摘 要
采用蒸發式空氣冷卻系統代替水冷系統對淬火介質進行冷卻由兩次換熱改為一次換熱,能夠顯著提高冷卻能力。闡述了蒸發式空冷器的結構、工作原理及應用現況。應用結果表明蒸發式空冷器具有節電、節水及有利于環境保護的特點。
關鍵詞
蒸發式空冷器、冷卻、淬火介質、強化傳熱、傳統的淬火介質冷卻采用板式換熱器加冷卻塔的水冷方式、弊病較多,尤其油水換熱,若板式換熱器換熱壁面一旦泄漏,水滲入高溫油中變成水蒸汽有引起爆炸的危險;又因為冷卻塔處于大氣環境中,灰塵和雜質容易進入冷卻水中,使板式換熱器的換熱面產生污垢,導致傳熱性能惡化;同時耗電、耗水量大;淬火油易老化和油氣易揮發,造成對周圍環境的污染。 蒸發式空冷器采用空冷系統替代水冷系統具有運行平穩、可靠及維修費用低節電、節水及有利于環境保護的特點。他是淬火介質冷卻領域內的一次重大創新。
一直以來,業內對熱處理工藝、淬火介質的研究比較重視,而對淬火介質的溫度控制和冷卻效果方面關注較少,其實后者也是影響熱處理工件的金相組織和機械性能的重要因素。蒸發式空冷器的應用對提高淬火介質溫控精度及冷卻效果會起到積極的作用。 蒸發式空冷器由傳熱管束構成的本體、軸流風機、噴淋裝置、電控箱、進出口管路組成傳熱管束，傳熱管束由T2高效傳熱紫銅管排管構成,均勻布置幾個流程,其表面積增大從而增加空氣側的換熱能力。軸流風機，選用功率小、風量大及低噪聲的軸流風機,可以一臺或幾臺組合布置視實際需求而定。 噴淋裝置，在環境溫度較高和要求熱流體降溫較低時,在軸流風機和傳熱管之間增設噴淋裝置,可使傳熱管表面溫度降至接近濕球溫度以滿足用戶對低溫的需求。
電控箱，控制箱內的電路包括主回路和輔助回路,由數顯溫控儀來完成風機及噴淋裝置的通、斷,以及通過變頻調速來調整軸流風機的風量。進出口管路，根據流量選取管徑的大小及相應的法蘭,與循環管路連接構成熱流體回路。
工作原理
蒸發式空冷系統中的淬火介質在管內密閉循環,空氣在管外流動。淬火工件所釋放的熱量被淬火液吸收,通過循環泵把淬火液輸送到傳熱管中,傳熱管內壁被加熱, 熱量通過導熱傳到外表面,被軸流風機排出的冷風吸收,隨熱空氣最后擴散到大氣中去（帶走顯熱），對于流體要求降溫較低的情況下，開啟噴淋裝置，通過蒸發潛熱來帶走大量熱量，能降流體降低到濕球溫度附近。蒸發式空冷器的設計采用了一種強化傳熱技術,結構上通過合理布局,使流動狀態發生改變,提高湍流度,加大旋轉,外掠氣體分離點后移,旋渦壓變小,使邊界層變薄并破壞其穩定性,由于上述原因明顯增強空氣側的換熱效果。熱流體側強化措施為管內溝槽結構、插入扭曲帶或內壁附金屬網,新型蒸發式冷卻器的傳熱系數比常規的冷卻器提高了32 %-40 %。應用效果經歷多年的運行,表明冷卻淬火介質由蒸發式空冷系統替代水冷系統或冷水機組是安全可靠的,可以取消水冷系統必須配備板式換熱器、大功率循環泵、冷卻塔、水池、油罐等設施。他具有節電、節水以及有利于環境保護的特點,還可以實現遠程自動控制，解決了原淬火油池冷卻能力不足及管路漏油,工作時油煙較大問題,淬火油易老化以及引發火災的危險。過去水—油板式換熱器每3 個月必須停爐清理水垢,對生產影響很大。 蒸發式空冷器的應用幾乎涵蓋各種熱處理爐型,包括箱式多用爐、箱式滲碳爐、網帶爐、真空爐、輥底爐、鑄鏈爐、可控氣氛爐、滾筒爐等以及高頻、中頻透熱、超音頻設備的水冷系統的冷卻。
典型的應用例子如下:
例1 :MKG型連續滲碳爐,生產量1 000 kg/ h ,淬火溫度920 ℃,要求淬火油溫控制在70 ℃左右,配備蒸發式空冷器 ,加工過程中淬火油溫度能夠自動控制在70 ±3 ℃。
例2 :輥底爐軸承淬火,生產量650 kg/ h ,淬火工件溫度860 ℃, 淬火溫度設定為80 ℃, 配備蒸發式空冷器 ,淬火油溫度能夠自動控制在80 ±3 ℃。 例3 鹽水淬火液( 5 %～ 10 %濃度) , 生產量3 500 kg/ h ,淬火溫度860 ℃,水基淬火液溫度設定為36 ℃,配置蒸發式空冷器,環境溫度34 ℃時,現場實測鹽水溫度為33 ℃。
經濟效益分析
節 電
蒸發式空冷器配備的軸流風機流量大,電功率小,可以達到節電的目的。 工業過程中要求介質溫度控制在20～30℃[3 ] ,往往采用冷水機組(通過制冷獲取低溫) 的方式來實現的。如制冷量205 kW ,電功率消耗84kW ,若在春、秋、冬3 個季節采用蒸發式冷卻器進行冷卻,夏季先用ACQM 冷卻再由冷水機組冷卻,同樣熱容量空冷器裝機只需13 kW ,節電量為71 kW ,節電率達85 %,年節電費用18 萬元,投資回收期為5.2 個月。
2) 200 kW 高頻設備水冷系統為例,陽極水路對地耗電量,普通水為16 kW ,純凈水為114 kW 蒸發式空冷器以純凈水為冷卻介質,節電量為1416 kW ,年節電費用5.2 萬元。選用軟化水作為冷卻介質,無水垢生成,電子管壽命可以提高2～3 倍。
3) 以200 kW 的MKG 型連續滲碳多用爐為例,淬火介質冷卻由水冷系統改為蒸發式空冷器 ,取消循環水泵等,節電量為514 kW ,年節電費用2.4 萬元。 節 水 空氣冷卻系統無冷卻塔運行過程中水的消耗,節水明顯。以200 kW 的MKG 型連續滲碳多用爐為例,以水冷方式冷卻塔每小時損失水0.36 t 計算,年節水量為1 590 t ,節水費用0.77 萬元。
此 外,蒸發式冷卻器還有如下優點:
1) 空氣吹送對空氣側的結垢更容易進行周期性的清洗。
2) 可以消除一些環境問題:如對湖水、河流等的加熱,廢氣及污水的排放。
3) 維修費用僅為水冷系統的20 %-30 % ,同時省去了水冷系統中水泵進行循環需要消耗大馬力的功率以及進行水處理所需的昂貴費用。
