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热管换热器应用

——石油化工中的余热回收

 

热管换热器体积小、布置灵活、可控制露点腐蚀，在石油化工的加热炉余热利用应用广泛。

 

热管换热器

 

　　热管是一种具有极好导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极好的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。由热管组成的换热器具有传热效率好、结构紧凑、流体压降小等优点。由于其特殊的传热特性可控制管壁温度，避免腐蚀。目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械等行业中进行余热回收以及综合利用工艺过程中的热能，已取得了显著的经济效益。

 

　　重力热管换热器因其简单的结构及经济的成本得到了广泛的应用，其工作原理是：热管受热侧吸收废气热量，并将热量传给管内工质[液态]，工质吸热后以蒸发与沸腾的形式转变为蒸汽，蒸汽在压差作用下上升至放热侧，同时凝结成液体放出汽化潜热，热量传给放热侧的冷流体，冷凝液体依靠重力回流到受热侧。由于热管内部抽成真空，所以工质极易蒸发与沸腾，热管起动迅速。热管在冷、热两侧均可装设翅片，以强化传热。

 

 

热管是一种具有极好导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极好的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。由热管组成的换热器具有传热效率好、结构紧凑、流体压降小等优点;其工作原理是：热管受热侧吸收废气热量，并将热量传给管内工质[液态]，工质吸热后以蒸发与沸腾的形式转变为蒸汽，蒸汽在压差作用下上升至放热侧，同时凝结成液体放出汽化潜热，热量传给放热侧的冷流体，冷凝液体依靠重力回流到受热侧。

 

 

 

热管导热性优良，传热系数比传统金属换热器高近一个数量级，还具有良好的等温性好、温度可控、热量输送能力强、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、无需外加辅助动力设备等一系列优点。热管工作温度分为低温（-200~+ 50℃），常温（50~250℃），中温（250~600℃），高温（＞600℃），需要根据不同的使用温度选定相应的管材和工质。其中碳钢－水重力热管的结构简单、价格低廉、制造方便、易于推广，得到了广泛的应用。实际应用中，用于工业余热回收的热管使用温度一般在50~400℃之间。热管换热器可用于干燥炉、固化炉和烘炉等的热回收或废蒸汽的回收，以及锅炉或炉窑的空气预热等

 

 原理  

 

热管是一种具有好导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有很好的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。缺点是抗氧化、耐温性能较差。此缺点可以通过在前部安装一套陶瓷换热器来予以解决，陶瓷换热器较好地解决了耐温度、耐腐蚀的难题。

 

目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械等行业中，作为废热回收和工艺过程中热能利用的节能设备，取得了显著的经济效益。

 

 

热管换热器

 

天津新华能提供有机热管换热器和水热管换热器。热管分为毛细吸液热管、重力热管、环形夹套热管、分体热管等，可用于气气、气液等传热。热管换热器的优点是结构紧凑、两边气体隔离、防腐蚀。为避免热管析氢失效，我公司热管经特殊处理，实现了五年以上寿命。

 

1、热管气气换热器

热管式气气换热器应用特别广泛，因其换热介质两侧都可以制成翅片管，大幅度拓展换热面积，因此结构紧凑，阻力较小，还可以防腐。

 

2、热管汽水换热器

热管式汽水换热器主要用于烟气余热回收，用来加热循环水或者除盐水，达到节能目的。常压水的换热器直接采用水室式热管换热器，带水压的换热器可采用分离式热管换热器，压力较高时，采用夹套式热管汽水换热器。

 

