二氧化碳預(yù)熱器是用于加熱二氧化碳氣體（CO?）的換熱設(shè)備，廣泛應(yīng)用于化工、食品、醫(yī)藥、環(huán)保、能源等領(lǐng)域，例如二氧化碳驅(qū)油、碳酸飲料生產(chǎn)、超臨界 CO?萃取、化工合成反應(yīng)（如制備甲酸、甲醇）、焊接保護氣預(yù)熱等場景。

一、工作原理

1. 熱流體側(cè)：高溫介質(zhì)（如 150℃的蒸汽、200℃的導(dǎo)熱油或電加熱產(chǎn)生的熱源）流經(jīng)換熱設(shè)備的一側(cè)，釋放熱量。

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5. CO?氣體側(cè)：低溫 CO?（如常溫 25℃或液態(tài) CO?汽化后的低溫氣體）流經(jīng)另一側(cè)，吸收熱量后溫度升高（如升至 80℃、150℃或更高）。

6. 傳熱機制：

• 熱傳導(dǎo)：熱量通過金屬管壁或換熱面?zhèn)鬟f。

• 對流傳熱：熱流體與換熱面、CO?與換熱面之間的對流換熱，其中 CO?氣體的傳熱系數(shù)較低，需通過結(jié)構(gòu)設(shè)計強化傳熱（如增加流速、增大換熱面積）。

二、常見結(jié)構(gòu)類型

1. 管殼式二氧 化碳預(yù)熱器

• 結(jié)構(gòu)：

• 由殼體、管束（光管或翅片管）、管板、折流板等組成。

• 熱流體：通常走殼程（如蒸汽、導(dǎo)熱油），橫向沖刷管束，通過折流板提高流速和湍流程度。

• CO?：走管程，可設(shè)計為單管程或多管程（提高流速，增強換熱）。

• 特點：

• 若 CO?含水分或腐蝕性雜質(zhì)（如工業(yè)尾氣中的 SO?），需選用耐腐蝕材料（如 316L 不銹鋼、鎳基合金）。

• 翅片管可強化殼程熱流體（尤其是氣體）的傳熱效率（如熱流體為煙氣時）。

• 適用場景：高壓 CO?（如驅(qū)油工程中 10MPa 以上的高壓氣體）或大流量工況。

• 優(yōu)勢：結(jié)構(gòu)堅固、耐高壓、易于清洗和維護。

• 設(shè)計要點：

2. 板式二氧 化碳預(yù)熱器

• 結(jié)構(gòu)：

• 由波紋金屬板片疊加而成，板片間形成流體通道，CO?與熱流體交替流經(jīng)兩側(cè)。

• 特點：

• 傳熱效率高：波紋板片增大接觸面積，流體湍流程度高，傳熱系數(shù)比管殼式高 2-3 倍。

• 體積小、重量輕：節(jié)省安裝空間，適合現(xiàn)場改造。

• 適用場景：低壓 CO?（如食品行業(yè)碳酸飲料制備，壓力通常 < 1MPa）或中小流量工況。

• 優(yōu)勢：

• 局限性：密封墊片易受高溫影響，適合熱流體溫度≤200℃的場景（如熱水或低壓蒸汽加熱）。

3. 翅片管式 二氧化 碳預(yù)熱器

• 結(jié)構(gòu)：

• 在光管外側(cè)加裝翅片（如螺旋翅片、針狀翅片），增大熱流體側(cè)的傳熱面積。

• 熱流體：多為氣體（如高溫煙氣、熱空氣），走殼程，翅片彌補氣體側(cè)傳熱系數(shù)低的缺陷。

• CO?：走管程，管內(nèi)流速需保證≥5m/s 以避免積灰（若氣體含雜質(zhì)）。

• 特點：

• 適用場景：利用工業(yè)廢熱（如鍋爐煙氣余熱）加熱 CO?，實現(xiàn)節(jié)能。

• 典型應(yīng)用：環(huán)保領(lǐng)域的 CO?再利用項目，或化工裝置中的廢氣熱量回收。

4. 電加熱式二氧 化碳預(yù)熱器

• 結(jié)構(gòu)：

• 內(nèi)置電加熱元件（如電阻絲、陶瓷加熱棒），直接對 CO?氣體加熱，無需中間熱流體。

• 特點：

• 升溫快、溫度控制靈敏（配合溫控儀可實現(xiàn) ±1℃精度）。

• 結(jié)構(gòu)緊湊，無需外接熱源，適合無蒸汽或?qū)嵊拖到y(tǒng)的場合。

• 適用場景：小流量、高精度控溫場景（如實驗室超臨界 CO?萃取，溫度需精準控制在 30-100℃）。

• 優(yōu)勢：

• 局限性：能耗較高，不適合大流量工業(yè)應(yīng)用。

5. 套管式二氧化碳預(yù)熱器

• 結(jié)構(gòu)：

• 由兩根同心套管組成，內(nèi)管走 CO?，環(huán)隙走熱流體（或反之），可串聯(lián)多段延長換熱路徑。

• 特點：

• 適用場景：高壓、小流量 CO?加熱（如焊接保護氣預(yù)熱，壓力通常 1-5MPa）。

• 優(yōu)勢：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，便于現(xiàn)場組裝和維修。

• 局限性：換熱面積有限，大流量時需多組并聯(lián)，成本較高。