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  • 热管式换热器

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    概述/热管式换热器 编辑

    热管是一种具有高导热性能的传热组件,热管技术首先于1944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高效传热组件,促使美国洛斯——阿拉莫斯科学实验室的格罗弗(G·M·Grover)于1964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。

    热管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高温、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。[1]

    热管原理/热管式换热器 编辑

    热管内蒸发段工质受热后将沸腾或蒸发,吸收外部热源热量,产生汽化潜热,由液体变为蒸汽,产生的蒸汽在管内一定压差的作用下,流到冷凝段,蒸汽遇冷壁面及外部冷源,凝结成液体,同时放出汽化潜热,并通过管壁传给外部冷源,冷凝液靠重力(或吸液芯)作用下回流到蒸发段再次蒸发。如此往复,实现对外部冷热两种介质的热量传递与交换。[2]

    分类/热管式换热器 编辑

    1、热管换热器按形式分,有整体式热管换热器、分离式热管换热器、回转式热管换热器和蜗壳热管换热器等。

    (1)整体式热管换热器

    整体式热管换热器是一种最常见的热管换热器,这种换热器由一支支热管元件组成,两换热流体分别位于换热器的上、下部分。中间由管板分隔,热管悬挂在管板上,该处可采用静密封或焊接结构,视设计需要而定。

    采用活动的静密封结构,方便热管的维修、清洗;焊接结构密封可靠,两边流体没有泄漏的隐患。

    整体式热管换热器一般用于气体与气体的热交换。为克服气体间换热的换热系数不高的问题,热管两端的外壁传热面积利用翅片作适度扩展,这样处理,不仅强化了管外传热。也有效地减少了换热器的体积和重量,节约了金属耗材,可以得到一个高性价比的换热器。

    一些小型的气一液式换热器、气一汽式热管换热器和余热锅炉等也往往制作成整体式。而对于换热量大、结构庞大、液体或蒸汽的压力也较高的热管换热器。考虑到壳体和管板的强度问题,往往不宜采用整体式。条件允许的情况下。可以设计成一个个小的换热器单元,然后把它们串联、组合起来。

    (2)分离式热管换热器

    分离式热管换热器是换热器中的一种独特的结构形式,这种换热器布置灵活,变化随意。它可以实现远距离热量交换;可以实现一种流体和几种流体同时换热;可以完全隔绝两种或多种换热流体。分离式热管的加热段和冷凝段分别置于两个独立的换热流体通道中,热管内部的工作液体在加热段吸热蒸发后通过蒸汽,上升管输送热量到冷凝段,放热冷凝后通过冷凝液下降管回流到加热段。

    冷凝液回流依赖重力的作用。分离式热管换热器的加热蒸发段与放热冷凝段之间的距离取决于两者间的高度差,同时也与蒸汽沿管路流动的压力损失有关。理论上,加热蒸发段与放热冷凝段的高度差越大,蒸汽上升管径越大,两者间的距离就可以越远,以确保热管正常进行工作循环。

    蒸汽上升管和冷凝液下降管需要实施严格的绝热保温,以避免沿途不必要的热量损失。

    分离式热管的每个传热单元的内部容积比单支热管要大得多。水为工质的管内液体介质在工作时的温度和蒸汽压力较高,在管排以及上升管、下降管的焊接节点很多的情况下,强度问题需要设计人员引起足够的重视。在内部空间容积和承压达到一定数值时,管束必须按照压力容器的相关规范设计、制造和检验。

    在充分利用分离式热管换热器所具有的优点时,还要注意克服它的一些缺点。例如,现场制作连接管路比较复杂,工作液体的充装、换热管束真空度的形成都比较困难,连接管路沿途的保温绝热、热胀冷缩等设计也不容忽视。

    2、按功能分,热管换热器可分为:气—气式、气-汽式、气—液式、液—液式、液—气式。

    3、常见的还有热管废热锅炉(或称为热管蒸汽发生器)。

    热管废热锅炉热管废热锅炉是一种实用性很强、结构可靠且热效率较高的蒸汽发生设备。

    热管废热锅炉的形式主要有两种:整体式和分体式。[3]

    主要特点/热管式换热器 编辑

    热管换热器的结构有别于其他形式的换热器。热管换热器具有一些显著特点:传热效率高,结构紧凑,换热流体阻力损失小,外形变化灵活,环境适应性强。

    1、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。热管换热器用于易燃、易爆、腐蚀性强的流体换热场合具有很高的可靠性。

    2、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。

    3、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。

    4、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,使热管尽可能避开最大的腐蚀区域。[4]

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    参考资料
    [1]^引用日期:2019-08-08
    [2]^引用日期:2019-08-08
    [3]^引用日期:2019-08-08
    [4]^引用日期:2019-08-08
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