CN106382833A - 一种可直接冷却换热的冷水机组蒸发器 - Google Patents

一种可直接冷却换热的冷水机组蒸发器 Download PDF

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Abstract

一种可直接冷却换热的冷水机组蒸发器，包括筒体，所述筒体的两端设有管板，筒体的两端还设有水室，水室固定在管板上，筒体内设有换热管，换热管设于相邻两个管板之间；所述换热管采用超级不锈钢作为管材；所述水室和管板均为复合板，复合板均采用高级不锈钢层、低碳钢层的复合结构或高级不锈钢层、低合金钢层的复合结构；所述换热管的端头与管板的高级不锈钢层焊接融合。本发明可用于温度不超过40℃，浓度不超过25%的硫酸介质，并且可耐受浓度不超过1%的盐酸腐蚀，且能够直接冷却换热，其换热效率高于采用耐蚀材料二次换热的系统。

Description

一种可直接冷却换热的冷水机组蒸发器
技术领域
本发明涉及换热技术领域，特别是一种可直接冷却换热的冷水机组蒸发器。
背景技术
铝加工用阳极氧化液在生产过程中发热需要冷却降温，但其中一般含有20%的硫酸和氯离子等杂质，腐蚀性极强，往往采用耐蚀材料进行二次换热的系统，其换热效率和能源效率严重下降。即使采用金属钛制作的换热器，使用寿命往往也很短。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种强度高，耐腐蚀性强的可直接冷却换热的冷水机组蒸发器。
本发明的技术方案是：一种可直接冷却换热的冷水机组蒸发器，包括筒体，所述筒体的两端设有管板，筒体的两端还设有水室，水室固定在管板上，筒体内设有换热管，换热管设于相邻两个管板之间；所述换热管采用超级不锈钢作为管材；所述水室和管板均为复合板，复合板均采用高级不锈钢层、低碳钢层的复合结构或高级不锈钢层、低合金钢层的复合结构；所述换热管的端头与管板的高级不锈钢层焊接融合。
根据本发明的复合板采用高级不锈钢层和低碳钢层（或低合金钢层）的复合结构，使复合板克服了现有水室和管板采用普通碳素钢板所存在的缺点，而又保持了普通碳素钢板的优点。例如，复合板的耐应变能力、耐蚀性比普通碳素钢板高很多，但同时保留了普通碳素钢板的强度，甚至强度比普通碳素钢板更高。另外，换热管采用超级不锈钢作为管材，解决了目前碳钢管换热器存在的换热效率低、耐腐蚀性差等问题。
进一步，所述筒体与管板的低碳钢层或低合金钢层焊接。
进一步，所述水室中的高级不锈钢层由多块高级不锈钢板组成，低合金钢层由多块低合金钢板组成，或低碳钢层由多块低碳钢板组成；所述多块高级不锈钢板单独焊接作为水室的衬里，所述多块低合金钢板或多块低碳钢板单独焊接构成水室的箱体结构。
进一步，所述管板的高级不锈钢层与水室的高级不锈钢板焊接融合。
进一步，所述筒体采用低碳钢或低合金钢材质制成。
进一步，所述超级不锈钢为904L超级不锈钢或254SMO超级不锈钢。
进一步，所述高级不锈钢层的材质为316L高级不锈钢。
进一步，所述换热管和管板采用胀接工艺，用超级不锈钢作为焊接材料，将换热管的端头与管板的高级不锈钢层焊接融合。
本发明的选材思路为：904L或254SMO超级不锈钢是在常温下对稀硫酸具有很好耐蚀作用的新型材料，可以直接冷却含硫酸的阳极氧化液等腐蚀介质，由于采用直接换热，其换热效率高于采用耐蚀材料二次换热的系统。
然而904L或254SMO超级不锈钢价格昂贵，加工和焊接性能差，不适合作为水室材料。
316L高级不锈钢也具有较好的耐酸蚀作用，并且易于加工和焊接，但在这种环境下可能产生应力腐蚀开裂，因此不能作为换热管使用。316L高级不锈钢可作为水室、管板等位置接触酸液的部分，但不能受到拉应力作用，以免应力腐蚀。因此采用316L高级不锈钢和低碳钢（或低合金钢）复合板。低碳钢（或低合金钢）作为结构件，能够承受各种应力。
本发明的有益效果：
（1）通过不接触酸液部分采用低碳钢或低合金钢为蒸发器筒体，接触酸液部分采用超级不锈钢为换热管，高级不锈钢和低碳钢（或低合金钢）复合板为管板，高级不锈钢和低碳钢（或低合金钢）复合板为水室，本发明可用于温度不超过40℃，浓度不超过25%的硫酸介质，并且可耐受浓度不超过1%的盐酸腐蚀；
（2）复合板中，低碳钢（或低合金钢）作为结构件，承受各种应力，不接触腐蚀介质；316L高级不锈钢作为耐酸衬里，不承受应力作用，可避免应力腐蚀。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例各部件的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
如图1和图2所示：一种可直接冷却换热的冷水机组蒸发器，包括筒体1，筒体1的两端设有管板2，筒体1的两端还设有水室3，水室3固定在管板2上，筒体1内设有换热管4，换热管4设于相邻两个管板2之间；换热管4采用904L超级不锈钢作为管材；水室3和管板2均为复合板，复合板均采用316L高级不锈钢层5、低碳钢层6的复合结构；换热管4的端头与管板2的316L高级不锈钢层5焊接融合。
