华南理工大学学报(自然科学版)第33卷第1期2005年1月JournalofSouthChinaUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)Vol.33No.1January2005文章编号:1000-565X(2005)01-0066-04考虑污垢时内螺纹管冷凝器的经济性分析刘金平刘雪峰(华南理工大学电力学院,广东广州510640)摘:为研究各种换热设备因污垢热阻的存在而造成大量能源浪费的实际运行过程.要在考虑污垢的情况下,综合换热管的阻力特性,对比分析了分别选用内螺纹管和内壁光滑艿睦淠鞯木眯?,探讨其是否能够提高冷凝器的换热性能从而降低系统能耗.结果表明,选用内螺纹管不一定能够提高冷凝器运行的经济性,冷凝器存在临界流速和临界时间.文中结果为冷凝器的设计和经济运行提供了理论依据和指导.关键词:污垢;冷凝器;内螺纹管;经济性中图分类号:TM311文献标识码:A制冷与空调设备的大量应用,必然造成能源的大量消耗.据统计,1982年我国制冷与空调设备的耗电量约为108亿度,一些经济发达国家,制冷与空调的能耗约占全年总能耗的20%～30%[1].为提高换热器的传热性能,节约能源和材料,新型强化传热元件得到广泛的应用,内螺纹管是一种常见的传热特性很好的高效换热管.水冷式冷凝器,特别是大型冷水机组冷凝器冷却水一般都直接取自江河水,悬浮在水中的泥沙颗粒和微生物等污垢物很容易在换热管内壁形成污垢,很薄的一层污垢就可能完全抵消为提高换热管传热性能所作的努力.据调查表明,90%以上的换热器都存在不同程度的污垢问题[2],应在热力系统中对换热器进行经济性分析,并且要综合考虑换热管的阻力特性和污垢热阻特性.换热器的设计成本和运行成本.不洁净流体会在换热管壁上逐渐积聚形成污垢,污垢的形成受很多因素的影响,如流体的物性、流速,流体中污垢物的浓度、粒径和组分,换热器的几何特性以及换热管的表面特性等都直接影响到污垢的形成.一般情况下,污垢热阻随时间增加逐渐趋近于渐近污垢热阻值.根据Kern2Seaton污垢预测模型,在水质一定的条件n下,污垢热阻可表示为Rf=Cpbυ[1-exp(-t/θ)].c其中:υ,t分别为冷却水流速和与壁面的接触时间;Cpb,n,tc为常数,可通过实验确定[3,4].1经济性分析原理111污垢热阻污垢热阻普遍存在于各种换热器中,严重影响了换热器的传热性能,甚至能将为提高换热器换热性能而研制各种高效强化管的努力化为零,增加了收稿日期:2004-04-13作者简介:刘金平(1962-),男,博士,副教授,主要从事换热设备优化运行和污垢热阻以及制冷空调系统的优化设计与运行方面的研究.E2mail:mpjpliu@scut.edu.cn112压缩机功耗1期第刘金平等:考虑污垢时内螺纹管冷凝器的经济性分析67华南理工大学学报(自然科学版)第33卷础上进行对比分析.(2)绝大部分换热器都存在污垢热阻,内螺纹管较光滑管更容易产生污垢热阻,污垢热阻在一定程度上抵消了内螺纹管所带来的强化传热效果,因此在评价冷凝器选用内螺纹管的经济性时一定要考虑污垢热阻的影响,并且要将其放在系统中来进行评价.(3)冷凝器选用内螺纹管时,冷却水存在临界流速υ,当流速υ<υ时,不管机临界临界组运行多长时间,都可实现经济性运行.该冷水机组的临界流速为υ临界=1143m/s.(4)如果冷却水流速υ>υ,那么必然存在临界时间t临界,当累计运临界行时间t≤t临界时,冷凝器选用内螺纹管仍然具有经济性.为维持机组经济性运行,必须以临界时间为参考点定期清洗冷凝器.参考文献:[1]岳孝方,陈汝东.制冷技术与应用[M].上海:同济大学出版社,1990.1-5.[2]SeinhagenR,SteinhageHM,MaaniK.ProblemsandcostsduetoheatexchangerfoulinginNewZealandindusties[J].HeatTransferEngineering,1993,14(1):19-30.[3]KernDQ,SeatonRE.Atheoreticalanalysisofthermalsurfacefouling[J].ChemEngProg,1959(4):258-262.[M].第二版.北京:科学出版社,2004.69-82.[4]杨善让,徐志明,孙灵芳.换热设备的污垢与对策[5]程立新,陈听宽.内螺纹管中煤油单相紊流强化传热研究[J].石油化工设备,1999,28(1):5-9.ChengLi2xin,ChenTTing2kuan.Studyofroughnessofe