換熱器設(shè)備技術(shù).docx

1、第五章 換熱設(shè)備第一節(jié)換熱設(shè)備的類型及應用一、換熱設(shè)備的應用化工生產(chǎn)中，絕大多數(shù)的工藝過程都有加熱、冷卻、汽化和冷凝的過程，這些過程總稱為傳熱過程。傳熱過程需要通過一定的設(shè)備來完成，這些使傳熱過程得以實現(xiàn)的設(shè)備稱之為換熱設(shè)備。換熱設(shè)備是非常重要且被廣泛應用的化工工藝設(shè)備。例如在日產(chǎn)千噸的合成氨廠中，各種傳熱設(shè)備約占全廠設(shè)備總臺數(shù)的40左右，在煉油廠中換熱設(shè)備的投資占全部工藝設(shè)備總投資的 35-40。在化工生產(chǎn)中，傳熱設(shè)備有時還作為其他設(shè)備的一個組成部分出現(xiàn)，如蒸餾塔的再沸器、氨合成爐中的內(nèi)部換熱器等。換熱設(shè)備不僅應用在化工生產(chǎn)中，而且在輕工、動力、食品、冶金等行業(yè)也有廣泛的應用。二、換熱設(shè)備的

2、類型1. 按用途分類化工生產(chǎn)中所用的各種換熱設(shè)備按其功能和用途不同，可分為以下幾種。（ 1）冷卻器。 用水或其他冷卻介質(zhì)冷卻液體或氣體。用空氣冷卻或冷凝工藝介質(zhì)的稱為空冷器；用低溫的致冷劑，如冷鹽水、氨、氟里昂等作為冷卻介質(zhì)的稱為低溫冷卻器。（ 2）冷凝器。 冷凝蒸氣，若蒸氣經(jīng)過時僅冷凝其中一部分，則稱為部分冷凝器；如果全部冷凝為液體后又進步冷卻為過冷的液體，則稱為冷凝冷卻器； 如果通入的蒸氣溫度高于飽和溫度，則在冷凝之前，還經(jīng)過一段冷卻階段，則稱為冷卻冷凝器。（ 3）加熱器 。用蒸汽或其他高溫載熱體來加熱工藝介質(zhì)，以提高其溫度。若將蒸氣加熱到飽和溫度以上所用設(shè)備稱過熱器。（ 4）換熱器 。在

3、兩個不同工藝介質(zhì)之間進行顯熱交換，即在冷流體被加熱的同時，熱流體被冷卻。（ 5）再沸器 。用蒸汽或其它高溫介質(zhì)將蒸餾塔底的物料加熱至沸騰，以提供蒸餾時所需的熱量。（ 6）蒸氣發(fā)生器 。 用燃料油或氣的燃燒加熱生產(chǎn)蒸氣。如果被加熱汽化的是水，也叫蒸汽發(fā)生器，即鍋爐；如果被加熱的是其他液體物統(tǒng)稱為氣化器。（ 7）廢熱 ( 或余熱 ) 鍋爐 。 凡是利用生產(chǎn)過程中的廢熱（或余熱）來產(chǎn)生蒸汽的設(shè)備統(tǒng)稱為廢熱鍋爐。2. 按換熱方式分類換熱設(shè)備根據(jù)熱量傳遞方法的不同，可以分為間壁式、直接接觸式和蓄熱式三大類。（ 1）直接接觸式換熱器 。又稱混合式， 冷流體和熱流體在進入換熱器后直接接觸傳遞熱量。這種方式對

4、于工藝上允許兩種流體可以混合的情況下，是比較方便而有效的， 如涼水塔、噴射式冷凝器等。（ 2）蓄熱式換熱器。 又稱蓄熱器， 是一個充滿蓄熱體 ( 如格子磚 ) 的蓄熱室， 熱容量很大。溫度不同的兩種流體先后交替地通過蓄熱室， 高溫流體將熱量傳給蓄熱體， 然后蓄熱體又將這部分熱量傳給隨后進入的低溫流體， 從而實現(xiàn)間接的傳熱過程。 這類換熱器結(jié)構(gòu)較為簡單，可耐高溫，常用于高溫氣體的冷卻或廢熱回收，如回轉(zhuǎn)式蓄熱器。（ 3）間壁式換熱器。溫度不同的兩種流體通過隔離流體的固體壁面進行熱量傳遞，兩流體之間因有器壁分開，故互不接觸，這也是化工生產(chǎn)經(jīng)常所要求的條件?；どa(chǎn)中應用最多的是各類間壁式換熱器。在間

