摘要:热管技术在经历了雏形阶段、商业化阶段、推广应用阶段,已成为一种重要的节能技术手段。通过对一种新型热管技术进行初步性能测试,验证了远超普通铜管的传热性能,并通过对新型热管在废热锅炉.上的设计应用，验证了新型热管可以有效地减少余热利用设备换热面积,减小设备体积的结论,初步探索了该技术在化工生产中应用的可行性。
关键词:能源;余热;热管
能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础,随着我国社会经济的高速发展,能源已成为制约国民经济持续发展的重要因素,石油和化学工业节能工作面临着严峻的挑战。因此，不断进行节能减排技术的研究,是石化化工行业面临的重要课题。在能源的大环境下,研究余热、余压等能量的回收利用,并通过此种方式来减缓能源消耗的速度,是换热器、热管、热泵、蓄热器、余热锅炉、余热发电等技术和产品不断被开发、被应用、被更新的重要推动力。本文主要通过对--种新型热管进行实验研究,探索其在石化行业余热回收中的应用,以此来提高行业节能水平。
1新型热管性能测试
1.1新旧热管对比
普通换热器列管采用管内外介质传热来实现热能的利用。常用热管主要是依靠管内介质相变来传递气化潜热。新型热管是将多种无机材料密闭在管状或片状夹层的空隙中,制作形成具有极强导热特.性的元件，其传热原理是当无机导热介质均匀受热后,利用了分子间的摩擦、震荡,有效地将热能迅速激发并成波状快速传递。
1.2初步试验
为评价新型热管的传热性能，设计了初步实验方案,进行定性研究。方案如下:①直接测量温度试验。用电炉将浴锅中水加热至一定温度,且保持不变。用两个小电阻分别与热管两端捆绑,然后将其与计算机相连,最后将热管一端放入恒温水中，查看实时温升趋势,并记录稳定后热管两端的温度值和环境温度。将测量结果填入表格。②不同材质传热性能对比试验。用相同尺寸的冰箱用制冷铜管,重复试验,对比不同材料的传热速度和效果。③热管放置方式测试试验。改变热超导管放置方向,竖直、倾斜及倒置,分别重复试验。
1.3新型热管与冰箱用制冷铜管结果对比
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图1和图2中虚线代表近水端(热源)温度，实线代表远水端(传导)温度。从图中可以看出,相同的热源温度，超导热管远水端温升速度比制冷铜管快得多。将稳定后的温度填入表1中，并计算出热管两端温差,可以看出，在热源温度58.2 C时,超导热管最终温度可达到48.1°C，而制冷铜管温度只有28.2摄氏度。
结果表明:该新型热管具有较快的传热速度和较低的热损,表明该热管具有较高的传热效率，因此可以初步确定,运用该热管技术在制作设备时,可以有效地提高传热效果,减小设备体积,从而提高现场设备改造的可行性。
1.4新型热管不同放置方式结果对比
将连好小电阻的超导热管倒置，插入恒温水中，测试其温升曲线,结果见图3。从图3中可以看出，倒置后,超导热管传热效果不受影响,温差同样为10摄氏度左右,此时虚线代表近水端温度，实线代表远水端温度。
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试验结果表明,此新型热管材料热性能远高于冰箱制冷铜管,且不同的放置方式对超导热管传热性能影响不大,因此可以初步确定,用该热管制作设备时，可以不必要求设备的安装方式。
2应用实例
公司造气废热锅炉为传统废热锅炉，换热管内工质是由水和少量有机混合物组成的,由于这些介质的内压、工作温区及介质相容性等存在一系列问题,使这种常规热管的应用效果逐渐减弱。根据运行情况来看,造气废热锅炉存在明显的缺陷和不足，半水煤气出口温度通常情况下都维持在170°C左右(设计温度在140摄氏度左右)。170摄氏度的半水煤气需要经洗气塔冷却，这部分高位热能被释放到大气中，导致高位热能的极大浪费,造成系统运行成本的增加。通过对能量进行核算,为将水煤气出口温度降到150摄氏度,普通废热锅炉换热面积需达到900m2,设备体积较大，且为了达到降温效果需要采用螺旋翅片结构，大大地增加了设备内部集灰的程度。为此,公司决定采用新型热管进行废热锅炉改造。新设计的余热回收系统主要设备有热超导元件、筒体、半水煤气侧箱体组成。新设计的废热锅炉采用分体式结构,热管与锅筒采用内外焊接;改螺旋翅片结构为轴向翅片结构，保证半水煤气通道畅通的同时,减少设备积灰;新设计废热锅炉的换热面积为455 m2。
3运行效果
新型废热锅炉运行数据见表3。
从表3数据可以看出，3台造气炉运行时,制气量为20950 Nm3/h(干基),半水煤气进出口温差为63摄氏度,副产蒸汽量模拟计算值为935.9 kg/h。通过观察半水煤气出口温度可以发现,三台造气炉运行时,半水煤气出口温度一般维持在150摄氏度左右,说明新型废热锅炉455m2的换热面积实现了传统废热锅炉899m2换热面积的运行效果,充分证明了超导热管的高效传热性能。
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结论
在石化化工行业,换热器、余热锅炉等设备是广泛应用的节能设备,然而节能的同时,也占据了生产现场极大的空间。通过本文实验研究可知,由于新型热管具有远超普通材料的传热性能,因此可以预见，未来通过对新型热管的应用,可以极大地减少换热、余热利用等设备对空间的占用,为化工生产现场创造更加合理的生产条件。
参考文献
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