熱管換熱器的核心元件是熱管， 它獨特的傳熱特性引起了人們的極大興趣。但在工業(yè)應用中仍然存在一些問題， 極大地限制了熱管技術(shù)的使用和發(fā)展。因此， 有必要對這些問題進行研究探索， 以找到合理的解決辦法。

　　 一、熱管的相容性問題及對策

　　管殼材料與工質(zhì)的化學相容性問題， 如鋼—水熱管中存在著化學反應和電化學反應， 這是一種不可避免的金屬腐蝕過程， 只能抑制或延緩而不可能消除， 目前采取的主要對策如下。

　?。保?碳鋼管材的高溫蒸汽表面鈍化。采用該辦法的目的是使管壁凈化且生成致密的蘭色 Ｆｅ３Ｏ４ 鈍化層， 這是一種穩(wěn)定性極好的保護膜。具體做法是將凈化后的碳鋼管加熱至 ５００～６００℃后， 沖以水蒸氣使表面鈍化， 此時碳鋼管內(nèi)表面會生成致密而均勻的Ｆｅ３Ｏ４ 氧化層。

２． 碳鋼管材的化學液鈍化。該方法采用氧化性化學試劑使管壁生成 Ｆｅ３Ｏ４ 鈍化層。目前鈍化液配方主要采用重鉻酸鉀。具體做法是將酸洗凈化后的碳鋼管放入鈍化槽內(nèi)， 在一定溫度下浸泡一定的時間， 讓管壁內(nèi)生成一層致密的 Ｆｅ３Ｏ４ 氧化膜。

３． 工質(zhì)內(nèi)添加緩蝕劑。在工質(zhì)中添加緩蝕劑是為了使管壁表面產(chǎn)生更為均勻與致密的 Ｆｅ３Ｏ４ 鈍化層。緩蝕劑一般與化學鈍化聯(lián)合使用， 緩蝕劑可以對破壞的局部鈍化膜起到修補的作用。緩蝕劑品種很多， 一般采用陽極型緩蝕劑， 其管壁緩蝕效果較好， 具體做法是在工質(zhì)內(nèi)添加 １％～３％的重鉻酸鉀。

４． 排放法和滲透法。排放法是在熱管冷凝端部裝上排氣閥， 必要時打開閥將積累的氫氣排放出去； 滲透法則是在熱管冷凝端部裝上鈀管， 讓所產(chǎn)生的氫氣隨時滲透出去。

５． 氧化除氫法。根據(jù)化學理論， 標準電極電位為正值元素的氧化物都可被氫還原出來。常見的銅、鎳、鋅、鈷等元素的氧化物都能與氫進行氧化還原反應， 只是反應的溫度和速度不同。２０ 世紀９０ 年代初氧化除氫技術(shù)就開始了推廣應用， 反應溫度一般在 １５０℃以上， 工業(yè)應用受到一定限制。

目前， 一種新型高效復合配方的氧化除氫技術(shù)已研制成功并進行了工業(yè)應用， 在常溫下就可快速進行除氫反應。這一技術(shù)的推廣應用， 將極大提高熱管的使用壽命。

由于化學鈍化膜不穩(wěn)定， 排放法和滲透法不易操作， 高溫蒸汽鈍化所需場地、設(shè)備投資較大， 因此， 較好的熱管延壽方法應為化學鈍化、緩蝕劑及氧化除氫技術(shù)的配合使用。

二、熱管的積灰問題及對策

在熱管余熱回收設(shè)備中， 熱管積灰是普遍存在的問題， 積灰增加了受熱面熱阻， 降低設(shè)備的傳熱能力。積灰減少流體的通道面積， 增加流動阻力，降低換熱表面溫度， 造成低溫露點腐蝕很多。余熱回收設(shè)備由于積灰嚴重不能正常運行， 甚至被迫停用。因此對積灰問題應給予高度重視。防止和減少積灰的對策如下。

１． 根據(jù)流體含塵的狀況， 合理選擇換熱設(shè)備及其傳熱元件的結(jié)構(gòu)形式， 主要是合理選擇熱管外翅片結(jié)構(gòu)。

氣相換熱的熱管換熱器， 管外均采用加肋強化傳熱， 翅片形式多選用穿片或螺旋型纏繞片， 這些翅片的結(jié)構(gòu)緊湊， 肋化比高， 效果明顯， 缺點是極易積灰結(jié)垢。對于高粉塵流體即使翅片間距取到１２～２０ｍｍ， 在某些情況下也會出現(xiàn)嚴重積灰， 因此對于高含塵流體目前趨向于選擇以下兩種結(jié)構(gòu)：

（１） 軸對稱單列縱向直肋翅片；

（２） 釘頭管。釘頭管作為換熱設(shè)備的傳熱元件一般多用于黏結(jié)性積灰部位， 如用于以高含硫油為燃料的常減壓加熱爐， 使用多年一直無積灰堵塞現(xiàn)象。

換熱設(shè)備內(nèi)流體的速度是一個重要的設(shè)計參數(shù)， 它影響換熱設(shè)備的傳熱、流動阻力、磨損及自清灰能力等。目前熱管換熱設(shè)備的設(shè)計多采用等質(zhì)量流速法， 這種方法的不足就是隨著設(shè)備內(nèi)溫度的下降， 出口處的密度、動力黏度、導熱系數(shù)有明顯變化， 從而引起出口處流體的速度大幅下降。其結(jié)果是換熱系數(shù)和自清灰能力下降， 造成換熱設(shè)備積灰。

解決該問題可采用變截面設(shè)計法， 以等體積流速法代替等質(zhì)量流速法。如要維持體積流速不變，只有改變換熱面積來抵消密度的變化， 隨著煙氣溫度的降低， 將換熱設(shè)備的流通面積減小， 以保證進出口具有相同的自清灰能力。

２． 改變換熱設(shè)備內(nèi)流體的流速， 以減少或清除積灰。

３． 采用化學清灰劑清灰。

４． 吹掃和用機械方法清除管束表面積灰。

三、熱管的露點腐蝕及對策

當熱管換熱器在低溫煙氣中使用時， 常遇到低溫露點腐蝕問題。有時即使在正常的排煙溫度下，在煙氣出口側(cè) （在沒有前置預熱器的情況下） 最后幾排熱管也存在低溫露點腐蝕。解決露點腐蝕問題可以從以下幾方面入手。

１． 控制排煙溫度。根據(jù)煙氣的露點溫度合理確定排煙溫度， 一般排煙溫度應高于露點溫度 ２０～３０℃， 冬季排煙溫度應適當提高。

２． 增設(shè)前置預熱器， 提高空氣入預熱器的溫度， 可有效防止露點腐蝕。

３． 對空氣風道進行旁路設(shè)計， 當煙氣溫度和環(huán)境溫度較低時， 可將部分換熱后空氣混合到冷空氣中， 以提高空氣的入口溫度。

４． 進行調(diào)壁溫防低溫腐蝕設(shè)計。通過調(diào)節(jié)冷熱端的結(jié)構(gòu)參數(shù)， 提高熱管換熱器的最低壁溫， 防止低溫腐蝕。