5、壁式換熱器中，由于傳熱過程不同，操作條件、 流體性質(zhì)、 間壁材料及制造加工等因素，決定了換熱器的結(jié)構(gòu)類型也是多種多樣的。根據(jù)間壁的形狀，間壁式換熱器大體上分為“管式”和“板面式”兩大類。如套管式、螺旋管式、管殼式都屬于管式；板片式、螺旋板式、板殼式等都屬于板面式。各類換熱器的特點及應用見表5-1 。三、換熱設(shè)備性能對比及選擇1. 換熱器的基本要求（ 1）熱量能有效地從一種流體傳遞到另一種流體，即傳熱效率高 ，單位傳熱面上能傳遞的熱量多。在一定的熱負荷下、即每小時要求傳遞熱量一定時，傳熱效率( 通常用傳熱系數(shù)表示 ) 越高，需要的傳熱面積越小。（ 2）換熱器的結(jié)構(gòu)能 適應所規(guī)定的工藝操作條件 ，

6、運轉(zhuǎn)安全可靠，密封性好，清洗、檢修方便，流體阻力小。表 5-1 各類換熱設(shè)備的應用用于管殼溫差較小的情況 (一般 50 )，管間剛性結(jié)構(gòu)換固定管不能清洗熱板式有一定的溫度補償能力殼程只能承受較低壓設(shè)間管帶膨脹節(jié)力備壁管式殼浮頭式管內(nèi)外均能承受高壓，可用于高溫高壓場合的式式U 形管式管內(nèi)外均能承受高壓，管內(nèi)清洗及檢修困難分管間容易漏泄不宜處理易揮發(fā)易爆、易燃及外填料函填料類壓力較高的介質(zhì)涵式內(nèi)填料函密封性能差，只能用于壓差較小的場合釜式殼體上部有個蒸發(fā)空間用于再沸、蒸煮結(jié)構(gòu)較復雜，主要用于高溫高壓場合或固定雙套管式床反應器中能逆流操作，用于傳熱面較小的冷卻器、冷套管式凝器或預熱器主要用于管內(nèi)流體

7、的冷卻、冷凝，或者管外沉浸式蛇管式流體的加熱噴淋式只用于管內(nèi)流體的冷卻或冷凝拆洗方便，傳熱面能調(diào)整，主要用于粘性較板式大的液體間換熱可進行嚴格的逆流操作，有自潔作用，可用螺旋板式作回收低溫熱能板面結(jié)構(gòu)十分緊湊、傳熱效果很好，流體阻力大式板翅式主要用于制氧板束類似于管束可抽出清洗檢修，壓力不能板殼式太高直接接觸式適用于允許換熱流體之間直接接觸換熱過程分兩段交替進行，適用于從高溫爐蓄熱式氣中回收熱量的場合（ 3）價格便宜，維護容易，使用時間長。在化工生產(chǎn)中所使用的換熱設(shè)備往往需要頻繁的清洗和檢修，停車的時間多，造成的經(jīng)濟損失有時會比換熱器價格更大。因此，如果換熱器能夠設(shè)計得合理，可以保證連續(xù)運轉(zhuǎn)的

8、時間長，同時能減少功率消耗，則換熱器本身價格雖然略高一些，但總的經(jīng)濟核算也可能是有利的。2. 換熱器性能對比及選擇換熱設(shè)備的類型很多，各種形式都有它特定的應用范圍。在某一種場合下性能很好的換熱器，如果換到另一種場合則可能傳熱效果和性能會有很大的改變。選型時需要考慮的因素也是多方面的。（ 1）流體的性質(zhì) 對換熱器類型的選擇上往往會產(chǎn)生重大影響， 如流體的物理性質(zhì) ( 比熱、導熱系數(shù)、粘度 ) ，化學性質(zhì) ( 如腐蝕性、熱敏性 ) ，結(jié)垢情況以及是否有磨蝕性顆粒等因素都對設(shè)備的選型有影響。例如硝酸加熱器，由于流體的強腐蝕性決定了設(shè)備的結(jié)構(gòu)和材料。如對于熱敏性大的液體，能否精確控制它在加熱過程中的溫

