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热管换热器的性能特点及技术优势
热管换热器的性能特点及技术优势由热管管束和外壳等组成的换热器称为热管换热器。一般情况下，它有一个矩形的外壳，在矩形外壳中布满了带翅片的热管。热管的布置可以是错列呈三角形的排列，也可以是顺列呈正方形排列。在矩形壳体内部的中央有一块隔板把壳体分成两个部分，形成热流体与冷流体的通道。当热冷流体同时在各自的通道中流过时，热管就将热流体的热量传给了冷流体，实现了两种流体的热量交换。根据具体工况设计的热管换热器结构及外形形式多样，图1.3、图1.4分别为应用最为广泛的气-气热管换热器外形示意图和气-液热管换热器外形示意图。 图1.3气-气热管换热器 图1.4 气-液热管换热器热管式换热器是一种新型的换热器，于70年代初才开始应用于工业中作为节能设备。虽然热管换热器在工业中应用时间不长，但发展速度很快。热管换热器的最大特点是：结构简单、换热效率高，在传递相同热量的条件下，热管换热器的金属耗量少于其他类型的换热器，换热流体通过换热器时的压力损失也比其他换热器小，因而动力消耗也小。热管换热器的这些特点正越来越受到人们的重视，是一种应用前景非常好的换热设备。我国于1970年开始的热管研制工作，首先是为航天技术发展的需要而进行的。日，在卫星上首次应用热管取得了成功。我国气象卫星也应用了热管，并获得了预期效果。我国在热管换热器方面的研制工作起步较早。南京工业大学于1973年就开始了这方面研制工作，并和南京炼油厂共同完成了国内第一台热管换热器。以后几年，热管换热器相继在纺织、石油、化工等行业用于余热回收及干燥工艺上。各研究热管的科研单位和大专院校都先后与制造热管的厂家组成了科研生产联合体，在扩大热管换热器应用范围和有效、合理地使用热管换热器等方面起了推动作用。热管气-气换热器是一种应用最广泛的热管换热器。随着能源短缺问题的日趋严峻，节能意识越来越深入人心，热管气-气换热器的应用前景更加广阔。热管气-气换热器是目前应用最为广泛的一种余热回收设备,它利用锅炉、加热炉等排烟余热预热炉内的助燃空气，不仅可提高炉子的热效率，还可以减轻对环境的污染，因此，热管气-气换热器在余热回收利用中得到非常广泛的应用。图1.5（a）是热管气-气换热器用于回收锅炉烟气余热，得到的热空气用于锅炉助燃的流程示意图，图1.5（b）是热管气-气换热器用于回收窑炉烟气余热来加热空气，得到的热空气作为烘房热源的流程示意图。
图1.5 热管气-气换热器流程示意图（a）
图1.5 热管气-气换热器流程示意图（b） 热管气-气换热器就象省煤器和蒸汽过热器一样已经成了大型锅炉整体中正常而必要的一部分。热管气-气换热器的应用简化并加速了燃料的烘干工程，减少了低值燃料和湿燃料的着火困难，并且扩大了这些燃料经济燃烧的可能。热管空气预器热同样还可以提高锅炉整体的蒸汽生产量。热管气-气换热器能够把排出的烟气加以高度冷却。这是由于进入热管气-气换热器的空气温度比较低（一般在20~40℃）、空气与烟气成逆流换热的结果。传统的气-气换热器的缺点是过于笨重，愈提高烟气冷却程度或者空气的加热温度，气-气换热器就愈加笨重。气-气换热器所排出的烟气的温度也受到限制，既决定于技术经济条件，也决定于必须避免在气-气换热器的金属表面上结成水滴，因为水滴会引起金属壁的腐蚀，灰分也会粘在湿金属壁上使之加速积垢。燃料中含硫愈多，在金属壁上结成的水滴就会愈危险。从气-气换热器中排出的容许温度决定于必须使金属壁温度高于烟气露点的条件[13]。采用热管气-气换热器能够把排出烟气时带走的热量损失减少到能够容许的程度。每当使排出的烟气温度降低20℃，锅炉整体的效率可提高约1%。此外，热管气-气换热器能使炉膛中前部烟道中的烟气温度有某些提高。在这些地方，烟气与水或蒸汽的温度差将会增加，因而经过受热面传过的热量也就增加了。辐射传递的热量增加得尤为显著。由于水-碳钢热管的研制成功，使得气-气热管换热器的制造成本大幅降低，从而促进了热管气-气换热器的工业化应用。