滑油和淡水介质传热装置设计研究.pdf

滑油和淡水介质传热装置设计研究 周跃华 陈淼 黄剑斌 cn) 摘要探讨滑油和淡水介质传热过程中滑油性能，电加热元件的性能，热惯性，系统的容 量和工作环境，加热器材料的优化选配，流场的研究以及系统的阻力特性和水泵特性，加热控 制电路可靠性程序设计等问题，提升传热装置的技术经济指标。 关键词传热，程序控制，优化选材，流场，系统阻力 1 前言 滑油和淡水介质传热装置广泛应用于船舶、工业和民用建筑中，其加热设计不仅是传热的 问题，还涉及到滑油性能，电加热元件的性能，热惯性，系统的容量和工作环境，加热器材料的 优化选配，流场的研究以及系统的阻力特性和水泵特性，加热控制电路的可靠性程序设计等。 本文结合船舶主机滑油，淡水电加热装置，生活淡水电加热装置以及水一水换热装置的设计研 究，对上述问题进行探讨，解决了一些令人困惑的问题，如晶界腐蚀；滑油结焦烧毁加热器；传 热温差小热效率低等。实践证明：探讨结果用于传热设备设计，热效率高，工作性能优良，稳定 性好，使用寿命长，可靠性好，可供传热装置设计人员参考。 船舶用电加热装置的应用 船舶主机冷启动时工作粗暴，燃烧不良，必须低负荷暖机一段时间后，方可正常运转，即使 这样，对发动机仍然有着不可忽视的损害。为此，许多船舶已逐步配备了主机滑油和淡水预热 保温电加热装置，使主机在接近正常运转的工况下启动，以减轻启动对发动机的损害，并增加 船舶的机动性。此外，停航时采用电加热装置，可停用辅锅炉，提高船舶电站的各项经济指标， 因此生活热水电加热也在船舶上广泛采用。 3滑油电加热装置的设计 滑油电加热装置的设计，除了保证作为电加热装置工作的温度范围和使用电加温的常规 安全要求外，还必须考虑以下因素。 (1)保证电加热装置加热元件表面温度不超过164C，以防滑油结焦，污染恶化滑油。由 于油焦的绝热作用，也会导致电热元件烧毁。计算表明，选用300℃空气加热元器件加热滑 油。可以达到设计要求。实践表明，按计算选用电热元件用于滑油加热装置中，数年后表面仍 然光洁。 (2)保证电加热元件在加热装置中和三相电路中均匀分布。对于圆筒型加热装置，加热 元件可为U型元件，按蜂窝形排列，在电路中按Y形并联串联，以达到预期的功率。从结构上 看，要保证元件更换的可能性，并适当配备一定数量的备用元件，以应不时之需。 (3)加热元件分组，在控制上分档，按预热(升温和平衡散热)，保温(平衡散热)，停止加热 (降温)三档运行。换言之，全功率，部分功率和停止供电三档，雨不是简单的通一断。这样可以 减少频繁开关电源的操作，从而减少电路中电压的波动和冲击对设备的不利影响。 (4)电加热装置与滑油循环泵联合控制。因为大功率的电加热器有较大的热容量，在停 泵后会使滑油的温度继续上升，甚至超过允许的温度。因此，在控制上，要保证先停加热器，待 加热装置的温度降至允许的工作温度后，再停滑油循环泵。 (5)电加热装置启用的时间要根据滑油循环柜容量，散热条件，电加热装置的功率以及船 舶系泊时间，通过计算比较后确定。对于要求机动性高的船舶，或停靠在可能随时要移泊的码 头，宜停主机即启用电加热装置。 研制应用予”新鉴真”轮上的船用全自动滑油电加热装置设计参数如下： 型号：LRS-450—36 功率：36kW电压：440V 电热元件功率：1．5kW电压：220V(可用于220V，380V及440V电路中) 电热元件数量：24支，在电路中分四组，Y形电路中串联 850ram承压1．3MPa 电加热装置为圆筒形，尺寸450×1 电热元件在筒中按蜂窝形排列。 备用电热芯比例：15％ 循环柜容量14m3 循环泵流量2m3／h 加热器进口温度52℃；出口温度85℃；可调至88℃ 停车后滑油温度降至52℃；预热到75℃；需时间7．5h 两台LRS-450-36滑油电加热器运行6年，情况良好。 4淡水电加热装置的设计 淡水电加热装置的设计，除了保证加热和安全的基本要求外，还必须考虑下列因素。 4．1材料的选配 有3个实例可作进一步优化设计。①追求较好的水质和较长的使用寿命，选用 渗水，经多方