國家重點推廣的低碳技術(shù)目錄——多孔表面高通量管高效換熱技術(shù)

技術(shù)名稱：多孔表面高通量管高效換熱技術(shù)

技術(shù)類別：減碳技術(shù)

所屬領(lǐng)域及適用范圍：石油化工行業(yè) 石油、化工行業(yè)的低品位熱利用

該技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)化情況：

在石油化工行業(yè)，重沸器、蒸汽發(fā)生器等沸騰工況換熱器的換熱管通常為光管，普遍存在換熱效率低下的問題。裝置大型化是我國石油化工行業(yè)未來的發(fā)展趨勢，但因效率低造成的換熱器體積大、數(shù)量多等問題尤為突出，不利于低品位熱利用。用多孔表面高通量管替代光管，使換熱器具有所需傳熱溫差小、換熱效率高等優(yōu)點，能夠加強對更低品位的余熱進(jìn)行利用，并有效減少換熱器的數(shù)量和體積，提高壓縮機(jī)的效率。目前，多孔表面高通量管換熱器已在百萬噸乙烯、60萬噸/年甲醇制烯烴，以及50萬噸/年煤制乙二醇等大型化工裝置上成功應(yīng)用，并取得良好節(jié)能效果。

主要技術(shù)指標(biāo)：

①沸騰傳熱系數(shù)為光管的3~8倍；

②沸騰溫差為光管的1/4~1/7；

③多孔層厚度0.2~0.4 mm；

④多孔層孔隙率20%~70%；

⑥多孔層孔徑50~150 μm。

技術(shù)原理

該技術(shù)是一種用于提高沸騰換熱效率的強化換熱技術(shù)，通過在普通換熱管表面制造一層金屬多孔層， 達(dá)到強化沸騰傳熱的目的。金屬多孔層能提供大量的泡核中心，可使傳熱維持在高效率的泡核沸騰狀態(tài)，使沸騰換熱系數(shù)達(dá)到光管的3~8倍，從而有效減少換熱器的體積和數(shù)量；同時，表面的多孔使介質(zhì)容易形成大直徑氣泡，可降低達(dá)到沸騰所需的過熱度，減小傳熱溫差，從而可以利用更低品位的余熱，提高壓縮機(jī)效率，實現(xiàn)節(jié)能減碳。

關(guān)鍵技術(shù)

（1）強化傳熱結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)

針對不同低品位熱利用的差異化需求，根據(jù)介質(zhì)特性和溫差條件進(jìn)行強化傳熱設(shè)計，設(shè)計適宜的多孔表面高通量管外形，并設(shè)計與之相匹配的換熱器結(jié)構(gòu)。

（2）多孔層金屬粉末配方技術(shù)

根據(jù)傳熱強化要求，篩選適宜的多孔層金屬粉末配方，調(diào)節(jié)制成工藝達(dá)到合適的孔徑和孔隙率范圍，使多孔層的工藝參數(shù)既能滿足強化傳熱要求，也能滿足結(jié)合強度要求。

（3）多孔層和基層的燒結(jié)工藝技術(shù)

采用優(yōu)選的燒結(jié)溫度及工藝，使金屬顆粒間以及金屬顆粒與基管之間達(dá)到微冶金結(jié)合狀態(tài)，并且實現(xiàn)制造出的金屬多孔層厚度均勻、與基層結(jié)合牢固。

工藝流程

多孔層微觀結(jié)果及沸騰強化傳熱原理示意圖