熱管換熱器在煉油及石化工業(yè)上的應用

發(fā)布時間：2009-11-15 瀏覽：2891

      1 　概述

　　隨著人們對環(huán)境保護的重視,以及節(jié)能增效重要性被逐漸認識,一種新型高效傳熱元件———熱管日益引起人們的重視。

　　2 　原理

　　熱管一般由管殼和內(nèi)部工作液體(工質(zhì))組成。管殼是鋼制的、抽成真空的密閉管殼,工質(zhì)是經(jīng)過特殊處理的液體,熱管加熱段吸收熱流體熱量,熱量通過熱管壁傳給管內(nèi)工質(zhì),工質(zhì)吸熱后蒸發(fā)和沸騰,轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?蒸汽在微小壓差的作用下上升至放熱段,受管外冷流體的冷卻作用,蒸汽冷凝并向外放出汽化潛熱,冷流體獲得熱量,冷凝液依靠重力回到加熱段。如此周而復始,熱流體熱量便傳給冷流體,使冷流體得到加熱。由于熱管內(nèi)部抽成真空,工質(zhì)極易蒸發(fā)與沸騰,熱管起動迅速。

　　3 　熱管及熱管換熱器的研究開發(fā)

　　熱管的發(fā)現(xiàn)及熱管換熱器因其操作簡單,不需要動力、各熱管換熱獨立,布置靈活等優(yōu)點大量應用于石化、冶金行業(yè)。3. 1 　熱管換熱器的優(yōu)點

　　熱管換熱器是由若干熱管組成的,每根或每片熱管是一獨立傳熱單元,一根或一片熱管損壞,不影響其它熱管的正常使用;熱管外通常有高頻焊翅片,大大增加了換熱面積;因為熱管以相變及工質(zhì)汽化潛熱的方式傳遞熱量,傳熱效率高;工作介質(zhì)的循環(huán)是依靠回流液的重力作用,不需外加動力,無機械運行部件,增加了設備可靠性,也極大地減少了運行費用;冷凝段與蒸發(fā)段彼此獨立,實現(xiàn)匯源分割。3. 2 　熱管的壽命及延長壽命的研究

　　眾所周知,金屬鐵在高溫時與工質(zhì)水易發(fā)生反應, Fe + H2 O→Fe3 O4 + H2↑由于不凝性氣體氫氣的存在,使得換熱管不能將熱量傳遞給冷凝段,也就失去了熱管的功用,為解決這一問題,熱管界試驗了內(nèi)部成膜、增加吸氫劑等等方案。工業(yè)界內(nèi)部成膜方案使用較為普遍,使得熱管內(nèi)壁反應生成Fe2 O3鈍化膜,阻止氫氣的進一步生成。3. 3 　熱管換熱器的合理設計

　　如圖1所示:熱側(cè)放出熱量等于冷側(cè)吸收熱量,可以通過調(diào)整冷、熱段翅片的間距及調(diào)整冷、熱側(cè)面積達到調(diào)整管內(nèi)蒸汽溫度及壁溫的目的,適當降低管內(nèi)蒸汽溫度確保熱管安全及提高末排壁溫而避開露點腐蝕。因此,熱管換熱器工業(yè)設計時,根據(jù)現(xiàn)場正常設計工況進行設計,依據(jù)上限工況校核管內(nèi)蒸汽溫度,依椐下限工況校核露點溫度,從而使得熱管換熱器的使用可靠性大大增加。

　　一般情況下,工業(yè)廢氣含有大量的灰塵,灰塵沉積在管外翅片上,不但降低換熱效率,還會阻礙流體流動。目前,解決此問題的有效方法是使用清灰裝置,清灰裝置有介質(zhì)清灰、聲波清灰、激波清灰等,使用最多的是聲波清灰,它的原理是發(fā)聲器將一定能量的聲波傳送到粉塵微粒的空間區(qū)域,通過聲波使空氣分子與粉塵微粒產(chǎn)生振蕩,阻止粉塵微粒在熱管表面聚合,并使它處于懸浮狀態(tài),從而被廢氣氣流帶走。其優(yōu)點有:有效作用范圍大,清灰不留死區(qū)死角;可連續(xù)清灰,無須停爐;氣源是用0. 5～0. 7 MPa的壓縮空氣產(chǎn)生聲波,節(jié)約能源,且不會產(chǎn)生濕氣,沒有腐蝕和堵塞現(xiàn)象發(fā)生;無傳動件,不會產(chǎn)生機械磨損及破壞等。

　　為了達到懸浮狀態(tài)灰塵被廢氣氣流帶走的目的,設計時氣流必須有一定的流速,眾所周知:氣體溫度降低時其體積也跟著減小,因此,就有了等流速設計這一概念,其原理如圖2所示。

　　4 　熱管換熱器的結(jié)構(gòu)型式

　　熱管換熱器的結(jié)構(gòu)型式有整體式和分離式,整體式換熱器冷熱側(cè)在同一殼體內(nèi),熱管兩頭加有封頭,換熱工質(zhì)在同一管內(nèi)循環(huán)流動;而分離式是整體式的一種演變,它通過外聯(lián)管將蒸發(fā)段與冷凝段連接起來,實現(xiàn)遠程傳熱,便于現(xiàn)場的靈活布置。如圖3。

　　5 　熱管的用途及其在石化工業(yè)上的運用

　　熱管換熱器已成功地在石化工業(yè)上用做空氣(煤氣)換熱器、省煤器、蒸汽發(fā)生器。各種型式的熱管換熱器都為企業(yè)增效節(jié)能起了很大的作用,因此,作為一種高效換熱設備其作用正日益被各石化企業(yè)所重視。目前,江蘇中圣石化工程有限公司生產(chǎn)的各種熱管換熱器及熱管換熱元件已得到揚子石化、上海金山石化、齊魯石化、高橋石化、大連石化、大連西太平洋、烏石化、九江石化、金陵石化等大型石化企業(yè)的認同,為提高各石化企業(yè)經(jīng)濟效益做出了一定的貢獻,并將繼續(xù)一如既往地為我國的石化企業(yè)盡自己力量,并使熱管這一高效傳熱元件的優(yōu)越性進一步得到發(fā)揮。