一种防腐蚀的船舶高温换热器的制作方法

本发明涉及船舶换热器件技术领域，具体是涉及一种防腐蚀的船舶高温换热器。

背景技术：

为了满足使用和运行要求，船舶动力系统需要采用海水对高温热水、高温蒸汽等介质进行冷却。在这类海水与高温介质进行换热的设备中，安全可靠性一直是个难以解决的问题。实际运行经验表明，这类高温换热器主要存在以下问题：

船舶高温换热器管程和壳程的材料均为bfe30-1-1铁白铜，冷却水为海水，长时间运行以后，高温换热器进口段的海水侧管壁腐蚀严重，局部区域甚至发生腐蚀穿孔；高温换热器通常采用的是盘管换热器，盘管被腐蚀穿孔后，高温介质直接与海水掺混，使得装置无法继续工作，甚至引起事故，严重影响整个船舶动力系统的安全可靠运行。

实际运行经验表明，换热管腐蚀问题具有以下规律：

(1)腐蚀问题只出现在以海水为冷却介质的高温换热器中，其它以淡水为冷却介质的高温换热器均未出现类似的腐蚀问题；

(2)在高温换热器内热侧介质温度较高的区域(主要为热测介质进口端的第1～3圈)全部发生腐蚀，靠近热测介质出口端温度较低的区域未发生腐蚀；

(3)换热管腐蚀区域既有大面积的均匀腐蚀，也有局部腐蚀，局部区域发生腐蚀穿孔。

可以看出，高温与海水共同作用是换热管发生严重腐蚀的主要原因。另外，通过对换热管腐蚀区域表面进行显微镜观察和电镜扫描发现，大部分腐蚀坑的表面形貌呈现马蹄状，为空泡腐蚀的典型形貌。综上所述，换热管高温段壁面温度过高，导致海水沸腾形成空泡，空泡溃灭过程形成的强力冲击破坏换热管金属保护膜，换热管壁在海水和高温作用下发生严重腐蚀，是高温换热器腐蚀问题发生的根本原因。因此，降低热测介质进口段换热管的外壁温度，防止海水沸腾产生空泡，是解决高温换热器腐蚀问题的有效方法。

为了缓解换热管在高温与海水共同作用下的腐蚀问题，可以在高温管段外壁喷涂一定厚度的聚酰亚胺或聚四氟乙烯等有机隔热材料，降低运行过程中的壁面温度；还可以增加换热管束的壁厚，降低外壁面温度的同时增加腐蚀余量。但是喷涂有机材料会存在脱落问题，而且喷涂有机材料和增加管壁厚度的方法均会大大降低热测介质与海水之间的换热效率，这一方面会增加装置的体积和重量，另一方面还会导致换热管的高温段后移。因此，此类降低换热管外壁面温度的方法并不能从根本上解决船用高温换热器在高温与海水共同作用下的严重腐蚀问题，无法有效提高装置的安全可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种可极大程度避免换热管腐蚀，提高船舶高温换热器安全可靠性的船舶高温换热器。

本发明提供一种防腐蚀的船舶高温换热器，包括：

壳体，所述壳体两端侧壁上分别设置有壳侧进口、壳侧出口；

固定设置在壳体内部的中心管；

在壳体内部环绕所述中心管设置的换热管，所述换热管两端分别设置有管侧进口、管侧出口，沿所述管侧进口至所述管侧出口，换热管的管径逐渐减小。

在上述技术方案的基础上，所述壳体为圆筒形，沿所述管侧进口至所述管侧出口，壳体的内径逐渐增大。

在上述技术方案的基础上，沿所述管侧进口至所述管侧出口，壳体的筒壁厚度保持不变。

在上述技术方案的基础上，所述换热管螺旋环绕所述中心管，且沿所述管侧进口至所述管侧出口，换热管的螺旋直径逐渐增大。

在上述技术方案的基础上，所述中心管为圆筒形，沿所述管侧进口至所述管侧出口，中心管的外径逐渐增大。

在上述技术方案的基础上，沿所述管侧进口至所述管侧出口，中心管的管壁厚度保持不变。

在上述技术方案的基础上，沿所述管侧进口至所述管侧出口，换热管的管壁厚度保持不变。

在上述技术方案的基础上，所述中心管设置于所述壳体的中心轴位置处。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)本发明的一种防腐蚀的船舶高温换热器，采用变管径的换热管，在高温介质的进口处，即换热管的管侧进口处，管径较大，高温介质的流速较低，高温介质的对流换热系数较小，高温介质与管内壁换热温差较大，管壁表面温度较低，可防止壳体内的海水在此处沸腾而对换热管外壁产生空泡腐蚀；而在高温介质的出口处，即换热管的管测出口处，管径较小，高温介质的流速较高，高温介质的对流换热系数较大，有利于提高管内换热系数。

