镍基钎焊热管换热器的特点及其应用

原作者：方彬,王凤兰

出处：(哈尔滨工业大学能源学院,黑龙江哈尔滨150001)

【关键词】换热器,应用

【论文摘要】镍基钎焊热管换热器的特点及其应用

1热管及热管换热器
热管主要是由管壳与管内的工作介质所组成,首先要求这两种物质,必须是化学相容的,即不起化学反应,不得生成新的物质,这主要是由工作介质的性能指标保证。热管的工作介质一般要有十余项要求,其中化学相容是首要的性能,除此之外,热管的工作介质还必须具有安全方面的性能指标,即必须是无毒,不易燃和不易爆等的要求,这些都是热管工作寿命和安全的指标。

另外,目前热管在传热性能方面的指标是够高的,对增能热管来说那就更高了。单管热管的传导速率是很高的,金属和非金属的导热速率取决于材料的导热系数、温度梯度、正交于温度梯度的截面积,以金属银为例,其值在415Ｗ/ｍ2·Ｋ左右,“水钢热管”是银的几百倍到上千倍,而增能热管又是“水钢热管”的7倍左右。对单管热管要有这样高的传导速率,管壳外部结构设计很重要,即必须有足够的对流换热的流速和足够大的扩展面积,即有极高的传热系数,否则足够高的传导速率是很难实现的。具体来说是取决于管外的加热段与冷却段的热冷流体相对管外翅片的流速的大小和翅片表面积的大小,所以一般热管管外都采用翅化表面,即管外都采用翅片管形式,而且尽量采用大的翅化比来设计热管。热管换热器是上述所说的热管组成的,所以它也具有工作寿命长和传热量大的特点。

2热管换热器的工作环境
由于热管换热器与常规换热器相比较具有以下主要特点:(1)传热系数高;(2)传热量大或体积小,重量轻,结构紧凑;(3)热管的等温性好;(4)不易腐蚀,不易积灰和结垢;(5)可折卸、安装和更换维护方便;(6)每支热管在热管换热器中都是一个独立的小换热器,所以一两支热管坏了不影响整体热管换热器,更不会影响与热管换热器有关的系统。这一点对现场运行来说特别重要。

由于热管换热器具有上述特点,在实践中应用非常广泛,用于石油、化工、天然气、冶金、电力和小氮肥厂等领域进行余热回收和热量转换。在上述领域中热管换热器工作的环境条件一般是很差的,如积灰、结垢、热阻大、影响传热;磨损大影响热管的工作寿命,接触热阻大影响传热,高温腐蚀和低温腐蚀影响热管工作安全和寿命等。如热管换热器不能适应条件差一些的工作环境,它的工作、安全和寿命都得不到保证,那对热管换热器是极大的浪费。制造热管及其换热器,要消耗大量的材料、设备、工时和能源等,如热管换热器的工作寿命减少了一倍,那么材料、工时、能源和成本等就要增加一倍,这就是极大的浪费。如果工作寿命增加一倍,上述各项均节省了一倍,那才是真正的高效节能产品。经过长时间工作实践和调查研究和实用的例子说明,能够在上述环境中长时间工作的热管换热器,只有镍基钎焊热管换热器。

3镍基钎焊热管换热器
能够加工镍基钎焊热管的镍基钎焊设备,是加工热管硬件中的硬件。镍基钎焊热管换热器是许多只镍基钎热管组成的热交换器,它的性能和特点,均取决于镍基钎焊热管,其管壳一般是碳钢管,管外为碳钢翅片,一般为螺旋绕片翅片,然后通过镍基钎焊设备高温烧结而成,具有很高的热传导速率和很高的工作寿命。

4镍基钎焊热管及其特点
对热管基管和外翅片进行镍基钎焊后:(1)基管和翅片的焊着率为100%;(2)焊接部位平滑;(3)焊接中无残渣;(4)该翅片管的热阻小;接触热阻为0,明显小于高频焊和铜合金焊翅片管的热阻;(5)其传热能力比高频焊翅片管高20%左右,与整体轧钢的翅片管相当。镍基钎焊管是用特种设备和工艺,将镍铬合金均匀喷涂于碳钢表面,经在保护气氛中使合金溶化,并渗入碳钢基体0.013～0.024ｍｍ,在基体表面沉积为0.025ｍｍ左右,总体形成厚度为0.05ｍｍ左右的镍铬合金层,其主要特点:(1)合金的渗入层均匀、光亮、致密;(2)与镀层、涂层有根本的区别,不存在起皮或脱落的可能;(3)表面硬度是普通钢管的4倍左右;(4)耐高温和低温露点腐蚀;(5)耐冲刷和磨损、不易积灰和结垢;(6)能在含酸碱、盐等腐蚀气氛环境中长期工作;(7)价格远远低于不锈钢管一般低于不锈钢管1/4左右。根据上述有关的特点,还可以提高对流换热的速度来提高传热系数,从而进一步提高换热能力或者减小结构尺寸。

5镍基纤焊的特种设备和工艺的应用
镍基钎焊设备及其工艺不仅适用于镍基钎焊热管,同样可以适用于钢和铜合金翅片管、不锈钢翅片管以及各种形式碳钢翅片管的钎焊,也适用于波纹管,以及特殊场合应用钢管等的镍基钎焊,渗入到碳钢基体和在基体表面沉积层以及总体形成厚度等,均能达到镍基钎焊热管的诸项特点。