熱管換熱器的核心元件是熱管， 它獨(dú)特的傳熱特性引起了人們的極大興趣。但在工業(yè)應(yīng)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(duì)這些問題進(jìn)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(duì)策

　　管殼材料與工質(zhì)的化學(xué)相容性問題， 如鋼—水熱管中存在著化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)， 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(duì)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(hù)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(shí)碳鋼管內(nèi)表面會(huì)生成致密而均勻的Ｆｅ３Ｏ４ 氧化層。

２． 碳鋼管材的化學(xué)液鈍化。該方法采用氧化性化學(xué)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(shí)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(xué)鈍化聯(lián)合使用， 緩蝕劑可以對(duì)破壞的局部鈍化膜起到修補(bǔ)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(shí)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(shí)滲透出去。

５． 氧化除氫法。根據(jù)化學(xué)理論， 標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行氧化還原反應(yīng)， 只是反應(yīng)的溫度和速度不同。２０ 世紀(jì)９０ 年代初氧化除氫技術(shù)就開始了推廣應(yīng)用， 反應(yīng)溫度一般在 １５０℃以上， 工業(yè)應(yīng)用受到一定限制。

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

由于化學(xué)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(chǎng)地、設(shè)備投資較大， 因此， 較好的熱管延壽方法應(yīng)為化學(xué)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(duì)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(dòng)阻力，降低換熱表面溫度， 造成低溫露點(diǎn)腐蝕很多。余熱回收設(shè)備由于積灰嚴(yán)重不能正常運(yùn)行， 甚至被迫停用。因此對(duì)積灰問題應(yīng)給予高度重視。防止和減少積灰的對(duì)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(qiáng)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(diǎn)是極易積灰結(jié)垢。對(duì)于高粉塵流體即使翅片間距取到１２～２０ｍｍ， 在某些情況下也會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重積灰， 因此對(duì)于高含塵流體目前趨向于選擇以下兩種結(jié)構(gòu)：

（１） 軸對(duì)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(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù)， 它影響換熱設(shè)備的傳熱、流動(dòng)阻力、磨損及自清灰能力等。目前熱管換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)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(dòng)力黏度、導(dǎo)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(jì)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(jìn)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(xué)清灰劑清灰。

４． 吹掃和用機(jī)械方法清除管束表面積灰。

三、熱管的露點(diǎn)腐蝕及對(duì)策

當(dāng)熱管換熱器在低溫?zé)煔庵惺褂脮r(shí)， 常遇到低溫露點(diǎn)腐蝕問題。有時(shí)即使在正常的排煙溫度下，在煙氣出口側(cè) （在沒有前置預(yù)熱器的情況下） 最后幾排熱管也存在低溫露點(diǎn)腐蝕。解決露點(diǎn)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(diǎn)溫度合理確定排煙溫度， 一般排煙溫度應(yīng)高于露點(diǎn)溫度 ２０～３０℃， 冬季排煙溫度應(yīng)適當(dāng)提高。

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

３． 對(duì)空氣風(fēng)道進(jìn)行旁路設(shè)計(jì)， 當(dāng)煙氣溫度和環(huán)境溫度較低時(shí)， 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(jìn)行調(diào)壁溫防低溫腐蝕設(shè)計(jì)。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。