热管气-气换热器综合起来有如下一些特点[14~17]：①传热性能高。由于热管气-气换热器的加热段和冷凝段都有带翅片，大大扩展了换热表面，因此，其传热系数比普通光管气-气换热器的要大好多倍；②对数平均温差大。由于热管气-气换热器可以方便地做到冷流体与热流体的纯逆向流动，这样在相同的进、出口温度条件下，就可以产生最大的对数平均温差；③传热量大。由于热管气-气换热器的传热系数和对数平均温差大，因此，传热量就大；④体积小、重量轻、结构紧凑。由于热管气-气换热器所传输的热量大，因此在传输同样的热量情况下，热管气-气换热器就显得体积小、重量轻、结构非常紧凑，因而金属的消耗量小，占地面积也就大大减少。热管气-气换热器这一独特的优点就使其在余热回收等应用领域开辟了广阔的天地；⑤便于拆装、检查和更换。热管气-气换热器是由许多根独立的换热元件-热管按着一定的排列方式组成的。因此更换部分热管不会影响热管气-气换热器整体的正常工作；⑥热管气-气换热器具有很大的灵活性，可以根据不同的热负荷和气体的流量将几个热管气-气换热器串联或并联起来使用；⑦明显地提高了金属壁温，减轻了低温腐蚀；⑧有效地防止了漏风，降低了引风机的耗电量；⑨增强了换热能力，余热回收率高，提高了锅炉热效率；⑩明显地减轻了受热面积灰，不会出现堵烟现象而影响锅炉正常运行；⑾流阻小，降低了换热器运行时的动力消耗。总之, 热管气-气换热器与管壳式预热器相比，有很多优点，主要体现在传热性能好、结构简单、紧凑、投资小、运行费用低和流动阻力小等方面。热管气-气换热器的技术优势就在于利用了热管内部工质的相变传热，换热系数大，易于控制空气及烟气的出口温度。
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石化行业中换热器的种类及用途原理，你了解多少？
　小七：在现阶段，在石油化工行业中，换热器的应用是非常广泛的。接下来，小七跟大家分享石油化工行业中换热器的种类及用途原理。1 石油化工行业中的热管换热器　　通常情况下，热管换热器在石油化工行业中的回收废热的恶劣工况中的使用是非常广泛的，主要包括高含硫的燃料生产等恶劣工况。在石油化工行业的生产工艺中，非常关键的设施就是高温加热和裂解设施，具体来说，在小分子烯烃生产中所选取的高温石油脑裂解炉，其排烟的温度能够达到200℃～400℃，而且，恶劣的工况也不利于工业生产所形成的尾气的排空。空气预热热管式换热器能够借助于废气的余温来对于空气进行加热，从而起到助燃的作用，一方面能够起到节能降耗的作用，另一方面，也有利于回收尾气避免空气污染问题的恶化。在当今时代，多种管式换热器组合的方式在国内外得到了普遍推广，从而能够取得节节能排流的良好效果。　　热管是一种具有极高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。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。由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。由于其特殊的传热特性可控制管壁温度，避免露点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。主要有以下三种：　　气-气热管换热器（热管空气预热器）　　气-气热管换热器是从排出的热气中吸收废热，然后再把热量传给冷的空气的一种新型换热器，类似于锅炉常用的空气预热器。空气预热器象省煤器和过热器一样成了大型锅炉整体正常而必要的一部分。空气预热器加速了燃料烘干过程，减少了低值燃料和湿燃料着火困难，扩大了这些燃料的经济燃烧，同时还可以提高锅炉整体的蒸汽生产量。　　气-液热管换热器（热管省煤器)　　热管在工业余热回收、能量利用上有着广阔的天地。气-液热管换热器应用于从排烟中回收热量，去加热水再加以利用。是非常经济又非常容易做到的，效果非常令人满意，特别是高温排烟炉，排烟温度高，显得更为优越。　　