正是熱管這些其它傳熱方式不可比擬的優(yōu)點(diǎn),使得熱管得到了極廣泛的應(yīng)用。但同時也有缺點(diǎn),這些缺點(diǎn)幾乎也都是以上的優(yōu)點(diǎn)造成的。
a) 對燃料適應(yīng)性差:
熱管是靠強(qiáng)化雙側(cè)來提高其換熱能力的,所以目前熱管外側(cè)全部是以翅片形式來強(qiáng)化傳熱的,而我國的加熱爐規(guī)范SH36—91《煉油廠管式加熱爐中》明確規(guī)定:對于以油為燃料的加熱爐不推薦采用翅片管。這是因?yàn)橛捎谟偷牟煌耆紵约俺崞芮寤依щy造成翅片堵塞。對于一臺加熱爐來說,積灰*嚴(yán)重的部分應(yīng)是低溫段,對于燒油來說,積灰相對較輕的對流室尚不推薦使用翅片管,那么在積灰和除灰更加困難的低溫段采用翅片管是不適宜的。而熱管恰恰是利用翅片來進(jìn)行管外強(qiáng)化的。從國內(nèi)相當(dāng)多的熱管使用經(jīng)驗(yàn)來說,出問題*多的也是在燒油的加熱爐上。燒油的加熱爐是否可以采用翅片在API規(guī)范中沒有這個要求,只是對在燒油的加熱爐,翅片厚度和密度做了硬性規(guī)定。但是API560對清灰的手段做了嚴(yán)格的規(guī)定。這些規(guī)定國內(nèi)的廠家沒有一家應(yīng)用。
b) 單管傳熱能力有限:
熱管是以眾多的獨(dú)立管來攜帶熱量,由于管內(nèi)的沸騰相變將汽化潛熱帶走。蒸汽從高溫低溫流動時,受到當(dāng)?shù)匾羲俚南拗?,一定的直徑有傳熱上限,否則產(chǎn)生音障。也就是說,不能依靠加長傳熱管的長度來提高單管的傳熱能力,提高單管的攜帶熱量的能力要加大直徑,但是增加直徑后為了保證強(qiáng)度(熱管內(nèi)有極高的壓力),其壁厚也同比增加,經(jīng)濟(jì)性會急劇下降。據(jù)此熱管的直徑一般都不會太大。
c) 末端腐蝕:
末端腐蝕是熱管的等溫性的優(yōu)點(diǎn)造成的,如果冷熱端的吸熱和放熱能力相近,那么熱管的溫度就是煙氣和空氣的平均溫度,一般來說,在末端,熱管預(yù)熱器會設(shè)計(jì)成熱端面積高于冷端,但是由于結(jié)構(gòu)和制造以及溫差的原因,這個差別不會太大。對于加熱爐的末端來說,如果排煙溫度是160℃,空氣是常溫,末端是一定會發(fā)生腐蝕的。
d) 對高溫敏感:
工業(yè)上常規(guī)應(yīng)用的熱管內(nèi)是水,受飽和蒸汽壓的限制,當(dāng)熱管受到高溫時,壓力急劇增高。當(dāng)熱管溫度到300℃時,管內(nèi)壓力超過80kg/cm2(8Mpa)所以熱管在高溫時要爆管。這是熱管的一個限制。西方國家的工程公司,由于其工程模式和設(shè)計(jì)理念的差別,加熱爐輻射平均熱強(qiáng)度取的相當(dāng)高(如我國去年引進(jìn)Shell技術(shù)正在建設(shè)中的1000×104t/a常減壓裝置,爐膛溫度達(dá)到950℃,輻射平均表面熱強(qiáng)度達(dá)到了37000kW/m2),余熱回收負(fù)荷都比較大。對于這樣的加熱爐,出于對安全和壽命上的考慮,采用熱管顯然是不合理的。這也是國外加熱爐極少采用熱管來回收余熱的一個原因之一。
對高溫敏感還表現(xiàn)在另一方面,熱管內(nèi)的水經(jīng)過常年的蒸發(fā)和冷凝,會產(chǎn)生不凝氣,這些不凝氣來自于水的少量分解和水與鋼中的碳生成的CO2、CH4。由于這些氣體不能冷凝,當(dāng)積累多了之后造成管子不能傳熱,造成熱管的溫度趨向于煙氣的溫度,這樣在很低的溫度下就會爆管。大部分的熱管失效均來自于這個原因,為此熱管的科研人員進(jìn)行了不懈的努力,如對鋼管內(nèi)進(jìn)行化學(xué)鈍化、管端增加儲氣空間,甚至在管端加單向放氣閥等手段。但是還沒有根本性解決這個問題。
e) 不適應(yīng)加熱爐較大幅度的負(fù)荷波動:
自適應(yīng)性是熱管的一個重要的優(yōu)點(diǎn),但是當(dāng)加熱爐的負(fù)荷變化較大時,它也會產(chǎn)生不良的后果,在開工初期,由于裝置的換熱較完善,換熱終溫較高,同時裝置的處理量一般均不大,這時,多余的熱管會因?yàn)樽赃m應(yīng)性而自動的將末端的多余熱管腐蝕掉,這并不影響操作。此時加熱爐處在理想的*佳熱效率區(qū)間,但是隨著加熱爐的負(fù)荷增加,需要更多的尾部換熱面積,由于末端的管子已經(jīng)失效,造成排煙溫度上升。這種上升是不可逆的,除非更換末端的管子。另外,當(dāng)加熱爐出現(xiàn)負(fù)荷較大幅度增加時(即便是短時增加)接受高溫?zé)煔獾臒峁軙В⑶疫@種失效是立即和連續(xù)的,當(dāng)?shù)?排失效后,立即引起第二排的失效。之后將引連鎖失效。
f) 壽命不高