國家重點推廣的低碳技術目錄——多孔表面高通量管高效換熱技術

技術名稱：多孔表面高通量管高效換熱技術

技術類別：減碳技術

所屬領域及適用范圍：石油化工行業 石油、化工行業的低品位熱利用

該技術應用現狀及產業化情況：

在石油化工行業，重沸器、蒸汽發生器等沸騰工況換熱器的換熱管通常為光管，普遍存在換熱效率低下的問題。裝置大型化是我國石油化工行業未來的發展趨勢，但因效率低造成的換熱器體積大、數量多等問題尤為突出，不利于低品位熱利用。用多孔表面高通量管替代光管，使換熱器具有所需傳熱溫差小、換熱效率高等優點，能夠加強對更低品位的余熱進行利用，并有效減少換熱器的數量和體積，提高壓縮機的效率。目前，多孔表面高通量管換熱器已在百萬噸乙烯、60萬噸/年甲醇制烯烴，以及50萬噸/年煤制乙二醇等大型化工裝置上成功應用，并取得良好節能效果。

主要技術指標：

①沸騰傳熱系數為光管的3~8倍；

②沸騰溫差為光管的1/4~1/7；

③多孔層厚度0.2~0.4 mm；

④多孔層孔隙率20%~70%；

⑥多孔層孔徑50~150 μm。

技術原理

該技術是一種用于提高沸騰換熱效率的強化換熱技術，通過在普通換熱管表面制造一層金屬多孔層， 達到強化沸騰傳熱的目的。金屬多孔層能提供大量的泡核中心，可使傳熱維持在高效率的泡核沸騰狀態，使沸騰換熱系數達到光管的3~8倍，從而有效減少換熱器的體積和數量；同時，表面的多孔使介質容易形成大直徑氣泡，可降低達到沸騰所需的過熱度，減小傳熱溫差，從而可以利用更低品位的余熱，提高壓縮機效率，實現節能減碳。

關鍵技術

（1）強化傳熱結構設計技術

針對不同低品位熱利用的差異化需求，根據介質特性和溫差條件進行強化傳熱設計，設計適宜的多孔表面高通量管外形，并設計與之相匹配的換熱器結構。

（2）多孔層金屬粉末配方技術

根據傳熱強化要求，篩選適宜的多孔層金屬粉末配方，調節制成工藝達到合適的孔徑和孔隙率范圍，使多孔層的工藝參數既能滿足強化傳熱要求，也能滿足結合強度要求。

（3）多孔層和基層的燒結工藝技術

采用優選的燒結溫度及工藝，使金屬顆粒間以及金屬顆粒與基管之間達到微冶金結合狀態，并且實現制造出的金屬多孔層厚度均勻、與基層結合牢固。

工藝流程

多孔層微觀結果及沸騰強化傳熱原理示意圖