热管技术

2024-07-15

热管技术（共10篇）

热管技术篇1

1 低温热管简介

热管是一种高效导热元件, 它依靠传热工质在一个高真空的封闭壳体内不断循环相变传递热量, 其导热能力是一般金属的几百倍。按传热工质回流方式, 热管可分为标准热管和重力热管。按工作温度范围, 热管可分为高温 (>500℃) 、中温 (300~500℃) 、常温 (0~300℃) 和低温 (-40~60℃) 热管。

通风空调的应用热能为低位热能, 所使用的热管多为重力式的低温热管。壳体管材一般采用铝、低碳钢、铝合金、不锈钢。管内传热工质通常都采用氨, 其工作温度范围在-60~+100℃之间, 非常适用于低温热管。若传热工质采用R22, 也可以采用铜材料做管壳。

国外在通风空调工程中应用热管装置已较为普通。美国、俄国、日本等都有比较成熟的经验。美国休斯公司曾将热管与板翘式等四种热换器在压降、传热系数、辅助动力、维修等七个方面加以比较, 结果是热管得分最高。

我国实用于通风空调工程的低温热管, 是由国家机械工业委员会设计研究院自1984年开始研制的。经过反复实验完善, 于1987年8有正式通过国家机械委与北京市科委组织的鉴定, 其热回收效率可达到美国Q-DOT公司与日本昭和铝株式会社的同期同类产品的水平。

应用工程实际的低温热管目前标定的最大风量为110000m3/h。其冬季可以回收热能、夏季可以回收冷量, 特别适用于高换气次数的车间通风系统、不允许回风的直流式空调系统, 以及为大量产湿的场所如水上乐园、游泳馆、啤酒厂灌装间等处专门设置的通风空调系统。

2 低温热管技术在能量回收中的应用

高质量的低温热管, 其节能效果是十分显著的。我们把其作为一次加热元件, 设计的第一套除湿热回收通风系统, 运行了多年, 仍然正常。为了解决啤酒灌装间湿度过大经常结露发霉的难题, 我们采用了低温热管技术, 除温热回收。

下面的焓一湿图, 显示了该系统的送风排风状态的变化。

t1--室外新风温度[℃]

t2--室外新风经热管换热后的温度[℃]

t3--室内排风温度[℃]

t4--室内排风经热管换热后的温度[℃]

t5--新风两次加热后的送风温度[℃]

由图可见, 室内排风经热管换热后, 温度由t3降至t4, 并放出部分潜热, 与此同时, 室外新风则由t1升至t2。排风中的“热”被回收了。冬季室外新风的含湿量本已极少, 经二次加热 (等湿加热) , 送入室内, 大量吸湿后再排出。如此循环, 从而降低了室内的湿度。

为了准确地掌握低温热管技术应用于直流式通风空调工程中的实际效果。我们邀请哈尔滨工业大学“暖通实验中心”一起对该系统参照国家行业标准《空调通风用空气-空气热回收装型式与基本参数》中有关规定要求, 进行了测定。

测定地点:某啤酒厂灌装间

测定方法:在空调系统的送 (新) 风、排风干管上, 用毕托管、倾斜微压计测定计算风量, 调节阀门使新风量与排风量质量流量相等。空气干、湿球温度均采用铜--:铜热电偶及UJ33a电位差计测量。测点在风道断面上均匀布置。选定系统工作稳定且被测空气温、湿度稳定一小时后为实测起点。每间隔20分钟测量一次, 取4次测量值的算术平均值为测量结果。

测定结果:

2.1 新风排风风量

新风量:LX=30110 m3/h

排风量:LP=28240 m3/h

新风量与排风量之间相差百分比为:

可以认为, 新风量与排风量的质量流量相等Gx=Gp。流量比为1:1.

2.2 空气状态

2.2.1 新风侧

热管换热器入口干球温度:tx1=-5.33℃

热管换热器出口干球温度:tx2=12.45℃

蒸汽加热器出口干球温度:tx3=49.46℃

2.2.2 排风侧

热管换热器入口干球温度:tp1=24.30℃

热管换热器入口干球温度:tps1=17.20℃

蒸汽加热器入口相对湿度:φp1=49%

热管换热器入口焓值:Ip1=11.575kcal/kg

热管换热器入口含湿量:dp1=10.2g/kg干空气

热管换热器出口干球湿度:tp2=11.53℃

热管换热器出口干球湿度:tps2=10.50℃

热管换热器出口相对湿度:φp2=89%

热管换热器出口焓值:Ip2=7.27kcal/kg

热管换热器出口含湿量:dp2=7.4g/kg干空气

2.3 热管换热器热交换量

新风得热量QX=GX·CP (tx2-tx1) =33120×0.24 (12.45+5.33) =141330 kcal/h=164.3k W

排风放热量QP=GP (IP1-IP2) =33580 (11.575-7.271) =144530 kcal/h=168.1k W

测量误差:

2.4 低温热管换热器的热交换效率

2.5 热管换热器的空气阻力

新风侧PX=13.2mm H2O

排风侧PP=12.8 mm H2O

2.6 热管换热器除湿量 (排风侧)

2.7 新风经二次加热器后得热量

上面的实测结果表明, 设计采用的低温热管的工作性能良好。其在进、排风质量流量相同, 迎面风速为2.5m/S时, 换热效率达到60%, 空气阻力13.0mm H2O, 完全符合国家有关标准的要求。新风经热管获得排风中的余热, 温度由-5.33℃, 提高到12.45℃, 温升近18℃, 从而大大地减少了二次回热量。仅此一项, 据用户估算, 年节约0.4Mpa的蒸汽最低在870吨以上, 折合节煤量150吨以上。仅仅一年多的时间即全部收回投资。其节能效益是十分可观的。

参考文献

[1]《采暖通风与空气调节设计规范》 (GB50019-2003) 北京:中国计划出版社.

[2]《采暖通风设计手册》北京:中国建筑工业出版社.

热管技术篇2

本文以电弧炉炼钢过程烟气余热的回收利用及烟气净化除尘为主线，以热管蒸发器为换热元件，合理控制烟气流速，解决高温烟尘的沉降和蒸发器热管灰堵以及烟气温度波动大的难题，完成了50t电弧炉烟气余热回收净化系统设计与施工。对电弧炉炼钢过程中所产生的高温烟气直接进行余热回收，满足电弧炉炼钢过程中VD真空处理对蒸汽的需求，实现了高温烟气余热回收利用和环境净化，为国内电弧炉节能降耗和清洁生产进行了有益的探索。

进入21世纪后，由于废钢资源的限制，我国电弧炉开始普遍使用铁水装热技术，这是中国在特定情况下的资源利用。对于电弧炉炼钢而言，铁水提供了大量的物理热和化学热，减少了装料次数，改善了电弧燃烧条件，特别是避免了.废钢中残余金属元素带来的污染，是电弧炉炼钢高效、节能的首选条件。然而使用铁水后，电弧炉排放烟气温度增加，最高温度可达1400℃，随烟气显热带走的热量占总投入热量的13%—20%，所以回收电弧炉烟气余热是现阶段电弧炉高效低耗生产的必由之路。

一、50t电弧炉概况

1、电弧炉工艺参数

50t电弧炉主要工艺技术参数见表1

2、电弧炉的烟气特点

1）间歇性、波动性

电弧炉在冶炼过程中，排放出的烟气流量、温度、含尘量在不断地变化，呈现周期性波动，氧化期的烟气温度最高，流量最大，含尘量最多，在出钢期的烟气温度最低，力量最小，含尘量也最小。

2）烟气中粉尘浓度大，粒径小

电弧炉在冶炼过程中，排放出的烟气中粉尘浓度大、粒径小，属于微细尘。烟尘含量一般在8—15g/m3（标态），最大达到30

g/m3（标态）；烟尘粒度小，粒径分布在0—30μm范围内，吸附力大。电弧炉烟尘化学成分见表2.3电弧炉能量平衡

50t电弧炉爱配加30%铁水冶炼时的能量平衡表如图1所示

由图1可知，在50t电弧炉的能量平衡中，高温烟气带走的热量一般约占电弧炉总热量的11%，冶炼强度增加，单位时间内高温烟气带走的热量增加。实现电弧炉余热回收利用，对节能降耗和清洁生产具有重要意义。

4电弧炉烟气系统概况

为了利用电弧炉烟气热能，很多企业将高温烟气用来加热废钢，其中典型的案例便是Consteel电路Fuchs竖炉。但是在烟气加热废钢的过程中，烟尘中对炼钢有害的元素（如Zn、Sn、Pb等元素）产生富集，对冶炼的产品质量有不利影响，同事在废钢预热的过程中有毒物质二噁英的形成会对环境造成污染。鉴于对以上问题的考虑，此电弧炉选择在炉盖第四孔回路上新增一套余热回收装置，经余热回收后的低温烟气在进入单独的一套除尘器进行净化，余热回收装置生产饱和蒸汽，用以满足VD真空炉生产。改造后的系统示意图如图2所示。

二、烟气余热回收系统设计

1、余热回收系统工艺流程

余热回收系统工艺流程如图3所示，电弧炉产生的1200℃左右的高温烟气，经过炉盖第四孔静茹移动烟道，在进入燃烧沉降室，CO等可燃物进一步燃烧，同时大颗粒得以沉降，通过调整燃烧沉降室出口混风阀将烟气出口温度控制在800℃以内，在经过高温烟道进入热管蒸汽发生器进行热量回收，热交换后的温度降到160℃左右进入除尘器净化，热管蒸汽发生器生产的饱和蒸汽通过分气缸供生产和生活实用。

2、余热回收系统设备组成1）移动烟道

移动烟道两端分别连接炉盖第四孔和燃烧沉降室，移动烟道要满足炉盖旋入或旋出时不与第四孔弯烟道发生干涉，并且还要满足在吸入高温烟气的同时，也要吸入足量的外界空气，供后部沉降室内蓄积的CO的二次燃烧，故设计为活动烟道，其结构如图4所示。

