关于主机冷油器形式及优化探讨

关于主机冷油器形式及优化探讨

杜银娟

国家电投山东电力工程咨询院有限公司

摘要：冷油器是电力系统中汽轮机配套使用的透平油冷却设备。新型高效的冷油器对保证机组设备平安运行，延长设备使用寿命有着至关重要的作用。本文对电厂常用冷油器的型式进行了对比，提出板式冷油器以结构紧凑、传热系数高，流体压降小，重量轻、占地面积小等特点，目前在国内电厂中广泛应用。

关键词：板式；优化方案；传热系数，降低阻力

前言：冷油器为光管表面式，采用循环水作为介质实现热交换，从而保证轴承入口油温达到规定值，确保机组正常运行。从结构特性来看，目前国内的油冷却设备有管式和板式两内列管式冷油器以其优良的换热性能和方便的清洁方法为广大电力企业普遍应用。

1主机冷油器的作用

汽轮发电机组正常运行，由于轴承摩擦而消耗了一部分功，它将转化为热量使轴承的润滑油温度升高，如果油温太高轴承有可能发生软化、变形或烧损事故。为使轴承正常运行，润滑油温必须保持一定范围内，一般要求进入轴承油温在35-45℃，轴承的排油温升一般为10-15℃，因而必须将轴承排出来的油冷却后才能再循环进入轴承润滑。冷油器就是冷却主机润滑油的。温度较高的润滑油和低温的冷却水在冷油器中进行热交换，通过调节冷却水流量来达到控制润滑油温度的目的。

2冷油器的基本形式及区别

2.1冷油器的基本形式

冷油器的基本形式分为两种：管壳式和板式。

2.2管壳式和板式冷油器的区别

1）传热系数

管壳式冷油器的传热系数一般为：250~350cal/hm2℃。

板式冷油器的传热系数一般为：650~850cal/hm2℃。

板式的传热系数为管壳式冷油器的传热系数的2~3倍。

2)冷却水消耗量

管壳式冷油器在一般情况下，冷却水温升只有2℃，而板式冷油器最高达到6℃~10℃。

故板式冷油器的冷却水消耗量为管壳式冷油器消耗量的1/2~1/5。

3)体积

板式冷油器的体积一般为相同换热功率的管式冷油器的一半大小。可见板式冷油器在有限空间内布置将会更加灵活。

以上几点对比可以看出板式冷油器优点突出，电厂中常用来冷却油类介质。故电厂冷油器推荐采用板式。

3板式冷油器优化设计方法

板式冷油器按组装方式分为可拆式、焊接式、钎焊式、板壳式等。由于可拆式板式冷油器便于装配清洗，增减换热器面积灵活，在电厂中使用较多。下面对提高可拆式板式换热器效能的优化设计进行研究。应通过技术经济比拟后确定。提高冷油器的传热效率和降低冷油器的阻力应同时考虑，提高板式冷油器的效能是一个综合经济效益问题。而且应合理选用板片材质和橡胶密封垫材质及安装方法，保证设备平安运行，延长设备使用寿命。

3.1提高传热效率

冷热流体通过冷油器板片传热，板式换热器是问壁传热式换热器。流体与板片直接接触，传热方式为热传导和对流传热。提高板式冷油器传热效率的关键是提高传热系数和对数平均温差。

1）提高传热系数

提高冷油器传热系数只有同时提高板片冷热两侧的外表传热系数。选用热导率高的板片，减小板片的厚度，才有效提高换热器的传热系数。

一、提高板片的外表传热系数

外表传热系数与板片波纹的几何结构以及介质的流动状态有关。板片的波形包括人字形、平直形、球形等。经过多年的研究和实验发现，由于板式换热器的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流。雷诺数150时能获得较高的外表面传热系数。波纹断面形状为三角形正弦形外表传热系数最大，压力降较小，受压时应力分布均匀，但加工困难,人字形板片具有较高的外表传热系数，且波纹的夹角越大，板间流道内介质流速越高，外表传热系数越大。

