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工厂车间通风降温新型螺旋式换热器及其改进、生产等研究变频器在
来源：三浪网
换热器是广泛用于石油、化工、电力、医药、冶金、制冷、轻工等行业的一种通用设备。主要作用使化工介质达到要求的温度，并且节能。换热器种类繁多，其中管壳式换热器用途最为广泛，用量最大，通常在化工装置中，换热器约占总投资的10％一20％。在石油炼制装置中，换热器约占全部工艺设备投资的35％～4O％。
一、换热器的分类
换热器分类方式多样，按照其工作原理可分为：直接接触式换热器、蓄能式换热器和问壁式换热器三大类，其中间壁式换热器用量最大，据统计，这类换热器占总用量的99％。间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类，其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期的操作过程中积累了丰富的经验，其设计资料比较齐全，在许多国家都有了系列化标准。近年来尽管管壳式换热器也受到了新型换热器的挑战，但由于管壳式热交换器具有结构简单、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点，管壳式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型换热器，尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。
二、提高换热效率的方法与措施
换热器在化工生产过程中起着至关重要的作用，其投资费用占全部投资费用较大。传统的管壳式换热器单位体积的传热面积较低，传热系数不高，难以满足生产要求，因而，高效换热器的研究越来越得到重视。提高换热器的换热效率是节约能源、降低工程投资的关键，对于提高换热效率国内外非常重视。
目前主要采用下述措施：
1、研究应用强化传热技术，扩展传热面积和提高传热表面的传热性能；
2、改变换热器折流板结构(折流杆技术等)以提高壳程的传热膜系数，增加介质的湍流性，防止介质走短流；
3换热管内外表面防污垢技术(防污垢涂层技术)。
4、应用数值传热技术的研究。目前研究应用强化传热技术是提高传热效率很有效的一种技术措施，本文主要讨论应用强化传热技术对换热器进行改进。所谓换热器传热强化或增强传热是指通过对影响传热的各种因素的分析与计算，采取某些技术措施以提高换热设备的传热量或者在满足原有传热量条件下，使它的体积缩小。
换热器传热强化通常使用的手段包括三类：扩展传热面积(F)；加大传热温差；提高传热系数(K)。
1．扩展传热面积F。扩展传热面积是增加传热效果使用最多、最简单的一种方法。这种方法现在已经淘汰。现在使用最多的是通过合理地提高设备单位体积的传热面积来达到增强传热效果的目的，如在换热器上大量使用单位体积传热面积比较大的翅片管、波纹管、板翅传热面等材料。
2．加大传热温差△t。加大换热器传热温差△t是加强换热器换热效果常用的措施之一。但是，增加换热器传热温差△t是有一定限度的，我们不能把它作为增强换热器传热效果最主要的手段，使用过程中我们应该考虑到实际工艺或设备条件上是否允许。
3．增强传热系数(K)。增强换热器传热效果最积极的措施就是设法提高设备的传热系数(K)。换热器传热系数(K)值越低，换热器传热效果也就越差。换热器传热系数(K)值也就越高，换热器传热效果也就越好。
上述三方面增强传热效果的方法在换热器都或多或少的获得了使用，但是由于扩展传热面积及加大传热温差常常受到场地、设备、资金、效果的限制，不可能无限制的增强。所以，当前换热器强化传热的研究主要方向就是：如何通过控制换热器传热系数(K)值来提高换热器强化传热的效果。我们现在使用最多的提高换热器传热系数(K)值的技术就是：在换热器换热管中加扰流子添加物，通过扰流子添加物的作用，使换热器传热过程的分热阻大大的降低，并且最终来达到提高换热器传热系数(K)值的目的。
(1)换热器上扰流子强化传热的使用。为了提高换热器的传热系数，强化换热器的传热效率，国内外出现了多种强化元件及强化措施，主要包括在换热器中使用螺纹管、横纹管、缩放管、大导程多头沟槽管、整体双面螺旋翅片管以及互程技术在换热管中加扰流子来强化管内换热等。其中，在换热管中加扰流子添加物进行强化传热在工业上已使用了多年，它可以使换热器总的传热系数出现明显的提高，可以大大节省换热器的传热面积，降低设备重量，节约大量金属材料，它的许多优点已日益引起人们的重视。