2）燃烧沉降室

沉降室主要作用有两个，一是从电弧炉内排出的大颗粒粉尘有足够的时间沉降，避免大颗粒烟尘进入后部设备，以防导致设备堵塞或损坏；二是烟气中未燃烧的CO在沉降室内可继续燃烧，防止CO进入后续工艺设备，导致安全事故发生，燃烧需要的氧气从第四孔烟道和移动烟道连接处混入空气中得到。

沉降过程中共受到三个力的作用，重力、浮力和烟气对颗粒的曳力。重力和浮力之差是使烟尘发生沉降的动力，曳力则是阻碍烟尘发生沉降的力。为保证烟气中大颗粒粉尘的沉降效果，沉降室烟气的进、出口设置在顶部。沉降室外形轮廓如图5所示。

3）高温烟道

高温烟道是指连接沉降室与热管蒸汽发生器之间的管路，为避免热量散失，从沉降室出口至热管蒸汽发生器入口管道均采用内保温形式，内保温分两层，分别为耐磨层和隔热层。

4）热管蒸汽发生器

为适应电弧炉炼钢烟气的特点，要求余热锅炉必须具有启动速度快、负荷适应能力强、连续无故障运行时间长、单向传热强度大等特点，故选用热管蒸汽发生器。

（1）热管蒸汽发生器的原理

热管蒸汽发生器由若干根热管元件组成，工作原理如图6所示，热管的受热段置于高温烟道内，高温烟气横掠热管受热段，热管元件的放热段因插在汽—水系统内，则使该系统的受热及循环完全与热源分离而独立存在于高温烟道之外，不受高温烟气的直接冲刷。高温烟气的热量由热管传给水套管内的饱和水使其汽化，所产生的蒸汽经蒸汽上升管到达汽包，经过汽水分离后再经主汽阀输出。这样，热管不断将热量输入水套管，通过外部汽—水管道的上升及下降完成基本的汽—水循环，达到将高温烟气降温并转化为蒸汽的目的。

（2）蒸发器的空间布置

蒸发器在空间上采取垂直布置，设备安装紧凑，占地面积小，高温烟气自上而下，温度逐渐降低，经过冲击波震动后，灰尘自上而下靠重力即可散落在最下方，容易清理积灰，整个热交换过程温度均匀，交换充分。蒸汽发生器空间布置如图7所示。

（3）蒸发器设备的基本特点

.采用热管作为传热元件，整个汽—水系统的受热及循环完全与热流体隔离二独立在热流体烟道外，使本系统有别于一般的余热锅炉。

.设备中热管元件间相互独立，热流体与蒸汽发生区双重隔离互不影响，即使单根或数根热管损坏，也不会影响系统正常运行，同时水、汽也不会因热管的破损而进入热流体。

.实际时通过调节热管两端的传热面积可有效调节和控制壁温，防止低温酸露点腐蚀。

.操作简单、维修方便、工作可靠，整个系统的热量输送过程不需要任何外界动力，故障率低，效率高。

（4）热管蒸汽发生器设计参数

热管蒸汽发生器设计参数见表3，设备外形尺寸见表4.5）冲击波清灰装置

电弧炉冶炼时的烟气量大，灰尘多，带有电荷，易吸附，热管容易堵塞，因此解决在线热管清灰问题是保证余热系统正常运行的关键。现场运行中发现，声波清灰对蒸发器壳体损伤太大，蒸汽清灰也是会造成热管板结堵塞，实践证明两种清灰方式在本系统中均不可行，最终选用冲击波清灰，满足了热管在线清灰的需求，保证了余热系统的安全稳定运行。

6）蓄热器

蒸汽蓄热技术是将间断供汽变为连续、稳定的汽源以利用用户使用。蓄热器是利用高压与低压时饱和水的焓差使水闪蒸，放出蒸汽。初期使用时充入除氧水，当高压蒸汽过量时，蒸汽通过内部充热装置喷人水中，并迅速凝结放热，使蓄热器内水位和压力升高，直至压力与蒸汽压力相等，完成冲热过程。这是蓄热器内的水是高压下的饱和水；当低压蒸汽用量大于锅炉产气量时，与蓄热器汽空间相连的低压管道压力下降，蓄热器中的饱和水成为过热水，将自行沸腾放热，水位下降，产生低压蒸汽供给设备，完成放热过程。

为保证余热回收系统产生稳定流量的蒸汽，该方案配套两台150m3的蓄热器，设计充水系数85%，入口蒸汽压力1.6MPa，出口蒸汽压力1.0MPa。实践证明系统自产蒸汽足以满足生产生活需要。

3系统控制方案（略）

三、结论

1电弧炉余热回收利用系统工程的实施实现了余热回收和环境治理的双赢，是电弧炉炼钢企业节能能源、降低能耗和实现清洁生产的有效途径。

2系统自产蒸汽量平均15t/h左右，折合吨钢产汽量约为200kg/t，能够满足VD正空处理的蒸汽需求。燃油锅炉的停运，每年可减少的燃油消耗费用2256万元，经济效益可观。

3冲击波在线清灰系统成功应用于电弧炉余热系统中，有效的保证了系统的畅通，防止了翅片板结积灰，4风机变频器技术成功应用于电弧炉余热回收系统之中，通过风机频率与沉降室出口温度的连锁，完成温度自动控制，实现热量回收最大化。

一种新型平板式微热管的提出篇3

【摘要】在电子元件高速发展的时代，各行行业对电子元件体积的要求越来越小，所以直接导致了元件单位面积的发热量急剧增加，尤其是在一些高热流密集元件中，良好的散热问题是关系着电子器件设计成功与否的标志。目前市场上最常见的是以强制空气作为冷却方式的微处理器散热技术，但他处理最佳效果也就维持在60%左右，笔者就针对当前散热市场发展现状，结合自己的实际工作，提出一种新型平板式微热管并对其进行了结构设计，选用铜丝作为吸液芯结构，封闭壳体材料选用铜，乙醇作为工作液体，以其达到良好的工作效率。

【关键词】铜丝；散热；新型平板式微热管；沟槽结构

小型制冷设备中使用的冷凝器主要有风冷式冷凝器和水冷式冷凝器两种，主要部件有电机（压缩机、风机等用）、操作开关、电磁接触器、连锁继电器、过电流继电器、热动过电流继电器、温度调节器、湿度调节器、温度开关（除霜、防止结冻等用）。压缩机曲轴箱加热器，断水继电器，电脑板及其它部件组成。在传统的应用热管散热之中热管大多为长条圆柱型，使得与平面类电子元件间换热面积不如平板式微热管的效果好。

1、新型平板式微热管

本文所设计的新型平板式热管，它包括封闭壳体、吸液芯、隔板以及液体工质。封闭壳体包括下板、侧板和上板。壳体的内部空腔被抽成真空，并灌注一定量的液体工质。吸液芯结构由铜丝分别与下板、隔板和铜丝形成锋利的尖角区代替，锋利的尖角区能够为液体工质回流提供较大的毛细力。平板式微热管的散热平面有代沟槽的上盖板所代替，增大了散热面积，使平板热管的散热特性增强，提高散热效率。隔板结构的应用使得气、液态工质的流通通道是分开的，这样就可以避免气、液工质在气液界面上产生摩擦力。

2、新型平板式微热管课题的设计

影响微热管传热性能的因素有很多，但主要因素有如下五点。本文将针对如下五点对新型平板式微热管进行设计：

1）热管的工作温度；2）热管管壳材料的选择；3）管内具体液体的确定；4）管内吸液芯框架构建；5）热管散热平面的设计。

2.1管材及热管工作温度的选择

管壳材料的选择要考虑的因素是相容性、强度和刚度要求，还要考虑经济性和材料的来源。常用的工质有乙醇和水，他们的工作温度和相容材料如表1所示。而工作温度指的是工作情况下热管内部的工作液体饱和蒸汽的实时温度。

表 1 热管温度及壳体材料[1～3]

工质工作温度/℃相容壳体材料

乙醇0～130铜、不锈钢

水30～250铜、碳钢（内壁经化学处理）

因新型平板式热管应用于电子元件的散热，故工作温度选择在0～100℃。笔者结合工作实际，在总结了前期工作经验的基础上，选择了以铜作为热管的壳体材料。由于铜的导热系数为385W/m/℃，属于热的良导体，加上紫铜还有耐腐蚀，质地又相对比较柔软，所以加工和裁减都比较方便。

2.2热管工质的选择

热管作为一种高效的换热元件，具有结构紧凑、体积小、换热器进出口压降低及无需消耗辅助动力等优点，所以，工质的各种物理性质对于热管的工作特性有着至关重要的影响。一般良好的工质具有如下特性：

1）在热管的工作温度范围内有适当的饱和蒸汽压；2）汽化潜热能高；3）浸润性能好；4）管壳材料与管芯能够长期相容；5）其他因素（包括环保、毒性、经济性等）。

热管工质一般情况下都会选择有乙醇和水，乙醇饱和蒸汽压比较适合，加上他有着较好的综合物理特性，同时还能与铜丝结构的吸液芯以及铜材料的壳体都有着较好的相容性，所以我们通常都会选择乙醇作为微热管的工作液体。

2.3热管吸液芯的选择

吸液芯的选择是一个复杂的问题，以为热管具有多种多样的吸液芯结构，选择时需要考虑能提供的渗透率、导热热阻、最大毛细力等。表2所示为几种吸液芯的比较。

表 2 几种常见吸液芯的比较

类型＼参数温度范围有效毛细半径渗透率热阻可靠性成本工艺性工质充装量

多层网高、中、低小小小中低好少

烧结粉末中、低小小中高中好少

轴向槽道高、中、低大中中高低好中

槽道+网高、中小中中中中中中

基于以上对比，并考虑到上述影响因素本文采用铜丝作为吸液芯结构。

2.4热管散热平面的设计

对于增大散热平面的设计，本课题采用增大单位微热管体积的散热面积的办法。具体办法是在微热管的散热平面上制造出相互平行且等腰的沟槽。根据几何原理加工后的散热面面积是加工前的1/sinθ倍，有如下公式：

