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1、 强化换热管及高效换热器 韩 坤 课题组长 13795286512 上海化工研究院/化学工程及装备研究所 2015.02.03 中机国能技术交流 化学工程及装备研究所简介化学工程及装备研究所简介 主要专业有：主要专业有： 液固分离（过程技术及各种新型过滤分离设备）液固分离（过程技术及各种新型过滤分离设备） 气固分离（高温、高效旋风分离器及表面过滤器、粉体分气固分离（高温、高效旋风分离器及表面过滤器、粉体分 级）级） 强化传热和高效换热器强化传热和高效换热器 化工特殊用泵（磁力泵、计量泵、高粘度泵、高温化工特殊用泵（磁力泵、计量泵、高粘度泵、高温/ /高压泵）高压泵） 防腐工程（设备停用保护、金
2、属表面处理、设备防腐工程（设备停用保护、金属表面处理、设备/ /管道防腐管道防腐) ) 流态化技术及设备（流化反应、冷却、干燥、造粒）流态化技术及设备（流化反应、冷却、干燥、造粒） 动动/ /静态混合（磁力反应釜、静态混合器）静态混合（磁力反应釜、静态混合器） 变压吸附（变压吸附（PSAPSA制制N N2 2 、制高纯度、制高纯度N N2 2 、制、制O O2 2） 生物医药、节能减排、新技术、检测安全生物医药、节能减排、新技术、检测安全 上海化工研究院上海化工研究院 强化换热产品强化换热产品 强化换热技术强化换热技术 现有成果现有成果 今后计划今后计划 其他高效换热管其他高效换热管 目录目录
3、 强化换热产品强化换热产品 被动式（无需外功）被动式（无需外功） 主动式（外功辅助）主动式（外功辅助） 传热表面处理 机械辅助 涡旋流装置 传热表面振动 传热表面延伸/扩展 流体振动 位移强化装置 电场或磁场 粗糙表面 引射或抽吸 表面张力装置 液体添加剂 气体添加剂 分分 类类 强化强化 途径途径 换热管材质：换热管材质： 紫铜、黄铜、白铜、碳钢、不锈钢等 换热管尺寸：换热管尺寸： 外径1540mm，长度5006000 mm 换热管中间为强化段、两端为光滑段，便于穿管和胀接 1.1 单单/双面强化换热管双面强化换热管 强化换热产品强化换热产品 产品特点：产品特点： 采用烧结技术和机加工技术开
4、发的 双面强化高效换热管，解决了强化换热 中只提高单侧换热系数，而总换热系数 仍较低的瓶颈，大幅度提高换热管和换 热器的换热效率。 产品类型：产品类型： 外表面烧结多孔层/内表面低翅片 外表面纵槽/内表面烧结多孔层 外表面锯齿表面/内表面烧结多孔层 外表面翅片/内表面烧结多孔层 1.1 单单/双面强化换热管双面强化换热管 强化换热产品强化换热产品 1.2 单单/双面强化换热管产品双面强化换热管产品 强化换热产品强化换热产品 1.2 单单/双面强化换热管产品双面强化换热管产品 强化换热产品强化换热产品 通过高温烧结的方法在普通光滑管的表面上形成一层金属多孔层 多孔层内存在很多凹穴和隧道，隧道随机
5、地将凹穴连接起来 1）容易截留住气体或蒸汽 2）具有大量尺寸较大的稳定汽化核心 在过热度很小的工况下产生大量汽泡，强化沸腾换热过程 2.1 多孔表面强化沸腾原理多孔表面强化沸腾原理 多孔覆盖层中的沸腾过程示意图多孔覆盖层中的沸腾过程示意图 1管子基体 2烧结多孔层 3内凹孔穴 4汽泡 5液体 多孔表面显微图多孔表面显微图 强化换热技术强化换热技术 强化换热技术强化换热技术 2.2多孔表面强化沸腾数值计算多孔表面强化沸腾数值计算 多孔管多孔管0.02m/s流速下的气体分布图流速下的气体分布图 光管光管0.02m/s流速下的气体分布图流速下的气体分布图 应用场合：应用场合： 使用单/双面铜合金强化
