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常見問題

工業上應用的熱管的缺點

作者: 興罡石化設備| 時間:2017-08-07 09:01:59 | 點擊次數:

 正是熱管這些其它傳熱方式不可比擬的優點,使得熱管得到了極廣泛的應用。但同時也有缺點,這些缺點幾乎也都是以上的優點造成的。

a)        對燃料適應性差:
熱管是靠強化雙側來提高其換熱能力的,所以目前熱管外側全部是以翅片形式來強化傳熱的,而我國的加熱爐規范SH36—91《煉油廠管式加熱爐中》明確規定:對于以油為燃料的加熱爐不推薦采用翅片管。這是因為由于油的不完全燃燒以及翅片管清灰困難造成翅片堵塞。對于一臺加熱爐來說,積灰最嚴重的部分應是低溫段,對于燒油來說,積灰相對較輕的對流室尚不推薦使用翅片管,那么在積灰和除灰更加困難的低溫段采用翅片管是不適宜的。而熱管恰恰是利用翅片來進行管外強化的。從國內相當多的熱管使用經驗來說,出問題最多的也是在燒油的加熱爐上。燒油的加熱爐是否可以采用翅片在API規范中沒有這個要求,只是對在燒油的加熱爐,翅片厚度和密度做了硬性規定。但是API560對清灰的手段做了嚴格的規定。這些規定國內的廠家沒有一家應用。
b)        單管傳熱能力有限:
熱管是以眾多的獨立管來攜帶熱量,由于管內的沸騰相變將汽化潛熱帶走。蒸汽從高溫低溫流動時,受到當地音速的限制,一定的直徑有傳熱上限,否則產生音障。也就是說,不能依靠加長傳熱管的長度來提高單管的傳熱能力,提高單管的攜帶熱量的能力要加大直徑,但是增加直徑后為了保證強度(熱管內有極高的壓力),其壁厚也同比增加,經濟性會急劇下降。據此熱管的直徑一般都不會太大。
c)        末端腐蝕:
末端腐蝕是熱管的等溫性的優點造成的,如果冷熱端的吸熱和放熱能力相近,那么熱管的溫度就是煙氣和空氣的平均溫度,一般來說,在末端,熱管預熱器會設計成熱端面積高于冷端,但是由于結構和制造以及溫差的原因,這個差別不會太大。對于加熱爐的末端來說,如果排煙溫度是160℃,空氣是常溫,末端是一定會發生腐蝕的。
d)        對高溫敏感:
工業上常規應用的熱管內是水,受飽和蒸汽壓的限制,當熱管受到高溫時,壓力急劇增高。當熱管溫度到300℃時,管內壓力超過80kg/cm2(8Mpa)所以熱管在高溫時要爆管。這是熱管的一個限制。西方國家的工程公司,由于其工程模式和設計理念的差別,加熱爐輻射平均熱強度取的相當高(如我國去年引進Shell技術正在建設中的1000×104t/a常減壓裝置,爐膛溫度達到950℃,輻射平均表面熱強度達到了37000kW/m2),余熱回收負荷都比較大。對于這樣的加熱爐,出于對安全和壽命上的考慮,采用熱管顯然是不合理的。這也是國外加熱爐極少采用熱管來回收余熱的一個原因之一。
對高溫敏感還表現在另一方面,熱管內的水經過常年的蒸發和冷凝,會產生不凝氣,這些不凝氣來自于水的少量分解和水與鋼中的碳生成的CO2、CH4。由于這些氣體不能冷凝,當積累多了之后造成管子不能傳熱,造成熱管的溫度趨向于煙氣的溫度,這樣在很低的溫度下就會爆管。大部分的熱管失效均來自于這個原因,為此熱管的科研人員進行了不懈的努力,如對鋼管內進行化學鈍化、管端增加儲氣空間,甚至在管端加單向放氣閥等手段。但是還沒有根本性解決這個問題。
e)        不適應加熱爐較大幅度的負荷波動:
自適應性是熱管的一個重要的優點,但是當加熱爐的負荷變化較大時,它也會產生不良的后果,在開工初期,由于裝置的換熱較完善,換熱終溫較高,同時裝置的處理量一般均不大,這時,多余的熱管會因為自適應性而自動的將末端的多余熱管腐蝕掉,這并不影響操作。此時加熱爐處在理想的最佳熱效率區間,但是隨著加熱爐的負荷增加,需要更多的尾部換熱面積,由于末端的管子已經失效,造成排煙溫度上升。這種上升是不可逆的,除非更換末端的管子。另外,當加熱爐出現負荷較大幅度增加時(即便是短時增加)接受高溫煙氣的熱管會失效,并且這種失效是立即和連續的,當第一排失效后,立即引起第二排的失效。之后將引連鎖失效。
f)        壽命不高

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