二氧化碳預熱器是用于加熱二氧化碳氣體（CO?）的換熱設備，廣泛應用于化工、食品、醫藥、環保、能源等領域，例如二氧化碳驅油、碳酸飲料生產、超臨界 CO?萃取、化工合成反應（如制備甲酸、甲醇）、焊接保護氣預熱等場景。

一、工作原理

1. 熱流體側：高溫介質（如 150℃的蒸汽、200℃的導熱油或電加熱產生的熱源）流經換熱設備的一側，釋放熱量。

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5. CO?氣體側：低溫 CO?（如常溫 25℃或液態 CO?汽化后的低溫氣體）流經另一側，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：熱量通過金屬管壁或換熱面傳遞。

• 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?氣體的傳熱系數較低，需通過結構設計強化傳熱（如增加流速、增大換熱面積）。

二、常見結構類型

1. 管殼式二氧 化碳預熱器

• 結構：

• 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（如工業尾氣中的 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?（如驅油工程中 10MPa 以上的高壓氣體）或大流量工況。

• 優勢：結構堅固、耐高壓、易于清洗和維護。

• 設計要點：

2. 板式二氧 化碳預熱器

• 結構：

• 由波紋金屬板片疊加而成，板片間形成流體通道，CO?與熱流體交替流經兩側。

• 特點：

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

• 體積小、重量輕：節省安裝空間，適合現場改造。

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

• 優勢：

• 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 碳預熱器

• 結構：

• 在光管外側加裝翅片（如螺旋翅片、針狀翅片），增大熱流體側的傳熱面積。

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

• CO?：走管程，管內流速需保證≥5m/s 以避免積灰（若氣體含雜質）。

• 特點：

• 適用場景：利用工業廢熱（如鍋爐煙氣余熱）加熱 CO?，實現節能。

• 典型應用：環保領域的 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 化碳預熱器

• 結構：

• 內置電加熱元件（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 ±1℃精度）。

• 結構緊湊，無需外接熱源，適合無蒸汽或導熱油系統的場合。

• 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℃）。

• 優勢：

• 局限性：能耗較高，不適合大流量工業應用。

5. 套管式二氧化碳預熱器

• 結構：

• 由兩根同心套管組成，內管走 CO?，環隙走熱流體（或反之），可串聯多段延長換熱路徑。

• 特點：

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

• 優勢：結構簡單、制造方便，便于現場組裝和維修。

• 局限性：換熱面積有限，大流量時需多組并聯，成本較高。