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热管换热器在炼油及石化工业上的应用

发布时间：2009-11-15 浏览：2784

      1 　概述

　　随着人们对环境保护的重视,以及节能增效重要性被逐渐认识,一种新型高效传热元件———热管日益引起人们的重视。

　　2 　原理

　　热管一般由管壳和内部工作液体(工质)组成。管壳是钢制的、抽成真空的密闭管壳,工质是经过特殊处理的液体,热管加热段吸收热流体热量,热量通过热管壁传给管内工质,工质吸热后蒸发和沸腾,转变为蒸汽,蒸汽在微小压差的作用下上升至放热段,受管外冷流体的冷却作用,蒸汽冷凝并向外放出汽化潜热,冷流体获得热量,冷凝液依靠重力回到加热段。如此周而复始,热流体热量便传给冷流体,使冷流体得到加热。由于热管内部抽成真空,工质极易蒸发与沸腾,热管起动迅速。

　　3 　热管及热管换热器的研究开发

　　热管的发现及热管换热器因其操作简单,不需要动力、各热管换热独立,布置灵活等优点大量应用于石化、冶金行业。3. 1 　热管换热器的优点

　　热管换热器是由若干热管组成的,每根或每片热管是一独立传热单元,一根或一片热管损坏,不影响其它热管的正常使用;热管外通常有高频焊翅片,大大增加了换热面积;因为热管以相变及工质汽化潜热的方式传递热量,传热效率高;工作介质的循环是依靠回流液的重力作用,不需外加动力,无机械运行部件,增加了设备可靠性,也极大地减少了运行费用;冷凝段与蒸发段彼此独立,实现汇源分割。3. 2 　热管的寿命及延长寿命的研究

　　众所周知,金属铁在高温时与工质水易发生反应, Fe + H2 O→Fe3 O4 + H2↑由于不凝性气体氢气的存在,使得换热管不能将热量传递给冷凝段,也就失去了热管的功用,为解决这一问题,热管界试验了内部成膜、增加吸氢剂等等方案。工业界内部成膜方案使用较为普遍,使得热管内壁反应生成Fe2 O3钝化膜,阻止氢气的进一步生成。3. 3 　热管换热器的合理设计

　　如图1所示:热侧放出热量等于冷侧吸收热量,可以通过调整冷、热段翅片的间距及调整冷、热侧面积达到调整管内蒸汽温度及壁温的目的,适当降低管内蒸汽温度确保热管安全及提高末排壁温而避开露点腐蚀。因此,热管换热器工业设计时,根据现场正常设计工况进行设计,依据上限工况校核管内蒸汽温度,依椐下限工况校核露点温度,从而使得热管换热器的使用可靠性大大增加。

　　一般情况下,工业废气含有大量的灰尘,灰尘沉积在管外翅片上,不但降低换热效率,还会阻碍流体流动。目前,解决此问题的有效方法是使用清灰装置,清灰装置有介质清灰、声波清灰、激波清灰等,使用最多的是声波清灰,它的原理是发声器将一定能量的声波传送到粉尘微粒的空间区域,通过声波使空气分子与粉尘微粒产生振荡,阻止粉尘微粒在热管表面聚合,并使它处于悬浮状态,从而被废气气流带走。其优点有:有效作用范围大,清灰不留死区死角;可连续清灰,无须停炉;气源是用0. 5～0. 7 MPa的压缩空气产生声波,节约能源,且不会产生湿气,没有腐蚀和堵塞现象发生;无传动件,不会产生机械磨损及破坏等。

　　为了达到悬浮状态灰尘被废气气流带走的目的,设计时气流必须有一定的流速,众所周知:气体温度降低时其体积也跟着减小,因此,就有了等流速设计这一概念,其原理如图2所示。

　　4 　热管换热器的结构型式

　　热管换热器的结构型式有整体式和分离式,整体式换热器冷热侧在同一壳体内,热管两头加有封头,换热工质在同一管内循环流动;而分离式是整体式的一种演变,它通过外联管将蒸发段与冷凝段连接起来,实现远程传热,便于现场的灵活布置。如图3。

　　5 　热管的用途及其在石化工业上的运用

　　热管换热器已成功地在石化工业上用做空气(煤气)换热器、省煤器、蒸汽发生器。各种型式的热管换热器都为企业增效节能起了很大的作用,因此,作为一种高效换热设备其作用正日益被各石化企业所重视。目前,江苏中圣石化工程有限公司生产的各种热管换热器及热管换热元件已得到扬子石化、上海金山石化、齐鲁石化、高桥石化、大连石化、大连西太平洋、乌石化、九江石化、金陵石化等大型石化企业的认同,为提高各石化企业经济效益做出了一定的贡献,并将继续一如既往地为我国的石化企业尽自己力量,并使热管这一高效传热元件的优越性进一步得到发挥。