式中：

S（1） ——加工后散热平面面积；

S（0） ——加工前散热平面面积；

θ————沟槽顶角的1/2倍。（θ值取决于平板式微热管的用途、所在环境等具体因素）

2.5新型平板式微热管的设计

本文提出的一种以铜丝作为吸液芯结构和沟槽代替散热平面的微型平板式热管，热管整体分由四部分组成，分别为：下板、銅丝、隔板及上面带沟槽的上板。通过板式压制与焊接方法将这四部分结合在一起。避免了整体精加工，简化了制作工艺，降低了制造成本。

3、新型平板式微热管制造工艺

新型平板式微热管由封闭壳体、吸液芯、隔板以及液体工质组成。在设计的过程中已经对壳体、吸液芯和隔板的材料进行了合理的选择，现在便可以开始制作。制作过程包括以下工艺操作：

（1）机械加工——（2）清洗——（3）管芯制作——（4）清洗——（5）焊接——（6）检漏——（7）除气——（8）检漏——（9）充装——（10）封接——（11）烘烤——（12）检验

实际制造的时候往往比上述工艺操作繁琐，有的甚至达到上百道的工序。这里只简单介绍一些必须工序。

4、结论

本文提出了一种新型平板式微热管，并实现了散热面积在原单位面积上增大数倍的沟槽设计，沟槽的设计代替平面散热，增大换热面积，提高换热效率。一种以铜丝为吸液芯结构的平板式微型热管。对于这种新型的热管具有以下优点：由铜丝形成的槽道尖角区锐利，可以提供较大的毛细力；气、液态工质流通通道是分开的，这样就可以完全避免汽液界面产生摩擦力；铜丝可以排列以形成较多的槽道。

参考文献

[1]张天阳，热管设计研究与工程应用[J].科技与企业，2013

[2]杨光欢.热管及热管换热器[J].黑龙江信息周报，2014

热管技术篇4

1 热管及热管技术概述

常用的热管是一个抽成真空的封闭系统,主要包括管壳、管芯、工作液体三个部分,其中管壳部分通常由碳钢、铜、不锈钢等金属制成的能够承受一定压力的全封闭结构,管芯紧贴在管壁内,由毛细多孔结构材料制成,工作液体一般包括水、氨、甲醇、丙酮等,是热管工作传递热量的工作介质,一般呈气态和液态两种工作状态。可根据热管的传热状况将其分为蒸发、冷凝、绝热三个工作段,蒸发段受热后,管芯里的工作液体受热蒸发,并带走热量,流向冷凝段,凝结成液体,液体再沿着毛细多孔材料流回蒸发段,如此反复成为一个闭合循环将热量从一端传到另一端,而热管在传递热量的过程中,绝热段不但给热管内流动的液体提供了流动的通道,还能完整隔离了蒸发段和冷凝段,确保热管内的热量不向外界散失,使热量得到有效地传递。热管技术充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质,通过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外,有着超越任何现有金属的导热能力,其传热效率可高达80%以上,且热管的管壁温度具有可调节性,能实现低温余热回收,有效防止露点腐蚀,确保设备的长期运行。此外,以热管为传热单元的热管换热器的冷、热段结构及位置分布较为灵活,实现了汇源分离,具有适应性强、安全可靠、阻力小等优势,在热能工程中极具推行意义。热能工程中广泛推行的热管技术主要包括:均温技术、汇源分隔技术、交变热流密度、热控制技术、单向导热技术、旋流传热技术、微型热管技术、高温热管技术等。

2 热能工程中如何推行热管技术

2.1 在工业余热回收中推行热管技术

工业生产中,需要大量应用到工业锅炉、加热炉、窑炉等,由于其排烟温度在200℃-500℃之间,使得排烟余热得不到充分地利用,造成能源及资源的严重浪费,在工业余热回收中推行热管技术,发展热管式换热器,能有效避免常规形式的换热器由于体积庞大、结构复杂、传热温压小、阻力大、换热流程长、腐蚀性高、运行费用高等因素而产生的余热回收应用弊端。工业余热回收中应用热管技术,主要用于三种形式的热管式换热器,分别是:热管式余热锅炉、热管式空气预热器和热管式省煤器。其中热管式余热锅炉又可称为热管蒸汽发生器,属于气-液型热管式换热器,其热管冷外侧表面通过的液体是由进入的给水产生蒸汽,蒸汽压力可达到12MPa,进入余热锅炉的烟气温度可高达1000℃。热管式余热锅炉的结构紧凑、体积较小,其重量仅为普通烟管式余热锅炉的1/3—1/5,外形尺寸也仅为普通烟管式余热锅炉的1/2—1/3,不仅如此,热管式余热锅炉较之普通的烟管式余热锅炉更为安全可靠,即便是热管元件发生破损,也不会影响到蒸汽系统的循环,烟气的压力损失较小,风机的电耗也很低,性能更为优良。热管式空气预热器主要是利用排烟余热,对进入炉子的阻燃空气进行预热,不但能提高燃料的利用率,节省燃料,还能有效减轻工业燃烧对环境产生的污染。热管式省煤器则利用烟气的热量为工业锅炉预热锅炉给水或给工业窑炉提供生活用热水。热管式换热器结构简单、经济紧凑,热回收率高且阻力小,具有优良的性能,能够满足余热回收的要求。

2.2 在电站锅炉中推行热管技术

在电站锅炉中推行热管技术,热管以相变传热的方式进行热交换,其换热效率很高。热管两侧都参与和气体的热交换,两侧都加了翅片以增大传热面积强化传热,可显著增加空气量供应,使工业炉工作稳定,燃烧得较为充分,提供回收余热效果,减轻环境污染。可根据锅炉情况采用分离式热管,利用热管工质的蒸发及凝结传递热量,降低锅炉的排烟温度,提高锅炉的工作效率,强化热管装置的传热措施,通过调整高温烟气侧的受热面积从而提高管壁的温度,使管壁不易被腐蚀,腐蚀减轻了,与之紧密相连的堵灰也随之得以减轻。在电站锅炉中使用的热管换热器装置中,其侧面采用了鳍片结构,大大减轻了装置的磨损度,而一旦热管装置有磨损穿孔的现象,也只是鳍片结构中的单根失效,不会影响到其他热管的工作,热管装置的运行稳定可靠。此外,还可以充分利用热管具有极高传热性能的特点及其腾吸热和凝结放热的相变传热机理,将之运用于常压热水锅炉的工作中,使重力式热管元件充分发挥其传递热量的作用,间接地将高温烟气的热量传递给水或汽等锅炉工质。较之普通的常压热水锅炉,热管常压热水锅炉启动速度较快、启动温度较低,传热效率高,热管在吸热及放热时不会产生水垢,不存在腐蚀的现象,支持多种燃料,操作简便,运行安全。

2.3 在其他热能工程中推行热管技术

热管技术以其众多的独特优越性被广泛于热能工程的地面、航天、工业化应用、民用等诸多领域。热管技术中的低温热管能有效解决地面冻土现象引发的铁路路基松懈问题,具体操作时,可将低温热管埋入冻土层,严寒季节当冻土的温度高于空气温度时,热管内形成一个反复循环,将冻土中的热输送到大气中,温暖季节当冻土的温度低于空气温度,热管停止工作,使空气中的热量无法传递至冻土中,保持冻土上部温度高,下部温度低,避免因大气温度升高造成的冻土翻涌现象引发的铁路路基松懈问题。在回收空调排气的热能工程中推行热管技术,充分发挥热管换热器的高效率、隔离性能和热二极管作用等优势,减小室内温度及相对湿度波动,降低通风空调工程的能量消耗,节约能源。此外,还可以在航空航天工业中推行热管技术,平衡航天器正反两侧的温差,避免由于航天器正反两部分的温差过大引发的内部系统故障。

参考文献

[1]陈彦泽,丁信伟,喻建良,周一卉.新型热管技术开发及应用[J].热能动力工程.2004

热管技术篇5

【关键字】空调热回收系统影响因素节能分析

当前在我国经济高速发展的背景下，空调越来与普及，空调系统产生的余热大量浪费使得其总能耗越来越高，所以，预热与废热回收潜力得以充分挖掘与利用是降低空调系统能耗有效途径之一。

一、常见的四种排风热回收设备

（一）转轮式全热交换器

转轮式热交换器主要有转轮和驱动马达、机壳以及控制部分组成。转轮式热交换器的新风和排风分别在两个半部对向通过回转着的转轮转芯部分，以轮芯为能量传替介质，在高温气体中吸收能量并从低温气体中放出，以能量从不同空间之间转换的方式达到调节温度。如果用吸湿材料制作转轮，转轮在回收显热的同时还能起到回收潜热的作用，因此称为全热换热器。

（二）板翅式显热换热器

板翅式热交换器是应用板式换热原理工作的换热器。室内空调排风与新风呈正交叉方式流经板翅式显热换热器，高温天气新风从排风捕获冷量给室内降温；寒冷天气新风从排风中捕获热量给室内增温。

（三）热管式热交换器

热管式热交换器主要由若干个热管组成。热交换器由分别通过热气流和冷气流的两个部分构成。热管由内部充注冷媒的密闭真空金属管组成，一旦热管一端（冷凝端）受热，在外界热量的作用下，管中液体短时间内气化，并在在差压的作用下流向热管的另一端，然后这些气体对外界放出热量并冷凝成液体，然后这些液体再通过管内壁金属网的毛细抽吸力作用返回到热管原端（冷凝端），并再次受热气化，这样的工作过程不断循环，热量就源源不断的从热管的此断传递到彼断。

