淬火介质冷却方式的革命

       保定市金能换热设备有限公司研制开发的淬火介质空气冷却器成果鉴定会于2006年8月13日在保定市贵宾楼饭店如愿召开,会议由河北省科技厅组织,委托保定市科技局主持.

组织鉴定单位聘请9名同行业专家组成鉴定委员会,天津大学热能工程系赵镇南教授担任主任委员,河北农业大学机电学院孙维连教授和国防科技工业科技成果推广转化研究中心吕德隆高级工程师担任副主任委员,另外还有北京航空航天大学邢玉明教授等6名委员.赵镇南主任委员主持会议听取课题汇报,经过考察现场、鉴定委员质疑，主研人答辩，鉴定委员评议。与会专家一致认为：该产品在节能、节水、环保方面效果突出，经济效益、社会效益显著。在鉴定会结束后，本刊记者采访了设备主研人宿新天、宋重福。

记者：目前，淬火介质冷却方式比较常用的是水冷换热器，贵公司是在什么背景下想到改变传统的淬火介质冷却方式的？

宿总：2000年爱协林工业炉工程（北京）有限公司为东风汽车集团公司制造的连续渗碳炉，淬火油冷却原来采用板式换热器加冷却塔，冷却效果不好，渗碳件汽车齿轮硬度达不到设计要求，出现软点。爱协林公司委托我们帮助解决这一难题。当时国内淬火油的冷却普遍采用油——水换热器，冷却水采用冷却塔二次冷却。其弊病是：①油——水换热器壁面一旦泄漏，冷却水渗入高温油中后，产生水蒸汽会引发爆炸的危险。②由于冷却塔处于大气环境中，灰尘和杂质进入冷却水中以后必然导致板式换热器的换热面产生污垢，恶化传热性能，传热能力大大降低。③水冷系统消耗电功率较大。④耗水量大

记者：要达到同样的冷却效果，为什么空气冷却器比水换热器消耗的电功率要少？

宿总：该空气冷却器采用了一种强化传热技术，使空气冷却器的总传热系数比常规提高了32%~40%。通过合理布局，使空气流道畅通，外掠气体分离点后移，旋涡压变小，明显增强外侧传热效果，从而使风机功率降低，电耗随之减小，达到节能的目的。

翅片与管子采用高频焊接整体热浸锌，彻底消除管与翅片之间的导热热阻，使其传热性能大大改善，同时整个翅片管的抗腐蚀能力增强。

该空气冷却系统中实现了密闭循环，在接近环境空气的湿球温度下进行空冷，冷却效率高。空气冷却器由冷却排管、喷雾系统、大风量轴流风机、循环泵及温度控制箱等几部分组成，通过采用先进的气——液强化传热措施，大大地提高传热效果。

记者：空气冷却器有哪些主要组成部件，在部件的选用或是结构设计上是如何体现节能的？

宿总：①传热管：根据换热量以及其他参数，确定热换面积，传热管数量、品种和规格来布置传热管。传热管采用高频焊接翅片，其扩展面积增大8倍以上，大大增强了空气的换热能力。②风机：功率小，根据传热系数和冷却能力选择适宜功率的轴流风机。③空气冷却器本体：换热排管为错排，几个流程均匀布置，风量风速达到平衡，大大提高换热能力。充分合理地利用传热原理，获得最佳的传热效果。④辅助部件：在环境温度较高和要求热流体温度降得较低时，在风机和传热管之间增设喷雾装置，可使传热管表面温度降至环境温度，增大传热温差。

记者：请您简要地介绍一下空气冷却器的传热设计原理。

宿总：根据换热量、温度、流量及压降等参数，确定换热面积、传热管数量、品种和规格，当流体通过传热管时，产生旋转（运动），即旋涡输送流体到换热表面，增加对流运动，避免流体在壁面流动分离。由于节距、升角、内翅片厚度作用，破坏热边界层，产生二次流，其内表面比光滑壁面扩展3~5倍。

翅片管采用高频焊接，其优点是气流从层流过渡到湍流区，克服了光管外表面流动不稳定而使传热因子下降的弊病。

典型空气冷却器的热工参数如下（淬火油介质）：油侧流速1.5m/s,管内对流换热系数389W/(m2.℃)；空气侧流速度15m/s,对流换热系数 114W/(m2.℃),翅片比7.8；空气冷却器总传热系数263W/(m2.℃)，对数平均温差17.6℃,水侧阻力降0.2MPa,空气侧阻力降 230Pa。

记者：空气冷却器具有节水、节能、环保等一系列的优点，还是请您做一个总结吧。

宋总：①除环境温度较高，淬火介质需要冷却到和环境温度接近，需要启动喷淋系统时用少量水，其他工况条件下根本不用水，而是用取之不尽、用之不竭、且不需要付费的空气作冷却介质，带走热量。②空气冷却器运转平稳，可靠程度高。③水有腐蚀性，需要控制灰尘的尺寸和沉积，而空气基本上对空气冷却器不产生腐蚀作用。④由于过程流体总在管侧，因而，减轻了空冷器的设计难度。⑤水冷系统更容易造成过程流体的污染，而空冷系统则无此之忧。⑥空气的吹送可以帮助对空气侧的结垢进行周期性的清洗，也可以每半年或一年进行一次化学清洗，而水冷系统需要经常进行清洗。⑦空冷器运行费用仅为水冷系统的20%~30%。由于水冷却系统中水泵进行水循环需要消耗大马力的功率，以及进行水处理所需的昂贵费用，故水冷系统的运行费用更高。⑧空冷器可以减少对环境的影响；如对湖水、河流等的加热，废气及污水的排放等。

记者：淬火介质空气冷却器从提出课题，到产品基本走向成熟，至今已经有6年了，请您对设备的运行状况，取得的经济效益、社会效益及存在的问题和不足做一个客观的评价，以利于用户正确选用，也利于贵公司不断改进和创新。

宋总：①淬火介质空气冷却器经过6年多的运行，数百次的现场测试结果表是，其设计制造与安装是成功的，填补了国内一项空白，获实用新型专利（ZL03249016.X）。②彻底解决了原来淬火油冷却器冷却能力不足及管路漏油问题，冷却能力显著提高，解决了工作时油烟较大，极易引起燃烧的难题，淬火能力比原来有较大幅度提升，提高了热处理行业的劳动生产率。③该产品的通用性强，适应于工业上各种冷却需要，操作维修简单，运行情况良好，无堵塞、无水垢。④经济效益显著，产品累计销售额达5000万元，节电节水社会效益达9100万元。⑤该项技术对行业有重大影响，在节能、环保方面有特殊价值，符合建立节约型社会的国家大政方针。

前面，我谈了空气冷却器好多优点，下面我也介绍一下存在的问题及改进方案。问题：体积较大，外形不够精致，以现代产品审美观衡量，造型尚不够流畅；噪声也较大，对一些生产车间环保指数要求较高的场所显得不协调。改进方案：深入现场调查设备的运行状况，诚恳征求用户意见，实现优化设计，精心制作，严格检验；风机、水泵、油泵选用低噪声的产品。