(2)本发明的一种防腐蚀的船舶高温换热器，采用的海水流通通道为变截面通道，在海水的出口段，海水流通截面积较小，海水流速较高，海水的对流换热系数较大，海水与管外壁换热温差较小，管外壁表面温度较低，可进一步防止壳体内的海水在此处沸腾而对换热管外壁产生空泡腐蚀；而在海水的进口段，海水流通截面积较大，海水的流速较低，有利于减小海水在流通通道内的流动阻力。

附图说明

图1是本发明实施例的一种防腐蚀的船舶高温换热器的结构示意图。

附图标记：1—壳体，11—壳侧进口，12—壳侧出口，2—中心管，3—换热管，31—管侧进口，32—管侧出口。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1所示，本发明实施例提供一种防腐蚀的船舶高温换热器，包括：

壳体1，所述壳体1两端侧壁上分别设置有壳侧进口11、壳侧出口12；

固定设置在壳体1内部的中心管2；

在壳体1内部环绕所述中心管2设置的换热管3，所述换热管3两端分别设置有管侧进口31、管侧出口32，沿所述管侧进口31至所述管侧出口32，换热管3的管径逐渐减小。

需要说明的是，实际使用中，船舶高温换热器的壳侧进口11通常与管侧出口32位于壳体1的同一侧，壳侧出口12通常与管侧进口31位于壳体1的同一侧，以使换热管3内的高温介质与壳体1内的海水形成逆流，起到良好的换热效果。

本发明的一种防腐蚀的船舶高温换热器，采用变管径的换热管3，在高温介质的进口处，即换热管3的管侧进口31处，管径较大，高温介质的流速较低，高温介质的对流换热系数较小，高温介质与管内壁换热温差较大，管壁表面温度较低，可防止壳体1内的海水在此处沸腾而对换热管3外壁产生空泡腐蚀；而在高温介质的出口处，即换热管3的管测出口32处，管径较小，高温介质的流速较高，高温介质的对流换热系数较大，有利于提高管内换热系数。

在本实施例中，优选的，所述壳体1为圆筒形，沿所述管侧进口31至所述管侧出口32，壳体1的内径逐渐增大；进一步，沿所述管侧进口31至所述管侧出口32，壳体1的筒壁厚度保持不变；在壳体1内部，壳体1与中心管2之间的空隙空间形成海水流通通道，沿管侧进口31至管侧出口32，壳体1的内径逐渐增大，即海水流通通道的横截面积逐渐增大，而海水从壳侧进口11流入时，此处流通通道截面积较大，海水流速较低，流动阻力小；在海水流入靠近壳侧出口12时，此处流通通道截面积较小，海水流速较高，海水的对流换热系数较大，可有效降低换热管3外壁的温度，进一步防止海水在此处沸腾而对换热管3外壁产生空泡腐蚀，提高船舶高温换热器的安全可靠性；而壳体1筒壁厚度保持不变，外形更加美观，便于壳体1加工，可降低其生产成本。

在本实施例中，优选的，所述换热管3螺旋环绕所述中心管2，且沿所述管侧进口31至所述管侧出口32，换热管3的螺旋直径逐渐增大。如图1所示，换热管3可以采用一根螺旋盘管，也可以采用多根螺旋盘管层叠而成，图中未示出，可根据实际使用需求自由选用，使用灵活，应用场景广泛。

在本实施例中，优选的，所述中心管2为圆筒形，沿所述管侧进口31至所述管侧出口32，中心管2的外径逐渐增大；进一步，沿所述管侧进口31至所述管侧出口32，中心管2的管壁厚度保持不变；中心管2配合壳体1内部空间和换热管3的布置方式，为海水流通提供了流通通道。

在本实施例中，优选的，沿所述管侧进口31至所述管侧出口32，换热管3的管壁厚度保持不变；换热管3的管壁厚度保持不变，使换热管3内的高温介质与壳体1内的海水之间的换热情况不受管壁厚度的影响。

在本实施例中，优选的，所述中心管2设置于所述壳体1的中心轴位置处；中心管2设置于壳体1中心轴位置处，使壳体1内的海水流通通道保持左右对称，有利于换热管3内的高温介质均匀冷却，使用效果更佳。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。