（四）中间冷媒换热器

这种换热器是冷媒装在排风和新风中间，故称为中间冷媒换热器，其换热过程比较简单：即在新风和排风侧分别装有气液换热器，排风侧的空气将系统中的冷媒加热（或冷却）。这些经过温度干预的冷媒，再在新风侧卸掉热量（或冷量），冷媒在泵的作用下往复循环，不断的将能量在新风侧和排风侧传递。

（五）排风热回收装置性能比较

水环热泵中央空调系统是以双管封闭式循环水系统将建筑物内的水源热泵以及空气源热泵机组并联成一个水环路，以建筑物内部余热为低位热源的热泵系统。水环热泵机组将循环水作为吸热源和排热源，用换向阀来改变制冷剂的流向以实现制热工况和制冷工况的转换。在制热工况下，机组吸收循环水中的热量并送入空调房间，在制冷工况下，水环热泵机组吸收空调房间的热量并送入循环水中。水环热泵空调系统的优点明显，因为其造价和运行费用低，而且系统简单、分区极其灵活，并且不需庞大的制冷机房。水环热泵空调系统的缺点：噪声偏高；机组布点多；装机用电量偏高。

二、影响空调热回收系统的因素

（一）风管漏风的影响

漏风普遍存在于空调系统中，主要是因为所有的风管在一定程度上都会漏风，在普通空调系统中，风管的漏风对能量消耗有着巨大影响，特别在一些较大的空调系统中，例如夏季空调供风时，供风管内正压，风管密封性较差的话，导致处理好的冷风向外渗透，这部分冷风通常不经过热回收装置和空调房间，而是直接排到室外而浪费掉携带的冷量。如果回风管是负压，就会导致风管内有热风渗入，这样会不但会增加冷水机组的负荷而且使得降温效果不佳。

而且风管的漏风会导致风机的能耗增加，因为风管漏风的过程中，系统为维持风量的稳定会自动增大风机的转动频率而导致能耗增大。另外由于漏出或者渗入的风所带的能量不但不能得到利用，而且会这些风属于有害的“垃圾风”，增加了空调系统的能耗。

（二）回风量的影响

除了一些对空气质量有特殊要求的空调系统（如医院有感染病菌的空调系统，无尘实验室空调系统等），出于节能需要的考虑，一般的空调系统都采用一次会风的形式。这样的空调系统中经常会同时存在热回收和回风的循环利用，这是为了系统的节能而采取的措施。实际上，热回收对回风的利用是没有直接影响，但回风很大程度上影响热回收，并且对整个空调系统热回收效率的影响特别明显。

（三）建筑维护结构的密封性的影响

据某节能杂志报导，目前建筑物的热损失中，墙体屋顶等建筑结构热传导导致的热损失比较大，占整体热损失的50%～60%；门窗缝隙空气对流导致的热损失也不小，占整体热损失的20%～30%。因此在建筑节能中必须要重视建筑结构的保温隔热并对其采取措施，还要加强对门窗的气密性的改造。

通过建筑物结构传导和门窗缝隙渗透的热损失无法回收利用，这部分损失能量不但加大了空调系统的能耗，降低了空调热回收系统的效率，而且对大自然造成了热污染（地球气温增加），因此对建筑结构的设计、材料、门窗等性能对空调系统的效率和能耗都至关重要。

三、热管换热器在空调热回收中的应用

热管在空调系统的热回收中是个绕不过去的话题，也一直是暖通空调行业研究的课题，由于空调热回收系统中的热管具有很高的传热系数，因此空调热回收系统中热管的利用前景很好，近年来对此研究有很大进展。

（一）热管在直流系统中的应用

产生有害物质不能采用循环风的空调系统称之为直流系统，由于不能循环利用带有能量的风，因此这种空调系统将随排风排掉大量的能量。这种系统采用热管换热器既能使进风和排风之间保持独立互不污染，在不适用循环风的情况下回收能量。

（二）分离式热管在空调系统中的应用

由于分离式热管蒸发段和冷凝段分开，使得冷、热侧布置灵活，可根据实际需要设置合适的工作范围，考虑在空调系统冷、热回收中采用分离式热管。

虽然在空调系统中安装空调热回收系统在排风中进行热（冷）量回收，使初始投资增多以及系统复杂化，但能够大量回收能量，缓解电力供应，降低运行费用，经济效益显著。因此，以后在进行空调设计和改造时要高度重视空调热回收系统的应用。

参考文献：

[1]孙志高.空调系统热回收节能分析[EB/OL]. [2012-3-1]. www.xiezuobu.com.

热管技术篇6

在能源日益紧张的今天, 对于现代工业产生的大量余热回收尤为重要。Maria Ljunggren S⌀derman与zeljko Bajza在工业余热回收方面做了大量工作[1,2], 目前, 中国的焦化厂在产能不断增大的同时产生的余热也在不断增大。1座60×104 t/a的焦化厂产生熄焦废水达600 t/d～800 t/d。焦化熄焦废水的温度最高可达90 ℃～100 ℃, 直接排至污水处理工段, 是对热能的极大浪费, 若用分离式热管将其余热提取出来, 可为生活所用。由于焦化废水中含有大量酚等有害物质, 其对金属材料的腐蚀性极强, 这是焦化废水余热难以回收的关键。如果热管蒸发段采用塑钢形式, 虽然塑料换热效果不如金属, 但由于冷凝段还是金属材料, 整体换热效果要比采用塑料热管好。为此, 提出了采用蒸发段为塑钢的分离式热管提取焦化熄焦废水余热的方式。

1 分离式热管的设计

由于熄焦废水温度高且腐蚀性强, 所以分离式热管采用不锈钢材质。蒸发段与冷凝段的构造相同, 采用23根长度L=1 000 mm, 直径d=20 mm, 厚度δ=0.8 mm的钢管, 蒸汽上升管用DN80的钢管。蒸发段外镀δ=2 mm的塑料。蒸汽上升管用保温材料绝热, 浸入焦化废水中的冷凝液下流段部分也外镀2 mm的塑料。分离式热管构造见图1, 蒸发段热管平面布置见图1。

在蒸发段一侧由于热管表面镀有塑料层, 增强了传热热阻, 降低了传热系数, 所以应设法增强传热效果。由于热管的物性一定, 可通过热管的交叉排列, 使热流体流态由层流变为紊流状态, 增强热流与热管之间的传热效果[3]。在流体以1.5 m/s的流速流过蒸发段时, 按照式 (1) 的传热系数准则, 进行热管表面的塑料层与热流体的热交换。

Nuf=0.35Ref0.6Prf0.36 (Prf/Prw) 0.25 (S1/S2) 0.2, (1)

其中, S1/S2=1。

塑料层与流体之间的传热系数为:

h1=Nufλ/d。

分离式热管的蒸发段与冷凝段是分开的。当高温焦化废水通过底部的蒸发段时, 工作介质变为蒸汽。蒸汽聚集到上升管内向上流动, 流至冷凝段后放出热量。冷流体在冷凝段与管壳、散热翅片充分接触时被加热。在冷凝段放出热量后蒸汽变为液体, 在重力作用下回到下流段。整个系统中, 由于蒸汽上升与液体下降形成了一定的密度差, 为整个系统的运行提供了所需要的压力。

其循环运动压头的计算式为式 (2) 。

undefined。 (2)

从式 (2) 中看出, 蒸发段与冷凝段的高差H越大, 压头越大, 系统内部循环压力就越大。在传热效率方面, 有人作过高差与传热能力关系的实验, 得出高差越大, 分离式热管的传热能力越强。在该实验中, 为了便于观察, 高差定为0.5 m。为使蒸发段与热流体能充分进行热交换, 蒸发段热管呈交错布置, 让热流体充分冲刷蒸发段。为使冷凝段与冷流体充分进行热交换, 冷凝段装有散热翅片, 增大冷凝段的换热效率。

充液量是影响分离式热管传热效率的重要因素之一。若充液量过大, 蒸汽可能携带液体进入冷凝段;反之, 若充液量过少, 会造成蒸发段干涸现象。2种情况都会导致传热效率降低。为此, 把环膜烧干点置于蒸发段出口时的充液量, 作为分离式热管的最小充液量。关于充液量可按式 (3) 计算[3]。

充液量:G=G1+G2+G3+G4+G5, (3)

其中:undefined, G2=VvNASLSρv, G3=4qC/7hfgLundefined, G4=ρ1AxLx, G5=取5%。

通过实验测量不同充液量状态下, 分离式热管的冷凝段壁温和传热量 (见图3) [4]。

从图3看出, 在蒸发段热媒温度一定时, 随着充液量的增加, 冷凝段管壁温度会不断升高。充液量在80%～110%之间变化时, 管壁温度上升最快, 传热功率最大, 在此范围内分离式热管的传热效果较好。

2 试验模型的设计[5]

试验中用电加热水箱为整个系统提供热源。分离式热管的蒸发段整体浸入热流体中提取热量, 冷凝段浸入冷流体中把蒸发段提取出来的热量传导至冷流体。在冷流体与热流体前后安装温度表与电磁流量计, 测得流体温度差与流量。通过智能多点温度巡检仪测得冷凝段壁面温度分布情况。实验系统设置见图4。

用电加热器把水箱中的水加热至90 ℃, 系统运行后, 控制流速为1.5 m/s让热流体流经蒸发段, 流经冷凝段冷流体的初始温度在10 ℃左右。测量热流体流经蒸发段前后的温度t1、t2以及蒸发段一侧热流体流量q1, 得出蒸发段一侧的传热量及传热功率。同样测得冷凝段的传热量及传热功率。通过智能多点温度巡检仪测得冷凝段管壁各点的温度。

蒸发段的换热系数用式 (4) 计算[6],

he=3.942×105.06×104Rel, (4)

蒸发段的传热系数为:

K=1/ (1/h1+δ/λ+1/he) , (5)

