热管节能（节能技术课件）

热平衡与节能技术热管及工作原理背景热管热管的基本知识1936年,J.帕金斯,热虹吸管,重力热管1944年,高斯勒:毛细吸液芯概念1962年,格罗弗制造出样品:钠-不锈钢-丝网1968年,应用卫星仪器温度控制1970年,应用范围扩大:电子\机械\能源\动力我国,1972年,试制成功钠热管用途:冷却\新能源开发\余热回收\传热热管的发展与现状热管的结构和工作原理典型的热管结构工作原理热力学角度:液体蒸发—蒸汽流动—蒸汽凝结—液体回流(循环)传热学观点:热量传递经历7个环节流体力学观点:热管两端压差工作液体流动压力降工作蒸汽流动压力降重力作用压力降毛细吸液芯热管的基本知识热管的分类按热管的工作温度划分:按热管的工作液体回流方式分:按热管的结构划分按热管的壳体材料和使用工质划分:按热管的功能划分热平衡与节能技术热管的基本特性热管的基本特性高导热性——热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。当然，高导热性也是相对而言的，温差总是存在的，不可能违反热力学第二定律，并且热管的传热能力受到各种因素的限制，存在着一些传热极限。良好的等温性——热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽的压力决定于饱和温度，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小，其温降亦很小，因而热管具有优良的等温性。

热管的基本特性热流密度可变性——热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，即以较小的加热面积输入热量，而以较大的冷却面积输出热量，或者热管可以较大的传热面积输入热量，而以较小的冷却面积输出热量，这样即可以改变热流密度，解决一些其他方法难以解决的传热难题。热管的基本特性热流方向可逆性——一根水平放置的有芯热管，由于其内部循环动力是毛细力，因此任意一端受热就可做为蒸发段，而另一端向外散热就成为冷凝段。此特点可用于宇宙飞船和人造卫星在空间的温度展平，也可用于先放热后吸热的化学反应器及其他装置。热管的基本特性热二极管与热开关性能——热管可做成热二极管或热开关，所谓热二极管就是只允许热流向一个方向流动，而不允许向相反的方向流动；热开关则是当热源温度高于某一温度时，热管开始工作，当热源温度低于这一温度时，热管就不传热。热管的基本特性恒温特性——（可控热管）普通热管的各部分热阻基本上不随加热量的变化而变，因此当加热量变化时，热管各部分的温度亦随之变化。但人们发展了另一种热管—可变导热管，使得冷凝段的热阻随加热量的增加而降低、随加热量的减少而增加，这样可使热管在加热量大幅度变化的情况下，蒸汽温度变化极小，实现温度的控制，这就是热管的恒温特性。热管的基本特性环境适应性——热管的形状可随热源和冷源的条件而变化，热管可做成电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手术刀等等，热管也可做成分离式的以适应长距离或冷热流体不能混合的情况下的换热；热管既可以用于地面（重力场），也可用于空间（无重力场）。热管的基本特性热平衡与节能技术热管换热器及其应用热管及热管换热器热管及热管换热器热管换热器——由许多单根热管组成的换热器特点：结构简单，换热效率高；压力损失小；安全可靠；灵活调温类型与结构：按照热流体和冷流体的状态，热管换热器可分为：气—气式、气—汽式、气—液式、液—液式、液—气式按结构型式分：热管换热器又可分为整体式、分离式、回转式和组合式

热管及热管换热器整体式热管换热器热管及热管换热器热管及热管换热器

整体式热管换热器的特点：*传热效率高——热管的冷、热侧均可根据需要采用高频焊翅片强化传热；*能避免冷、热流体的串流，每根热管都是相对独立的密闭单元，冷、热流体都在管外流动，并由中间密封板严密的将冷、热流体隔开；*防止和降低露点腐蚀，通过调整热管根数或调整热管冷热侧的传热面积比，使热管的管壁温度尽量提高到露点温度以上或在合适的区域；*有效的防止积灰，换热器设计可采用变截面结构，保证流体进出口等流速流动，达到自清灰的目的；*无任何转动部件，没有附加动力消耗，不需要经常更换元件，即使有部分元件损坏，也不影响正常生产；*单根热管的损坏不影响其它的热管，同时对整体换热效果的影响也可忽略不记。热管及热管换热器分离式热管换热器*装置的受热段和放热段可视现场情况而分开布置，可实现远距离传热，这就给工艺设计带来了较大的灵活性，也给装置的大型化、热能的综合利用以及热能利用系统的优化创造了良好的条件；*工作介质的循环是依靠冷凝液的位差和重力作用，不需要外加动力，无机械运行部件，增加了设备的可靠性，减少了运营费用；*热侧和冷侧彼此独立，易于实现流体分隔、密封；*加热段与冷凝段管束可根据冷、热流体的性能及工艺要求选择不同的结构参数和材质，从而可有效地解决设备的露点腐蚀和积灰问题；热管及热管换热器*根据工艺要求，可以将流体顺、逆流混合布置，以适应较宽的温度范围；*系统换热元件由多片热管管束组成，各片之间相互独立，因此，其中一片甚至几片损坏或失效不会影响整个系统的安全运行。热管的应用热管节能装备在石化行业中的应用石化企业，尤其是炼油厂有各种加热炉，其排出的废烟气通过热管空气预热器加热空气，再送入加热炉助燃，可以节省燃料，提高炉子的热效率。这种热管空气预热器可以做成顶置式和落地式两种形式，为石化企业的节能降耗起到重要的作用。热管的应用*石化行业加热炉余热回收某炼油厂加热炉用的热管空气预热器热管的应用石化行业常减压装置用大型热管换热器施工现场热管的应用某化工厂加热炉热管空气预热器某石化二联合加热炉热管空预器热管的应用热管在石油化工中应用的国内外研究：利用热管的等温性均化床层温度得到较高的转化率和收率；利用热管的可变导特性控制反应床温度不使超温或过冷；利用热管的源汇分隔特性提高设备使用的可靠性；利用热管热流体密度可变的特点改善和强化反应设备的传热条件。热管化学反应器的开发研究（涉及到原料的组成、催化剂活性、停留时间等一系列因素），开发速度进展缓慢。开发前景诱人。热管的应用*热管裂解炉特点：高温（750℃以上)强吸热；要求：温度分布均匀，物料在炉内停留时间要短，烃的分压要低；形式：一般为管式炉。