6、换热管的换热器大部分装置是水平釜、热虹吸 管或热虹吸式重沸器，以及蒸发器、汽化器和废热锅炉等。具体应用如 下： （1 1）炼油及石油化工装置）炼油及石油化工装置 如乙烯分离装置塔顶冷凝器和重沸器、乙烯汽化器、催化油浆蒸发器、 乙醇蒸发器、乙二醇蒸发器等，削减换热器面积的同时能减小冷冻机组 的马力或者功耗。具有强化沸腾换热的多孔表面在长期运转过程中，性 能稳定，没有结焦或结垢现象发生。同时可以大幅度减少热源介质消耗， 甚至可以降低热源介质温度。 2.3 强化换热管及换热器应用场合强化换热管及换热器应用场合 强化换热技术强化换热技术 （2 2）天然气净化和分离装置）天然气净化和分离装置 例如在低温
7、空气分离厂的再沸冷凝器中，一方面可以 降低蒸发冷凝（冷却）换热器的初始成本（削减面 积）；另一方面，由于低温差的优势，降低了动力消耗， 这对于给定的空气流速和压缩机释放压力来讲，可以达 到高空压和低功率需求。 （3 3）海水淡化和废热利用）海水淡化和废热利用 （4 4）中央空调、冷库冷链等民用领域）中央空调、冷库冷链等民用领域 （5 5）需强化相变传热的领域。）需强化相变传热的领域。 2.3 强化换热管及换热器应用场合强化换热管及换热器应用场合 强化换热技术强化换热技术 1）市场容量 单/双面强化换热管及其高效换热器以其优异的换热性能在乙烯工业等领域具有广泛的应用前景，因而具有巨大的潜在市场需
8、求。 在美国、日本和德国等已大量生产该类高效换热管定型商品，但目前该技术还向我国保密，乙烯工业只能使用进口的双面强化换热管。 建设一套百万吨级大型乙烯成套设备，总投资一般在200亿元以上，按照历史的经验数据测算，换热设备费用占总投资的30%左右，则每套大型乙烯项目的换热设备费用将达到70亿元左右，因此，“十一五”期间将有560亿元左右的换热设备市场需求，“十二五”期间将有630亿元的换热设备市场需求。 2.4 强化换热管及换热器需求分析强化换热管及换热器需求分析 强化换热技术强化换热技术 2）节能减排需求： 我国能源的利用效率仅为34，相当于发达国家20年前的水平，比发达国家低十个百分点。采用
9、双面强化换热管及其高效换热器是提高能源利用效率最有效、最经济的手段之一。 开发高热通量、小温差和小换热面积的高效换热器，可以说是直接关系到工业节能的第一步。 随着乙烯行业的迅速发展以及国家节能减排力度的加大，对高效换热器的需求也非常巨大，双面强化高效换热器在我国具有广阔的市场。 2.4 强化换热管及换热器需求分析强化换热管及换热器需求分析 强化换热技术强化换热技术 2.5 强化换热管及换热器业绩强化换热管及换热器业绩 强化换热技术强化换热技术 序号序号 用户用户 设备或装置设备或装置 数量数量 1 浙江华海药业股份有限公 司 川南二分厂反应釜TCM温控 装置（内含换热器） 4套 2 南通醋酸纤
10、维有限公司 纺丝部浆液换热器 1台 3 中国神华煤制油化工有限 公司 EDU煤直接液化装置 1台 4 东莞九丰化工有限公司 精馏塔冷凝器 粗甲醚冷凝器 1台 1台 5 四川广能能源有限公司 MRC压缩机级间冷却器 MRC压缩机末级冷却器 1台 1台 6 山西北方兴安公司 280m2换热器 1台 7 神华包头煤化工有限公司 煤制烯烃项目气化装置 1台 常规管壳式换热器应用业绩常规管壳式换热器应用业绩 2.5 强化换热管及换热器业绩强化换热管及换热器业绩 强化换热技术强化换热技术 高效管壳式换热器应用业绩高效管壳式换热器应用业绩 序序 号号 用户用户 设备或装置设备或装置 工艺型号工艺型号 数量数
11、量 备注备注 1 中沙（天津） 石化有限公司 脱乙烷塔冷凝 器 25高效紫铜管 1台 双面强化 2 郑州四维粮油 工程技术有限 公司 高温热泵技术 19高效紫铜管 19高效碳钢管 88根 3000根 双面强化 双面强化 3 南通朗高石化 设备有限公司 高效传热试验 装置 19扭曲扁管 1套 扭曲扁管 4 现有成果现有成果 3.1 表面强化换热管成果表面强化换热管成果 上海市科委节能减排项目“石化工业双面强化换热材料高效换热器上海市科委节能减排项目“石化工业双面强化换热材料高效换热器 的研制与应用”的研制与应用” 上海市经委重大装备专项“大型乙烯重大装备双面强化传热材料及上海市经委重大装备专项“
