文献类型：科技成果

中文题名：表面调控型高效换热设备关键技术及应用

完成人：徐宏[1];张莉[1];刘京雷[1];夏翔鸣[1];郭宏新[1];曹洪海[1];

完成机构：[1]华东理工大学 中国石化扬子石油化工有限公司 江苏中圣高科技产业有限公司 无锡化工装备股份有限公司;

年份：2016

语种：中文

中文关键词：换热设备;蒸发器;冷凝器;表面调控型

摘要：该项目属高效热能装备设计制造技术领域。蒸发器和冷凝器是石化、冶金、热电、制冷等高耗能行业实现热量传递的核心装置，普遍存在传热所需驱动力大、效率低和运行周期短等技术瓶颈，无法满足节能减排和装置大型化的迫切需求。项目组根据沸腾和冷凝的传热效率关键取决于设备表面特性的原理，发明了具有显著强化传热效果的表面调控型系列高效换热元件及设备，实现产业化与推广应用。主要创新内容如下：1.发明了烧结复合粉末制备微多孔表面的新方法及高效沸腾换热元件。发明了低熔点合金包覆型复合粉末和低温瞬时液相烧结方法，解决了现有混合粉末高温烧结工艺导致的基体性能损伤严重、孔隙率低等技术难题，烧结温度降低150℃,孔隙率提高33%。高效沸腾换热元件的表面汽化核心密度提高了1个数量级，传热所需驱动力从10℃温差降至1-2℃、传热系数提高至3.25-15倍。2.首次发现金属表面晶粒细化至纳米尺度后，自由能显著降低、蒸气的冷凝模式由膜状转变为高效的滴状，发明了法向旋压法表面自纳米化新技术及高效冷凝换热元件。彻底解决了已有实现滴状冷凝的方法存在的涂层与基体结合强度差、附加热阻大的难题，具有2～3倍的强化冷凝效果。发明了具有定向导流特性表面的特型冷凝管冷成形工艺，研发了大回弹补偿等技术，解决了钛等难加工材料薄壁特型管成形精度低、易失稳和开裂的技术难题。3.发明了惰性金属涂层镀覆新工艺及高效长寿换热元器件，解决了因传热性能衰退引起的传热效率降低和使用寿命短的问题。发明了采用SiO<,2>纳米颗粒强化Ni基镀层的方法，镀覆表面由亲水性变为疏水性，且阻隔了传热介质与基体之间发生化学和电化学反应，具有强化传热、阻垢和耐腐蚀等多重功效；发明了表面改性型高效长寿热管，传热效率提高50%,使用寿命延长3倍。交叉集成上述发明点，研制成功6大类30种高效换热元件。解决了细长管内外表面喷涂复合粉末和连续烧结、管束组装、整体施镀等工业化放大核心技术，国内外率先实现低温烧结型多孔表面管、纳米晶表面冷凝管、钛内波外螺纹管、表面改性型高效长寿热管及其换热设备的产业化，形成国家标准和国家行业标准。产品质量得到美国ABS等8家国际权威机构的高度认可烧结型多孔表面管打破国际长达31年的独家垄断，性能优于国外同类产品，被中国石化列为重大装备国产化重点推广项目。授权发明专利22项、实用新型专利55项，发表SCI/EI论文48篇，SCI他引183次。获上海市科技进步一等奖。已生产3万多吨高效换热管和2600余台高效换热设备，应用于石化、热电、冶金、新能源等领域160多家企业的280余套装置，出口美、德等15个国家，得到中石化、中石油、Shell、BP等国际知名公司的高度评价。突破了传统换热器最小沸腾和冷凝传热温差的使用极限，换热效率大幅提升，节能、减排效果显著,3年间新增产值超16亿元，利润3.6亿元。项目整体处于国际先进水平，部分技术居国际领先地位，大幅提升了中国高端热能装备的技术水平和国际竞争力。