提高以蒸汽為熱源的換熱器換熱效果的方法
技術領域
本發明屬于換熱設備技術領域，具體涉及一種提高以蒸汽為熱源的換熱器換熱效果的方法。
背景技術
在換熱設備領域，蒸發器的換熱效果一直達不到理論效果。很多學者指出了其中的原因：**，以水蒸氣為熱源的蒸發器在換熱末端氣量減少，氣流速度下降，導致末端傳熱效果下降；第二，末端的低流速帶來了冷凝水在換熱界面上的滯留，尤其是當管內走蒸汽時，這種滯留效果隨換熱管長徑比和換熱時間的增長而加重。而*常見的現象就是凝結水會完全浸潤整個換熱界面，而且液膜厚度從蒸汽入口向凝水出口逐漸增厚。水的傳熱系數不足金屬的1/100，這層水膜會嚴重限制蒸發器的實際使用效果。
目前，解決冷凝水在換熱界面上的滯留主要存在兩種方法：一是縮短管程，二是及時引出冷凝水。但是這兩種方法在實際工程中都是極難應用的，尤其是在如今廣泛使用的MVR蒸發系統中。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種提高以蒸汽為熱源的換熱器換熱效果的方法，工藝簡單、實用性強，并且可以增強換熱界面的抗腐蝕性能。
本發明所述的提高以蒸汽為熱源的換熱器換熱效果的方法，在換熱器的換熱界面上設置疏水膜，目的是讓凝水呈珠狀，而不會形成膜狀。
疏水膜為將傳熱系數高的疏水材料涂覆在換熱器換熱界面上形成的。
疏水材料為納米級二氧化硅，納米級二氧化硅的粒度為1～100nm。將其涂覆在換熱界面上后，其會使換熱界面產生荷葉效應。由于這種荷葉效應的存在，凝水與界面的接觸面積極小，相應的容易被氣流帶離換熱界面，并且能避免換熱界面被液膜覆蓋。又因為SiO2的傳熱系數為水的兩倍以上，并且這層疏水膜可以做的非常纖薄，疏水膜的厚度為1～15μm，其對于導熱的阻礙作用遠遠小于液膜。
疏水膜的耐受溫度為0～160℃。
換熱器為列管換熱器或板式加熱器。
換熱界面為蒸汽側換熱界面。例如，板式加熱器蒸汽側換熱界面或加熱器內用來加強換熱的翼板狀、絲狀、條狀、顆粒狀蒸汽側換熱界面均可以使用此疏水膜。
蒸汽側換熱界面的材質為碳鋼、不銹鋼、鈦材、石墨或鋯材。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
(1)本發明在換熱器的換熱界面設置疏水膜，凝結水在換熱界面呈珠狀流淌，不會大面積覆蓋換熱界面，提高了換熱器的換熱效果，工藝簡單，切實可行，尤其適用于如今廣泛使用的MVR蒸發系統。
(2)本發明設置的疏水膜能夠耐溫0～160℃，實用性強。
(3)本發明所述的方法用于蒸發器或冷凝器時，可以大大減少換熱面積，緩解換熱器長時間運行的換熱惡化情況，并且設置的疏水膜還可以作為換熱界面的保護膜，增強設備的耐腐蝕能力，延長設備的使用壽命，進而降低設備成本。
附圖說明
圖1是實施例1的換熱器列管結構示意圖；
圖2是實施例1換熱管工作狀態截面示意圖；
圖3是實施例2的換熱器列管結構示意圖；
圖4是實施例2換熱管工作狀態截面示意圖；
圖5是對比實驗中采用納米級二氧化硅處理的薄片浸潤后的表面圖；
圖6是對比實驗中未作任何處理的薄片浸潤后的表面圖；
圖中，1-疏水膜，2-換熱管，3-凝結水。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明做進一步說明。
實施例中用到的所有原料除特殊說明外，均為市購。
實施例1
本實施例所述的換熱器為冷凝器，其列管結構如圖1所示。疏水膜1涂覆在換熱管2的內壁表面上，疏水膜1的厚度為8μm，換熱管2的材質為316L不銹鋼，疏水膜1材質為納米級二氧化硅，粒徑為50±5nm。
本實施例所述的冷凝器工作時，換熱管2管內走熱側流體，管外走冷側流體，熱側流體為蒸汽。管內產生的凝結水3，在管內呈珠狀流淌，不會覆蓋大量的換熱界面，增強換熱效果。換熱管工作狀態截面示意圖見圖2。
實施例2
本實施例所述的換熱器為蒸發器，其列管結構如圖3所示。疏水膜1涂覆在換熱管2的外壁表面上，疏水膜1的厚度為10μm，換熱管2的材質為T10高碳鋼，疏水膜1材質為納 米級二氧化硅，粒徑為80±5nm。
本實施例所述的蒸發器工作時，換熱管2管內走冷側流體，管外走熱側流體，熱側流體為蒸汽。管外產生的凝結水3，在管外呈珠狀流淌，不會覆蓋大量的換熱界面，增強換熱效果。換熱管工作狀態截面示意圖4。
對比實驗
兩個50mm×50mm×4mm的碳鋼薄片，一個采用納米級二氧化硅進行涂覆，另一個未作任何處理，將它們同時用水蒸汽浸潤1min后，觀察其表面凝結水情況。其中，納米級二氧化硅的粒度為30±5nm，涂覆形成的疏水膜的厚度為8μm。圖5和圖6分別為采用納米二氧化硅涂覆后的薄片和未作任何處理的薄片經浸潤后的表面圖，可以很清楚的看出，圖5中薄片表面被浸潤的面積不足總面積的10％，且液體呈珠狀少量分布于表面；圖6中薄片表面幾乎被液體全部浸潤，液膜厚度甚至可以達到肉眼可見的毫米級。
由此可見，采用納米級二氧化硅涂覆形成疏水膜的換熱器，在其換熱界面凝結水呈珠狀流淌，具有更好的換熱能力。
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