CN109722571B

CN109722571B - 一种高温氧气冷却专用铝合金

Info

Publication number: CN109722571B
Application number: CN201910027319.6A
Authority: CN
Inventors: 朱祥斌
Original assignee: Nanjing Oxy Gen System Engineering Co ltd
Current assignee: Nanjing Oxy Gen System Engineering Co ltd
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2039-01-11
Also published as: CN109722571A

Abstract

本发明公开了一种高温氧气冷却专用铝合金，该合金材料的组成及质量百分比为：Al85%‑99%，Si 0‑10%，Fe 0‑6%，Cu 0‑10%，Mn 0‑6%，Mg 0‑10%，Li 0‑2.5%，Ti 0‑6%。上述设计能够使得在压力范围在0‑4barg范围内，铝合金换热器能够进行65℃‑179℃温度范围内热氧气的安全，高效冷却，使得氧气温度降低到环境温度+20℃范围内。

Description

一种高温氧气冷却专用铝合金

技术领域：

本发明属于换热领域，特别涉及一种氧气冷却专用铝翅板。

背景技术：

现有国内氧气加压压缩后的氧气都是通过铜或不锈钢管，管翅片，风冷或者水冷，制造成本和制造工艺复杂、昂贵、占地面积大。而且水冷容易结垢和泄露造成系统停机或者故障。

因水的来源在很多工艺现场是比较困难或者成本较高，同时因为水源的引入，导致因泄漏和结垢导致水冷式氧气冷却器维修成本高企，因换热器的重要性和规范要求，通常要供应商专业人员进行定期停机维护和除垢，开机率得不到保障。在这种情况下，寻找合适高效的冷却装置成为需求。通用铝合金板翅式风冷器是一种体积小，重量轻，较为廉价的换热器。现代工业已经成功应用铝合金板翅式换热器于深冷空气分离装置，当然应用环境是在-150℃--196℃液态氧气环境下。但高温氧气环境下，一定条件下通常铝合金材料容易与热氧气发生激烈燃烧反应，因此选择合适的铝合金种类和铝合金成分成为研发要点。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种高温氧气冷却专用铝合金，从而克服上述现有技术中的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种高温氧气冷却专用铝合金，该合金材料的组成及质量百分比为：Al 85％-99％，Si 0-10％，Fe 0-6％，Cu 0-10％，Mn 0-6％，Mg 0-10％，Li 0-2.5％，Ti 0-6％。

为了解决现有氧气压缩机后高温氧气冷却需使用水冷却进行水冷却导致的一系列维护和成本问题，现提出安全，高效的特种铝合金板翅式风冷式冷却器结构和因使用于加压氧气冷却对各个氧气接触部件铝合金成分要求。因多种铝合金能和氧气强烈反应，所以铝合金成分和种类的选择成为铝合金板翅式风冷装置能否应用的关键。本发明基于通用板翅式风冷器的原理，和各种铝合金材料不同温度下在气态氧气环境下燃烧特性，进行科学选择铝合金成分。

纯铝和铝合金在99.7％纯氧气环境下燃烧，纯铝材料和铝铜合金材料的燃烧性很相似，但铜的加入仍然能够在纯氧环境下，不燃烧临界压力阈值能够提高，对于本发明限定4barg使用环境已经满足；

另外锂铝合金的抗燃烧性非常显著，一试验表明加入1.25-2.5％的锂甚至能够显著提高强制燃烧压力临界阈值至17barg。锂的加入能够降低合金熔融物表面张力，导致热散失增加，使得燃烧不可持续，另外一个好处是锂的加入，一旦发生燃烧，Li₂O的可挥发性相当高，稀释了铝气氛中，导致气相铝燃烧不可持续。

相类似，MgO也有类似特性，挥发性比较高，对提高铝合金的耐燃烧性也有帮助。但Li2O的挥发性更好，同时分子也比MgO大，使得其从铝气氛火焰中心扩散迁移速度更慢，阻燃效果更好。在镁的加入条件下，如果加入极少量硅，阻燃效果有一定提升，达到相同强制点燃燃烧压力情况下，铝合金的添加镁的量显著减少。

一种氧气冷却专用铝翅板冷却器，主要由翅片、封条、隔板、导流片组成，所述翅片、多层隔板和封条之间进行高温真空钎焊组成铝板翅框换热单元，在铝板翅进出氧气两端真空钎焊有热氧气进气管和冷却后氧气出气总管，铝板翅框换热单元的一侧装配有强制送风防爆风机和装配支架。

