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工业上应用的热管的缺点

作者: 兴罡石化设备| 时间:2017-08-07 09:01:59 | 点击次数:

 正是热管这些其它传热方式不可比拟的优点,使得热管得到了极广泛的应用。但同时也有缺点,这些缺点几乎也都是以上的优点造成的。

a)        对燃料适应性差:
热管是靠强化双侧来提高其换热能力的,所以目前热管外侧全部是以翅片形式来强化传热的,而我国的加热炉规范SH36—91《炼油厂管式加热炉中》明确规定:对于以油为燃料的加热炉不推荐采用翅片管。这是因为由于油的不完全燃烧以及翅片管清灰困难造成翅片堵塞。对于一台加热炉来说,积灰最严重的部分应是低温段,对于烧油来说,积灰相对较轻的对流室尚不推荐使用翅片管,那么在积灰和除灰更加困难的低温段采用翅片管是不适宜的。而热管恰恰是利用翅片来进行管外强化的。从国内相当多的热管使用经验来说,出问题最多的也是在烧油的加热炉上。烧油的加热炉是否可以采用翅片在API规范中没有这个要求,只是对在烧油的加热炉,翅片厚度和密度做了硬性规定。但是API560对清灰的手段做了严格的规定。这些规定国内的厂家没有一家应用。
b)        单管传热能力有限:
热管是以众多的独立管来携带热量,由于管内的沸腾相变将汽化潜热带走。蒸汽从高温低温流动时,受到当地音速的限制,一定的直径有传热上限,否则产生音障。也就是说,不能依靠加长传热管的长度来提高单管的传热能力,提高单管的携带热量的能力要加大直径,但是增加直径后为了保证强度(热管内有极高的压力),其壁厚也同比增加,经济性会急剧下降。据此热管的直径一般都不会太大。
c)        末端腐蚀:
末端腐蚀是热管的等温性的优点造成的,如果冷热端的吸热和放热能力相近,那么热管的温度就是烟气和空气的平均温度,一般来说,在末端,热管预热器会设计成热端面积高于冷端,但是由于结构和制造以及温差的原因,这个差别不会太大。对于加热炉的末端来说,如果排烟温度是160℃,空气是常温,末端是一定会发生腐蚀的。
d)        对高温敏感:
工业上常规应用的热管内是水,受饱和蒸汽压的限制,当热管受到高温时,压力急剧增高。当热管温度到300℃时,管内压力超过80kg/cm2(8Mpa)所以热管在高温时要爆管。这是热管的一个限制。西方国家的工程公司,由于其工程模式和设计理念的差别,加热炉辐射平均热强度取的相当高(如我国去年引进Shell技术正在建设中的1000×104t/a常减压装置,炉膛温度达到950℃,辐射平均表面热强度达到了37000kW/m2),余热回收负荷都比较大。对于这样的加热炉,出于对安全和寿命上的考虑,采用热管显然是不合理的。这也是国外加热炉极少采用热管来回收余热的一个原因之一。
对高温敏感还表现在另一方面,热管内的水经过常年的蒸发和冷凝,会产生不凝气,这些不凝气来自于水的少量分解和水与钢中的碳生成的CO2、CH4。由于这些气体不能冷凝,当积累多了之后造成管子不能传热,造成热管的温度趋向于烟气的温度,这样在很低的温度下就会爆管。大部分的热管失效均来自于这个原因,为此热管的科研人员进行了不懈的努力,如对钢管内进行化学钝化、管端增加储气空间,甚至在管端加单向放气阀等手段。但是还没有根本性解决这个问题。
e)        不适应加热炉较大幅度的负荷波动:
自适应性是热管的一个重要的优点,但是当加热炉的负荷变化较大时,它也会产生不良的后果,在开工初期,由于装置的换热较完善,换热终温较高,同时装置的处理量一般均不大,这时,多余的热管会因为自适应性而自动的将末端的多余热管腐蚀掉,这并不影响操作。此时加热炉处在理想的最佳热效率区间,但是随着加热炉的负荷增加,需要更多的尾部换热面积,由于末端的管子已经失效,造成排烟温度上升。这种上升是不可逆的,除非更换末端的管子。另外,当加热炉出现负荷较大幅度增加时(即便是短时增加)接受高温烟气的热管会失效,并且这种失效是立即和连续的,当第一排失效后,立即引起第二排的失效。之后将引连锁失效。
f)        寿命不高

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