二、减小污垢层热阻

减小冷油器的污垢层热阻的关键是防止板片结垢。板片结垢厚度为1mm时，必需注意监测冷油器冷热两侧的水质，防止板片结垢，并防止水中杂物附着在板片上。

三、选用热导率高的板片

板片材质可选择奥氏体不锈钢、钛合金、铜合金等。不锈钢的导热性能好。冲压性能好，不易被氧化，价格比钛合金和铜合金低，工程中使用最多，但其耐氯离子腐蚀的能力差。

四、减小板片厚度

与冷油器的承压能力有关。板片加厚，板片的设计厚度与其耐腐蚀性能无关。能提高冷油器的承压能力。板片厚度对传热系数影响很大，厚度减小0.1mm对称型板式冷油器的总传热系数约增加600W/mK，非对称型约增加500W/mK满足冷油器承压能力的前提下，应尽量选用较小的板片厚度。

3.2降低冷油器阻力的方法

降低冷油器阻力可提高传热系数，提高板问流道内介质的平均流速，减小冷油器面积。但提高流速，将加大冷油器的阻力，提高循环泵的耗电量和设备造价。循环泵的功耗与介质流速的3次方成正比，通过提高流速获得稍高的传热系数不经济。当冷热介质流量比拟大时，可采用以下方法降低冷油器的阻力，并保证有较高的传热系数。

1）采用热混合板

板片按人字形波纹的夹角分为硬板H和软板L，夹角一般为120左右大于90为硬板，热混合板的板片两面波纹几何结构相同。夹角一般为70左右小于90为软板。热混合板硬板的外表传热系数高，流体阻力大，软板则相反。硬板和软板进行组合，可组成高HH，中HL，低LL3种特性的流道，满足不同工况的需求。采用热混合板比采用对称型单流程的冷油器可减少板片面积。热混合板冷热两侧的角孔直径通常相等，冷热介质流量比拟大时。冷热介质流量比过大时，冷介质一侧的角孑L压力损失很大。另外，热混合板设计技术难以实现精确匹配，往往导致节省板片面积有限。因此，冷热介质流量比过大时不宜采用热混合板。

2）采用非对称型板式换热器

非对称型不等截面积型板式换热器根据冷热流体的传热特性和压力降要求，对称型板式换热器由板片两面波纹几何结构相同的板片组成。改变板片两面波形几何结构，形成冷热流道流通截面积不等的板式换热器，宽流道一侧的角孑L直径较大。非对称型板式换热器的传热系数下降微小，且压力降大幅减小。冷热介质流量比拟大时，采用非对称型单流程比采用对称型单流程的换热器可减少板片面积15%一30%。

3）采用多流程组合

当冷热介质流量较大时。小流量一侧采用较多的流程，以提高流速，获得较高的传热系数。大流量一侧采用较少的流程，以降低换热器阻力。多流程组合呈现混合流型，平均传热温差稍低。采用多流程组合的板式冷油器的固定端板和活动端板均有接管，检修时工作量大。

3.3橡胶密封垫材质及安装方式

1）材质的选择

当冷热介质对橡胶密封垫均无腐蚀性。选用橡胶密封垫材质的关键是耐温和密封性能。目前国内电厂所用冷油器的橡胶密封垫大多为国外进口材质。

2）装置方式的选择

橡胶密封垫常用装置方式为粘接式、卡扣式。粘接式是将橡胶密封垫用胶水粘接在板片密封槽内。卡扣式是利用橡胶密封垫和板片边缘的卡扣结构，将橡胶密封垫固定在板片密封槽内。由于卡扣式装置工作量很小，换热器装配时橡胶密封垫损坏率低，而且不存在胶水中可能含有的氯离子造成对板片的腐蚀，因此使用较多。

4结论

板式冷油器有结构紧凑、传热系数高，流体压降小，重量轻、占地面积小等特点，目前在国内电厂中广泛应用。而可拆式板式冷油器便于装配清洗，增减换热器面积灵活，使用较多。

为了能够有效的提高冷油器的换热效果需要采取以下措施：

1）减小板片厚度，在满足冷油器承压能力的前提下，应尽量选用较小的板片厚度

2）选用导热系数高的板片，由于不锈钢板片的价格优，导热性能好，工程中使用最多。

3）采用可拆卸的橡胶密封组装方式，定期清洗板片可减少板片的热阻，增强换热效果。

参考文献：

[1]织田博史,李英兰.新日铁的转底炉法粉尘回收系统.鞍钢技术,2007第4期.

[2]周渝生,郭玉华,许海川,谢国海.我国转底炉工艺技术发展现状与前景浅析.攀枝花科技与信息,2010第4期.