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1．熱管及熱管換熱器
熱管主要是由管殼與管內的工作介質所組成,首先要求這兩種物質,必須是化學相容的,即不起化學反應,不得生成新的物質,這主要是由工作介質的性能指標保證。熱管的工作介質一般要有十余項要求,其中化學相容是首要的性能,除此之外,熱管的工作介質還必須具有安全方面的性能指標,即必須是無毒,不易燃和不易爆等的要求,這些都是熱管工作壽命和安全的指標。
另外,目前熱管在傳熱性能方面的指標是夠高的,對增能熱管來說那就更高了。單管熱管的傳導速率是很高的,金屬和非金屬的導熱速率取決于材料的導熱系數、溫度梯度、正交于溫度梯度的截面積,以金屬銀為例,其值在415Ｗ/ｍ2?Ｋ左右,“水鋼熱管”是銀的幾百倍到上千倍,而增能熱管又是“水鋼熱管”的7倍左右。對單管熱管要有這樣高的傳導速率,管殼外部結構設計很重要,即必須有足夠的對流換熱的流速和足夠大的擴展面積,即有極高的傳熱系數,否則足夠高的傳導速率是很難實現的。具體來說是取決于管外的加熱段與冷卻段的熱冷流體相對管外翅片的流速的大小和翅片表面積的大小,所以一般熱管管外都采用翅化表面,即管外都采用翅片管形式,而且盡量采用大的翅化比來設計熱管。熱管換熱器是上述所說的熱管組成的,所以它也具有工作壽命長和傳熱量大的特點。
2．熱管換熱器的工作環境
由于熱管換熱器與常規換熱器相比較具有以下主要特點:(1)傳熱系數高;(2)傳熱量大或體積小,重量輕,結構緊湊;(3)熱管的等溫性好;(4)不易腐蝕,不易積灰和結垢;(5)可折卸、安裝和更換維護方便;(6)每支熱管在熱管換熱器中都是一個獨立的小換熱器,所以一兩支熱管壞了不影響整體熱管換熱器,更不會影響與熱管換熱器有關的系統。這一點對現場運行來說特別重要。
由于熱管換熱器具有上述特點,在實踐中應用非常廣泛,用于石油、化工、天然氣、冶金、電力和小氮肥廠等領域進行余熱回收和熱量轉換。在上述領域中熱管換熱器工作的環境條件一般是很差的,如積灰、結垢、熱阻大、影響傳熱;磨損大影響熱管的工作壽命,接觸熱阻大影響傳熱,高溫腐蝕和低溫腐蝕影響熱管工作安全和壽命等。如熱管換熱器不能適應條件差一些的工作環境,它的工作、安全和壽命都得不到保證,那對熱管換熱器是極大的浪費。制造熱管及其換熱器,要消耗大量的材料、設備、工時和能源等,如熱管換熱器的工作壽命減少了一倍,那么材料、工時、能源和成本等就要增加一倍,這就是極大的浪費。如果工作壽命增加一倍,上述各項均節省了一倍,那才是真正的高效節能產品。經過長時間工作實踐和調查研究和實用的例子說明,能夠在上述環境中長時間工作的熱管換熱器,只有鎳基釬焊熱管換熱器。
3．鎳基釬焊熱管換熱器
能夠加工鎳基釬焊熱管的鎳基釬焊設備,是加工熱管硬件中的硬件。鎳基釬焊熱管換熱器是許多只鎳基釬熱管組成的熱交換器,它的性能和特點,均取決于鎳基釬焊熱管,其管殼一般是碳鋼管,管外為碳鋼翅片,一般為螺旋繞片翅片,然后通過鎳基釬焊設備高溫燒結而成,具有很高的熱傳導速率和很高的工作壽命。
4．鎳基釬焊熱管及其特點
對熱管基管和外翅片進行鎳基釬焊后:(1)基管和翅片的焊著率為100%;(2)焊接部位平滑;(3)焊接中無殘渣;(4)該翅片管的熱阻小;接觸熱阻為0,明顯小于高頻焊和銅合金焊翅片管的熱阻;(5)其傳熱能力比高頻焊翅片管高20%左右,與整體軋鋼的翅片管相當。鎳基釬焊管是用特種設備和工藝,將鎳鉻合金均勻噴涂于碳鋼表面,經在保護氣氛中使合金溶化,并滲入碳鋼基體0.013～0.024ｍｍ,在基體表面沉積為0.025ｍｍ左右,總體形成厚度為0.05ｍｍ左右的鎳鉻合金層,其主要特點:(1)合金的滲入層均勻、光亮、致密;(2)與鍍層、涂層有根本的區別,不存在起皮或脫落的可能;(3)表面硬度是普通鋼管的4倍左右;(4)耐高溫和低溫露 點腐蝕;(5)耐沖刷和磨損、不易積灰和結垢;(6)能在含酸堿、鹽等腐蝕氣氛環境中長期工作;(7)價格遠遠低于不銹鋼管一般低于不銹鋼管1/4左右。根據上述有關的特點,還可以提高對流換熱的速度來提高傳熱系數,從而進一步提高換熱能力或者減小結構尺寸。
5．鎳基纖焊的特種設備和工藝的應用
鎳基釬焊設備及其工藝不僅適用于鎳基釬焊熱管,同樣可以適用于鋼和銅合金翅片管、不銹鋼翅片管以及各種形式碳鋼翅片管的釬焊,也適用于波紋管,以及特殊場合應用鋼管等的鎳基釬焊,滲入到碳鋼基體和在基體表面沉積層以及總體形成厚度等,均能達到鎳基釬焊熱管的諸項特點。
