熱管換熱器

技術(shù)要求

1、設(shè)備按0/321088 JR002-2017<煤氣 、空氣預(yù)熱器技術(shù)條件>標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制造和驗(yàn)收,

本設(shè)備為焊接結(jié)構(gòu)件鋼板、型鋼材料按58700-06《碳素結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)瞼收合格;熱管材按683087-2008《低中壓侗爐用無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收合格。

2、焊接采用手工電弧焊，焊條型號為E4303,焊縫坡口的基本型式和尺寸均按GB/T985.1-08執(zhí)行,角焊鏈高度不得小于相鄰件較薄件厚度.

3、熱管按Q/321088 JCO01-2017《碳鋼一水重力熱管技術(shù)條件)進(jìn)行制造和驗(yàn)收。

4、焊接完工后,清滁毛刺、尖角,殼體內(nèi)外刷防腐漆二遍,外部噴銀粉漆二遍。

5、為便于運(yùn)輸,設(shè)備運(yùn)至需方現(xiàn)場后由用戶按圖示將設(shè)備拼焊成整體,且制造現(xiàn)場視運(yùn)輸、吊裝需要加臨時支撐,設(shè)備就位后割除.

6.本設(shè)備運(yùn)行時,先通空氣，后通煙氣,停車時應(yīng)先停煙氣,后停空氣。

7、用戶在設(shè)備安裝完畢后,對煙氣進(jìn)出口、空氣出口進(jìn)行保溫,保溫材料與型式和管道相同。

設(shè)備性能描述  

 1、概述

熱管換熱器是由多根熱管組裝而成的一種新型換熱設(shè)備，它以具有良好等溫性能的熱管作為傳熱元件，具有傳熱效率高、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、流動阻損小，兩側(cè)熱阻可調(diào)，運(yùn)行可靠、操作檢修方便等優(yōu)點(diǎn)。這使其很方便地利用廢熱來預(yù)熱空氣、煤氣等其它流體。

2、熱管工作原理

熱管（以下熱管皆為重力熱管）工作原理如下圖1所示，熱管是一種密閉容

圖1：重力熱管工作原理圖

器，其基本組成為殼體、工作液，待殼體抽真空或煮真空后充入適量工作液，密閉殼體便構(gòu)成一支熱管。當(dāng)熱源對其一端供熱時，工作液自熱源吸收熱量而蒸發(fā)汽化，攜帶潛熱的蒸汽在壓差作用下，高速傳輸至殼體的另一端，向冷源放出潛熱而凝結(jié)，凝結(jié)液在地球重力作用下從冷源端回流至熱源端，以保持連續(xù)的工作循環(huán)。

3、系統(tǒng)基本特點(diǎn)

整體式熱管換熱器是由若干熱管組裝而成的，為增大傳熱面積，其外表面一般都焊有若干片高頻焊環(huán)形翅片，各熱管之間彼此獨(dú)立，構(gòu)成各自的獨(dú)立封閉傳熱系統(tǒng)，由于上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

1.熱管由于冷、熱兩端都帶有螺旋翅片，大為增加了傳熱面積，單管工率大。

2.工作介質(zhì)循環(huán)是依靠地球重力和壓差作用，無需外加動力，無機(jī)械運(yùn)行部件，增加了設(shè)備的可靠性，也極大地減少了運(yùn)行費(fèi)用。

3.由于其冷、熱兩端熱阻方便可調(diào)，便于控制管壁溫度，從而有效地解決設(shè)備的露點(diǎn)腐蝕。

4.根據(jù)工藝要求，可以進(jìn)行順、逆流混合布置，適應(yīng)較寬的溫度范圍。

5.系統(tǒng)由眾多熱管組裝而成，各熱管之間相互獨(dú)立，一根或幾根熱管損壞或失效不影響整個系統(tǒng)的安全運(yùn)行，只是換熱器整體效率會略有降低而已。

