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【摘要】本文通过实际工况中数据计算的对比，提出对汽轮机辅机设备油箱的进行改造，利用热管技术对汽轮机润滑油冷却，从而实现减少运行和维修的成本，节能降耗，稳定运行的目的。
【关键词】热管;汽轮机;润滑油;冷油器
Abstract：Based on the working condition of data in the calculation comparison，tank of steam turbine renovation are put forward.The lubrication oil of turbine is cooled by the technology of heat pipe，So as to the costs of operating and maintenance is reduced，the energy is saved and the equipment operation is stable.
Thekey word：heat pipe;turbine lubrication oil;lube oil cooler application
1.引言
在常规火电厂中，汽轮机的转速为3000转/min，在轴瓦处由于摩擦而产生的很高温度，为保证汽轮机连续安全的运行，需对油瓦处的润滑油冷却。常规的方式是通过冷油器冷却润滑油来实现[1]。本文通过油箱改造加装热管，对润滑油降温，以减少冷油器的冷却水使用，从而实现节能，节水，设备安全运行的目的。
热管技术是利用热传导原理，通过热管将发热物质产生的热量传导到热源之外。热传递有三种方式：辐射、对流、传导，其中热传导最快[2]。热管就是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，促使热量快速的传导。一般的热管由管壳、吸液芯、端盖组成。热管内部被抽成负压状态，冲入物性不同的液体（液体沸点低，容易挥发），管壁有吸液芯（其由毛细多空材料构成。热管一端为蒸发段，另一端为冷凝段，当热管蒸发段受热时，毛细管中的液体蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另一端，并且释放处热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料毛细力的作用下流回蒸发段，如此循环不断，热量由热管一端传至另外一端[3]。这种循环是快速进行的，热量可以连续的传导开来。
2.技术原理及改造方案、目的
在汽轮机运行中，由于轴承摩擦产生热量，使通过轴承的润滑油温升高。如果油温升高，轴承有可能发生烧瓦事故[4]。为使轴承正常运行，润滑油温必须保持在一定的范围之内，一般要求进入轴承的油温在43～49℃之间，轴承的排油温升一般为10～15℃，因而必须将轴承排油冷却后才能再送入轴承润滑。冷油器就是为了满足这一要求而设置的，温度较高的润滑油和低温冷却水在冷油器中进行热交换，并通过调节出口冷却水量来达到控制润滑油温度的目的。但冷油器多为管式或板式换热器，易发生管路爆裂或密封不嚴，冷却水进入油中使油质变差。
本套改造方案是根据现场的实际情况，在主油箱的顶部或侧面开孔（主油箱侧面加装小油箱），加装8根碳钢-水重力热管，热管一端垂直插入油箱的润滑油内，一端伸入空气中散热。其工作过程为：热管内的工质吸收油箱内润滑油的热量，其发生相变传热至另一端的冷凝段，再又空气将进行冷却，达到冷却油箱内透平油目的，从而使冷油器的冷却水用量减少或停止使用（增设旁路油管道，当润滑油的温度过高时，可做为辅助冷却使用），增加润滑油的使用寿命，减少油烟的排放，节约运行成本。
加装碳钢-水重力热管的参数性能：热管长：2.3m，热管直径：60mm，壁厚：2.5mm，加热段长：800mm，冷却段长：1.5m。碳钢-水重力热管的比其他热管成本低，运行寿命长，重力热管在内部工质为35℃左右时，即可以启动，并且启动后热管具有良好的等温性，热管在自然对流散热条件下，环境温度为25℃，单根热管的净传热功率为800W。热管随着油温升的增大而急剧的升高，显示了热管的传热的优越性（碳钢-水重力热管可根据现场情况需要设计定做）。
3.理论数据及技术方案分析
3.1 工程数据分析
油箱处实施加装重力热管改造后，设备正常运行时，可保持润滑油的油温为43℃～49℃，在不利的工况下，可使润滑油进人冷油器进行再次冷却。油箱的容量约为每小时供油量的1/12～1/8，这样可以保证油的循环倍率（油的循环倍率等于每小时主油泵的出油量与油箱总油量之比）超过10，约为9.7，由于润滑油有一定的粘度，油烟、杂质的分离和沉淀需要一定的时间，故要求润滑油箱有足够的容积，其容量应足以让循环的油停留一定的时间，将所含空气分离成为泡沫，并让油中含有的水分及杂质受其重力作用而沉淀下来，增加润滑油使用的寿命，进入油箱的油经过不小于6min的时间到达泵的吸入口。
以某实际工程为为例：
未改造前使用冷油器的参数：数量2台，冷却面积385×2m2，冷却水入口设计温度 38℃，出口油温45℃，冷却水流量720000Kg/h，
原设计：油箱：容量48.4m3，尺寸7020× 3020×3600mm×mm×mm，油箱重量12330kg，贮满油时49300kg回油流量 278400kg/h;
