海水淡化新型换热管与管板连接方法

雷光艳

（天津市化工设计院，天津 300193）

蒸馏法是最早采用的海水淡化技术，是海水淡化最主要的方法。蒸馏法海水淡化是将海水加热蒸发，再使蒸汽冷凝得到淡水的过程。蒸馏法具有其它淡化方法不可比拟的特点：设备简单可靠；受原水浓度限制较小，即当料液浓度变化时，蒸发过程的条件改变不大，能耗变化较小，故蒸馏法更加适合于海水及高浓度苦咸水淡化；海水蒸发所得的水就是蒸馏水，水质较高；直接利用热能，避免了能量转换过程的损耗，可利用低压蒸汽、废可燃气体、熔炉废热、温泉热等廉价热能，较为经济。由于海水介质的特殊性，低温多效海水淡化蒸发器传热管多采用价格较高的合金材料（铜及不锈钢等），这使得低温多效海水淡化设备制造成本较高，在一定程度上限制了其应用。为降低海水淡化装置的投资，研究人员就铝合金换热管用作蒸发器进行了研究，并将其应用于实际工程。本文针对采用铝合金换热管的蒸发器，开展传热管与管板连接方式研究，为廉价换热材料在低温多效海水装置中的应用奠定基础。

1 密封结构设计

结合大型低温多效海水淡化装置中选用的铝质传热管，本文提出橡胶弹性连接方式，既起到密封作用，又可消除不同金属接触所造出的腐蚀现象，同时可吸收设备运行产生的震动。针对Φ24×1.5换热铝管和10mm厚管板，设计出如图1所示弹性连接件结构管板管孔结构如图2所示。

根据设计要求，试制了6种材料的密封元件（SR—硅橡胶，NBR—丁腈橡胶，NR—氯丁橡胶，CR—天然橡胶，IIR—丁基橡胶，EPDM—三元乙丙橡胶）。

2 密封实验装置

为了验证胶圈密封在指定工作条件下的密封可靠性，确定模拟工况下，管孔与胶圈之间、胶圈与管孔之间过盈量的最佳值，设计加工了5种不同开孔尺寸的实验装置，进行了密封和传热管穿管实验。管板开孔尺寸分别为Φ27+0.15，Φ27+0.20，Φ27+0.30，Φ27+0.40，Φ27+0.50。

图1 弹性密封结构

图2 管板管孔

3 密封实验

3.1 实验方法

1）采用四氯化碳清洗管板开孔油污，将胶圈放入一个管板相应的孔内。

2）将铝管外部或密封胶圈的孔壁涂上一层甘油。

3）将铝管插入密封密封胶圈内。

4）将自来水灌满实验设备，记录不同时间玻璃管液位高度变化。

针对Φ27+0.20的开孔，分别进行正压测试（工质采用自来水）和负压测试。

3.2 实验结果与分析

结果显示，所有密封胶圈液位高度均没有变化。Φ27+0.20开孔试验结果见表1。

实验结果表明，实验所用的结构尺寸能够满足密封要求。Φ27+0.20开孔时换热管安装力度适中，密封性能较好。

4 橡胶的选择

从橡胶特性考虑，硅橡胶在高温和严寒条件下，仍不失原有的强度和弹性，有良好的电绝缘性、耐氧抗老化性、耐光抗老化性以及防霉性、化学稳定性等。丁腈橡胶耐油性极好，耐磨性较高，耐热性较好，粘接力强，但耐低温性差、耐臭氧性差，电性能低劣，弹性稍低。氯丁橡胶抗张强度高，耐热、耐光、耐老化性能优良，耐油性能优于天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶，具有较强的耐燃性和优异的抗延燃性，其化学稳定性较高，耐水性良好，缺点是电绝缘性能，耐寒性能较差。天然橡胶在常温下具有较高的弹性，稍带塑性，具有非常好的机械强度，滞后损失小，耐屈挠性也很好，电绝缘性能良好；不耐老化是天然橡胶的致命弱点，添加了防老剂的天然橡胶耐老化性有所提高；有较好的耐碱性能，但不耐浓强酸，耐油性和耐溶剂性很差。丁基橡胶气密性好,耐热、耐臭氧、耐老化、耐化学药品，并有吸震、电绝缘性能。三元乙丙橡胶具有优越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蚀的能力，有极好的硫化特性，在所有橡胶当中，具有最低的比重，吸收大量的填料和油对其特性影响不大。综合比较后认为硅橡胶和氯丁橡胶比较适合于蒸发器传热管板与管板的弹性连接。

表1 Φ27+0.2开孔正压测试和负压测试结果

总之，针对不同材料换热管和管板，采用弹性连接结构可以起到密封作用。对于特定尺寸的密封连接件，表现出良好的正压和负压密封性能。采用硅橡胶和氯丁橡胶制作的密封结构件，综合性能较好。弹性密封的设计开发为廉价换热材料在低温多效海水装置中的应用奠定了基础。