气-液热管换热器是由排气端把热管的一端插入，每根热管都是并在管壁上，绕有翅片以增加吸热面。另一端放在水箱中，当高温烟气经吸热段，热管介质蒸发产生蒸气到另一端去放热，加热水箱中的水。特别适用于较高烟气余热利用。　　气-汽热管换热器　　气-汽热管换热器构造，热管冷凝段安装在沸水器内，热管蒸发段插入锅炉排烟道中，通过热管进行热量传递，将冷水加入到100℃从而获得所需要沸水也可以把冷水加热成100℃以上的蒸汽。2 石油化工行业中的螺旋折流板换热器　　螺旋折流板换热器是一种现代化的高效换热设施，在世界上众多的国家和地区都获得了广泛的应用。自从20世纪50年代开始，我国的石油化工行业开始推广应用螺旋折流板换热器，与此同时，在20世纪60年代中期，实现了卷床卷制批量生产。与此同时，螺旋折流板换热器技术在我国的发展也是非常快速的。和传统的换热器相比来说，螺旋板式换热器存在着许多优势。它能够加热和冷却醇类、树脂、尿素、小分子单体聚合烯烃类、汽柴油、氨水、氯水、盐水、强碱强酸及氮氢氨混合气等。　　折流板是提高换热器工效的重要部件。传统换热器中最普遍应用的是弓形折流板，由于存在阻流与压降大、有流动滞死区、易结垢、传热的平均温差小、振动条件下易失效等缺陷，近年来逐渐被螺旋折流板所取代。理想的螺旋折流板应具有连续的螺旋曲面。由于加工困难，目前所采用的折柳板，一般由若干个1/4的扇形平面板替代曲面相间连接，形成近似的螺旋面。在折流时，流体处于近似螺旋流动状态。相比于弓形折流板，在相同工况下，这样的折流板（被称为非连续型螺旋折流板）可减少压降45%左右，而总传热系数可提高20%～30%，在相同热负荷下，可大大减小换热器尺寸。　　螺旋折流板换热器与普通管壳式换热器不同的是壳程的折流板是以螺旋状排列的，这样使壳程介质自进口向出口呈螺旋状、连续旋转推进，将传统的横向折流方式变成纵向螺旋折流方式。折流通道为螺旋式，不会出现流动“死区”，由于换热器壳程中的介质呈螺旋式的柱塞流动方式，在壳程横截面径向产生速度梯度，将每根换热管都置于换热介质旋涡中，提高了流体的径向湍流程度，有利于冲刷壳程内的颗粒物及沉淀物，防止垢污沉积。3 石油化工行业中的薄膜蒸发器　　按照成膜原因及流动方向不同，可分为升膜蒸发器、降膜蒸发器、刮膜蒸发器三种类型。薄膜蒸发器机组由蒸发器、汽液分离器、预热器三个部件和一只简易分离器组成，蒸发器为升膜式列管换热器。　　薄膜蒸发器由一个或多个带夹套加热的圆筒体及筒内旋转的刮膜器组成。刮膜器将进料连续地在加热面刮成厚薄均匀的液膜并向下移动；在此过程中，低沸点的组份被蒸发，而残留物从蒸发器底部排出。　　通常情况下，薄膜蒸发器主要应用在石油化工行业的烧碱浓缩、硫化碱蒸发、树脂和橡胶的干燥等工艺中，薄膜蒸发器的应用能够取得非常巨大的经济利润。相对于传统的通用的铸铁大锅等设施来说，薄膜蒸发器具有如下优势。　　1）占地面积比较小，能够进行机械化蒸发，使用起来非常简单，运转效率非常高。　　2）受到在转子刮板的推动力，薄膜蒸发器能够取得非常良好的传热效果，并且薄膜蒸发器的表面蒸发时间也变得更短，从而很难出现结垢结焦的问题，不会造成过多的沉淀物质的累积，有利于除垢。　　3）薄膜蒸发器配套的导热油炉不会消耗过多的煤矿等燃料，能够节约大量的能源。　　4）薄膜蒸发器的使用有利于工艺放大设计，能够取代釜式干燥器，有利于降低放大生产过程中的误差。　　然而，在实际应用的过程中，薄膜蒸发器的应用也具备一定的瓶颈。薄膜蒸发器的沟槽刮板的材料是聚四氟乙烯，它具备较强的耐腐蚀功能，却很难抵抗高温。为了应对这一问题，可以采用石墨等耐腐蚀耐高温材料。与此同时，薄膜蒸发器的；工艺管线是无缝管，必须一个月进行一次管道更换工作，为了应对这一问题，可以采用不锈钢或含有乃腐蚀的内衬的管道，例如，氟塑料换热器内衬，确保管道不被腐蚀。4 石油化工行业中的高效板式换热器　　高效板式换热器是采用不同的换向片和不同的组装方法实现的，可分为单流程、多流程和混合流程，应根据工艺要求选择。一般温差大于对数平均温差1.8倍的介质，应采用多流程，板间流速的适应值0.3~0.5m/s，流速太低时，应采用双流程或多流程。　　