国家重点推广的低碳技术目录——多孔表面高通量管高效换热技术

技术名称：多孔表面高通量管高效换热技术

技术类别：减碳技术

所属领域及适用范围：石油化工行业 石油、化工行业的低品位热利用

该技术应用现状及产业化情况：

在石油化工行业，重沸器、蒸汽发生器等沸腾工况换热器的换热管通常为光管，普遍存在换热效率低下的问题。装置大型化是我国石油化工行业未来的发展趋势，但因效率低造成的换热器体积大、数量多等问题尤为突出，不利于低品位热利用。用多孔表面高通量管替代光管，使换热器具有所需传热温差小、换热效率高等优点，能够加强对更低品位的余热进行利用，并有效减少换热器的数量和体积，提高压缩机的效率。目前，多孔表面高通量管换热器已在百万吨乙烯、60万吨/年甲醇制烯烃，以及50万吨/年煤制乙二醇等大型化工装置上成功应用，并取得良好节能效果。

主要技术指标：

①沸腾传热系数为光管的3~8倍；

②沸腾温差为光管的1/4~1/7；

③多孔层厚度0.2~0.4 mm；

④多孔层孔隙率20%~70%；

⑥多孔层孔径50~150 μm。

技术原理

该技术是一种用于提高沸腾换热效率的强化换热技术，通过在普通换热管表面制造一层金属多孔层， 达到强化沸腾传热的目的。金属多孔层能提供大量的泡核中心，可使传热维持在高效率的泡核沸腾状态，使沸腾换热系数达到光管的3~8倍，从而有效减少换热器的体积和数量；同时，表面的多孔使介质容易形成大直径气泡，可降低达到沸腾所需的过热度，减小传热温差，从而可以利用更低品位的余热，提高压缩机效率，实现节能减碳。

关键技术

（1）强化传热结构设计技术

针对不同低品位热利用的差异化需求，根据介质特性和温差条件进行强化传热设计，设计适宜的多孔表面高通量管外形，并设计与之相匹配的换热器结构。

（2）多孔层金属粉末配方技术

根据传热强化要求，筛选适宜的多孔层金属粉末配方，调节制成工艺达到合适的孔径和孔隙率范围，使多孔层的工艺参数既能满足强化传热要求，也能满足结合强度要求。

（3）多孔层和基层的烧结工艺技术

采用优选的烧结温度及工艺，使金属颗粒间以及金属颗粒与基管之间达到微冶金结合状态，并且实现制造出的金属多孔层厚度均匀、与基层结合牢固。

工艺流程

多孔层微观结果及沸腾强化传热原理示意图