优选地，上述技术方案中，冷却器在真空钎焊后，与氧气接触的表面需进行热处理，所述热处理条件为100℃以上热空气环境至少8小时。

优选地，上述技术方案中，冷却器和氧气接触部分的铝合金部件厚度均大于2mm。

优选地，上述技术方案中，封条，翅片和隔板均和氧气接触。

优选地，上述技术方案中，冷却器适用压力范围在0-4barg内，适用热氧气温度范围为65℃-179℃，使得氧气温度降低到环境温度+20℃范围内。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

上述设计能够使得在压力范围在0-4barg范围内，铝合金换热器能够进行65℃-179℃温度范围内热氧气的安全，高效冷却，使得氧气温度降低到环境温度+20℃范围内。

附图说明：

图1为铝合金板翅式换热器结构示意图。

图2铝翅板冷却器的使用状态示意图。

图中：铝合金板翅式换热器1，热氧气进管2，冷却后氧气出管3，风扇防护罩4，防爆电机及叶片5，风机防爆接线端子6，冷却器基础支架7，封条1.1，翅片1.2，隔板1.3。

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

一种氧气冷却专用铝翅板冷却器，主要由翅片1.2、封条1.1、隔板1.3、组成，翅片1.2、多层隔板1.3和封条1.1之间进行高温真空钎焊组成铝板翅框换热单元，在铝板翅进出氧气两端真空钎焊有热氧气进气管2和冷却后氧气出管3，总管内真空钎焊有导流片，铝板翅框换热单元的一侧装配有强制送风风扇防护罩4，防爆电机及叶片5，风机防爆接线端子6，冷却器基础支架7。

一种高温氧气冷却专用铝合金，该合金材料的组成及质量百分比为：Al 85％-99％，Si 0-10％，Fe 0-6％，Cu 0-10％，Mn 0-6％，Mg 0-10％，Li 0-2.5％，Ti 0-6％。

	Al	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Li	Ti
									实施例1	85	8.0	0	2.0	2.0	2.0	0.5	0.5
实施例2	98	0	0	0	0	1.0	1.0	0
									实施例3	90	4.0	0	3	0.5	2.0	0.5	0
实施例4	95	1.0	0	1.5	0	2.0	0.5	0
									实施例5	94	1.0	0.3	1.0	0.5	2.0	0.7	0.5

根据纯铝和铝合金在99.7％纯氧气环境下燃烧，纯铝材料和铝铜合金材料的燃烧性很相似，但铜的加入仍然能够在纯氧环境下，不燃烧临界压力阈值能够提高，对于本发明限定4barg使用环境已经满足；

另外锂铝合金的抗燃烧性非常显著，试验研究表明加入1.25％-2.5％的锂甚至能够显著提高强制燃烧压力临界阈值至17barg。锂的加入能够降低合金熔融物表面张力，导致热散失增加，使得燃烧不可持续，另外一个好处是锂的加入，一旦发生燃烧，Li₂O的可挥发性相当高，稀释了铝气氛中，导致气相铝燃烧不可持续。

相类似，MgO也有类似特性，挥发性比较高，对提高铝合金的耐燃烧性也有帮助。但Li₂O的挥发性更好，同时分子也比MgO大，使得其从铝气氛火焰中心扩散迁移速度更慢，阻燃效果更好。在镁的加入条件下，如果加入极少量硅，阻燃效果有一定提升，达到相同强制点燃燃烧压力情况下，铝合金的添加镁的量显著减少。一旦燃烧，MgO挥发分能够稀释燃烧中心的铝的气氛浓度，以达到阻止燃烧的目的。

根据铝丝在纯氧环境下燃烧特性，直径越厚的铝丝因比表面积较大，同时散热性提高，使得燃烧更难进行，在本发明中，所有和氧气接触部分铝合金部件厚度都大于2mm，这样可以降低铝合金的比表面积，同时有较高热容。

上述设计能够使得在压力范围在0-4barg范围内，铝合金换热器能够进行65℃-179℃温度范围内热氧气的安全，高效冷却，使得氧气温度降低到环境温度+20℃范围内。设计完成的热氧气铝合金板翅式风冷器总体图如图1。

设计热负荷参数如下表：

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims

1.一种高温氧气冷却专用铝翅板，其特征在于：所述铝翅板由铝合金材料制成，所述铝合金材料的组成及质量百分比为：Al 85%-97.75%，Si 0-8%，Fe 0-0.3%，Cu 0-3%，Mn 0-2%，Mg 1-2%，Li 1.25-2.5%，Ti 0-0.5%；所述铝合金材料厚度大于2mm，所述铝翅板适用的热氧气温度范围为65℃-179℃。