热管换热器

    热管换热器是用一种称为热管的新型换热元件组合而成的换热装置。

    本企业生产的热管是重力热管，重力热管的冷凝液是靠重力流回热端。

    本企业生产低温热管和中温热管。

    低温热管，在200-550K范围内工作，工作液有氟里昂、氨、水等；中温热管，在550-750K范围内工作，工作液有导热姆A、铯、水、钾钠混合液等。

目前使用的热管换热器多为箱式结构，如图。

把一组热管合成一个箱形，中间用隔板分为热、冷两个流体通道，一般热管外壁上装有翅片，以强化传热效果。

热管换热器的传热特点是热量传递汽化、蒸汽流动和冷凝三步进行，由于汽化和冷凝的对流强度都很大，蒸汽的流动阻力又较小，因此热管的传热热阻很小，即使在两端温度差很小的情况下，也能传递很大的热流量。因此，它特别适用于低温差传热的场合。热管换热器具有传热能力大，结构简单、工作可靠等优点，展现出很广阔的应用前景。如图为热管换热器的两个应用实例。

          

 

 

 

分离式热管换热器

分离式热管换热器是由热管换热器演变的一种新型换热设备，可分别设置在热风炉的烟道、煤气管道和助燃空气管道上。

 

当热风炉排出的烟气通过烟气换热器时，其管内的工质吸收了烟气的余热后汽化，产生的工作蒸汽汇集到烟气换热器的上部，经蒸汽导管分别送到空气和煤气换热器，蒸汽冷凝放出的汽化潜热将管外流体(空气或煤气)加热。冷凝后的工作液体汇集在该换热器的下部，在位差作用下通过回流导管流回到烟气换热器继续蒸发。这样反复循环进行，完成了热量由热端到冷端的输送。

 

分离式热管换热器是由若干根高频翅片管组焊成、彼此独立的热管束组成。它具有良好的导热性能，冷、热端相对应的各片管束通过蒸汽导管和回流导管连接，构成各自独立的封闭管路系统，其立面结构如下图所示。

 

分离式热管换热器特点

 

一、加热箱体(烟气换热器）和冷却箱体（煤气换热器与空气换热器）可相互独立，并有效地进行汇合、气源分隔，实现远程传热，便于现场灵活布置；

 

二、工作介质的循环是依靠回流液的位差和重力作用，无需外加动力，无机械运行部件，没有密封和磨损问题，从而增加了设备运行的可靠性，也极大地减少了运行费用；

 

三、加热箱体与冷却箱体彼此独立，易于实现流体分隔密封，故能适用于易燃、易爆等危险流体的换热，并且也可实现一种流体与多种流体的同时换热；

 

四、换热器冷、热端束可根据冷、热流体的性能及工艺要求选择不同的结构参数和材质，从而有效地解决设备的露点腐蚀和积灰问题。

 

 

为什么要安装热管蒸汽发生器？

 

全国各大锅炉厂在工业燃油、燃气、燃煤锅炉设计制造时，由于各种原因造成锅炉的额定热效益只能达到锅炉总出力的75%以下，有25%以上的热能通过排烟损失、化学不完全燃烧损失、机械不完全燃烧损失、炉体散热损失、灰渣物理显热损失等散失。其中排烟损失占到总热损失的90%以上，大幅度降低排烟热损失，并将该部分热能进行回收利用成为了锅炉节能的关键所在。

 

燃煤锅炉节能设备可将烟气热量回收，回收的热量根据需要加热水用作锅炉补水和生活用水，或加热空气用作锅炉助燃风或干燥物料，或者是产生蒸汽用于生产，节省燃料费用，降低生产成本，减少废气排放，节能环保一举两得。改造投资3-10个月回收，经济效益显著。

 

超导热管是热管蒸汽发生器的主要热传导元件，与普通的热交换器有着本质的不同。燃煤锅炉节能设备的换热效率可达98％以上，这是普通热交换器无法达到的。燃煤锅炉节能设备体积小，只是普通热交换器的1/3。

 

 

热管换热器

 

　　热管是一种具有极好导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极好的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。由热管组成的换热器具有传热效率好、结构紧凑、流体压降小等优点。由于其特殊的传热特性可控制管壁温度，避免腐蚀。目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械等行业中进行余热回收以及综合利用工艺过程中的热能，已取得了显著的经济效益。

