德拉普：创新在线清洁装置新技术

李雪敏

化工、石油、火力等发电行业需要使用大量各式各样的列管式换热器和冷凝器。这些换热器和冷凝器经过一定时间使用后，水侧管道的内壁上就会沉积污垢，换热效率大幅度下降，显著增加能量消耗，加大了污染排放，降低了经济效益。

对于发电行业而言，长时间连续的更换热换器及冷凝器是难以实现的，这也促成了无轴螺旋在线清洁装置技术的研发及使用。

四川德拉普环保科技有限公司（简称德拉普），专门从事无轴螺旋在线清洁装置技术的设计及研发，主要解决防垢除垢、强化换热问题，实现在线清洁等。

无轴螺旋实现在线清洁

2018年初，我国多个环保新政策正式落地实施。各地也均有相关具体政策密集落地。随着各项政策的贯彻实施，环保政策的推动力度将会进一步加强，生产企业必须要重视节能降耗。

“随着国家大力提倡节能降耗，无轴螺旋在线清洁装置技术符合国家政策，实现在线清洁的同时，大幅度提高换热效率，为企业增加效益。”德拉普总经理李宏说。

据李宏介绍，无轴螺旋在线清洁装置技术防垢除垢及强化换热的工作原理是在列管式换热器每根换热管内安装在线清洁装置，当设备运行时，无需外加动力，利用循环水自身的流速驱动在线清洁装置的旋转部件，长期在换热管内不停地快速旋转，改变管内水的层流为紊流状态，破坏水垢的形成机理。在设计思想上摆脱了传统的被动清洗除垢概念，变被动除垢为主动除垢，同时强化换热，大幅度提高换热设备的传热系数12 .8%以上。

管道内水垢并非一朝一夕就可形成的。管内侧污垢的形成一般要经历起始、运输、附着、老化、剥蚀等五个阶段。而污垢的形成严重影响了管道的换热能力，导致管道运输水过程中，耗能量增加，能源浪费量增多，排放污染物增多等。

因为管道污垢带来的危害，一般企业每年都会清理管道污垢，传统的除垢方式主要分为离线清洗除垢和在线除垢两种。离线清洗除垢是在机组停机后，采用高压水流射入换热器和冷凝器管道内进行清洗，除垢率可达到90%以上，但会因停机造成损失，且基本上是每年至少清洗一次才能保证设备有效运行。

在线除垢就是在设备不停机状态，用化学清洗和胶球清洗。化学清洗的效果好，但对有些换热管会造成腐蚀、降低换热器和冷凝器使用寿命，而且运行成本高。胶球清洗则是在冷却水循环管路投放表面粗糙的胶球，利用胶球与管壁间的摩擦清洗管道。一方面这种除垢效率是随机的，水垢难以除尽，换热效率不能达到最佳状态，而且容易出现“死球”现象，堵塞管路，影响换热器和冷凝器有效换热;另一方面，胶球易磨损，回收率低，需一定人工、材料、电耗等运行成本和检修成本。

李宏总经理说：“相对于传统的除垢方式来说，无轴螺旋在線清洁装置是安装在列管式换热器和冷凝器换热管的入口端，利用冷却液（水）的流速，使无轴螺旋带在管腔内自行旋转。当流速≥0.7m/s时，换热效率开始提高，管道内形成的螺旋水流，破坏了在管壁处形成的热阻。同时，紊流阻止污垢沉积，破坏了结垢的形成机理，从而提高了换热效率，保持了管道内壁的清洁。当流速达到1.2～1.5m/s时，换热效率趋于稳定，此时的无轴螺旋带的转速为500～ 600rpm，为最佳换热状态。所以无轴螺旋在线清洁装置在洁净管道状态能够有效提高换热效率，能为化工、石油、火力发电等行业有效降低能耗，降低对环境的污染。”

无轴螺旋在线清洁装置针对内侧管壁的结垢机理，打破和干扰了污垢形成的三个关键阶段。在结垢初期阶段，通过强化扰流和换热，降低了换热管内壁局部温度，从而降低了垢的析出。在结垢的附着阶段，通过刮扫管壁和强化扰流，防止了硬垢及软垢的附着，在结垢的剥蚀阶段，通过刮扫管壁和强化扰流，加快了硬垢及软垢的剥蚀。

在无轴螺旋在线清洁装置试用初期，遭受了多种疑问。它的水阻有多大？会断裂吗？如何维护？使用寿命有多长呢？对此疑问，李宏也一一给出了回复。他说道：“无轴螺旋在线清洁装置的水阻一般在0.02～ 0.04Mpa之间。”并且此装置采用特殊高分子复合材料，强度、韧性、耐蠕变、缺口敏感度等性能优良，完全能够承受管内水流所带来的压力，而且无需维护，只需要定期检查即可，使用寿命长达8～10年。

