低温相变传热技术取得重大突破 宝钢、杭钢成功应用

     西安交通大学教授吴裕远及其合作者经过15年的研究开发，最近成功地研制出新型冷凝蒸发技术，并用此技术发明了世界上首台新型冷凝蒸发器，经过近几年的推广应用，已在冶金等行业取得了显著的社会和经济效益。这标志着我国低温相变传热技术研发取得了重大突破。2月27日，该成果通过了浙江省科技厅组织的鉴定。

  新型冷凝蒸发技术是我国制氧领域50多年来第一项拥有自主知识产权、具有国际领先水平的最新发明成果，也是我国新一代制氧装置的关键技术，制造成本降低了39％，每台制氧产量提高了15％至20％，每台节电7万千瓦·时。最早安装这种新型冷凝蒸发器的制氧机已经连续运行了5年多时间，创国内外同类产品连续运行的世界纪录。

  低温冷凝蒸发相变换热器是制氧装置的“心脏”，广泛应用于制氧、乙烯、合成氨、硝铵等大型装置及石油化工的炼油装置中。目前，国内外低温相变换热器的冷凝蒸发技术，都是采用传统的相变热机理和结构形式，存在传热温差大、效率低等缺点，设备不仅体积过于庞大、制造成本高、运输及安装难度大，而且还有运行性能差、耗电量大等严重缺陷。

  从1987年开始，西安交通大学教授吴裕远、高级工程师陈流芳及其合作者在国家自然科学基金资助下，开始了“低温流体狭缝热虹两相强化传热研究”和“低温多组分流体非平衡态冷凝传热强化实验研究”。经过15年的艰苦攻关，他们与杭州制氧机集团有限公司合作，在提高冷凝与蒸发相变换热器效率、减少其体积和重量以及提高换热器的运行性能和安全可靠性等方面，取得了原创性的理论和技术开发的突破性成果。这一成果还获得了国家技术发明二等奖。

  据专家介绍，我国低温相变传热技术在国际上首次发现了两相流沸腾传热亢进现象，理论研究和实验验证了传热亢进现象的形成机理。首创了狭缝通道中以气相流动为主类环状流蒸发沸腾传热强化新机理和新结构；首创了多路补液新结构，达到了显著的传热强化效果，有效地降低了传热温差，大幅度提高了传热系数；首创了非平衡态冷凝传热强化新机理和新结构。用这一新型传热机理所设计的新型冷凝蒸发器，其沸腾传热系数比传统的冷凝蒸发器高出5至9倍，传热温差达到了国际上同类产品的最小传热温差，体积和重量减少了三分之一以上。这一技术有效地解决了国内外传统冷凝蒸发器中一直未解决的关键问题，并从根本上解决了热换器内部一直存在的气液分配不均匀的“老大难”问题。

  目前，这一新型冷凝蒸发器已在宝钢集团上钢五厂、杭钢等大中型制氧装置和扬子石化、金山石化等大型乙烯装置的冷箱里成功应用。其中，杭钢6500立方米制氧装置新主冷正式投入运行已4年，共产生氧气2.2亿立方米，新增产值1.1亿元，氧产量达到每小时7000立方米，氧气纯度高达99.86％。上海宝钢应用其对每小时3万立方米大型制氧装置进行了技术改造，已获得了2亿多元经济效益。据用户反映，新设备的操作弹性好，特别是在系统停车后，新主冷仅需20分钟就能恢复正常供氧纯度，而国外其它主冷至少需两个小时。

  这一技术的广泛应用，将大大提高我国制氧装置的整体运行性能和技术经济指标，增强企业在国际市场上的竞争能力。