不锈钢换热管工作温度与工质之间关系

 众所周知，不锈钢换热管是靠工质的相变来传递热量的。在热管内部，工质频繁地改变着自己的相态，在传输热量的同时，连续不断地完成着质量的转移。因此，在设计换热管时，首先遇到的问题是如何确定热管的工质。

 不锈钢换热管工质的确定需要考虑的因素很多，其中温度因素是最重要的。任何一种工质都有它自己可以工作的温度范围，其下限是工质的凝固点，上限是热力学临界点。例如，工业上常常应用水为换热管的工质，对于水，凝固点为0℃(1atm),临界点为374.15℃.但实际上，工质工作的合适的温度范围要小得多，主要考虑的是，在热管的工作温度范围内，工质要具有合适的压力。压力值的上限受管壳强度的限制。例如，对于常用的外径为25mm的水－铜热管，在某一特定的端帽焊接条件下，实验测得的热管爆破时的温度和压力见表5-5。

 由表5-5可知，不锈钢换热管可能承受的最大压力约为100bar,超过了这一数值就会发现热管端帽破裂或焊缝漏汽。为了使热管能安全工作，还必须考虑一个安全系数为2.5,那么，管内允许压力为100/2.5=40bar.在这一压力下对应的工质饱和温度为250℃,也就是说，工质的工作最好不要超过250℃,这就构成了工作温度的上限。

 此外，在工作温度下，工质的压力太低也是不利的。压力过低，会引起两方面的问题。一方面使热管的某些传热极限如声速极限、携带极限的值过低；另一方面，管内蒸气压力太低，还会使管内残留的不凝结气体所占的比例增大，致使凝结段端部有相当长的一段管子不能参加工作，使热管的传热性能变坏。

 例如，以水为工质的热管，在100℃下工作时，管内蒸汽压力为1bar,若不凝结气体积聚在凝结段端部的长度为2cm,工作温度变为35℃,则管内压力约为0.05bar.这时，根据理想气体的状态方程，可知管内不凝结气体所占有的长度（体积）将增大至33cm,这对热管的工作将产生严重的影响。

 当热管工作温度在50~250℃之间时，选用水作为工质是合适的。

工质的适用温度范围是指不锈钢换热管的工作温度而言的，所谓热管之工作温度就是管内的蒸气温度Tv总是低于热源的温度T1,高于冷源的温度T2,而且总是偏向热阻较小的一侧。由热管加热段和冷却段的热平衡式可以很容易地确定管内蒸气温度Tv。

由式（5-48)可知，当K2A2=K1A1,即两边的热阻相等，则n=1Tv=(T1+T2)/2,气气型换热器，一般接近这种情况；若K2A2》K1A1,即冷却段的热阻远远小于加热段的热阻，则TV→T2,气液或气汽热管换热器接近这种情况。但是，在设计的初始阶段，在确定工质时，一般还不知道两侧热阻的精确数值，即n的数值是不确定的，为了设计方便，当按式（5-47)来估算管内蒸气温度时，n的数值可按表5-6中的数值选取。

（例题 5-7 ）

在500℃的烟气道中，欲放置一台热管换热器，用以提供80℃的热水，试确定合适的不锈钢换热管工质。