热管式真空蒸发器海水淡化技术分析

杨海南

摘 要：本文介绍了热管的组成及其工作原理，以及真空蒸发器的组成，分析了热管的传热极限计算过程以及真空蒸发器海水淡化技术对淡水产量的影响因素，为热管式真空蒸发器的发展提供了依据和指导。

关键词：热管 真空 蒸发器 海水淡化

引 言

在当今工业飞速发展的今天，淡水资源紧缺已经成为世界各国发展中不得不面对的严峻问题。而根据联合国统计，世界范围内约36%的人口缺少干净安全的饮用水，7.8 亿人面临饮水困难。[1]在地球表面，海洋面积比陆地表面积的四分之三还要多。而在地球总水量中，海洋大约拥有了近95%储水量，因此在全球淡水资源严重紧缺的情况下，海水淡化体现的越来越重要。

1.热管式真空蒸发器的原理与流程

热管通常由蒸发段、绝热段组成。但是有的热管还含有冷凝段。所谓的真空指的是管内为高度真空，在它的真空环境里面填装的有适量的工作介质，并且使用相应的材料采用多孔结构进行设计。

热管蒸发器主要由压力容器、接管、控制仪表、分布器、除沫器、热管等组成。在压力容器中产生蒸气。对于传热元件来讲，热管在其中的作用无可替代，目的就是让压力容器中的海水受热进行热交换而蒸发。热管蒸发段的热量传给热管，管内工质吸收热量然后再将热量变成蒸气然后到冷凝段释放热量变成液体，由于受到重力作用再次回到蒸发段。[2]往复这个过程，就将海水蒸发进行脱盐处理，其装置如图1所示。[3]

2.热管式真空蒸发器海水淡化的技术发展

随着科学技术的发展和生产力的不断进步，海水淡化技术目前及未来的发展趋势是朝着低能耗，高效率，大规模化的目标发展。目前，已经用于工业生产的热管蒸发器，因其结构简单、传热系数较大、轻便、热阻小、部件固定、易维修等优点。[4]被当做目前的一种主流技术用于海水淡化工业。

下端热管在外部加热装置的加热状态下将热量吸收，并传递到上端热管；蒸发段内的热量通过热管传递到冷凝段；蒸汽凝结的位置为在冷凝段的上方；热量通过工质和管壁传给冷源；最后冷凝后的工作液体回流到蒸发段中。

热管的热导系数比金属要好。由于其热阻低，不易产生温差波动，所以热管的传热特性很稳定。

3.热管的传热极限计算

在工业生产以及日常生活中，万事万物都达不了理想的状态。因此真空蒸发器中的热管传热系数也是有一定的最大值的，即存在一定的极限。其热负荷也是有限的。实际上有许多因素制约着热管的传热能力。它们包括声速，蒸汽压力和结构，热管的尺寸、形状、工作介质、工作温度等影响着传热极限。热管传递功率是有限制的，存在着传热极限 ，典型热管传热极限有：携带极限、毛细极限、粘性极限、沸腾极限、声速极限、冷凝极限。[5]

3.1重力热管的携带传热极限计算

4.影响热管真空蒸发器海水淡化产量的因素

大量的研究表明，在热管式真空蒸发器海水淡化技术中，主要的影响因素有：热管真空部分的工质的选择、热管管材的确定。热管主要靠其内部工质的相变和其流动过程中质量的转移来传递热量的。所以考虑工质的时候要注意一下几点：（1）工质的热稳定性以及工质材料和热管材质两者间之间要符合相似相容原理。假如工质和热管材料不相容，热管的性能就会降低甚至会造成热管失效；（2）作为热管中工质包括：①汽化潜热高；②导热系数大；③粘度低；④表面张力系数大；⑤润湿能力高；⑥沸点适当；（3）安全及经济性。应该采用易燃、易爆、有毒的工质来作为热管中的工作介质，否则一旦发生事故时后果会很严重，造成的损失也无法估计。同时，选择管材时也必须从多个角度和维度出发。具体的要求有以下几点：（1）材料的强度、刚度、柔韧性等基本力学性能；（2）材料的使用寿命和平均更换频率；（3）材料的来源、制造成本。

5.结束语

在淡水资源极度缺乏的今天，海水资源取之不尽，用之不竭。因此，海水淡化技术不失为一个合理优先的选择，即满足了人们的有水需求和推动经济的發展，又能造福于我们的子孙后代。热管式真空蒸发器的海水淡化技术由于产量高、水质好，得到了世界水资源缺乏各国的高度重视，相信在未来，热管式真空蒸发器海水淡化技术必定为人类做出巨大的贡献。

参考文献：

[1] Anthony Bennett. 50th Anniversary：Desalination：50 years of progress， Filtration Separatio[J].2013，50（3）：32-39

[2] 马丽春，李菊香.热管式蒸发器和管束式蒸发器应用分析[J].南京化工大学报，2000（6）：82-85.

[3] 郭雪华.热管式真空蒸发器的设计与研究[D].大连理工大学.2000.

[4] 王俊红，高乃云，范玉柱，施利毅.海水淡化的发展及应用[J].工业水处理，2008，28（5）：6-9.

[5] 杜军，程冉冉，郑喜洋.重力换热器的设计及数值模拟分析[J].机械制造，2016（3）.