4、本裝置設(shè)計說明

4.1 技術(shù)優(yōu)勢

4.1.1 我公司是專業(yè)生產(chǎn)熱管換熱器的廠家，公司三十多年來設(shè)計、制造了近千臺各種形式的熱管換熱器，生產(chǎn)裝備齊全，檢測器具完備，對熱管換熱器設(shè)計、制造積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。設(shè)備的整個制造都在廠內(nèi)完工，無須外協(xié)，能很好地控制設(shè)備制造質(zhì)量。

4.1.2公司為冶金高爐熱風(fēng)爐設(shè)計配套了若干臺熱管換熱器，產(chǎn)品遍步全國各大、中型企業(yè)，對300～3200M3高爐配套的熱管預(yù)熱器為數(shù)眾多，具體業(yè)績見業(yè)績表摘要。因而對熱管換熱器在300～3200M3高爐的設(shè)計和運(yùn)用掌握了許多關(guān)鍵數(shù)據(jù)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，完全能保證設(shè)備運(yùn)行后一次性達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。

4.1.3 我們自行開發(fā)了冶金熱風(fēng)爐系統(tǒng)熱管換熱器設(shè)計軟件，而且經(jīng)過大量工廠應(yīng)用的實(shí)踐考驗(yàn)，通過掌握的許多關(guān)鍵數(shù)據(jù)，再進(jìn)行反復(fù)修正有關(guān)系數(shù)，因此設(shè)計的公式可靠，與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果非常吻合，誤差小于2％ 。

4.1.4 我公司還針對熱管換熱器非標(biāo)特點(diǎn)，為控制制造質(zhì)量，制定了自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，編制了詳細(xì)的熱管換熱器制造、檢驗(yàn)、現(xiàn)場安裝、調(diào)試等規(guī)范，保證合格的產(chǎn)品。

4.1.5此次貴公司熱管式煙氣-煤氣換熱器，我們極為重視，對設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，設(shè)備性能優(yōu)越，質(zhì)量保證。

4.2 熱工設(shè)計特點(diǎn)：

在設(shè)計方法上，常規(guī)整體設(shè)計法，不能計算各排熱管管內(nèi)蒸汽溫度，因而無法準(zhǔn)確調(diào)整熱管冷熱兩側(cè)翅片面積比，不可能有效防止熱管超溫和結(jié)露。為此，本設(shè)計采用“離散型”逐排計算法，可以準(zhǔn)確計算和調(diào)整各排熱管相應(yīng)的管壁溫度。

    離散型逐排設(shè)計法的關(guān)鍵是逐排溫度的確定。利用計算機(jī)首先計算物性參數(shù)和傳熱系數(shù)，再計算各排熱管傳熱量，最后求得各排熱管進(jìn)出口溫度。在逐排計算中，前一排熱管出口溫度就是下一排熱管的進(jìn)口溫度。每一排熱管進(jìn)出口溫度的計算平均值定為該排熱管的定性溫度。為了減少計算誤差，采用迭代法進(jìn)行計算。

本設(shè)計法可根據(jù)露點(diǎn)，調(diào)整熱管煙氣側(cè)管壁溫度。如果熱管的管壁溫度低于煙氣酸露點(diǎn)溫度，金屬壁面就會出現(xiàn)結(jié)露，產(chǎn)生酸露點(diǎn)腐蝕和灰堵。在保持熱管加熱端翅片面積的基礎(chǔ)上，減少熱管冷卻端放熱面積，可以提高熱管管壁溫度，使其提高到煙氣酸露點(diǎn)溫度以上。根據(jù)原有各排熱管管壁溫度與給定的控制壁溫TW進(jìn)行比較，可以確定需調(diào)整熱管面積的排數(shù)ZC，計算出各排熱管冷卻端有效翅片長度LC(N)。本臺設(shè)備，經(jīng)計算無需要調(diào)整熱管的翅片面積，能保證各排熱管管壁溫度在350℃工況下能達(dá)到或超過200℃（煤氣進(jìn)口溫度為常溫20℃時），當(dāng)煙氣進(jìn)口溫度為200℃時，煙氣側(cè)最低壁溫為126℃，從而可以超過煙氣酸露點(diǎn)溫度，使其避免煙氣酸露點(diǎn)腐蝕。確保換熱器能夠長壽命工作。