润滑油的比热：Cp=1606.27T00.0754出油温度：T0=45℃回油温度：T0=65℃
平均比热：
=2.465 KJ/Kg·℃
单位时间内润滑油吸收的热量：
=3812.53 KJ [5]
润滑油在油箱停留的时间为：
8根热管的散热量为：
由以上数据分析得出，热管的散热效果满足对润滑油冷却要求，正常运行的情况下，可以停止对冷油器的使用。 3.2 技术方案的分析
本套技术改造方案是可根据现场的实际情况做出调整，与原有的冷油器配合，来保证油箱内的润滑油不超过80℃（最不利的情况下，超过80℃润滑油性质会发生变化），适用于参数不同的冷却润滑油系统。
使用碳钢-水重力热管冷却油箱润滑油，有其很大的优越性和合理性：
（1）具有良好的导热性，在温差很小的情况下也能高效的传递能量，可减少冷油器的冷却水使用量，降低能源耗损，节约运行成本。
（2）从使用的效果上看，冷油器使用水冷，固然效果较好，但设备费用和运行费用较高，且易发生管路爆裂和密封不严，冷却水进入润滑油中使油质变差，且寿命短[6]。而应用热管将不会存在这些问题，重力热管与其它种类的热管价格便宜，制造简单，放置几根即可，且每根热管是独立结构，不存在漏油问题，且寿命长（一般20年左右）。
（3）重力热管对环境适应性好，其自身是一个独立系统，能做成任意形状，适合应用到各种环境，它改造安装方便，可延长润滑油的使用寿命，且连续运行稳定，减少热事故的发生[7]。当润滑油温度低时，需油箱内的油浸没式电加热器加热温度到38℃。碳钢-水重力热管启动温度在35℃左右，两溫度相差无几，不会影响其加热效果。
4.结束语
热管技术在国内外已经发展得很成熟，在许多工业领域经过几十年的应用，取得了成功的经验。本文提出了汽轮机辅助设备油箱改造方案，并针对实际运行的数据进行分析计算，系统论述了碳钢-水重力热管在润滑油冷却过程中应用的可行性，本套技术方案可据实际情况进行计算调整，进行推广应用，达到减少运行成本，节能降耗目的。
参考文献
[1]陈汝庆.汽轮机原理及运行[M].中国电力出版社，2000.
[2]林宗虎.强化传热及其工程应用[M].北京：机械工业出版社，1987.
[3]庄俊，张红.热管技术及其工程应用[M].北京：化学工业出版社，2000.
[4]洪向道.中小型热电联产工程设计手册[M].中国电力出版社，2005.
[5]杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，2001.
[6]朱聘贵.换热器原理及计算[M].北京：清华大学出版社，1987.
[7]刘纪福.热管换热器[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学，1986.
【关键词】热管;汽轮机;润滑油;冷油器
Abstract：Based on the working condition of data in the calculation comparison，tank of steam turbine renovation are put forward.The lubrication oil of turbine is cooled by the technology of heat pipe，So as to the costs of operating and maintenance is reduced，the energy is saved and the equipment operation is stable.
Thekey word：heat pipe;turbine lubrication oil;lube oil cooler application
1.引言
在常规火电厂中，汽轮机的转速为3000转/min，在轴瓦处由于摩擦而产生的很高温度，为保证汽轮机连续安全的运行，需对油瓦处的润滑油冷却。常规的方式是通过冷油器冷却润滑油来实现[1]。本文通过油箱改造加装热管，对润滑油降温，以减少冷油器的冷却水使用，从而实现节能，节水，设备安全运行的目的。
热管技术是利用热传导原理，通过热管将发热物质产生的热量传导到热源之外。热传递有三种方式：辐射、对流、传导，其中热传导最快[2]。热管就是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，促使热量快速的传导。一般的热管由管壳、吸液芯、端盖组成。热管内部被抽成负压状态，冲入物性不同的液体（液体沸点低，容易挥发），管壁有吸液芯（其由毛细多空材料构成。热管一端为蒸发段，另一端为冷凝段，当热管蒸发段受热时，毛细管中的液体蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另一端，并且释放处热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料毛细力的作用下流回蒸发段，如此循环不断，热量由热管一端传至另外一端[3]。这种循环是快速进行的，热量可以连续的传导开来。
2.技术原理及改造方案、目的