则蒸发段的热流密度为:

q=k (tf-tb) (6)

冷凝段的换热系数按式 (13) 计算,

hc=0.375 (ζρlρvuv-2hfgλundefined/μllcqc) 1/2 (7)

则冷凝段的换热量一部分为冷凝段管壁与周围流体的传热量:

Q1=S1hc (tb-tf) , (8)

另一部分为散热翅片与周围流体的传热量。将散热翅片简化为一维非稳态导热问题。首先, 只考虑散热翅片与流体的对流换热, 忽略其对流体的辐射换热;其次, 假定散热翅片表面与流体的换热系数为一定值, 不随温度变化而发生变化;最后, 假定翅片周围流体温度相同。

散热翅片厚度非常小, 设为1。翅片的一维非稳态导热方程为式 (9) :

1/a∂T/∂t=1/h (x) ∂/∂x[h (x) ∂T/∂x]-L (x) /h (x) h/k (Tx-Tf) , (9)

当x=0, T=Tb, x=H时,

∂T/∂x=hc/k (T-Tf) 。 (10)

经过关于时间t的拉普拉斯变换, 得到:

undefined

解方程得其通解:

undefined。 (12)

通过边界条件求得散热翅片的导热传递函数f (x) :

Q2=ks∫undefined (f (x) -Tf) dx。 (13)

3 试验结果分析

a) 通过调节热媒温度, 测得冷凝段一侧单根管子传热功率与管壁温度变化 (见图5、图6) 。

从图5、图6中看出: (a) 热媒温度和壁面温度越高, 传热功率越大; (b) 由于焦化废水温度较高, 用分离式热管的传热效率较高; (c) 随着温度升高, 冷凝段传热效率增大, 冷凝段冷媒水得到热量越多, 分离式热管从焦化废水中提取的热量越多。

所以, 在蒸发段充液量一定的情况下, 随着温度的升高, 冷凝段传热功率不断升高。焦化废水的温度随熄焦废水量的变化, 一般在50 ℃～80 ℃之间变化, 甚至更高。所以, 焦化废水温度越高, 分离式热管从中提取的热量越多;

b) 控制流速为1.5 m/s, 水温为10 ℃, 冷流体流经冷凝段时, 可测得冷流体温升随热流体温升的变化情况见图7。

从图7中看出: (a) 蒸发段热媒水温度越高, 冷凝段冷流体被加热后的温度越高; (b) 由于熄焦废水温度较高, 回收热量后的热水温度完全满足厂区生活用水的要求; (c) 通过测量冷凝段冷流体水流量, 冷凝段两侧水温, 计算出分离式热管提取的热量。根据每千克标准煤释放出的热量, 可计算出节省标准煤的质量。

提取热量:

undefined, (14)

折合标准煤:Q2=ks∫undefined (f (x) -Tf) dx, (15)

其中, q为每千克标准煤放出的热量。

经计算, 熄焦废水经余热回收可节省标准煤6.7 t/a。冬季回收的余热还可用于采暖, 这样至少可以节省标准煤2 400 t/a, 减少CO2与SO2的排放, 实现环保节能的目标。

4 结语

通过理论分析与实验测量相结合的方法, 获得了分离式热管的最佳充液量、冷凝段单根管子的传热功率、冷凝段随热媒温度变化关系、冷凝段冷流体温度随着熄焦废水温度变化关系。通过理论分析冷凝段散热翅片的传热量, 得出以下结论:

分离式热管的充液量可控制在80%～110%之间。若用大型分离式热管从熄焦废水中可以提取更多的热量, 满足厂区的生活用热。用分离式热管从熄焦废水中提取热量, 可节省标准煤6.7 t/d。

摘要：叙述了采用分离式热管对焦化厂的废水余热进行回收的研究。通过建立简单实验模型, 分析了对分离式热管的充液量、冷凝段壁面温度、传热功率、传热量等问题, 提出了其在焦化废水余热回收中的可行性。

关键词：分离式热管,焦化废水,余热回收

参考文献

[1]Maria Ljunggren S derman.Recovering energyfrom wastein Sweden-a systems engineering study[J].Conservation and Recycling, 2003, 38 (2) :89-121.

[2]zeljko Bajza, Valerije.Thermal and enzymatic recovering of proteins from untanned leather[J].Waste Waste Manage-ment, 2001, 21 (1) :79-84.

[3]F.R.Steward.Opti mumarrangement and use of heat pumps in recovering waste heat[J].Energy Conversion and Man-agement, 1984, 24 (2) :123-129.

[4]陈岚.分离式热管充液率研究[J].上海:上海理工大学学报, 2003, 25 (3) :285-288.

[5]张于峰, 谢慧, 李德英, 等.碳钢-水热虹吸管传热性能的实验研究[J].天津:天津大学学报, 2006, 39 (2) :224-228.

浅谈热管技术在热能工程中的应用篇7

1 对热管技术的工作原理进行分析

在对热管进行加热时, 热管内就会释放热量, 并且热管内还会有大量蒸汽出现, 蒸汽会带走热管内的热量, 一段时间后, 蒸汽遇冷会变为液态, 在液化的过程当中会释放大量热量, 而管芯的作用就是促使液态物质重新回流到蒸发段。上述的整个过程会形成一个闭合的路线, 蒸汽在管内无线循环, 这样可以保证热量从加热段传到散热段。如果将热管竖直放, 加热段在下层, 冷却段在上层, 这种情况下不需要毛细结构的管芯提供作用力, 液体可以直接依靠重力的作用进行回流, 这样的热管也叫热虹吸管。现如今, 热虹吸管已经在热能工程中被广泛应用。

2 对热管技术的特点进行分析

2.1 热管的适应性较强

由于热管的冷凝结构与加热段的位置情况比较容易控制, 这样可以更好的将热源分离。此外, 热管换热设备的放热部分与受热部分结构设置灵活性较强, 这样得以更好的控制热源的分离距离, 从而符合实际需要。对于热源的分离距离的比较宽泛, 大的距离可以达到一百多厘米, 小的距离只有几十厘米, 这样可以保证冷热液体不泄漏。在温差变化方面, 热管也可以很好的适应, 还可以控制好平衡温差。

2.2 传输热量效率比较高

热管是主要的传热介质, 与一些金属相比, 其传输热量的效率更高。根据相关调查显示, 其传热效率可以达到87%以上。该项数据表明热管对于余热的回收能力更强, 而且其也可以充分利用其他热源。传统的传热装置并不能有效完全回收利用空调系统间的温差, 从而导致损失了大量热量。但热管技术的广泛应用使得这一问题得以很好的解决, 实现了余热的再利用。

3 热管技术在热能工程中的应用

3.1 热管技术在余热回收中的应用

现如今, 热管技术在余热回收中的应用范围愈趋广泛, 这样可以减少能源浪费的情况发生, 最大限度杜绝能源浪费。例如在纺织业中, 热管可以将充分回收的热量送往固定装置中进行热量的循环利用。在进行余热回收的过程中, 热管是被安装在废气出口位置, 其其也可有效实现废气的回收利用, 从而在最大程度上避免了不必要的损失, 实现对能源的节约利用。除此之外, 定型机的负压作用会将新风送入热管的蒸发段, 在吸收一定的热量后, 会被送到热管的新风部位, 之后进入最后阶段——定型机烘箱的散热器, 经过上述阶段后余热回收工作便全部完成。上述余热回收过程较为简单且余热回收的效率比较高, 为纺织业回收了大量余热, 使能量进行循环利用, 无形中节约了成本支出, 减少了资源浪费情况发生。

3.2 热管技术在锅炉方面的应用

热管技术主要利用换热器来进行热量传送, 换热器的工作原理是将热管内的热量蒸发冷凝, 然后进行传热。其特点主要有:第一点, 热管与热管之间工作时独立的, 并且便于热管的更换;第二点, 可以更好的将冷气与热气分离开, 并不会有泄漏情况出现, 不会由于热管一端损坏而影响整体。将热管技术应用在锅炉中, 也就是用热管器取代空气预热器, 这样可以减少腐蚀及堵塞情况发生。热管中烟气一侧的管壁温度比较均匀, 并且对冷热段的控制可以更好的控制热管壁的温度。若在热量传输过程中未能控制好管壁温度, 那么将导致热管外表面干燥。热管换热器可通过设定烟速而起到吹灰的作用, 从而在一定程度上避免了阻塞的发生。此外, 由于热管换热器的本身具有防漏风功能, 因此, 还可以防止漏风情况出现。

4 总结

随着科学技术水平的不断进步, 人们对于能源的利用需求会愈加强烈, 传统能源也在日渐减少。将热管技术应用到热能工程当中不但可以实现热能的循环利用, 而且也可起到节约能源的重要作用。但因技术水平仍存在一定的不完善之处, 因此日后加大对其研究力度、解决热管技术上所存在的问题, 才能促使热管技术得到稳定快速的发展。

摘要：伴随着我国社会的不断发展, 我国科学技术也在不断的进步, 热管技术在热能工程中也得以更好的应用。如今, 人们对热管技术的重视程度越来越高, 并且, 由于热管的导热性能比较好, 自身产生的热量比较大, 其应用也越来越广泛。本文主要对热管技术的特点及原理进行分析, 并在此基础上, 对热管技术在热能工程中的具体应用进行简要阐述。

关键词：热管技术,特点,原理,热能工程

参考文献

[1]杨志光.浅谈热管技术在热能工程中的应用[J].赤子, 2012 (01) :136-139.

[2]高宏伟, 王曳.热管技术在热能程中的应用特点[J].活力, 2012 (10) :22-26.

