[科普中国]-热管热交换器

热管热交换器是由一根根独立的靠工质流体在一端沸腾、另一端冷凝来传递热量的封闭管子组成的热交换器。

概述科技名词定义中文名称：热管热交换器 英文名称：heat pipe exchanger

应用学科：船舶工程（一级学科）；船舶机械（二级学科）

热管及由其而构成的热管热交换器作为一种新型的高效热交换器，其应用已从20世纪60年代末用于宇航的热控制，扩展到近期的电子工业（如计算机CPU的散热）、余热回收（如热管余热锅炉）、新能源（如热管式太阳能集热器）、化学工程（如合成氨中回收余热、控制固定床催化反应器的化学反应温度，以提高合成氨的效率等）、石油化工（如热管热解炉）及核电工程（如事故情况下的安全壳体保护）等方面，且收到了显著的效果。热管不仅可用于散热，还可以用于热开关、热控制等，以下是三个应用事例：

1，晶体管散热

2，热管空气预热器

3，超音速热管机械

热管是一种具有高导热性能的传热组件，它通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。缺点是抗氧化、耐高温性能较差。此缺点可以通过在前部安装一套陶瓷换热器来予以解决，陶瓷换热器较好地解决了耐高温、耐腐蚀的难题。

由热管组成的热管热交换器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小、有利于控制露点腐蚀等优点。目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械等行业中，作为废热回收和工艺过程中热能利用的节能设备，取得了显著的经济效益。

按照热流体和冷流体的状态，热管热交换器可分为：气—气式、气-汽式、气—液式、液—液式、液—气式。按照热管热交换器的结构形式可分为：整体式、分离式和组合式。

热管通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。缺点是抗氧化、耐高温性能较差。此缺点可以通过在前部安装一套陶瓷换热器来予以解决，陶瓷换热器较好地解决了耐高温、耐腐蚀的难题。

以热管为传热元件的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小、有利于控制露点腐蚀等优点。目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械等行业中，作为废热回收和工艺过程中热能利用的节能设备，取得了显著的经济效益。

热管原理热管内蒸发段工质受热后将沸腾或蒸发，吸收外部热源热量，产生汽化潜热，由液体变为蒸汽，产生的蒸汽在管内一定压差的作用下，流到冷凝段，蒸汽遇冷壁面及外部冷源，凝结成液体，同时放出汽化潜热，并通过管壁传给外部冷源，冷凝液靠重力(或吸液芯)作用下回流到蒸发段再次蒸发。如此往复，实现对外部冷热两种介质的热量传递与交换。1

特点1、热管热交换器可以通过换热器的中隔板使冷热流体完全分开，在运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时基本不影响换热器运行。热管热交换器用于易然、易爆、腐蚀性强的流体换热场合具有很高的可靠性。

2、热管热交换器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现冷、热流体的逆流换热。冷热流体均在管外流动，由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数，用于品位较低的热能回收场合非常经济。

3、对于含尘量较高的流体，热管热交换器可以通过结构的变化、扩展受热面等形式解决换热器的磨损和堵灰问题。

4、热管热交换器用于带有腐蚀性的烟气余热回收时，可以通过调整蒸发段、冷凝段的传热面积来调整热管管壁温度，使热管尽可能避开最大的腐蚀区域。

工业用途化学工业1、硫酸系统热管热交换器回收焚烧炉出口高温SOx气体的余热、在转化工段回收高温气体的余热，产生热水或蒸汽供系统使用。

2、 医药、日化工业热管热交换器可用于回收药气或废气的余热，生产清洁热风，干燥物料。

3、 利用可变热导热管可对反应床层进行恒温控制的同时，取出或输入反应热。

4、 大型化肥厂合成对流段盘管；中、小型氮肥厂造气工程、变换工段，利用热管式蒸发器回收工艺气余热产生蒸汽供合成氨系统使用，变换工段一、二水加热器。

5、 甲醇转化炉对流段盘管。

6、 苯酐装置热容器。

电力工业利用热管热交换器可作为各种锅炉的尾部受热面。如热管式空气预热器可替代传统的回转式空气预热器和列管式空气预热器，提高受热面壁温，避免露点腐蚀，提高炉膛进风温度和炉膛含氧量，减少漏风，延长锅炉运行周期。

1、工业锅炉尾部的热管空气预热器．热管式省煤器或翅片管省煤器。

2、电站锅炉尾部的热管空气预热器可分下列几种用途：

（1）在原低温段空气预热器的空气入口前设置一热管式空气预热器，进一步降低锅炉排烟温度，减少排烟热损，提高锅炉效率；

（2）整个低温段空气预热器均为热管式结构；

（3）用锅炉排放的热烟气加热脱硫后的冷烟气，即电站脱硫的GGH。

3、燃气锅炉对流段后部。

石油化工1、 炼油厂的常压炉、减压炉、常减压二合一炉、加氢炉．减粘炉、重整炉等，利用热管式空气预热器回收出炉烟气的余热加热空气，以提高加热炉的送风温度。

2 炼油厂催化装置再生烟气和各种内、外取热器的余热回收，可产生中压蒸汽并用于动力系统。

3、乙烯裂解炉对流段盘管、炼油厂加热炉对流段盘管。

冶金工业

1、炼铁厂用高炉烟气来预热空气、煤气的单预热或双预热整体式或分离式热管热交换器，回收热风炉烟气余热，节约煤气，提高热风炉的升温速度、炉顶温度和送风温度 降低炼铁焦比，节约焦炭。

2、利用热管式蒸汽发生器或翅片管式蒸汽发生器回收电炉、转炉高温烟气及各种带冷机和环冷机所输送的烧结矿的显热，产生蒸汽。

建材建筑对于水泥、陶瓷等建材行业，利用换热器回收窑炉烟气的余热，产生热风或热水。如热管式热风炉或热管．列管组合式热风炉，可产生500℃以下的热风，干燥清洁物料。建筑业热管式空气预热器可用于室外的新鲜空气和室内的浑浊空气之间的热交换；在集中空调制冷机组中，利用热管热交换器口收废气余热产生低压蒸汽供空调制冷机组使用。

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学