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3. 9.1分离式热管换热器的原理和优点

日期：2022-01-07 09:09:43点击：409

3. 9.1分离式热管换热器的原理和优点
分离式热管换热器是单管型热管换热器的发展。在单管型热管换热器中，蒸发段和凝结段是一支热管的两个部分，换热器是由若干支单管构成的。而分离式热管换热器则不同，其蒸发段和凝结段不再由单独的热管元件组成，而是分离成两个部分，组成了两个换热器:蒸发器和冷凝器。蒸发器在下部，凝结器在上部，中间用蒸汽通道（上升管）和凝液回流通道（下降管）相连。蒸发器内部因沸腾而产生的蒸汽，通过上升管，流动到上部的冷凝器凝结，凝结液通过下降管回流到蒸发器。这样，依靠内部介质的连续相变，完成了热量的连续转移。其工作原理如图3.9. 1所示。

如图3. 9. 1所示，蒸发器和冷凝器都是分别由若干组管束组成。在冷凝器中，蒸汽和凝液同时向下流动，为了方便不凝气的排出，单独在冷凝器的侧面分出一支气体分离管，上面安装排气阀，可定期向外排气。
上升管中的蒸汽流动阻力

和下降管中的凝液流动阻力Apl都需要依靠液面差H 所产生的压头来克服。而系统中最大可能的液位差反皿应大于〃，换热器才能正常工作，当流动阻力以液位的高度表示时，应满足下列关系：

分离式热管换热器的优点是：
（1）分离式热管换热器由两个相对独立的部分组成，每部分可方便地安装在需要吸热和放热的管道上，这样就避免了对管道系统做大的改动。在大功率的余热回收系统中，冷热流体的流量很大，管道直径大，很难弯曲和引出，应用分离型换热器就显得特别方便，
(2) 因为分离型由两个基本上独立的换热器组成，因而每个换热器的传热面积都可以根据需要而改变，管束尺寸、管子规格、排列方式等都可独立选择。
(3) 因为冷热两流体被完全隔离，两流体不会发生互相泄漏和互相掺混的情况，避免了易燃易爆流体在换热过程中可能发生的安全事故。
(4) 可以在现场进行管内介质的灌注和排气工艺,在运行过程中，产生的不凝结气体容易排掉，若发现热管性能下降,可在现场进行维护。
(5) 可远距离传输热量，蒸发器和冷凝器可以相距几十米,仍能正常工作。
(6) 从一种热流体获得的热量，可用来加热两种不同的冷流体，反之，从两种热流体获得的热量，可用来加热一种冷流体：
(7) 在同一个换热器中，可以同时实现顺流和逆流。如图3.9.1(b)所示。图中，高温流体的入口管束与低温流体的入口管束相连接，构成冷热流体的顺流换热,而其他仍可保留逆流形式换热。这种独特的排列方式可以降低高温流体入口管束的管内蒸汽温度，使管内介质处于允许的温度和压力之下,也可以升高低温流体人口管束的管内温度，以避免温度过低的不利影响。
此外,为了使分离式热管换热器能正常运行,需要满足并保证下列条件：
(1) 保证运行压差。热管内的介质不是依靠外界动力驱动，而是依靠内部介质的液位差驱动。液位差是指冷凝器中的液位与蒸发器中的液位之差。为此，冷凝器应位于蒸发器之上,且保持一定的高度差，该高度差应满足式(3.9. 1)所示的技术要求。
(2) 保持管内介质处于一定的压力范围下。当冷热流体的流量或温度偏离设计值, 或发生激烈波动时，管内介质的温度和压力会随之发生激烈波动，从而影响设备的安全运行。为此，需要设置自动监测、报警、控制系统和旁通管道系统。
(3) 需要防止管内不凝气体的产生和积聚。当设备因故停机时，管内会处于真空状态，空气会自动漏入,在开机运行时，须自动排气并补充介质。
(4) 在余热回收的应用中，一般以水作为管内的工作介质，为了防止空气的渗漏，应保证管内一直在正压状态下运行。

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