12、大型乙烯重大装备双面强化传热材料及 高效换热器的研发与应用”高效换热器的研发与应用” 1 一种外竖直纵槽内烧结型金属多孔层双面强化换热管一种外竖直纵槽内烧结型金属多孔层双面强化换热管 专利专利号号： 201010105190.5 2 一种外螺旋翅片内烧结型多孔层双面强化换热管一种外螺旋翅片内烧结型多孔层双面强化换热管 专利专利号号： 201010105194.3 3 一种双面强化换热管一种双面强化换热管 专利专利号号：2010101051977 4 一种多孔表面管的烧结装置一种多孔表面管的烧结装置 专利专利号号：200910198340.9 5 内翅片外烧结多孔层换热管内翅片外烧结多孔层换热管
13、 专利专利号号：200910199962.3 3.1 表面强化换热管烧结装置表面强化换热管烧结装置 现有成果现有成果 0.5m0.5m长烧结炉长烧结炉 2m2m长烧结炉长烧结炉 现有成果现有成果 3.1 表面强化换热管烧结装置表面强化换热管烧结装置 6m6m长强化换热管连续化烧结生产装置（长强化换热管连续化烧结生产装置（30m30m） 3.2 强化换热管性能试验装置强化换热管性能试验装置 现有成果现有成果 强化换热管沸腾强化换热管沸腾 试验装置试验装置 （小试）（小试） 3.2 强化换热管性能试验装置强化换热管性能试验装置 现有成果现有成果 高效换热器沸腾对比试验装置高效换热器沸腾对比试验装置
14、 （2m2m、1717根、外翅片内多孔层）根、外翅片内多孔层） T型管示意图 1开口 2T型肋片 3管基体 5.1 T型翅片管型翅片管 其他高效换热管其他高效换热管 5.1 结构结构特点及强化原理特点及强化原理 T型翅片管是由光管经过滚轧加工成型的一种高效换热 管。 结构特点： 在管外表面形成一系列螺旋环状T型隧道。 强化沸腾原理 管外介质受热时在隧道中形成一系列的气泡核，由 于在隧道腔内处于四周受热状态，气泡核迅速膨大充满 内腔，持续受热使气泡内压力快速增大，促使气泡从管 表面细缝中急速喷出。气泡喷出时带有较大的冲刷力量 ，并产生一定的局部负压，使周围较低温度液体涌入T型 隧道，形成持续不断
15、的沸腾。 其他高效换热管其他高效换热管 5.1 T5.1 T型翅片管实物图型翅片管实物图 其他高效换热管其他高效换热管 5.2 5.2 螺旋扁管及换热器螺旋扁管及换热器 螺旋扁管结构特点 管子的任一截面均为一椭圆。 螺旋扁管的强化机理 由于管子的独特结构，使管程与 壳程同时处于螺旋流动，促进了湍流 程度。 此换热器比常规换热器总传热系 数高40，而压力降则几乎相等。此 换热器可用于气气、液液以及 气液换热过程。 其他高效换热管其他高效换热管 5.2 5.2 螺旋扁管实物图螺旋扁管实物图 其他高效换热管其他高效换热管 5.2 5.2 螺旋扁管换热器的优点螺旋扁管换热器的优点 （1）压降小：因为无
16、折流板，壳程中介质的曲折流动变为直接螺旋 的流动，大大增加了每个压力降单位的热传递效率； （2）传热效率高：在管程，流体的螺旋流动提高了其湍流程度，减 薄了滞流内层（传热主要热阻）的厚度，使管内换热得以强化。 在壳程，因螺旋扁管之间的流道也呈螺旋状，流体在其间运动时 受离心力的作用而周期性地改变速度和方向，从而加强了流体的 纵向混合。 （3）不易结垢易清洗：壳体中无盲区，壳程和管程上的涡流降低了 污垢的生产。 （4）适用范围广：介质范围广，汽、气、液、油等均适用，在制药 、化工、石油化工、造纸、钢铁、采暖供热等行业具有广阔的应 用前景。 其他高效换热管其他高效换热管 5.3 5.3 螺旋螺纹管换热器螺旋螺纹管换热器 JAD换热器安装尺寸图