热管技术篇8

热管是一种新型、高效的传热元件, 其内部是靠工质循环实现热量传递, 它的当量热导率可达金属的103倍~104倍。以热管为传热元件的热管换热器, 在利用热能、回收废热、节约原料、降低成本等方面优势明显, 特别适用于中低温的余热回收[1,2]。

热管的种类很多, 如有普通热管、分离式热管[3,4]、重力式热管 (虹吸管) [5]、平板热管、微型热管、径向热管等, 本文主要研究热管中的分离式热管和重力式热管在煤矿低温废热回收中的应用, 现针对这两种型式做主要分析。

目前, 在煤矿的开采中通风是十分重要的, 矿井里的通风量大且通风温度常年基本维持20℃左右不变, 而且随着深度的增加矿井回风的风温在不断升高。因此矿井回风中蕴含有巨大的低温热能。

本文要研究的正是以矿井回风作为低温热源, 分别利用分离式热管和重力式技术, 将其转变为有用的高温热源, 用于满足井筒防冻等用途。

1 煤矿热能现状分析

1.1 矿井回风废热分析

当地面新鲜风流送入进风井筒以后, 供给工作面新鲜空气的同时也吸收来自沿程围岩散热、机械设备散热、煤体氧化、人员等方面的散热[6], 当风流从回风井排出时, 矿井回风的温度比进风高出许多, 加之矿井回风量大, 因此, 矿井回风中蕴藏着大量的低温热能, 而这部分热能未被利用, 直接排到大气, 会造成热能的极大浪费。

1.2 煤矿用热分析

根据《煤矿安全规程》第一百零二条规定:“进风井口以下的空气温度 (干球温度) 必须在2℃以上”。然而在北方大部分地区的冬季, 新风温度远低于这一要求。为了达到规定, 保证生产工作正常运行, 一般需要对矿井进风进行预热升温。

除上述冬天需要井筒防冻以外, 在夏季条件下, 根据《煤矿安全规程》第一百零二条规定:“生产矿井采掘工作面温度不得超过26℃, 机电设备硐室的温度不得超过30℃。”因此又需采取措施降低井筒温度, 减小热害损失。

1.3 现阶段解决措施分析

在冬季, 传统做法是通过燃煤锅炉提供热源以满足上述要求。这样, 不仅消耗大量煤炭, 而且煤炭燃烧时排放大量污染物极易造成环境污染;在夏季, 井筒降温通常会采取通风降温、控制井下热源方式、机械制冷水降温、人工制冰降温及空气压缩制冷降温等技术降低工作面风流温度[7]。

北京矿大节能科技有限公司采用的热泵技术提取回风中的热量, 通过热泵机组等配套设备将其转移到进风井筒处, 但对于进风井与回风井距离较远的工矿地区或分散通风的矿井来说, 如果将回风输送到新风井附近, 无疑需要铺设较长的运输风道, 不仅增加设备的投资, 而且会使矿区管道更加复杂;同时, 在输送过程中, 必然会存在热能的损失, 使回收效果降低。

2 热管换热器在矿井回风余热中的应用

2.1 分离式热管换热器应用

针对上述问题, 且对于进风井与回风井距离较远的工矿地区而言, 本文提出可利用分离式热管换热器回收矿井回风余热来达到井筒防冻的效果。

2.1.1 应用方案简述

分离式热管换热器系统如图1、图2所示:

1.扩散塔;2.倒流风罩;3.倒流风罩;4.风阀;5.回风风道;6.分离式热管换热器蒸发段;7.排风风道;8.蒸汽上升管;9.蒸汽下降管;10.分离式热管换热器冷凝段;11.新风风道;12.进风风道;13.防爆风机;14.除尘过滤器

冬季运行时, 矿井回风顺着扩散塔1, 引至换热器蒸发段6, 并以一定的风速横向掠过换热器。液池中的工作液体受热蒸发, 蒸汽在压力差的作用下向上顺着蒸汽上升管8流入换热器冷凝段10;蒸汽在冷凝段内凝结, 放出汽化潜热;回风放出汽化潜热后温度降低, 顺着排风风道7排至大气或作为其他方式的热源继续使用;室外的冷空气顺着新风管道11引至换热器冷凝段10, 吸收汽化潜热, 达到预热目的;加热后的空气温度升高到规定温度以上, 沿着进风风道12最终送入井筒内;冷凝后的工作液体在重力的作用下, 顺着下降管9回流到蒸发段的液池当中。只要有加热源, 这一过程就会循环进行。

如图2所示, 冷凝段可以设置多台换热器并联安装, 蒸汽顺着上升管8分流至不同换热器的冷凝段10、10'、10'', 分别冷凝后再沿着下降管统一回流至换热器的蒸发段6。因此可灵活调整冷凝段换热器的面积和摆放位置。

各个换热器冷凝段的下联箱均装有不凝结气体分离管15, 上面装有排气阀16, 定期打开排气阀可将不凝结性气体排出, 保证换热器安全运行。

在春、夏、秋三季不需要井筒防冻的情况下, 关闭风阀4, 矿井回风顺着扩散塔1从直接排风口3处完全排至大气。

2.1.2 方案优势分析

a) 热流空气通过热管的蒸发段管壁和冷凝段管壁直接将热量传给冷流空气, 避免了普通换热器通过第三方换热介质传热所造成的热能损失, 提高换热效率;

b) 由于其蒸发段和冷凝段分开, 可以避免制造很长的输送风道。据文献报道[8], 蒸发段和冷凝段的距离可达上百米乃至数百米, 这一点对于矿上场地拥挤, 或进风井与回风井距离相对较远的工矿地区来说, 具有更大的意义;

c) 与常规的热管换热器相比, 分离式热管的蒸汽在冷凝段中自上而下与液膜同向流动, 可以避免单管式长热管换热器易于出现的携带极限。因此相同换热情况下, 可以选择更小直径的管子做传热管, 保证装置的紧凑性;

d) 冷、热流体完全隔离, 可以大幅度地改变冷凝侧或蒸发侧面积来调整热流密度, 进而调整热管管壁温度, 使其保证在低温流体的露点以上, 从而可防止有腐蚀性气体的露点腐蚀, 保证设备的长期运行;

e) 结构设计和位置布置简单灵活, 可以方便实现顺、逆流的混合分布, 同时可以设置多个冷凝段, 将其并联使用, 对不同环境的冷源分别加热, 可完全适应不同矿区的各种要求。

2.2 重力热管换热器用于矿井回风余热的回收

对于进风井和回风井处在同一个工业场地的矿区, 可利用重力式热管换热器, 在冬季将矿井回风中余热进行回收, 预热进风井筒;同时, 在夏季时经过阀门转换后, 将回风当做冷源使用, 达到冷却进风井筒, 降低热害的效果。

2.2.1 应用方案简述

重力式热管换热器系统如图3、图4所示。

1.回风风道;2.进风风道;3.重力式热管换热器;4.排风风道;5.新风风道;11、12、21、22、41、42、51、52.各风道内阀门

冬季工况下:阀门12、21开启, 11、22关闭;同时, 42、51开启, 41、52关闭。矿井回风顺着回风风道1引至第三主风道03, 并以一定的风速横向掠过换热器的蒸发段。液池中的工作液体受热蒸发, 蒸汽在压力差作用下向上流入热管较冷的冷凝段, 放出汽化潜热;回风放出汽化潜热后温度降低, 沿着第四主风道04进入排风风道4, 最终排至大气或作为其它方式的热源继续使用;室外的冷空气顺着新风管道5到达第二主风道02, 吸收汽化潜热, 达到预热目的;加热后的空气温度升高到规定温度以上, 沿着第一主风道01进入进风风道2, 最终送入井筒内;冷凝后的工作液体在重力的作用下, 回流到蒸发段的液池当中。只要有加热源, 这一过程就会循环进行。

夏季工况下:阀门11、22开启, 12、21关闭;同时, 41、52开启, 42、51关闭。新风温度较高, 蕴含大量低温热能;相反, 回风侧温度较低, 可吸收新风的热量以达到冷却新风的目的。工作原理与冬季相似, 在此不再赘述。

2.2.2 方案优势分析

a) 本方案将矿井回风与井筒进风结合在一起进行热交换, 在冬、夏季分别达到预热和冷却进风井筒效果;

b) 因为冷、热流体不同时流过同一换热器壁面, 所以热管壁面不易损坏, 大大增强了设备运行的可靠性, 可长期连续运行;

c) 流体是在热管外壁横掠换热, 再加上翅片的存在, 因此气流的扰动性加强, 可有效防止积灰;同时热管壁温高, 管外始终呈干燥状态, 不会结膜也不易粘附烟灰等, 所以可有效防止堵塞;

d) 结构设计紧凑占地空间小, 布置简单灵活, 特别是对进风井与回风井位于同一工业场地的中央并列式或区域通风式的矿井来说, 可以减少过长的风道造成的初投资增大和热能的损失。

3 结语

目前热管换热器在煤矿行业余热回收中的应用仍然较少, 主要原因是其生产成本以及技术推广等方面的不足。但是在节能减排的大政策指引下, 寻求更加低碳环保的方法来取代锅炉的运行势在必行。该领域内的各位专家学者应该进一步完善低温热管技术, 降低其成本, 提高其运行可靠性, 拓宽其适用范围, 提高热管换热器与其它型式高效热交换器的竞争力。

摘要：分析了煤矿热能现状及分离式热管和重力式热管在矿井回风余热中的应用, 指出, 以矿井回风作为低温热源, 分别利用分离式和重力式热管技术, 可将其转变为有用的高温热源, 用于满足井筒防冻等用途。

关键词：热管,矿井回风,余热回收,分离式热管换热器,重力式热管换热器,井筒防冻

参考文献

[1]王斌斌, 仇性启.热管及其换热器在烟气余热回收中的应用[J].工业加热, 2006 (5) :37-41.

[2]庄骏, 张红.热管技术及其工程应用[M].北京:化学工业出版社, 2000.

[3]李亭寒, 华诚生.热管设计与应用[M].北京:化学工业出版社, 1987.

[4]唐志伟, 马重芳, 将章焰.小型分离式热管工作温度和传热特性的试验研究[J].工程热物理学报, 2004, 25 (6) :1043-1045.