研究的热管裂解炉在吸取管式炉优点的基础上设法使裂解温度均匀，停留时间缩短，烃的分压降低。热管的应用热管乙苯脱氢反应器

反应器形式

乙苯/水

反应温度单程转化率相同转化率下苯乙烯选择性

生产能力

/重量比

/℃

/%

/%/kg苯乙烯/(h·m3催化剂)绝热式1/2~3630~65035~6090~94650~675外加热式1/1~15580~61040~6092~94210热管式1/1.2~1.4在接近最佳温度下反应50~5895~97355热管的应用环已醇脱氢化学反应器

环已醇从原料贮槽经计量泵进入蒸发器并汽化，然后由过热器将原料气过热至反应温度并从反应器底部进入，在反应器内经Zn-Ca催化剂作用进行吸热反应，反应后的气体从反应器顶部进入冷凝器和冷却器，冷却后的环已醇进入成品贮槽。高度

H/m

床层轴向温度分布及比较

热管的应用热管化学反应釜热管的应用针对某石化企业的原蒸馏常减压炉空气预热器系统存在设备老化、泄漏点多、检修困难、热效率低等问题，特别是目前加工进口高含硫原油需要进行配套改造，采用了分离式热管换热器，其结构布置如图所示。不同管线、不同温度和压力的常二线、常三线油分别流经分离式热管换热器的加热段，其加热段结构形式类似于固定管板式换热器，热流体油走壳程，管程为热管工质，分离式热管换热器的冷凝段为翅片管束换热器，需要加热的空气流经管外，管内通过上升管与下降管与下部换热器的管程相连，形成工质循环回路。

分离式热管油-气换热器热管其他应用介绍热管在我国航天上的应用要求：质量小、高性能、高可靠、长寿命和能耐受空间环境（微重力、发射时的力学环境、空间粒子辐射等）航天器常用的热管—铝合金轴向槽道热管工质：氨、丙酮、氮、氖返回舱壁周向温度的不均匀影响采用热管使舱壁温度均匀化返回舱8圈30根，胶接。舱内空气温度19ºC时最低舱壁温度为13.5ºC。轨道舱8根，2米，用于拉平轴向温差。热管其他应用介绍热管在化工行业应用30万吨/年合成氨一段炉空预器化工废弃物焚烧节能产汽系统——

高温热管蒸汽发生节能装置热管其他应用介绍热管技术在硫酸工业中的应用在硫磺制酸、硫化氢制酸、硫铁矿制酸和冶炼烟气制酸等工艺过程中均产生大量高温、高含硫工艺气体，它需要降温后才能进入转化塔进行逐级转化并放出大量的热能，利用高温气体和其转化过程中放出的热量，通过由蒸汽发生器、高温过热器、中温过热器、热管省煤器组成的能量回收系统，来产生中压或低压蒸汽，用于发电或生产和民用，该系统装置技术含量高，经济效益显著。热管其他应用介绍热管在建材行业应用热管式高温热风炉第一台高温热管换热器——获国家技术发明奖热管其他应用介绍热管在冶金行业应用(1)烧结系统余热回收——国家火炬计划项目(2)炼铁高炉热风炉煤气、空气双预热分离式热管换热器(3)220T/h全烧高炉煤气锅炉分离式热管煤气预热器(4)

铜冶炼行业应用（5）锰冶金行业应用——国内外第一套氧化还原反应热管热量移出系统（6）炼钢行业应用——国内外第一套热管式电炉余热回收系统热管其他应用介绍热管在稳定冻土路基上的应用青藏铁路是国家重大建设工程，也是世界上最著名的工程之一。青藏铁路格尔木至拉萨段全长1142公里，连续多年冻土区有547公里。冻土层冬季冻结夏季消融，建设于冻土之上的铁路会扭曲变形导致灾难。由于热棒具有单向导热性，可使地下的冻土层变厚，加固冻土的强度，增加冻土的冷储量，即使夏季也不会融化松动，可以形成永久的冻土层。青藏铁路工程专家组论证认为，低温热棒技术是目前解决青藏铁路冻土变形最有效而经济