本实施例中，由于与酸液接触的部分为换热管4、水室3和管板2，其中对这三个部件的材质有较高的要求。换热管4采用904L超级不锈钢作为管材，904L超级不锈钢属于超级奥氏体不锈钢，具有良好的塑性韧性和可焊性，特别是其碳、硫、磷含量极低，镍、钼元素含量高，60℃以下具有很强的耐稀硫酸腐蚀性能，甚至具有耐氯化物应力腐蚀的能力。
水室3的架构以及管板2均采用316L高级不锈钢层5、低碳钢层6的复合结构，其中低碳钢层6具有应力大，强度高的特点，不易产生应力腐蚀开裂，但不耐酸；316L高级不锈钢层5可起到防腐蚀衬里的作用，避免酸腐蚀低碳钢层6。由于低碳钢层承担了应力，316L高级不锈钢层5的不锈钢衬里不会产生应力腐蚀。
换热管4与管板2胀接，确保整体的密封性和结合强度。将换热管4的端头与管板2的316L高级不锈钢层5焊接融合，形成完整的不锈钢衬里，彻底避免酸性液体渗透进入缝隙，导致复合板中的低碳钢层6腐蚀。
具体地，筒体1采用低碳钢制成，其与管板2的低碳钢层6焊接，大大提高了整体的结构强度。且由于筒体1不接触酸液部分，无需考虑腐蚀性。水室3中的316L高级不锈钢层5由多块316L高级不锈钢板51组成，低碳钢层6由多块低碳钢板61组成；多块316L高级不锈钢板51单独焊接作为水室3的衬里，达到防腐蚀的作用；多块低碳钢板61单独焊接构成水室3的箱体结构，提高结构强度；且水室3中的316L高级不锈钢层5与低碳钢层6之间通过高温高压复合而成，实现无缝连接，以避免酸液渗入水室3的低碳钢层6内。
管板2的316L高级不锈钢层5与水室3的316L高级不锈钢层5焊接融合。
换热管4和管板2采用胀接工艺，然后用904L超级不锈钢作为焊接材料，将换热管4的端头与管板2的316L高级不锈钢层5焊接融合，使得换热管端头与管板2之间不会产生缝隙，从而避免酸液渗入管板2的低碳钢层6。
本实施例中，复合板的机械强度超过单一的低碳钢，也超过单一的不锈钢。特别是避免了单一的低碳钢不耐酸的缺点，也避免了单一的不锈钢可能应力腐蚀开裂的缺点，在使用温度范围内十分稳定。
本实施例通过不接触酸液部分采用低碳钢为蒸发器的筒体，接触酸液部分采用904L超级不锈钢为换热管，316L高级不锈钢和低碳钢复合板为管板，316L高级不锈钢和低碳钢复合板为水室。该蒸发器可用于温度不超过40℃，浓度不超过25%的硫酸介质，并且可耐受浓度不超过1%的盐酸腐蚀。
本实施例可用于铝加工用阳极氧化液的直接冷却降温，其寿命约为15-20年，超过金属钛制作的同类换热器（其寿命约为5-7年）。由于采用直接冷却换热，其换热效率高，换热管两侧介质的温差可小于1.5℃，高于采用耐蚀材料二次换热的系统（介质的累积温差大于4.5℃）。并且可以节省一个同等换热功率的板式热交换器或管壳式热交换器，减少材料用量（重量）25%~50%，减少占地面积25%~50%。
实施例2
与实施例1的区别在于，本实施例的换热管采用254SMO超级不锈钢作为管材；水室3和管板均为复合板，复合板均采用316L高级不锈钢层、低合金钢层的复合结构。
其它同实施例1。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动、变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可直接冷却换热的冷水机组蒸发器，包括筒体，所述筒体的两端设有管板，筒体的两端还设有水室，水室固定在管板上，筒体内设有换热管，换热管设于相邻两个管板之间；其特征在于，所述换热管采用超级不锈钢作为管材；所述水室和管板均为复合板，复合板均采用高级不锈钢层、低碳钢层的复合结构或高级不锈钢层、低合金钢层的复合结构；所述换热管的端头与管板的高级不锈钢层焊接融合。
2.根据权利要求1所述可直接冷却换热的冷水机组蒸发器，其特征在于，所述筒体与管板的低碳钢层或低合金钢层焊接。
3.根据权利要求1所述可直接冷却换热的冷水机组蒸发器，其特征在于，所述水室中的高级不锈钢层由多块高级不锈钢板组成，低合金钢层由多块低合金钢板组成，或低碳钢层由多块低碳钢板组成；所述多块高级不锈钢板单独焊接作为水室的衬里，所述多块低合金钢板或多块低碳钢板单独焊接构成水室的箱体结构。
4.根据权利要求3所述可直接冷却换热的冷水机组蒸发器，其特征在于，所述管板的高级不锈钢层与水室的高级不锈钢板焊接融合。
5.根据权利要求1所述可直接冷却换热的冷水机组蒸发器，其特征在于，所述筒体采用低碳钢或低合金钢材质制成。
6.根据权利要求1~5任一项所述可直接冷却换热的冷水机组蒸发器，其特征在于，所述超级不锈钢为904L超级不锈钢或254SMO超级不锈钢。
7.根据权利要求1~5任一项所述可直接冷却换热的冷水机组蒸发器，其特征在于，所述高级不锈钢层的材质为316L高级不锈钢。
8.根据权利要求1~5任一项所述可直接冷却换热的冷水机组蒸发器，其特征在于，所述换热管和管板采用胀接工艺，用超级不锈钢作为焊接材料，将换热管的端头与管板的高级不锈钢层焊接融合。
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