创新成果—低温相变传热技术新型冷凝蒸发器

本文介绍最新的发明项目，在提高冷凝与蒸发相变换热器效率、降低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，取得的原创性理论研究和技术开发突破性成果。该项目是我国制氧领域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，新产品的各项技术指标和运行性能全面优于国内外所有的同类产品，具有高效、节能、安全、环保、紧凑等显著优点，已取得显著的社会经济效益。所发明的“类环状流微膜蒸发板翅式冷凝蒸发技术”荣获2001年国家技术发明奖二等奖，“类环状流双相变换热器”荣获2001年陕西省16年来唯一一项专利特等奖。

新主冷同类产品的比较

    注：以单位温差（1K）、单位氧产量（m³／h）作比较

    1998年10月浙江省机械工业厅，2003年2 月26日浙江省利技厅对本项目的成果分别组织 了新技术和新产品专家鉴定会。鉴定认为，该技 术学术思想新颖，富有创新性，技术措施切实可 行，产品性能优良，已取得显著的社会经济效 益，该产品及技术处于领先水平。
    本发明变革泡状沸腾传统机理及其结构，在 国内外首创类环状流沸腾传热强化新机理及新结 构，显著强化了沸腾传热，大幅度提高了换热的 总传热量，大幅度减小了总传热温差，使冷凝发 器首次具有高传热系数、高热流密度和小传热温 差同时兼备的优点，使新型冷凝蒸发器的结构更 加合理，大大提高厂装置的防爆安全性。
    本发明在国内外首创了冷凝液膜紊流流动传 热强化新方法及新结构，显著强化了冷凝传热， 使冷凝传热系数达到原有冷凝传热系数的3倍， 首次达到并超过了沸腾传热系数，为原有沸腾传 热系数的3倍。
    本发明在国内外首创了冷凝与沸腾匹配新结 构，使新型冷凝蒸发器的总传热温差达到当今世 界的最小值，而其传热面积、体积和质量却均比 杭氧集团原有的产品减小(见表)。
    本发明在国内外首创厂浅液池沸腾传热新方 法，使新型冷凝蒸发器仅需60～70％的浸没深 度，即能保证制氧装置高效、稳定地运行，装置 启动快。而国内外的现行主冷至少需80～90％ 的浸没深度，装置启动慢。
    本发明的新主冷具有优越的操作弹性。在填 料塔情况下制氧装置系统紧急停车后，仅需20 分钟，即能恢复正常供氧纯度，这对炼钢生产具 有重要意义。国内外现行主冷至少需3小时才能 恢复。
    本发明拥有完个的自主知识产权，荣获 2001年国家技术发明奖二等奖。新型冷凝蒸发 器产品为属于具有行业共陛的核心产品，具有通 用性。其主要应用领域是：大中小型制氧装置、 大型乙烯装置中(丙烯、乙烯)热虹吸蒸发器、 多种两相流冷凝蒸发工质换热器、合成氨装置中 的液氮洗塔冷凝蒸发器、大型硝铵装置中硝铵蒸 发器、大型尿素装置中尿素蒸发器、天然气液化 装置中冷凝蒸发器等石油、化工领域中的相变换 热器设备的没计制造，还可应用于大中小型制氧 装置中现行主冷的技术改造，以最大限度地提高上述领域中换热器设备的传热系数，大幅度减小 传热温差，提高整体装置的运行性能和技术经济 指标，极大地提升我国制氧、石油、化工等领域 国有大中型企业的核心竞争能力，向国际市场进 军。
4 新技术成功应用于大中小型空分装置
    应用新型低温相变技术，山西安交通大学负 责技术和结构设计，杭州制氧机集团有限公司负 责工艺设计和制造，共同研制成功了用于150m³／h～30000m³／h杭州钢铁集团有限公司、上 钢五厂等大中小型制氧装置中的新主冷33台， 配套制氧装置33套。
5 新技术首次成功实现进口大型 空分装置的技术改造
    应用奉发明技术，杭氧集团成功实现对上海 宝山钢铁厂30000m³／h大型日本进口制氧装置老 主冷的技术改造。在不增加制造及材料成本的基 础上，冷凝蒸发器的直径减小25％，使新主冷 直接安装在精馏塔的上下塔之间，一改过去传统 的30000m³／h以上等级的空分装置主冷只能单独 放置在外的老模式，简化了配管，减小了安装困 难，降低制造成本，该设备已于2002年初在上 海宝山钢铁公司成功运行，性能优良，其直接产 值达410万元。
6 新技术首次成功应用于我国乙烯冷箱 换热器
    本项目的“类环状流双相变换热器”发明专 利技术，已成功地应用于扬子石化、金山石化等 乙烯冷箱分配结构的设计中，独创了我国具有世 界先进水平的两相流体均布结构，并嫁接到各种 介质的两相流体均匀分配的结构中去，为实现我 国乙烯冷箱生产国产化，解决了相关设备中两相 流体均匀分配的技术关键。应用本项目的发明专 利技术，杭氧集团已为国内6家公司生产及改造 乙烯冷箱换热器近100台，替代了进口设备，节 约了大量外汇(至少节省1／3的外汇)，并出口 美国和加拿大，总产值达5283万元，若要进口， 则需1600万美元，可节省外汇960万美元。
7 应用前景广阔，潜在经济效益巨大
    1．若以一套10000m³／h制氧装置，推广应 用该项新技术，制造厂每台将可节约制造成本 40万元，用户每年将可节省电费约90万元。
    2．将本技术推广应用于大型乙烯装置冷箱 相变换热器中，若以一套乙烯装置冷箱计算，每 年直接新增产值将达1000万元，或进口则需360 万美元，可节约外汇240万美元，折合人民币 1980万元。
    该技术还呵广泛应川十合成氨、硝铵、尿 素、天然气液化等大型装置中的冷凝蒸发器以及 石油、化工、国防、航天等领域，其潜在的经济 社会效益巨大。应用该技术制造厂年均节约制造 成本将达300万元；用户年均增加收益将达9504 万元，年均节电将达800万元；配套改造全国小 型制氧装置产值将达15亿元。
    该技术具有显著的技术优势和价格优势，应 用面广阔，市场前景看好。真诚地欢迎与国内外 空分、乙烯、石油、化工等领域的同行专家和商 家紧密合作，共同大力推进该项新技术的广泛应 用，共创巨大的经济效益和社会效益，为人类的
社会进步和发展做小更大的贡献。

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