(2)采用异形管。为了强化管束传热，在工程应用上已越来越广泛地采用异形管来代替圆管。如椭圆管、滴形管、透镜管等。其中以扁管和椭圆管应用最广。以椭圆矩形翅片管为例，经研究证明与圆管相比，由于椭圆管的流动性好，流动阻力小，且在相同的管横截面积下，椭圆管的传热周边比圆管长；从布置上讲在单位体积内可布置更多的管子，因此单位体积的传热量高。在满足一定换热量的前提下，换热器向着高效、紧凑的方向发展。强化传热技术的应用，国内研发了一些新型高效换热器如内凸肋管式换热器、螺旋式高效换热器。
三、换热器的改进
借鉴以往换热器的研究成果，在本文中对换热器提出了如下改进，设计了一种新换热器一内凸肋螺旋式高效换热器。内凸肋螺旋式换热器，该产品结构特点如下：1．换热管采用内凸肋以扩展传热面积；2．换热管是螺旋椭圆截面；3．管柬中管子与管子在椭圆长轴处相接触，相互支撑百取消了折流板；换热管采用螺旋式形状。该换热器有如下优势：1．换热管采用内凸肋以扩展传热面积；2．无折流板结构以提高壳程的传热膜系数，增加介质的湍流性；3．换热管改变成螺旋形换热管，使之换热形式由直通式流动换热变成螺旋紊流流动换热，流动换热长度增加1．5倍，换热效率提高1．9倍，比光滑管设备体形小，重量轻，节约原材料。该新型换热器比常规管壳式换热器可节省传热面积26％一56％，节省制造成本2O％一35％。同等性能条件下，高效节能换热器体积减小，能够大大降低项目投资。
四、换热管的生产方法
内凸肋椭圆换热管可以采用板带轧制与焊接钢管联合法生产。此种方法以板带为
一、 水泵节能改造的必要性
中央空调是大厦里的耗电大户，每年的电费中空调耗电占60%左右，因此中央空调的节能改造显得尤为重要。
由于设计时，中央空调工程必须按天气最热、负荷最大时设计，并且留10-20%设计余量，然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下，存在较大的富余，所以节能的潜力就较大，其中，冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应调节，存在很大的浪费。
水泵工程的流量与压差是靠阀门和旁通调节来完成，因此，不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调最末端达不到合理效果的情况。为了解决这些问题需使水泵随着负载的变化调节水流量并关闭旁通。
再因水泵采用的是Y-△起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3～4倍，一台90KW的电动机其起动电流将达到500A，在如此大的电流冲击下，接触器、电机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时水垂现象，容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件费用。
综上，为了节约能源和费用，需对水泵工程进行改造，经市场调查与了解采用成熟的变频器来实现，以便达到节能和延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。
这是因为变频器能根据冷冻水泵和冷却水泵负载变化随之调整水泵电机的转速，在满足中央空调工程正常工作的情况下使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调节，以达到节能目的。水泵电机转速下降，电机从电网吸收的电能就会大大减少。
其减少的功耗 △P=P0〔1-(N1/N0)3〕 （1）式
减少的流量 △Q=Q0〔1-(N1/N0)〕 （2）式
其中N1为改变后的转速，N0为电机原来的转速，P0为原电机转速下的电机消耗功率，Q0为原电机转速下所产生的水泵流量。
由上式可以看出流量的减少与转速减少的一次方成正比，但功耗的减少却与转速减少的三次方成正比。
如：假设原流量为100个单位，耗能也为100个单位，如果转速降低10个单位，由（2）式△Q=Q0〔1-(N1/N0)〕=100＊〔1-(90/100)〕=10可得出流量改变了10个单位，但功耗由（1）式△P=P0[1-(N1/N0)3]=100＊〔1-(90/100)3〕=27.1可以得出，功率将减少27.1个单位，即比原来减少27.1%。
再因变频器是软启动方式，采用变频器控制电机后，电机在起动时及运转过程中均无冲击电流，而冲击电流是影响接触器、电机使用寿命最主要、最直接的因素，同时采用变频器控制电机后还可避免水垂现象，因此可大大延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。
