.2.4 性价比核算。

4.2.5 市场应用前景分析。

5 计算论证

以占地面积 8m2，3排管，L=5m，D=25mm,单排98根管束的环型空冷式换热器进行换热面积测算，则每台（3排管束）共有换热面积为：

则在同样24m2的占地面积上，设置2台8m2环型空冷式换热器，则有换热面积为：115.4×2=230.8m2，比上述一台方框型空冷式换热器换热面积增加了35% 。如此，一方面提高了传热面积，增加了空冷式换热器冷却负荷量；另一方面，从根本上解决了方框型空冷式换热器存在的诸多问题和不足，且环状型更利于空气的流通，使热量交换更加充分。

6 结束语

通过对方框型空冷式换热器的分析和阐述，使我们对其有了更进一步的了解和认识，并在此基础上提出了改进和创新。本文的目的是在于和同行进行技术交流，以使该设备更趋稳定和成熟。早日能为化工、冶金行业带来效益。