 

　　重力热管换热器因其简单的结构及经济的成本得到了广泛的应用，其工作原理是：热管受热侧吸收废气热量，并将热量传给管内工质[液态]，工质吸热后以蒸发与沸腾的形式转变为蒸汽，蒸汽在压差作用下上升至放热侧，同时凝结成液体放出汽化潜热，热量传给放热侧的冷流体，冷凝液体依靠重力回流到受热侧。由于热管内部抽成真空，所以工质极易蒸发与沸腾，热管起动迅速。热管在冷、热两侧均可装设翅片，以强化传热。

 

 

热管是一种具有极好导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极好的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。由热管组成的换热器具有传热效率好、结构紧凑、流体压降小等优点;其工作原理是：热管受热侧吸收废气热量，并将热量传给管内工质[液态]，工质吸热后以蒸发与沸腾的形式转变为蒸汽，蒸汽在压差作用下上升至放热侧，同时凝结成液体放出汽化潜热，热量传给放热侧的冷流体，冷凝液体依靠重力回流到受热侧。

 

 

热管换热器 

 

 

热管是一种具有高导热性能的传热组件，热管技术首先于一九四四年由美国人高格勒(R·S·Gaugler)所发现，并以"热传递装置"(Heat Transter Device)为名取得专利，当时因未显示出实用意义，而没有受到应有的重视。直到六十年代初期，由于宇航事业的发展，要求为宇航飞行器提供传热组件，促使美国洛斯--阿拉莫斯科学实验室的格罗弗(G·M·Grover)于一九六四年再次发现这种传热装置的原理，并命名为热管(Heat Pipe)，首先成功地应用于宇航技术，之后引起了各国学者的极大兴趣和重视。热管技术于上世纪七八十年代进入中国。

 

概述

 

热管是一种具有高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。缺点是抗氧化、耐高温性能较差。此缺点可以通过在前部安装一套陶瓷换热器来予以解决，陶瓷换热器较好地解决了耐腐蚀的难题。

 

以热管为传热元件的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小、有利于控制露点腐蚀等优点。目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械等行业中，作为废热回收和工艺过程中热能利用的节能设备，取得了显著的经济效益。

 

分类

 

按照热流体和冷流体的状态，热管换热器可分为:气-气式、气-汽式、气-液式、液-液式、液-气式。按照热管换热器的结构形式可分为:整体式、分离式和组合式。

 

主要特点

 

一、热管换热器可以通过换热器的中隔板使冷热流体完全分开，在运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时基本不影响换热器运行。热管换热器用于易然、易爆、腐蚀性强的流体换热场合具有很高的可靠性。

 

二、热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现冷、热流体的逆流换热。冷热流体均在管外流动，由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数，用于品位较低的热能回收场合非常经济。

 

三、对于含尘量较高的流体，热管换热器可以通过结构的变化、扩展受热面等形式解决换热器的磨损和堵灰问题。

 

四、热管换热器用于带有腐蚀性的烟气余热回收时，可以通过调整蒸发段、冷凝段的传热面积来调整热管管壁温度，使热管尽可能避开腐蚀区域。

 

工业用途

 

化学工业

一、系统热管换热器回收焚烧炉出口高温SOx气体的余热、在转化工段回收高温气体的余热，产生热水或蒸汽供系统使用。

 

二、医药、日化工业热管换热器可用于回收药气或废气的余热，生产清洁热风，干燥物料。

 

三、利用可变热导热管可对反应床层进行恒温控制的同时，取出或输入反应热。

 

四、大型化肥厂合成对流段盘管;中、小型氮肥厂造气工程、变换工段，利用热管式蒸发器回收工艺气余热产生蒸汽供合成氨系统使用，变换工段一、二水加热器。

 

五、转化炉对流段盘管。

 

六、装置热容器。

 

