耐腐蝕可以調節壁溫的換熱管的製作方法

2023-05-12 00:20:31

本發明涉及換熱設備的換熱元件，特別是一種適用於腐蝕介質且可以調節壁溫的新型換熱管。

背景技術：

在冶金、熱電和化工生產過程中需要大量的換熱設備，這些換熱設備用來回收上述過程中產生的高溫氣體的餘熱，或用來移走反應過程中的反應熱。換熱設備在使用過程中因為下面兩個原因，對換熱管的壁溫有一定的要求：對於含有酸性組分的煙氣，存在露點腐蝕問題，要求換熱管的壁溫應高於煙氣露點；有些化工生產過程中，由於化學平衡或物性的需要，換熱管的壁溫應保證反應所必須的溫度。目前回收含有酸性組分的高溫氣體的餘熱或化學反應過程中移走反應熱的換熱設備主要採用熱管作為換熱元件，如熱管省煤器、熱管鍋爐和熱管冷卻器等。

熱管是一種高效傳熱元件，它利用充填在內外換熱管之間的工質的相變調節換熱管的壁溫，保證在氣體一側的換熱管壁溫高於氣體的露點，從而達到避免露點腐蝕的問題，實現熱管省煤器、熱管鍋爐等餘熱設備的正常運行。但是熱管餘熱設備存在以下一些缺點：（1）熱管是一個獨立的封閉的換熱元件，在使用過程中隨時間的推移，管內不凝性氣體不斷增加，換熱性能不斷衰減，直至不能換熱，熱管設備的使用壽命通常在5~8年；（2）熱管餘熱設備通常由許多熱管組成，密集排列的熱管使得檢修沒有空間，當某根熱管損壞時，既不能準確判斷其所在的位置，也無法檢修；（3）熱管常用工質為水，水的汽化壓力很高，熱管的工作壓力限制在4.5MPa以內，否則會爆管，此壓力下水溫小於260℃，這就意味著用熱管作為換熱元件的鍋爐最高工作壓力不超過2.5MPa，這個壓力有時滿足不了生產需要。

技術實現要素：

本發明的目的在於：設計一種耐腐蝕可以調節壁溫的換熱管，該換熱管實現壁溫調節，防止露點腐蝕，保持反應器溫度。

本發明的技術解決方案是：該換熱管由內管和外管套裝組成，在內管的外壁複合耐酸材料層。

其中，當外管的殼程介質是氣體時，在外管的外側設置翅片。

其中 ，在內管外壁複合耐酸材料層，耐酸材料層的厚度按照下面的方法確定：（1）當該換熱管用作省煤器或餘熱鍋爐（蒸發器）的換熱元件時，根據高溫介質的露點和耐酸材料的導熱性能通過熱量傳遞計算確定；（2）當該換熱管用作學反應取熱器或冷卻器的換熱元件時，根據化學反應所需的溫度和耐酸材料的導熱性能通過熱量傳遞計算確定。

正常工作時，高溫介質的熱量由內管或外管傳遞到複合耐酸材料層並通過耐酸材料層傳遞到外管或內管，再由外管或內管傳遞給低溫介質，基於耐酸材料層的厚度和傳熱性能特點，保證高溫介質一側的外管或內管的壁溫與高溫介質之間有一定的溫差，這個溫差保證外管或內管的壁溫高於高溫介質的露點或保持反應所需要的溫度，從而避免露點腐蝕或調節壁溫保證反應溫度，確保換熱設備的運行安全。

本發明具有以下優點：

1、本發明的換熱管可以用於鍋爐省煤器、餘熱鍋爐（蒸發器）、反應取熱器或冷卻器等換熱設備的換熱元件，提高換熱設備的效率和安全性，延長使用壽命。

2、由本發明的換熱管構成的省煤器、餘熱鍋反應取熱器或反應冷卻器可以避免露點腐蝕問題，也可以有效調節換熱管壁溫，滿足氣體餘熱回收或化學反應取熱器或冷卻器的需要，保證換熱設備的安全運行。

3、由本發明的換熱管組成的換熱設備，檢修方便。

4、當換熱管損壞時，可以實現換熱設備的在線檢測，及時發現及時維修。

5、由於內外換熱管之間的工質為耐腐蝕材料層，當內管或者外管因接觸腐蝕性氣體或化學反應物而產生腐蝕現象時，只是單側腐蝕，不會產生冷熱流體因腐蝕而產生安全隱患。

6、根據露點溫度或化學反應所需溫度的要求，合理設計耐酸材料層的厚度，調節換熱管壁溫，滿足工業生產需要。

7、通過在內管外壁上複合不同特性不同厚度的耐酸材料實現壁溫調節，防止露點腐蝕，保持反應器溫度。

8、當外管的殼程介質是氣體時，在外管的外側設置翅片以彌補氣體傳熱係數低的缺點。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖中：1外管，2耐酸材料層，3內管，4翅片。

具體實施方式

應理解，下面結合附圖說明本發明的技術解決方案，而非以任何方式限制本發明的範圍。為了敘述簡便，說明中略去常規的法蘭等管件或設備附件，這些管件或設備附件本行業的一般技術人員根據需要進行設計。本行業的普通技術人員可以作出許多變型或擴大用途，所有這些變型或擴大用途都應視為本發明的保護範圍。

如圖1所示，該換熱管由內管3和外管1套裝組成，在內管3的外壁複合耐酸材料層2。

其中，當外管1的殼程介質是氣體時，在外管1的外側設置翅片4。

其中 ，在內管3外壁複合耐酸材料層2，耐酸材料層2的厚度按照下面的方法確定：（1）當該換熱管用作省煤器或餘熱鍋爐（蒸發器）的換熱元件時，根據高溫介質的露點和耐酸材料的導熱性能通過熱量傳遞計算確定；（2）當該換熱管用作學反應取熱器或冷卻器的換熱元件時，根據化學反應所需的溫度和耐酸材料的導熱性能通過熱量傳遞計算確定。

正常工作時，高溫介質的熱量由內管3或外管1傳遞到複合耐酸材料層2並通過耐酸材料層傳遞到外管或內管，再由外管1或內管3傳遞給低溫介質，基於耐酸材料層2的厚度和傳熱性能特點，保證高溫介質一側的外管1或內管3的壁溫與高溫介質之間有一定的溫差，這個溫差保證外管1或內管3的壁溫高於高溫介質的露點或保持反應所需要的溫度，從而避免露點腐蝕或調節壁溫保證反應溫度，確保換熱設備的運行安全。