前言
氮肥廠變換工段的小熱交換器所處的工作條件比較惡劣,使用壽命比較短,使用后阻力較大,由于小熱交換器的損壞,常迫使系統(tǒng)停車檢查。清華化工公司采用過多種列管形式的換熱器,但使用壽命都在10個(gè)月左右。目前,熱管技術(shù)已在造氣工段大量成功應(yīng)用,實(shí)踐表明其zui大優(yōu)點(diǎn)是即使有1根或數(shù)根熱管損壞,2種介質(zhì)也不會(huì)混淆,設(shè)備仍然可以使用。2002年5月清華化工公司借大修之機(jī),與天津華能集團(tuán)能源設(shè)備廠合作,共同開發(fā)試制了一種熱管式熱交換器,在變換工段得到成功的應(yīng)用。

1　管殼式換熱設(shè)備現(xiàn)狀
目前變換工段小熱交換器大多采用管殼式換熱器,基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。列管的兩端分別固定在管板上,管板固定在外殼的兩端,通過管板和列管將冷熱流體分開,管殼式換熱器在實(shí)際運(yùn)行中存在弊端。（1）單管泄漏,設(shè)備被迫停車。在管殼式換熱器中,換熱面是一個(gè)綜合的整體,若干根列管組成一個(gè)整體換熱面。半水煤氣中含有硫的腐蝕性氣體,從飽和塔出來到小熱交換器的氣體溫度在酸露點(diǎn)以下,使得換熱管經(jīng)常腐蝕泄漏,造成冷熱流體混淆,影響正常生產(chǎn),被迫停車。（2）設(shè)備阻力過大,影響整個(gè)變換工段的運(yùn)行。在半水煤氣中所帶來的灰塵在此處與酸露粘結(jié),使設(shè)備內(nèi)部流通截面變小,流速升高,阻力加大,影響整個(gè)變換工段的運(yùn)行。

2　熱管的結(jié)構(gòu)和特性
熱管是一種新型傳熱元件,工業(yè)中常用的是碳鋼—重力熱管,其結(jié)構(gòu)見圖2。管殼內(nèi)抽成真空,工質(zhì)通過在加熱段（也稱蒸發(fā)段）吸收熱量由液態(tài)變成氣態(tài),流動(dòng)到冷卻段（也稱冷凝段）放出熱量由氣態(tài)變回液態(tài),靠重力回流到加熱段,如此往復(fù)循環(huán),傳遞熱量。




熱管設(shè)備具有如下特點(diǎn):（1）傳熱效率高,其當(dāng)量傳熱系數(shù)是紫銅的6000倍。（2）具有良好的等溫性,熱管的傳熱是個(gè)相變過程,因此熱管內(nèi)的蒸氣基本上是恒溫的。如1根4ｍ長熱管蒸發(fā)段、冷凝段的兩端溫差均小于2℃。（3）單管作業(yè)。每一熱管都獨(dú)立傳熱,整臺(tái)換熱設(shè)備不因單管的損壞而串液,可定期檢修。（4）適用溫度范圍廣,在不同溫度范圍可選用不同的工質(zhì)。熱流密度可調(diào),通過改變蒸發(fā)段與冷凝段面積比例可以調(diào)節(jié)熱流密度,避開露點(diǎn)腐蝕。目前市場上熱管有以下3種形式:（1）鎳鉻合金釬焊熱管:采用新型翅片化工藝,經(jīng)過繞片、噴粉（鎳基、銅基）、高溫?zé)Y(jié)等十余道工序,將翅片釬焊于基管上,鎳合金滲入碳鋼表面,形成致密的光滑涂層。該熱管廣泛應(yīng)用于石油、冶金、電力等領(lǐng)域,具有導(dǎo)熱性,翅片焊著率為100%,有效地?cái)U(kuò)展了換熱面積;耐高溫、高流速?zèng)_蝕,工作溫度為600℃。是目前較*的熱管。（2）高頻繞焊熱管:采用高頻繞焊電流焊接而成,由于熱管高傳熱性的影響,其焊著率較低,為80%～90%,工作溫度600℃,傳熱性能較好。（3）穿片式熱管:即先用沖床沖出單個(gè)翅片,再利用過盈配合將翅片一個(gè)個(gè)穿在熱管管殼上,其管片接觸率很低,只有45%～60%,熱阻大,傳熱性差,且翅片易松動(dòng)脫落。屬于*代,已較少使用。根據(jù)這幾種熱管的特點(diǎn),結(jié)合變換工段小熱交換器半水煤氣溫度低于酸露點(diǎn)、對熱管的要求比較嚴(yán)格的特點(diǎn),決定選用鎳鉻合金釬焊熱管,依靠其表面致密光滑涂層,可以減輕高流速?zèng)_刷,延長使用壽命。

3　熱管式變換熱交換器的結(jié)構(gòu)及特性
熱管式變換加熱器由外筒體、管板和熱管三部分組成,結(jié)構(gòu)如圖3所示。熱管在下端變換氣中吸收熱量,靠熱管內(nèi)工質(zhì)將熱量傳遞給半水煤氣側(cè),使半水煤氣溫度升高,從而完成熱傳遞的過程?；拘阅苋缦?（1）無疲勞應(yīng)力損傷。熱管在管板上焊接采用單支點(diǎn)焊固定,熱管熱脹冷縮變形不受約束,從而避免了應(yīng)力損傷。（2）熱源分匯。熱管本身具有等溫性,吸熱段和放熱段溫差不高于2℃,通過調(diào)整吸熱段與放熱段面積比,可使熱管壁溫控制到190℃左右,減小露點(diǎn)對熱管的腐蝕。（3）阻力低,耐沖刷。熱管在管板上圓周徑向布置,管橋間距較大,保證了足夠的流通面積。以本次設(shè)計(jì)的ＲＢＬ-90為例,設(shè)備內(nèi)部zui小流通截面積1.1ｍ2,氣流阻力小于60Ｐａ。熱管表面采用鎳銅合金技術(shù),加強(qiáng)熱管的耐酸性。（4）運(yùn)行穩(wěn)定,使用壽命長。熱管具有單管作業(yè)的特點(diǎn),熱管在變換氣側(cè)因沒有沖刷和腐蝕,即使熱管發(fā)生失效,也只能是在煙氣側(cè)一端,所以單支熱管失效后不會(huì)造成泄漏,保證了設(shè)備較長的連續(xù)運(yùn)行周期。（5）自動(dòng)排污。在半水煤氣側(cè)有時(shí)會(huì)有水析出,造成對設(shè)備的腐蝕,自動(dòng)排污可將水放出設(shè)備本體,減小對設(shè)備的腐蝕。




4　使用情況及實(shí)際技術(shù)參數(shù)
在清華化工公司使用過程的技術(shù)參數(shù)如下:半水煤氣溫度由125℃升到160℃;變換氣溫度由240℃降到190℃。經(jīng)過10個(gè)月的使用,在清華化工公司停車檢修中,打開熱管式變換熱交換器,對熱管進(jìn)行檢查,沒有發(fā)現(xiàn)熱管損壞,并且熱管仍保持自身具有的光澤度。根據(jù)實(shí)際使用情況,可以說明鎳鉻合金釬焊熱管在變換工段的熱交換器中使用是非常成功的。