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空温式气化器的工作及设计原理

2021-10-08

  国内使用的气化器有电加热式、电加热水浴式、热柴循环式、风温式等几种。从目前国内的应用情况来看,空温式气化器对于很多用户来说还是“新事物”,另外其使用确实受到气温的影响。然而,空气温度气化的优点是其他成本远低于其他气化器。正因为如此,空温式气化器越来越受到用户的青睐。

  空温式气化器的核心部分是热交换装置,可以在尽可能小的空间内从大气中获得强大的热能。目前国内厂家生产的中温气化器换热装置多采用绣花铝合金翅片管。由于没有优化设计,大多存在以下缺点:设备庞大、成本高、产品流量不足。笔者认为主要原因(除人为因素外)在于换热面积。为了达到一定的流量,只能增加翅片。经过多次研究和试验,在很大程度上采用了一些技术手段来解决这个问题。以下为简要说明,希望对我国推广空温式气化器起到积极作用。一般的翅片管结构是翅片管有一个中心管,管外有径向翅片,液体在管内流动,翅片吸收外部环境的热量并传递给管内液体,实现液体的吸热和气化。经过多次试验和筛选,我们选择了一种不同于上述部件的新型翅片管,传热系数提高了50%以上。

  翅片管的工作原理分析如下:液化石油气在管内流动时(自下而上垂直于轴向),冷流体中靠近翅片管内壁的液体首先完成与外界的热交换,汽化成微小气泡;当微小的气泡聚集成气体时,它们就会逸出并沸腾。但由于液态石油气与管壁接触时间短,管内流动只有在重力作用下才会对流。整个翅片管上下部壁温不均匀,导致翅片管的传热系数没有大幅度提高,翅片管的整体传热性能没有得到充分利用,这是目前国内液化石油气空温式气化器的几种翅片管的缺点。

  (1)内置灯芯为多根不锈钢带,缠绕成圆筒状后紧贴翅片管的空气壁。当灯芯浸入液化石油气或天然气液体中时,由于液体表面张力的毛细现象,吸附在灯芯与翅片管内壁狭窄间隙内的液膜中的液体通过翅片管吸热气化形成微小气泡,当微小气泡向上方流动形成较大气泡时,从灯芯上表面的小孔中逸出。然后液面分离成气体沸腾,微小气泡与芯分离后,液体通过芯上的小孔补充到缝隙中,形成微对流传热。由于内置吸液芯和螺旋导流带之间的液体是隔离的,避免了后者过早从翅片管中带走,有利于微小气泡的产生。

  (2)内置螺旋导流使液体流向改变。没有内置螺旋导流带时,液体流动方向是垂直的,但内置螺旋导流带后,液体流动方向呈螺旋向上(流动方向类似阿基米德螺旋),增加了液体流量,延长了液体与翅片管的接触时间,改善了虹吸芯与螺旋导流带之间的液体分离,与少量液滴形成气流。上升过程中,液面上方的鳍片壁不断被润湿,气体吸收一些与上升气流温度相同的液滴,沿内壁向下流动。液面与温度稍低的液体混合后,液面温度升高,翅片管内沸腾增强,翅片管的整体传热性能也得到更充分的改善。就这两项技术而言,翅片管内壁温度均匀性明显提高,热密度进一步提高,翅片管传热系数明显提高。气化段由内置灯芯和螺旋导流翅片组管的换热管组成,过热段由内置螺旋导流带的翅片管组成(用于提高气化气体的温度),空温式气化器由主调压装置、监控液相调压器的控制和气相调压系统、防溢装置、安全辐射管组成,在一定容积内可以较大限度保证气化能力。



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