我們的設(shè)計軟件是自行開發(fā)的，而且經(jīng)過大量工廠應(yīng)用的實(shí)踐考驗(yàn)，再進(jìn)行反復(fù)修正有關(guān)系數(shù)，因此設(shè)計的公式可靠，與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果非常吻合，誤差小于3%。

我們開發(fā)的設(shè)計軟件，經(jīng)過了大量的實(shí)踐考驗(yàn)，進(jìn)行了多次的修正已十分完善。例如：氣流合理流速的選擇，既要考慮煙氣或荒煤氣的自吹灰作用，不能太低，又要防止氣流阻力過高，不能過大；熱管管束內(nèi)的液體充裝量，過少不能保證熱管可靠的循環(huán)，過多循環(huán)效率下降，需要給出一個合理的充裝量等等參數(shù)，我們都已經(jīng)有了大量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)對預(yù)熱器能否達(dá)到設(shè)計指標(biāo)至關(guān)重要。

馬鋼、南昌鋼廠、川威等高爐熱風(fēng)爐采用了上述離散型設(shè)計法設(shè)計，設(shè)備運(yùn)行結(jié)果均能夠達(dá)到用戶要求。在此基礎(chǔ)上，本次指標(biāo)設(shè)計，又進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，可以確保設(shè)備能夠高效安全運(yùn)行。

5、設(shè)備質(zhì)量保證措施

5.1、保證設(shè)備長壽命的措施

① 盡量提高熱管管壁溫度，熱管正常工況下不會腐蝕。

② 熱管基管采用3mm厚壁管，延長管壁的磨蝕年限。

③ 熱管制造過程中，對管內(nèi)外壁采用我們研制的配方進(jìn)行鈍化成膜處理，設(shè)備運(yùn)行壽命大于6年。

④ 熱管冷凝段留有100mm長度的預(yù)留段，以防設(shè)備長期運(yùn)行后H2等不凝性氣體的產(chǎn)生，保證設(shè)備長期穩(wěn)定高效運(yùn)行。

煙氣與煤氣密封示意圖

⑤熱管頂端排氣封頭下墜有CuO吸氫劑，以吸收管內(nèi)氫氣，延長熱管使用壽命。                   

⑥選取合適的流速（根據(jù)我公司長年設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，煙側(cè)流束不宜太低，必須大于7.5m/s，以防煙氣箱體內(nèi)積灰；同時煙氣流束又不能太高，不能大于9.3m/s，否則煙塵顆粒對管壁沖刷磨損嚴(yán)重，需綜合考慮），煙氣進(jìn)口流速為8.67m/s，出口最低流速為7.6 m/s，此流速下，基本無積灰、磨損問題。

⑦絕對保證煤氣箱體的密封性能（采用我公司專利密封裝置，專利號：ZL200420108982.8，證書號：第745472號）。由于熱管換熱器由數(shù)百根熱管組裝而成，每根熱管煙氣側(cè)及煤氣側(cè)都應(yīng)保證絕對密封，有一處泄漏都會造成嚴(yán)重后果，采用我公司密封專利，完全保證上述密封要求，在國內(nèi)眾多裝置應(yīng)用從未出現(xiàn)質(zhì)量事故，最長設(shè)備運(yùn)行已達(dá)8年以上。

5.2、便于設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的措施 

熱管與煙氣箱體的密封，不采用焊接結(jié)構(gòu)，采用螺栓壓緊柔性石墨填料密封（公司專利技術(shù)），其安裝密封示意圖如上圖所示：不僅密封性能保證，而且每一排熱管管組都可以任意更換，便于今后設(shè)備檢修與更換，而不需要更換整臺設(shè)備，大為節(jié)約設(shè)備檢修費(fèi)用。