高效板式换热器应用于制药、食品、化工等行业的液体热量交换，以及某些应用中的巴氏消毒。　　在石油化工行业中，换热器的种类和数量都是非常众多的，它们对于压力和温度也存在着非常高的要求。高效板式换热器就能够更好地应对较高的压力以及较高的温度。具体来说，焊接式板式换热器具备较强的便捷性、体积小、重量轻、存在着良好的传热性能、价格低廉，因此，在海上石油的生产过程中得到了良好的应用，它能够对于机械润滑油和淡水进行冷却，又能够在石油矿场中冷却相关的中间产物，而且也能够用来加热原油。石油化工行业中的高效板式换热器的应用也存在着一定的瓶颈问题，也就是说，很难精确地设计以及计算工艺流程，在石油化工行业的生产实践过程中，经常会由于工艺流程设计得不合理而出现巨大的经济损失。　　为了解决这一问题，可以对于石油化工行业实际应用中冷却用板式换热器阻力进行运算分析，按照换热器特点和导热原理所假设的壁面的液相沿流道呈线性增加，模拟出流道长度、真实质量含气率、体积含气率之间的关系公式，并贴近实际数据。石油化工行业中的冷却过程存在部分集态冷凝，会在换热表面形成液膜，因此，可选用板翅式一类的紧凑式换热器时，同时要达到合理经济的换热器，必须从结构参数角度考虑调整换热器，仅考虑换传热面积和富裕量并不完善。小七总结熟悉石油化工行业中换热器的种类及用途原理，能够有效地避免换热器过早损坏，提高石油化工行业的能源利用效率，防止不必要的停产停工问题的出现，并且避免由于换热器出现问题而导致的产品损失等问题的出现。
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换热器的作用及节能作用
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　　　1热管及热管的原理及结构热管是一种充填了适量工作介质的真空密封容器，是一种高效传热元件。其工作原理如所示，当热量传入热管的蒸发段时，工作介质吸热蒸发流向冷凝段，在那里介质蒸汽被冷却，释放出气化潜热，冷凝变成液体，然后在多孔吸液芯的毛细力或重力的作用下返回蒸发段。如此反复循环，通过工质的相变和传质实现热量的高效传递。把若干支热管按需组装成一体，置于热、冷源间，便能把热源中的热量源源不断地传给冷源。这种热管元件的组装体就是热管换热器。典型的热管换热器，其外形一般为长方体，主要部件为热管管束、外壳、隔板。热管的蒸发段和凝结段被隔板隔开。热管管束、外壳、隔板组成了冷、热流体的流道。热管管束一般为错列布置，这样可使放热系数提高。管束安装位置方式有水平、倾斜和垂直三种。从热管换热器结构形式看，可分为整体式、分离式、回转式和组合式。　　2热管换热器的特点热管换热器与其它形式的换热器比较起来有许多优点，但最本质的和最独特的有以下几点：21提高传热系数在工业用换热器中，传热系数K（kcal/m2hK）是一个非常重要的经济技术指标。提高传热系数值意味着减小换热器体积和减少消耗的材料与动力。当气气式换热时，传统的管壳式换热器传热系数只有1235W/m2k，比较小，对传热不利。在相同的条件下，采用热管换热器则可以提高传热系数。其原因有三个方面：热管换热器的加热段与冷却段的外表面均能设置肋片等强化装置，增加换热面积，但管壳式换热器有一侧为管内表面，很难设置强化装置。若用KTR表示管壳式换热器的传热系数，KHP表示热管换热器的传热系数，则在其它条件（换热系数1和2、壁厚、壁的导热系数、圆管内外表面积A1与A2）相同时，由于加肋片后热管换热表面积变为Af，所以KTR和KHP分别变为：KHP=1A1Af&nbsp12Lnd2d1&nbsp12A2afKTP=1A1A2&nbsp12Lnd2d1&nbsp12A2因为Af&A2和12A2Af&12A2故KHP&KTR。横向流过管束的换热系数比纵向管束高，热管换热器的冷流体和热流体都是横向流过管束，列管换热器只能有一种流体横向流过管束，故：KHP&KTR列管换热器的管内流动边界层较厚，热阻较大，热管换热器因无内流动，所以边界层较薄，热阻小。　　