[发明专利]高压无缝多头内螺纹锅炉钢管

说明书

技术领域

本发明涉及一种管件，特别涉及一种锅炉用的水管。

背景技术

现有技术中，电站锅炉上广泛使用钢管作为水管，这种钢管一般为无缝钢管，可承受较高压力，水管锅炉在锅筒外部设水管受热面，高温烟气在管外流动放热，水在管内吸热，燃料在炉膛内燃烧形成火焰和高温烟气，炉墙的内表面上常敷设水冷壁管，它既保护炉墙不致烧坏，又吸收火焰和高温烟气的大量辐射热。。由于管内横断面比管外小，因此汽水流速大大增加，受热面上产生的蒸汽立即被冲走，这就提高了炉水吸热效率。水管锅炉锅筒直径小，工作压力高，锅炉水循环好，蒸发效率高，适应负荷变化的性能较好，热效率较高。因此，压力较高，蒸发量较大的锅炉都为水管锅炉。

现有锅炉的水管均为内壁光滑的管件，外壁也可以是光滑的，为提高吸热效率，外壁上还可以焊接翅片形成翅片管；工作时，水、汽或汽水混合物在水管内流动，而火焰或烟气在水管外燃烧和流动并将热量不断传递给水管内的水；由于水管在锅炉内是固定的，其受热主要依靠水管单侧受热，受热面为迎向火焰或高温气流的方向，在相应的水管内壁上，相应位置的水更容易汽化，与管壁接触的水会产生汽泡而局部沸腾，汽泡的进一步聚结会扩展成连续的蒸汽流，形成膜态沸腾。该现象可在普通锅炉的蒸发管、核电厂蒸汽发生器传热管、反应堆堆芯冷却剂通道中见到。当管壁壁面和流体之间生成蒸汽膜时，蒸汽膜的使热量交换变得很差，以致水管管壁会达到很高的温度，而有烧毁的危险。 

汽水密度相等时的压力称为临界压力，水在临界压力22.1MPa加热到374.15℃时即被全部汽化，水变成蒸汽不需要汽化潜热，即水没有蒸发现象就变成蒸汽，该温度称为临界温度，或称之为相变点温度(超临界压力24.5--27.5MPa时的相变点温度为380--410℃)。在相变点温度附近存在着一个最大比热区，在该区内工质物性发生突变：紧靠管壁的工质密度有可能比流动在管中心的工质密度小得多，即在流动截面中存在着工质的不均匀性。当受热面热负荷高到某一数值时，在紧贴壁面的地方可能造成传热恶化，这一现象称之为类膜态沸腾现象。为避免这一现象，锅炉相变点区域通常设计在热负荷相对较低的地方，或提高工质的流速。

膜态沸腾及类膜态沸腾现象主要发生在水管的主要受热面一侧，其结果是导致水管局部烧损、热效率降低。而在背离主要受热面的另一侧，该现象则发生较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压无缝多头内螺纹锅炉钢管，使其能最大程度上减少膜态沸腾及类膜态沸腾现象，提高热效率及保护锅炉水管不受烧损。

本发明的目的是这样实现的：一种高压无缝多头内螺纹锅炉钢管，包括断面呈圆形的管体，所述管体内壁上设有多头内螺纹，多头内螺纹的头数为6~12头，螺距为20~35mm，导程为180~300mm。

本发明的水管可应用在高压的电站锅炉上，其工作时，高压水流从水管内壁表面流过时，在多头内螺纹的导向作用下，贴近水管内壁的水流以0.05~0.1m/s的周向速度旋转，其能将主受热面一侧吸收的热量迅速带离受热面，使其传递给管体内其他部分的水；管体内外层的水流密度小，内层的水流密度大，在旋转离心力的作用下，内层水有向外运动的趋势，外层水有向中心运动的趋势，相互作用下，会进一步对流换热，及时将所受热量导走，避免产生膜态沸腾及类膜态沸腾。由于水流的轴向流速远大于其旋转速度，一般为0.3~1.5m/s,在管体内的外层受到管壁的阻滞，水流呈旋转并在轴向方上流速降低，而在管体中心位置，水流速度较大，水流在越过每一内螺纹的顶部时，在内螺纹的根部会产生一个涡流区，涡流区会促进内层和外层的水之间互换位置，从而使得传热效率更高。多头内螺纹的头数为6~12头，是为了保证水流能逐一越过各头内螺纹，以产生足够多的涡流区；螺距为20~35mm，导程为180~300mm是为了保证水流能够以0.05~0.1m/s的周向速度旋转，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：其应用在水管锅炉上，可减少膜态沸腾及类膜态沸腾现象的发生，有效保护锅炉水管不受烧损，同时，其提高了换热效率，热传导能力可增加20~30%。

为进一步保证使用可靠，所述多头内螺纹为梯形螺纹，螺纹顶宽为5~10mm，螺纹底宽15~25mm。该结构的螺纹不易被水流冲刷或腐蚀，提高了使用寿命。

为能形成足够旋转流速的水流，所述梯形螺纹的螺纹高度为1~1.5mm。

为进一步避免腐蚀，所述梯形螺纹的顶部和根部呈圆角过渡，圆角半径0.1~1.2mm。在圆角过渡位置，如采用棱角，则水在该位置附近易生产空泡腐蚀现象，导致水管损坏，而采用圆角过渡，可最大限度底降低空泡腐蚀现象。