二、 水泵节能改造的方案
中央空调工程通常分为冷冻（媒）水和冷却水两个工程（如下图，左半部分为冷冻（媒）水工程，右半部分为冷却水工程）。根据国内外最新资料介绍，并多处通过对在中央空调水泵工程进行闭环控制改造的成功范例进行考察，现在水泵工程节能改造的方案大都采用变频器来实现。
1、 冷冻（媒）水泵工程的闭环控制
〔1〕、制冷模式下冷冻水泵工程的闭环控制
该方案在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水工程回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减，控制方式是：冷冻回水温度大于设定温度时频率无极上调。
〔2〕、制热模式下冷冻水泵工程的闭环控制
该模式是在中中央空调中热泵运行（即制热）时冷冻水泵工程的控制方案。同制冷模式控制方案一样，在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水工程回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减。不同的是：冷冻回水温度小于设定温度时频率无极上调，当温度传感检测到的冷冻水回水温越高，变频器的输出频率越低。
上海日川电气公司设计的空调变频器控制工程具有以上功能，通过安装在冷冻水工程回水主管上的温度传感器（如图，安装在冷冻水工程回水主管上的A处）来检测冷冻水的回水温度，并可直接通过设定变频器参数使工程温度调控在需要的范围内。
另外，针对已往改造的方案中首次运行时温度交换不充分的缺陷，上海日川电气公司设计的变频器控制工程增加了首次起动全速运行功能，通过设定变频器参数可使冷冻水工程充分交换一段时间，然后再根据冷冻回水温度对频率进行无极调速，并且变频器输出频率是通过检测回水温度信号及温度设定值经ＰＩＤ运算而得出的。
2、 冷却水工程的闭环控制
目前，在冷却水工程进行改造的方案最为常见，节电效果也较为显著。该方案同样在保证冷却塔有一定的冷却水流出的情况下，通过控制变频器的输出频率来调节冷却水流量，当中中央空调冷却水出水温度低时，减少冷却水流量；当中中央空调冷却水出水温度高时，加大冷却水流量，从而达到在保证中中央空调机组正常工作的前提下达到节能增效的目的。
现有的控制方式大都先确定一个冷却泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷却水泵的频率是取冷却管进、出水温度差和出水温度信号来调节，当进、出水温差大于设定值时，频率无极上调，当进、出水温差小于设定值时，频率无极下调，同时当冷却水出水温度高于设定值时，频率优先无极上调，当冷却水出水温度低于设定值时，按温差变化来调节频率，进、出水温差越大，变频器的输出频率越高；进、出水温差越小，变频器的输出频率越低。
上海日川电气公司通过市场调查与了解，并经多方实践应用与论证，现用于冷却水工程闭环控制的系列采用同制冷模式下冷冻水泵工程闭环控制一样的控制方式。
与其他厂家的控制方式相比，其优点有：
1、 只需在中中央空调冷却管出水端安装一个温度传感器（如图，安装在冷却水工程中中央空调冷却水出水主管上的B处），简单可靠。
2、 当冷却水出水温度高于温度上限设定值时，频率直接优先上调至上限频率。
3、 当冷却水出水温度低于温度下限设定值时，频率直接优先下调至下限频率。而采用冷却管进、出水温度差来调节很难达到这点。
4、 当冷却水出水温度介于温度下限设定值与温度上限设定值时，通过对冷却水出水温度及温度上、下限设定值进行ＰＩＤ计算，从而达到对频率进行无极调速，闭环控制迅速准确。
5、 节能效果更为明显。当冷却水出水温度低于温度上限设定值时，采用冷却管进、出水温度差来调节方式没有将出水温度低这一因素加入节能考虑范围，而仅仅由温度差来对频率进行无极调速，而采用上、下限温度来调节方式充分考虑这一因素，因而节能效果更为明显，通过对多家用户市场调查，平均节电率要提高5％以上，节电率达到20％～40％。
6、 具有首次起动全速运行功能。通过设定变频器参数中的数值可使水工程充分交换一段时间，避免由于刚起动运行时热交换不充分而引起的工程水流量过小。
经数十家单位长期使用，上海日川电气公司设计的空调变频器控制工程节电率均在40％左右，节电效果显著，产品性能可靠，还可大大延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命，由此可为中中央空调使用单位带来较好的经济效益。
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