[5]于涛.重力热管的制造及传热性能测试[D].济南:山东大学, 2008.

[6]杨德源, 杨天鸿.矿井热环境及其控制[M].北京:冶金工业出版社, 2009.

[7]刘河清, 吴超, 王卫军, 等.矿井降温技术研究述评[J].金属矿山, 2005 (6) :43-46.

热管技术篇9

电热管是日常电热器中一种极为常见的发热元件,主要适用于诸如电饭锅、电热水器、电水壶以及电火锅等家用电热电器[1]。电热管质量的好坏以及稳定性对产品的使用期限以及用户的人身财产安全具有直接性影响,为确保电热管的安全性及稳定性,需要采用良好的制造控制工艺及检测技术[2]。

1 基于PLC的电热管制造工艺自动化控制与检测系统的构架

本文构建的基于单片机与PC通信的数据采集控制系统基本架构如图1所示。

如图1所示,被控对象通过传感器的作用,采集到相应的数据,经过电压转换以及模拟/数字转换之后,向单片机发送,单片机端可以根据数据采集的情况以及预先设置的程序,经过继电器向被控制对象进行具体的操作,同时也可以通过电平转换芯片向PC机发送采集到的数据。PC机可以对采集的数据进行存储、处理,也可以根据这些数据来完善控制算法,然后经过电平转换芯片发送控制信号,远程控制被控对象。该系统能够基于电热管制造工艺,将电热管制造过程中的各个步骤中的参数预存,然后根据每一个工艺步骤安装的传感器,将数据实施传递到计算机,计算机根据具体的工序发布操作指令,实现对电热管制造的自动化。

2 电热管制造工艺流程

电热管工艺流程大致为:绕制电阻丝、切割金属管、磁选氧化镁、灌装氧化镁、缩管、退火、弯管、焊接、封口、表面处理、测试以及入库[3]。

具体来讲,在绕制电热丝环节,在具体的操作工艺方面,绕制电热丝的工艺和弹簧的制造工艺之间并没有明显区别。绕制电热丝需要借助专业绕制机,绕制机又有电动式绕制机以及自动式绕制机之分;判断电热丝绕制效果好坏的主要标准就是看排列是否整齐、均匀;按照电热管的设计长度适当的拉伸线圈间距,将引出棒拧入到电热丝中,之后再借助电阻表对电阻值进行测定,以最终的测定结果为主要依据来对拧进的长度作出判定;在切割金属管环节,需要严格依据设计规范将事先备好的管子架到切管机上,并进行调试,之后进行切割,将两边毛刺去掉;之后还要在将金属管外表油脂清除干净之后将其置入到浓度为10%的硝酸溶液中,一边彻底清除金属管内壁及外表的氧化物,经过上述处理程序之后再用清水进行彻底清洗并烘干;氧化镁磁选及加热环节,只有利用磁铁机对氧化镁进行除铁处理之后才能加以利用。在对氧化镁进行灌装之前要将其置入烘干机中进行干燥处理,烘箱的温度要设定在125℃,时间为3小时;灌装,设定电动灌装机的震动频率为每分钟300次,在定位套管中装好螺旋电热丝,并且要用硬胶管将下端引出棒套住,之后将套管拧入发热管中,再对电热丝上部进行固定之后开启电动灌装机,通过灌装机的震动,氧化镁会通过漏斗进入到管中,之后将定位管匀速提起,并在此过程中进行镁粉的灌装,在将镁粉灌装完毕之后将两边用橡皮套塞住,并利用耐压测试仪进行击穿检测,如果检测负荷相关标准便可以进行下一环节的处理;缩管,在专业缩管机中安装电热管,经过缩管处理,可以彻底排清残存的少量空气,促进密度的提升。密度的最佳值为3.5克/cm3,通常都需要进行三到五次的缩管处理,确保镁粉的填充度达到3.0!3.5克/cm3的前提下,利用相应的耐电压仪器加以检测,检测合格便可以进入到下一环节;退火,也就是通常所说的热处理,具体操作就是在将烘箱温度设定为550℃,之后将电热管置入其中进行热处理,经过一定时间的热处理之后可以将残存的内应力彻底消除,不仅如此,还可以对残存水分进行退潮,进而将镁砂中的水分去除掉;弯管,热处理完毕之后,需要立即对电热管进行弯管处理。根据电热管的具体的用途,最终的弯制形状也有所区别,通常情况下,弯管处理工艺主要有专业弯管机以及手工两种。需要提醒的是,要控制好弯曲的半径,最低不能低于管子的四倍,经过弯曲处理之后,需要对管子的外表进行检查,看是否存在裂缝,之后利用每秒钟2000伏的耐压测试仪加以测试,检测合格便可以进入到下一环节;焊接,在进行焊接处理的时候,需要将电热管镁砂端口利用小环套套住,在设定好电流和电压之后再进行点焊,并且要注意动作要快,避免电流杂质混入到镁砂中;封口,通常情况下,环氧树脂材料是封口材料的最佳选择,现在电热管端口诸如已经配置好的树脂材料,等待其干透凝固之后,用704硅胶进行封口处理,通常情况下,在常温环境中704硅胶封口可以自行干燥,同时还能确保达到较好的绝缘效果;最后,对电热管的外表面进行处理,主要目的是避免金属管内部出现腐蚀或氧化现象,一般情况下金属管的外表需要进行镀铬、镀铜或者是镀锌等处理,只有不锈钢材质无需进行上述处理,在对电热管的外表进行相应处理之后,还需要用1800V/3秒的耐压测试仪进行检测。

3 电热管检测技术

以机械行业标准《日用管状电热元件JB/T4088—1999》以及国家标准《家用和类似用途电器安全第一部分:通用要求GB4706.1—2005》中的相关规定为主要依据,严格按照GB2828标准对电热管进行抽样检测检验,具体的检测项目主要有以下五项,分别是电气强度、泄露电流、功率、外观以及标志等,相应的检测指标为:电气强度要达到1250V或者是不击穿;泄露电流要低于0.5m A,功率不得低于10%或者是超出5%,外表不能出现裂纹,并且具备永久性标志。

第一,检测分析,对于电热管而言,所采用的生产工艺和检测技术之间具有极为密切的联系。依照之前所采取的电热管制造工艺,都是在产品制作完成之后在进行检测,最新的制造工艺对此进行了相应的改进,在每项制造环节中均引入了相应的检测技术,这样做的最主要的目的就是确保可以在第一时间发现不合格的产品,为确保产品合格率提供有力保障,同时还可以实现对成本的有效控制,保障最终产品的质量符合相关标准,在实际使用过程中稳定可靠;第二,检测仪器的选择,首先,在对电热管产品进行电气强度检测时,必须选择0!5KV的耐压测试仪;其次,在进行电流泄露检测时,所选择的必须是可调压式的漏电流仪;最后,在进行功率检测时,所选择的电量检测仪必须是1!6KW规格;第三,对电热管成品的检测,首先,电气强度测试,在1250V/分钟的电压环境下进行测试,测试结果未击穿的产品可以认定为质量合格产品,此外还可以采取等效方法,在1800V/秒环境下进行测试,同样以不击穿为产品质量合格的标准。采取这种电气强度检测方法,遇到电热丝与金属管的中心相偏离的情况、爬电距离与电气间隙小于两毫米的情况或者是材料质量较差的情况均可以被及时检测出来;泄露电流检测,首先需要将调压器电压设定为236V,同时将泄露电流控制在0.5m A以下,检测时间设定为5秒,按照检测方法的要求将待检测器具接入到泄露电流仪之后开启仪器开关,如果数据保持在极限范围内可以认定为产品达标氧化镁材料的质量可以通过氧化镁含铁机器杂质等通过泄露电流仪的检测予以反映;功率测试,依照相关标准的规定,所允许的额定功率偏差为额定值的+5%!-10%。在电源接通并且处于正常额定电压的情况下,首先将功率输入并进行调整,在电压处于稳定状态的前提下读取相应的数据,并对输入功率是否符合标准作出判定。在工艺方面,功率变化主要是受缩管次数以及氧化镁密度等相关因素的影响,因此,在对功率进行设计时,要对工艺、密度以及电热丝材料等进行全面的考虑;在外观方面,首先进行目测[4],对管子的外表面进行观察,看其是否光滑、具备均匀的光泽,是否有裂缝或者是不平整等问题,除此之外,还必须具备诸如厂家标识、具体的产品型号、功率以及水压等永久性标志;最后,在关于成品的检测方法,首先将电热管置入水中,并保持接线端外露,将引出的电源线连接好并接通电源,当水温达到一百摄氏度的情况喜爱开展耐压、泄露测试、按地电阻以及外观等相关测试,除此之外,还可以利用快速检测法对耐压进行检测,但需要对电压进行调整,使其保持在测试电压的30%以上,对于一般的电热管检测所需时间约是3秒钟[5]。

电热丝、金属管封以及氧化镁等材料是构成电热管的主要材料,其质量的好坏对电热管的质量起到决定性作用。首先,对于电热丝而言,在实践中应用较为广泛的主要是镍铭丝以及铁络丝等合金材料,一般情况下,在表面温度不超过七百摄氏度的情况下,常选择铁络丝,而工作温度超过八百摄氏度的情况下,就需要选择镍洛合金丝,之所以这样,主要是考虑到内部填充的氧化镁在不同的工作温度下所出现的化学反应也有所区别,会直接影响到绝缘性能,而绝缘性能的改变优惠对电热管的使用性能产生直接性的影响;其次,关于填充物氧化镁,氧化镁是一种纯度较高的绝缘材料,实践中使用较多的氧化镁颗粒的尺寸最好控制在0.3毫米以内,在工作温度达到一千摄氏度的情况下,需要对氧化镁进行常规检查,即观察所购置的氧化镁是不是均匀,用磁铁进行除磁处理;关于金属管,实践中应用较多的金属管主要是铁质、铝质、铜质以及不锈钢等材质的金属管,需要以加热介子为主要依据作出具体的选择,通常用作铸体传热选择铁质或者铝制的金属管比较适宜,其他用途选择铜质金属管即可。需要注意的是,购置的金属管在正式使用之前必须进行彻底的清理,用酸将杂质清洗干净,这样做主要是为了在键入氧化镁砂的时候有效避免微量元素以及杂质相混合,否则将会给绝缘性能造成极大的负面影响;最后,关于封口材料,通常在实践中,会选择环氧树脂作为电热管的封口材料,并利用704硅胶硅油进行密封处理,作为电热管制造过程的最后一个环节,封口材料需要按照具体的使用性能为主要依据进行选择,一般对于液体加热而言,选择120℃-200℃封口材料,铸铁传热选择250℃-450℃封口材料,软玻璃材料主要适用于超过500℃的情况。