22适用温度范围广热管的工作温度是由工作液和内外换热条件决定，而工作液又可选择不同种类的液体，因此热管换热器可用在-2702300，适用的工作范围广泛。　　23传送热量的能力大热管是靠传送潜热的方式进行传热的，相变传热只需极小的温差，且传递的是潜热，其传热量比显热大几个数量级，因此，远远大于靠其它方式所能传送的能力。热管的轴向导热热阻很小，且对管长的敏感性极小，几乎是一个不变的常数。研究表明，外径相同的热管和铜棒相比，热管的传送热量约为铜棒的几百倍。　　24冷、热流体两侧的传热面可以自由布置热管换热器可以同时对不同的两种流体进行双预热。　　25能在较小的温差下传送较多的热量由于热管的传热系数较其它换热器高，加热段与冷却段均可设肋片，因此热管可在较小的温差下传送较多的热量。若用下标TR和HP分别表示其它换热元件和热管元件，则根据传热量计算公式有：QTR=ATRKTR（t）TR和QHP=AHPKHP（t）HP因为KHP&KTR和AHP&ATR所以（t）HP&（t）TR因此在回收的热量（Q）相同条件下，利用热管换热器得到的冷流体温度，比用其它换热器所得到的冷流体温度要高。回收余热得出的冷流体温度高，表示回收相同热量的有用价值高。　　26传热面局部破坏时，能确保两流体彼此不掺混热管换热器可以确保流体在管壳损坏时不致品质变坏，也不影响换热器整体。热管换热器与其它换热器相比的具体情况如所示，由此可以体现热管换热器的优越性。　　3应用举例国内某煤化工厂共有管式加热炉6座，热负荷从5815105W到1163107W不等。为了实现管式加热炉的节能减排，拟先以小型的甲基萘管式炉进行节能改造的工业性试验，取得成功后再逐步向大型加热炉推广。　　31总体方案甲基萘管式加热炉的热负荷为5815105W，焦炉煤气(介绍)耗量为300Nm3/h，尾气放空温度450.　　甲基萘管式加热炉节能改造技术方案如所示：采用炉顶卧式放置双预热热管换热器回收烟气余热，热管换热器冷凝端设置双通道，空气由风机送入热管换热器的空气通道，高炉煤气通入燃气通道，烟气在热管换热器的蒸发端冷却，放出热量将冷凝端的高炉煤气和助燃空气同时预热。预热后的高炉煤气与冷焦炉煤气在混合器中按21的体积比配制成混合煤气，热混合煤气和热助燃空气通入高效燃烧器进行燃烧，提供管式炉所需热能。应予指出，高炉煤气先预热后混合的作法，主要基于防止换热管结焦的考虑。此外，混合煤气的热值较低，必须设计高效燃烧器替代燃用焦炉煤气的常规燃烧器，以增强燃烧过程的稳定性，提高燃烧效率。　　32结构特性根据现有热负荷及所用焦炉煤气的量进行热量衡算，把烟气从450降到200，回收热量用于加热助燃空气和高炉煤气。　　4经济效益分析用热管换热器回收甲基萘管式加热炉烟气余热，可取得显著的经济效益。其作用在于回收烟气的热量，降低烟气排空温度，将其热量传递给助燃空气和高炉煤气，提高助燃空气和高炉煤气的温度，从而节省了煤气用量，降低了成本。　　5815105W甲基萘管式加热炉改造后的节能效益为298万元/年，由此推算，全系统总计2152107W的管式炉群（6台），改造后的节能效益将为1126万元。　　5结论利用热管换热器回收管式加热炉烟气余热，用于预热助燃空气和高炉煤气，可节省燃料费用，降低生产成本，经济效益显著。可实现低消耗、低排放、高效率的目标。　　君，已阅读到文档的结尾了呢~~
nbsp 天津华能能源设备有限公司（301900）摘要：主要介绍了热管的工作原理吸热管换热器与其它换热器之间的性能比较。1．热管技术原理热管是一种具有极高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。由热管组成的换热器具有传热..
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热管换热器的优点及性能比较
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