李宏说：“在产品应用上，无轴螺旋在线清洁装置已经广泛应用于垃圾及生物质能焚烧发电厂、大型火力发电厂、冶炼行业、电石行业等，具有广阔的市场发展空间。”

优化无轴螺旋产品配置

无轴螺旋在线清洁装置技术在实际应用上取得如此优异的成绩，与产品本身的性能、特点紧密相关。

近年来，随着技术的发展，一种在列式换热管内加装螺旋带，通过循环水的流动带动螺旋带旋转除垢、强化热交换，有效减小传热端差的新技术已逐渐在部分化工厂和火力发电厂开始使用。但是列管式换热管在使用过程中会逐步形成一层厚厚的污垢，更有甚者导致换热管道堵塞，进而换热效率降低，导致停机检修，最终直接影响经济效益。基于此，通过现有螺旋带换热装置进行改进、优化，可以达到更好的热交换效果。

在研发上，无轴螺旋带采用高分子复合材料，具有良好的抗蠕变性和韧性，使用环境温度≤200℃，材料密度≈1.0，具有良好的耐弱酸弱碱性及耐磨性，热膨胀系数≤0.1%，避免长期在高温换热液使用中产生接口开裂、螺旋带脆断及脱落等问题。并且对应不同的水的流速，为保持螺旋带的转速稳定在500～ 600rpm范围内，对无轴螺旋带的螺距、带宽进行仿真及优化设计，生产出不同螺距、带宽的无轴螺旋清洁装置。

减小无轴螺旋带的摩擦系数是无轴螺旋清洁装置的关键问题。由于大型火力发电厂、石油化工、冶金矿山、盐业制冷等行业中冷凝系统的冷却液杂质很难去除，加之污垢会不断形成，螺旋带单一的固定联接方式将使连接处的旋转摩擦副难以保证可靠性，有很大可能会出现杂质卡死摩擦副而降低旋转效果的现象。为尽可能减少螺旋带旋转内部的阻力，并防止循环液杂质对螺旋带自由旋转的影响，采用并联二级减磨设计。一是空心连接轴与支撑套之间采用间隙配合，支撑套采用HY851高分子复合耐磨材料，摩擦系数能达到0.008;二是空心轴端面支撑端设计有涡轮叶片，在使用时由于涡轮叶片的作用，使连接轴支撑端面与支撑轴套之间形成了一层水膜，从而大幅降低了连接轴与支撑套之间的端面摩擦。

李宏介绍：“除了选材与装置上，研发团队在对螺旋带设计上也下了一番功夫。若螺旋带过宽，增加了流体阻力，并且会加重与换热管壁的摩擦，严重影响螺旋带的使用寿命，合理的螺旋带宽度是优化设计的关键。除此之外，流体旋转流动螺旋流线的螺距，对流体阻力影响最明显。流体螺旋流线螺距越小，流体阻力越大。持续保持管壁的紊流状态，并尽可能降低螺旋带阻力。所以，螺旋带不宜过窄，螺距不宜太大。”

在无轴螺旋带上不难发现许多小孔，对此，李宏说：“当管内流速太大时，螺旋带受到较强的液体驱动力而高速旋转，使螺旋带受到很大的轴向拉力，将加快端面的磨损、加大螺旋带与管壁之间的摩擦力、加快螺旋带的磨损等。因此，在螺旋带开孔，进一步引起流体流动螺距减小，引起流体阻力的增加。开孔是对这两方面影响的优化和平衡，所以在螺旋带的设计上采用中心开孔和错位对称开孔两种方式。”

目前市场上已有的螺旋带普遍采用铆接形式与轴相连，存在局部应力集中现象，在长期高温旋转过程中出现开裂和螺旋带脱落的几率大增。无轴螺旋在线清洁装置将螺旋带融于漏斗形空心连接轴中，能保证在长期高温和交变应力下不开裂、脆断，防止了由于螺旋带断裂而造成的水管堵塞现象的发生。连接螺旋带的空心轴采用304不锈钢材料精冲而成，支撑端设计有涡轮叶片。该涡轮叶片在旋转式能够在支撑轴套与空心轴接触支撑面上产生一层水膜，能够有效降低摩擦系数，提高使用寿命。

无轴螺旋在线装置技术无论是在设计上、材料上，还是在工艺特点上都已经遥遥领先于同行业。德拉普已成为国内热换器在线清洁技术最先进的军民融合企业，在产品的前瞻性、颠覆性的结构设计上取得多项国家发明与实用新型专利，产品应用广泛，引领了环保产业的发展。