4 结束语

综上所述,作为家用电热器中一种极为常见的发热元件,电热管主要适用范围为电饭锅、电热水器、电水壶以及电火锅等家用电热电器。电热管质量以及稳定性直接决定着产品的使用期限以及用户的人身财产安全,对此需要采用良好的制造控制工艺及检测技术。电热管制造过程中,最为关键的环节为工艺控制、材料控制以及检测控制等三大控制,每道工序都对之后的工序的产品质量产生着直接性的影响,而检测技术控制更是对所有制造工序的产品质量均具有直接性影响,是工艺控制的关键所在。通过基于PLC的自动化控制系统,能够做好检测技术控制,可以促进电热管产品合格率的进一步提升,有效控制耗损,确保产品质量的稳定性,进而为产品的使用期限以及用户的人身财产安全提供最有力保障。

参考文献

[1]王广宁,莫锋,李凌文.电热管制造工艺控制与检测技术[J].工业设计,2011,(06).

[2]韦哲,程自峰,李凯.基于LabVIEW7.0语言的PC机与AVR AT90系列单片机串口通信技术在体温检测中的应用[J].中国医学装备,2006,(11).

[3]曹预备,周亚军.主从式交流伺服运动控制系统的数据通信[J].组合机床与自动化加工技术,2009,(09).

[4]王宏超,吴亦锋.CPM2AH PLC与STC89C52单片机之间的串行通信设计及其应用[J].机电工程技术,2010,(09).

热管技术篇10

蒸汽发生器 (Steam Generator) 是核设施中的重要设备, 承担着一次侧与二次侧的热交换任务, 又是防止核泄漏的第二道屏障, 同时蒸汽发生器传热管的换热面积占一回路压力边界总面积的70%以上, 其安全重要性不言而喻。对传热管的金属性能检测目前最为快速有效的方法就是涡流检测[1]。

蒸发器传热管检查, 主要采用了内穿轴绕式线圈 (Bobbin) 涡流检验技术。Bobbin探头检测技术能快速对传热管缺陷进行检测并确定缺陷深度, 但在传热管的胀管过渡区附近有一定的检验盲区, 可能会导致胀管过渡区缺陷漏检的风险, 从而给蒸汽发生器的使用带来安全隐患[2]。因此, 为了更有效和可靠地检测出胀管过渡区出现的缺陷, 开展了涡流旋转探头 (MRPC) 检验技术研究, 从而弥补Bobbin探头检验在胀管区存在盲区的缺点, 使得在役检查能够覆盖全部传热管的所有区域。

1 涡流检测的基本工作原理

涡流检测是建立在电磁感应基础上的, 它利用交变磁场作用下被测工件表面产生不同的涡流分布、大小来反映工件的材料、物理性能和缺陷的差异。

当敏感线圈通入交流电流时, 线圈周围就会产生交变磁场, 如果此时将被测工件移入此交变磁场中, 被测工件表面就会感应出电涡流。而此电涡流又会产生一个磁场, 该磁场的方向与原线圈的磁场的方向正好相反, 从而减弱了原磁场[3]。

磁场的变化是通过敏感线圈的阻抗变化来反映的。线圈的等效阻抗Z一般可表示为

式中:σ、μ 分别是被测工件的电导率和磁导率;f是激励信号的频率;x是线圈与被测工件之间的距离;r是线圈的尺寸因子, 与线圈的结构、形状以及尺寸相关。可见, 线圈阻抗的变化完整而且唯一地反映了被测工件的电涡流效应。实际检测时, 对不需要的影响因素加以控制, 就可以实现对式 (1) 中某个相关量的检测。作为接近式传感器, 线圈到被测工件之间的距离与线圈的阻抗直接相关, 而表面或近表面缺陷的存在将引起被测导体电导率和磁导率的变化, 进而使线圈的阻抗参数发生改变[4,5,6]。

2 试验过程

本试验过程包括:制作相应的旋转涡流探头, 进行涡流方法试验, 通过对试验和验证结果进行综合分析, 改进和完善旋转涡流探头并确定蒸汽发生器传热管胀管区缺陷有效的涡流检测技术方法和操作规程。

2.1 旋转涡流探头的设计及制造

如图1 所示, 主要设计包括:1) 进行检测线圈的设计;2) 进行探头的结构设计;3) 进行探头整体方案的设计;4) 对完成制作的探头进行功能测试。

2.2 胀管区旋转涡流检验方法的研究

为了对旋转涡流探头的灵敏度进行标定, 需要设计能够进行缺陷识别能力试验的试验样管以满足旋转涡流检测试验需要。主要设计包括:1) 制作一批胀管区缺陷试验件, 通过试验确定适合胀管区检验的探头型号和检验频率;2) 获得探头的检测灵敏度及缺陷识别能力的信息, 并开展与Bobbin探头进行数据采集及分析的对比试验;3) 在此基础上, 通过对取得的试验数据进行分析, 确定最佳的胀管区缺陷分析方法。

2.3 涡流旋转探头检测系统构建

涡流旋转探头检测系统按照功能分解, 主要构建了以下几个分系统:1) 信号系统, 采集涡流信号并对信号进行处理;2) 探头定位系统, 实现探头对采集对象定位;3) 探头扫查系统, 实现探头在传热管中运动;4) 集成传输系统, 在电脑及各功能系统间实现各种控制信号、数据的传输;5) 其他辅助设备 (软件) 。各功能分系统组成示意如图2 所示。

3 试验结果

在探头、标定管设计及制作完成后, 进行如下试验测试。

3.1 Bobbin探头及旋转涡流探头检测灵敏度试验

采集试验样管信号, 确认Bobbin探头、旋转涡流探头对待测对象的检测灵敏度, 如图3、图4 示例。

3.2 Bobbin探头及旋转涡流探头能判别到的距管板最小距离的缺陷

对于距离结构信号 (管板) 较近的缺陷, 存在与管板信号相互影响形成涡流响应复合信号进而影响缺陷正确判别的可能。因此需确定使用Bobbin探头对距离管板多少距离外的缺陷能够进行正确判别。同时为了对比旋转涡流探头与Bobbin探头对距管板最小距离的缺陷的分辨能力, 同样开展使用旋转涡流探头对距离管板多少距离外的缺陷能够进行正确判别的试验, 见图5 示例。

3.3 旋转涡流探头检测能力试验

Bobbin探头使用轴绕式线圈, 该种线圈的轴线平行于管子轴线, 并且电流环向流动;所感生的主磁场是顺着管子轴线的, 管内感应到的涡流则环向流动, 并与检测线圈内的电流平行。由此, 轴绕式线圈对阻抗涡流的轴向裂纹非常敏感。但是, 如果轴绕式线圈位于几何形状发生较大改变的区域时, 例如在胀管过渡段, 其可能检测不到轴向裂纹。因此依据两种探头的灵敏度试验, 对存在于胀管区内的缺陷使用所研制的旋转涡流探头进行缺陷数据试验, 确定此种探头对缺陷的检测能力, 如图6所示。

4结论

通过以上试验可以得出:1) Bobbin探头只能看见胀管处一个整体显示信号, 无法分辨其上的缺陷显示。2) 能可靠地检出传热管胀管过渡段35%壁厚及以上的轴向缺陷、40%壁厚及以上的周向缺陷以及35%壁厚及以上的孔缺陷, 为是否进行堵管提供可靠的判断依据。3) 胀管过渡段上下10 mm距离以内缺陷, Bobbin探头无法发现;而在此距离以外区域的缺陷, Bobbin探头可以发现。而旋转涡流探头能发现距离胀管过渡段任意距离的达到旋转涡流探头检测能力范围内的缺陷。另外分析管板移动距离对胀管过渡段上缺陷的影响发现:对周向裂纹的检测受近距离管板信号干扰较大, 对轴向裂纹的检测则受此影响较小。4) 通过以上开发及研究, 本技术能力在功能、检验能力、安全性等方面均达到设计要求, 能够满足对此型蒸汽发生器全部传热管胀管区的MRPC缺陷涡流检测。

参考文献

[1]PAVO J.Approximate methods for the calculation of the ECTsignal of a crack in a plate coated by conducting deposit[J].IEEE Trans Magn, 2004, 40 (2) :659-662.

[1]韩捷, 廖述圣.核电站管道缺陷涡流定量检测的可靠性分析[J].核动力工程, 2009, 30 (4) :17-20.

[2]韩捷, 廖述圣.蒸汽发生器传热管涡流检验中多缺陷信号判别的可靠性[J].无损检测, 2010, 32 (12) :935-939.

[3]陈德智, 王彬, 邵可然, 等, 裂纹检测中的涡流场计算[J].无损检测, 2000, 22 (3) :99-105.

[4]CHEN Xianglin, DING Tianhuai.Flexible eddy current sensor array for proximity sensing[J].Sensors and Actuators A:Physical, 2007, 135 (1) :126-130.

[5]姚运萍, 韩捷.探头线圈扫查方式对涡流检测性能的影响研究[J].机械与电子, 2008 (12) :26-30.

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