一、结构与工作原理
分离式热管换热器由若干根高频翅片管组焊成彼此独立的热管束,其冷、热端相对应的各片管束通过蒸汽导管和回流导管连接,构成各自独立的封闭管路系统。它主要由蒸发器、冷凝器、蒸汽上升管和冷凝液下降管组成,蒸发器通常位于下部,冷凝器位于上部。
工作时,蒸发器内部的工质吸收热源的热量后沸腾汽化,产生的蒸汽通过蒸汽上升管流动到上部的冷凝器。在冷凝器中,蒸汽与冷源进行热交换,释放出汽化潜热并凝结成液体。凝结液在重力和位差的作用下,通过冷凝液下降管回流到蒸发器,再次吸收热量汽化,如此循环往复,依靠内部介质的连续相变,完成热量的连续转移。
二、显著特点
(一)安装灵活
分离式热管换热器由两个相对独立的部分组成,每部分可方便地安装在需要吸热和放热的管道上,避免了对管道系统做大的改动。在大功率的余热回收系统中,冷热流体的流量很大,管道直径大,很难弯曲和引出,应用分离式热管换热器就显得特别方便。例如,在一些大型钢铁厂的余热回收项目中,由于现场空间有限且管道布局复杂,传统换热器难以安装,而分离式热管换热器可以灵活地将蒸发器和冷凝器分别安装在合适的位置,实现高效的余热回收。
(二)传热面积可调
每个换热器的传热面积都可以根据需要而改变,管束尺寸、管子规格、排列方式等都可独立选择。这使得分离式热管换热器能够根据不同的工况和热交换需求进行个性化设计。比如,在化工生产中,不同的反应过程对热量的需求和传递速率不同,通过调整分离式热管换热器的传热面积,可以精准地满足工艺要求,提高生产效率。
(三)流体隔离安全
冷热两流体被隔离,不会发生互相泄漏和互相掺混的情况,避免了易燃易爆流体在换热过程中可能发生的安全事故。这一特点使其在石油、化工等对安全性要求行业中得到广泛应用。例如,在处理易燃易爆的有机废气时,分离式热管换热器能够确保废气与其他流体隔离,在高效回收热量的同时,保障生产过程的安全。
(四)维护便捷
可以在现场进行管内介质的灌注和排气工艺,在运行过程中,产生的不凝结气体容易排掉。若发现热管性能下降,可在现场进行维护。这大大降低了设备的维护成本和停机时间。以某电厂的分离式热管换热器为例,日常维护中可以方便地对管内介质进行检查和补充,当个别热管出现问题时,无需整体拆卸设备,可直接在现场进行更换或维修,确保了电厂的连续稳定运行。
(五)远距离传热
蒸发器和冷凝器可以相距几十米,仍能正常工作,为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。在一些大型工业园区中,热源和冷源可能分布在不同的区域,距离较远,分离式热管换热器能够跨越较长的距离实现高效的热量传递,将分散的能源进行整合利用,提高整个园区的能源利用效率。
(六)多流体换热
从一种热流体获得的热量,可用来加热两种不同的冷流体,反之,从两种热流体获得的热量,可用来加热一种冷流体。这种多流体换热的能力使得分离式热管换热器在复杂的热交换场景中具有优势。例如,在食品加工行业,可利用同一热源产生的热量同时加热水和空气,分别用于食品的蒸煮和干燥工艺,提高能源的综合利用率。
(七)顺逆流混合排列
在同一个换热器中,可以同时实现顺流和逆流。高温流体的入口管束与低温流体的入口管束相连接,构成冷热流体的顺流换热,而其他仍可保留逆流形式换热。这种排列方式可以降低高温流体入口管束的管内蒸汽温度,使管内介质处于允许的温度和压力之下,也可以升高低温流体入口管束的管内温度,以避免温度过低的不利影响。在一些对温度控制要求严格的工业过程中,如制药行业的物料加热过程,顺逆流混合排列的分离式热管换热器能够更好地控制温度,保证产品质量。