电力工业

利用热管换热器可作为各种锅炉的尾部受热面。如热管式空气预热器可替代传统的回转式空气预热器和列管式空气预热器，提高受热面壁温，避免露点腐蚀，提高炉膛进风温度和炉膛含氧量，减少漏风，延长锅炉运行周期。

 

一、工业锅炉尾部的热管空气预热器.热管式省煤器或翅片管省煤器。

 

二、电站锅炉尾部的热管空气预热器可分下列几种用途:

 

(一、在原低温段空气预热器的空气入口前设置一热管式空气预热器，进一步降低锅炉排烟温度，减少排烟热损，提高锅炉效率;

 

(二、整个低温段空气预热器均为热管式结构;

 

(三、用锅炉排放的热烟气加热脱硫后的冷烟气，即电站脱硫的GGH。

 

三、燃气锅炉对流段后部。

 

四、电力输送线路的保护，在高海拔及寒冷地区的电力输送塔、变电站等都需要热管来保护其地基不会因季节变化而过度膨胀或者融沉。

 

石油化工

一、炼油厂的常压炉、减压炉、常减压二合一炉、加氢炉.减粘炉、重整炉等，利用热管式空气预热器回收出炉烟气的余热加热空气，以提高加热炉的送风温度。

 

二、炼油厂催化装置再生烟气和各种内、外取热器的余热回收，可产生中压蒸汽并用于动力系统。

 

三、乙烯裂解炉对流段盘管、炼油厂加热炉对流段盘管。

 

冶金工业

一、炼铁厂用高炉烟气来预热空气、煤气的单预热或双预热整体式或分离式热管换热器，回收热风炉烟气余热，节约煤气，提高热风炉的升温速度、炉顶温度和送风温度 降低炼铁焦比，节约焦炭。

 

二、利用热管式蒸汽发生器或翅片管式蒸汽发生器回收各种带冷机和环冷机所输送的烧结矿的显热，产生蒸汽。

 

建材建筑

对于水泥、陶瓷等建材行业，利用换热器回收窑炉烟气的余热，产生热风或热水。如热管式热风炉或热管.列管组合式热风炉，可产生五00℃以下的热风，干燥清洁物料。建筑业热管式空气预热器可用于室外的新鲜空气和室内的浑浊空气之间的热交换;在集中空调制冷机组中，利用热管换热器口收废气余热产生低压蒸汽供空调制冷机组使用。

 

交通工程

近十年来，热管技术在交通工程上有很大的拓展，解决了很多以往几十青藏铁路的守护者--热管年都没有解决的问题，比如高寒高海拔地区的道路、桥梁、石油管线的保护，越来越多地以来热管元件了。具有代表性的是我国青藏铁路的建设，青藏铁路穿过很多冻土区域，因环保的要求，不能随意采取措施来保护铁路而去破坏土壤环境，热管不但能满足环保的要求，也能满足保护铁路的要求，它的工作原理只是在冬天的时候，通过传热，自动地缩小地上与地下的温差，从而使冻土在夏天不致融化，以达到保护铁路路基的目的。

 

石油天然气工业

寒冷地区的石油或者其他流体的输送管线也会因季节的变化，导致管线的基础也会因季节的变化而变形，这种变化会破坏管线，导致重大事故。同时管道内的流体与管道摩擦也会产生大量的热量，这些热量累积起来非常客观，长期以往会对环境产生毁灭性的破坏，美国在建设阿拉斯加输油管线的时候，为了保护那里的永冻土层，在管线沿线设立了大量的热管以阻止管线热量向地下传播。

 

电子工业

在电子工业领域，热管散热器也逐渐流行开来，这些散热器相比以往的普通的风冷或者水冷的方式来说，大大地节约了成本、降低的噪音、减少了空间要求、关键的散热效率是以往方式不可比拟的。小到笔记本里面，大到高铁动车里面都会用到新型的热管散热器。