在汽轮机运行中，由于轴承摩擦产生热量，使通过轴承的润滑油温升高。如果油温升高，轴承有可能发生烧瓦事故[4]。为使轴承正常运行，润滑油温必须保持在一定的范围之内，一般要求进入轴承的油温在43～49℃之间，轴承的排油温升一般为10～15℃，因而必须将轴承排油冷却后才能再送入轴承润滑。冷油器就是为了满足这一要求而设置的，温度较高的润滑油和低温冷却水在冷油器中进行热交换，并通过调节出口冷却水量来达到控制润滑油温度的目的。但冷油器多为管式或板式换热器，易发生管路爆裂或密封不嚴，冷却水进入油中使油质变差。
本套改造方案是根据现场的实际情况，在主油箱的顶部或侧面开孔（主油箱侧面加装小油箱），加装8根碳钢-水重力热管，热管一端垂直插入油箱的润滑油内，一端伸入空气中散热。其工作过程为：热管内的工质吸收油箱内润滑油的热量，其发生相变传热至另一端的冷凝段，再又空气将进行冷却，达到冷却油箱内透平油目的，从而使冷油器的冷却水用量减少或停止使用（增设旁路油管道，当润滑油的温度过高时，可做为辅助冷却使用），增加润滑油的使用寿命，减少油烟的排放，节约运行成本。
加装碳钢-水重力热管的参数性能：热管长：2.3m，热管直径：60mm，壁厚：2.5mm，加热段长：800mm，冷却段长：1.5m。碳钢-水重力热管的比其他热管成本低，运行寿命长，重力热管在内部工质为35℃左右时，即可以启动，并且启动后热管具有良好的等温性，热管在自然对流散热条件下，环境温度为25℃，单根热管的净传热功率为800W。热管随着油温升的增大而急剧的升高，显示了热管的传热的优越性（碳钢-水重力热管可根据现场情况需要设计定做）。
3.理论数据及技术方案分析
3.1 工程数据分析
油箱处实施加装重力热管改造后，设备正常运行时，可保持润滑油的油温为43℃～49℃，在不利的工况下，可使润滑油进人冷油器进行再次冷却。油箱的容量约为每小时供油量的1/12～1/8，这样可以保证油的循环倍率（油的循环倍率等于每小时主油泵的出油量与油箱总油量之比）超过10，约为9.7，由于润滑油有一定的粘度，油烟、杂质的分离和沉淀需要一定的时间，故要求润滑油箱有足够的容积，其容量应足以让循环的油停留一定的时间，将所含空气分离成为泡沫，并让油中含有的水分及杂质受其重力作用而沉淀下来，增加润滑油使用的寿命，进入油箱的油经过不小于6min的时间到达泵的吸入口。
以某实际工程为为例：
未改造前使用冷油器的参数：数量2台，冷却面积385×2m2，冷却水入口设计温度 38℃，出口油温45℃，冷却水流量720000Kg/h，
原设计：油箱：容量48.4m3，尺寸7020× 3020×3600mm×mm×mm，油箱重量12330kg，贮满油时49300kg回油流量 278400kg/h;
润滑油的比热：Cp=1606.27T00.0754出油温度：T0=45℃回油温度：T0=65℃
平均比热：
=2.465 KJ/Kg·℃
单位时间内润滑油吸收的热量：
=3812.53 KJ [5]
润滑油在油箱停留的时间为：
8根热管的散热量为：
由以上数据分析得出，热管的散热效果满足对润滑油冷却要求，正常运行的情况下，可以停止对冷油器的使用。 3.2 技术方案的分析
本套技术改造方案是可根据现场的实际情况做出调整，与原有的冷油器配合，来保证油箱内的润滑油不超过80℃（最不利的情况下，超过80℃润滑油性质会发生变化），适用于参数不同的冷却润滑油系统。
使用碳钢-水重力热管冷却油箱润滑油，有其很大的优越性和合理性：
（1）具有良好的导热性，在温差很小的情况下也能高效的传递能量，可减少冷油器的冷却水使用量，降低能源耗损，节约运行成本。
（2）从使用的效果上看，冷油器使用水冷，固然效果较好，但设备费用和运行费用较高，且易发生管路爆裂和密封不严，冷却水进入润滑油中使油质变差，且寿命短[6]。而应用热管将不会存在这些问题，重力热管与其它种类的热管价格便宜，制造简单，放置几根即可，且每根热管是独立结构，不存在漏油问题，且寿命长（一般20年左右）。
（3）重力热管对环境适应性好，其自身是一个独立系统，能做成任意形状，适合应用到各种环境，它改造安装方便，可延长润滑油的使用寿命，且连续运行稳定，减少热事故的发生[7]。当润滑油温度低时，需油箱内的油浸没式电加热器加热温度到38℃。碳钢-水重力热管启动温度在35℃左右，两溫度相差无几，不会影响其加热效果。
4.结束语
热管技术在国内外已经发展得很成熟，在许多工业领域经过几十年的应用，取得了成功的经验。本文提出了汽轮机辅助设备油箱改造方案，并针对实际运行的数据进行分析计算，系统论述了碳钢-水重力热管在润滑油冷却过程中应用的可行性，本套技术方案可据实际情况进行计算调整，进行推广应用，达到减少运行成本，节能降耗目的。
参考文献
[1]陈汝庆.汽轮机原理及运行[M].中国电力出版社，2000.
[2]林宗虎.强化传热及其工程应用[M].北京：机械工业出版社，1987.
[3]庄俊，张红.热管技术及其工程应用[M].北京：化学工业出版社，2000.
[4]洪向道.中小型热电联产工程设计手册[M].中国电力出版社，2005.
[5]杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，2001.
[6]朱聘贵.换热器原理及计算[M].北京：清华大学出版社，1987.
[7]刘纪福.热管换热器[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学，1986.