氟塑料换热器换热管束选型设计手册

关于氟塑料烟气换热器换热管规格选择的简要说明
氟塑料软管作为氟塑料烟气换热器的换热面，在承受内部水压、外部烟气高温、冲刷的苛刻条件下运行，其安全性直接影响到换热器的可靠性。

在氟塑料原料与加工工艺选定的前提下，换热管的规格选择是影响其自身安全性的重要因素。

一、 管径的选择
1. 安全性
安全的氟塑料烟气换热器换热管规格选择原则：壁厚值不得小于管外径值的1/10
对于相同材质及品质的换热管，同等压力、温度条件下，若管径相同，壁厚越大越安全；若壁厚相同，管径越小管子越安全。

用于衡量换热管安全性及推算寿命的可量化指标为环向应力值，其计算公式及分析如下：
环向应力计算公式：
t t
D P
S 2-=
S —环向应力，MPa P —管内压力，MPa
D—外径，mm
t—壁厚，mm
压力管道环向应力计算表
注：
**运行值是指管子在实际工况下（0.5MPa管内水压）所受到的环向应力，该值越低热力管的安全性能越高，该值与材质无关；
**安全校核值是指按标准外推法，以2倍的安全系数计算得到使用寿命为20年以上的安全保证值，安全校核值越低，热力管的安全性能越高，该值与材质无关；
**标准外推法即用高温下管材在较短时间的静液压力破坏试验结果来外推几十年或更长时间下管材材料抵抗静液压力的能力；
**爆破值是指管子能够耐受的最大应力值，该值为试验值。

不光与外径与壁厚相关还受材料性能，管材加工工艺影响，该值越大证明管材耐压能力越强，换热管越安全，该值与材质自身性能密切相关；
**当爆破值大于安全校核值时，换热管可以安全使用到设定年限20年。

**一般情况下，管径增加壁厚也应相应增厚，如管径增加而壁厚维持不变，则管子的安全性会大幅降低。

背景及建议:
1）鉴于应用于烟气换热的氟塑料管暂无相关行业标准可供执行，故参照《GB/T 6111-2003流体输送用热塑料管材耐压试验方法》中的要求及方法，结合氟塑料烟气换热器运行条件，要求测试条件：
0.5MPa，150℃，检测时间165小时，爆破值不小于0.5MPa。

2）在以外推法计算安全寿命20年的前提下（S校核<=4.5MPa），当管径确定后，可以计算得出壁厚的最小值。

3）结论：基于以上，安全的氟塑料烟气换热器换热管规格选择原则：壁厚值不得小于管外径值的1/10
例如：8x0.8mm、10x1mm、12x1.2mm、14x1.4mm
2.经济性
其他边界条件相同时，换热器的管径越小气侧阻力越小，系统电耗越低。

以1000MW机组MGGH系统为例：管径由14mm调整为10mm 后，气侧阻力降低约340Pa，每台炉引风机电耗降低约350 Kw，运行费用差异巨大。

华能威海6号机组低压省煤器（氟塑料）与暖风器联合系统采用氟塑料换热器，换热管规格8x0.75mm，机组满负荷时烟气侧阻力240Pa。

国电北仑第一发电厂2x600MW机组氟塑料MGGH换热管规格10x1mm，机组满负荷时烟气侧阻力降温段+升温段<500Pa。

3.除尘效率
氟塑料换热器具备较强的粉尘拦截与去除效率，管径越小除尘效率越高即越环保。

依据多个项目实测值，换热管规格8x0.75mm的粉尘去除效率比10x1mm提高约10%。

小结：小管径换热管具有更安全、更节能、更环保的优势。

二、小管径受到的限制
1.小管径的选择受到加工工艺的限制
氟塑料换热器的管板连接方式通常有胀接和焊接两种，不论是胀接还是焊接，越小的管径都越难以实现规模化生产。

2.小管径的选择受到可靠性要求的限制
由于换热管处于烟气的冲刷下运行，从换热管自身抗磨损的安全性考虑，越小的壁厚磨损泄漏的风险越大，因而在管径选择时需同时兼顾壁厚的绝对值与环向应力的安全校核值。

三、合理管径的选择
相同规格的换热管，如果材料及加工工艺不同其爆破环向应力值差异很大。

即材料自身高温下的机械性能越好的、越致密的、耐候性越好的换热管在高温下的机械性能越好，其爆破值更高，更安全。

在选择换热管规格时应区别对待不同材质的管材，依据每种管材的环向应力计算值与爆破值选择安全的换热管规格。

氟塑料换热器常用的换热管材质按照其高温下的机械性能由高向低的排序依次为：PFA—改性PTFE—PTFE，因此对于不同材质的换热管应有统一的最低标准或差异化的应用标准。

综上，在确保安全性的前提下氟塑料换热管实现小管径应用是技术先进性与技术进步的体现，是优质材料与先进加工工艺有机结合的成果，是设计优化的重要方向。