再生器外取热器是炼油厂催化裂化装置的一个重要设备,目前工业装置广泛采用的是设置有多根垂直换热管束的密相外取热器,但存在非正常流化、温度不均、冲蚀磨损爆管等问题。随着炼厂对装备安全生产和设备可靠性要求的不断提高,开发一种传热效率高、设备可靠性强的新型外取热器具有重要的工业价值。本课题组前期提出了一种基于热管传热的新型外取热器,它利用热管单元取代传统给水管束的设计,不仅能够实现更高的传热效率,而且具有更高的设备可靠性。本研究是在前期研究的基础上,进一步通过实验研究新型外取热器的传热性能及其设计方法。依据工业催化裂化外取热器鼓泡流化床的操作工况,设计搭建一套热管流化床换热实验装置,在不同操作气速、床层温度、初始静床高度和冷却方式等操作工况下,系统研究了鼓泡流化床密相床层和稀相区气固流化床与热管壁面的对流换热特性、热管的传热特性及热工特性,结合传统外取热器的传热过程和设计方法,给出新型热管式外取热器的设计方法,并对两者的设计结果进行对比讨论。传热性能实验结果表明:操作气速、床层温度、初始静床高度等操作工况均会影响密相区壁面换热;操作气速的增大会显著增强密相段的气固壁面传热性能;床层温度也起到强化传热的作用,在高气速工况下效果明显;静床高度对传热的影响并不一致,在低气速操作条件下,深床层具有更高的壁面传热系数,而在高气速操作条件下,浅床层传热性能表现更好。气固流化床壁面换热中,密相区换热占据主导地位。热管的传热性能在高传热功率工况下表现更好,实验结果显示,水热管具备更低的热阻。取热器冷凝端的相变沸腾换热冷却方式,具有很高的传热系数,能够提高外取热器的总体传热性能,改善热管等温性表现。热工特性实验结果表明:热管在启动过程的初期,热管蒸发段壁面温度剧烈振荡,伴随热管传热功率的增大,振荡现象消失。热管传热极限发生时,密相段的热管壁面温度异常升高,过热直至接近颗粒温度,沸腾换热工况有效改善异常升温的现象。新型热管式外取热器的设计思路,基于热管的传热极限思想和新型外取热器的总传热系数的计算方法,与传统外取热器的设计结果对比表明:新型热管式外取热器允许小直径管束设计,取热段长度会受限制,取热器壳体结构偏向于矮胖型。对照某一催化装置上运行的外取热器的传热性能参数,新型热管式外取热器的总体传热性能表现优于现有商业运转的外取热器,结合新型外取热器结构设计上的优势,其可作为催化裂化外取热器的替代方案。