9、度和停留時間往往就成為選型的主要前提。 流體的潔凈程度和是否易結(jié)垢，有時在選型上也起決定性的作用，如對于需要經(jīng)常清洗換熱面的物料就不能選用高效的板翅式或其他不可拆卸的結(jié)構(gòu)。（ 2）換熱介質(zhì)的 流量、 操作溫度、 壓力 等參數(shù)在選型時也很重要，例如板式換熱器雖然高效緊湊， 性能很好，但是由于受結(jié)構(gòu)和墊片性能的限制，當壓力或溫度稍高時，或者流量很大時這種型式就不適用了。（ 3）隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，各種換熱器的適用范圍也在不斷的發(fā)展。如對于高溫高壓的換熱過程，以前主要選用結(jié)構(gòu)簡單的蛇管或套管換熱器。但由于其流體處理量小，價格高，不能適應現(xiàn)代大型化裝置的需要，因此隨著結(jié)構(gòu)材料和制造工藝的發(fā)展，正在把管

10、殼換熱器逐步推廣到高溫高壓的場合下應用，目前國外這種換熱器的最高使用壓力為84MPa，溫度達1000。換熱設(shè)備的選型在很大程度上取決于生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，各種換熱器的性能比較見表5-2 。表 5-2各種換熱器的性能允許最大允許最高單 位 體傳熱系數(shù)結(jié)傳 熱是否清洗檢修是 否操作壓力操作溫度積 傳 熱W/(m2 .K)構(gòu)面 是具有是否是否能 用/MPa/ 23是否 便熱補方便方便脆 性面/ m/m否于 調(diào)償能材 料可整力制作靠固 定 管8410001500401648491698板式U型管式10010001500301308491698浮頭式8410001500351508491698板式2.8360

11、2515006978螺 旋 板410001006982908式板翅式5-269500250437035349（氣，氣） 套管10080020沉 浸 盤10015管噴淋式1016注： - 好； - 尚可； - 不好第二節(jié)管殼式換熱器一、管殼式換熱器的類型及特點管殼式換熱器也稱列管式換熱器，具有悠久的使用歷史，雖然在傳熱效率、緊湊性及金屬耗量等方面不如近年來出現(xiàn)的其他新型換熱器；但其具有結(jié)構(gòu)堅固、可承受較高的壓力、制造工藝成熟、 適應性強及選材范圍廣等優(yōu)點，目前，仍是化工生產(chǎn)中應用最廣泛的一種間壁式換熱器，按其結(jié)構(gòu)特點有如下幾種形式。1. 固定管板式換熱器管殼式換熱器主要是由殼體、管束、 管板、

12、管箱及折流板等組成，管束和管板是剛性連接在一起的。所謂“固定管板”是指管板和殼體之間也是剛性連接在一起，相互之間無相對移動，具體結(jié)構(gòu)如圖5-1所示 。這種換熱器結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、造價較低；在相同直徑的殼體內(nèi)可排列較多的換熱管，而且每根換熱管都可單獨進行更換和管內(nèi)清洗；但管外壁清洗較困難。 當兩種流體的溫差較大時，會在殼壁和管壁中產(chǎn)生溫差應力，一般當溫差大于50時就應考慮在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)以減小或消除溫差應力。固定管板式換熱器適用于殼程流體清潔，不易結(jié)垢，管程常要清洗，冷熱流體溫差不太大的場合。圖 5-1固定管板式換熱器1封頭； 2法蘭； 3排氣口； 4殼體； 5換熱管； 6波形膨脹節(jié)；7折流

13、板（或支持板）；8防沖板； 9殼程接管； 10管板； 11管程接管； 12隔板； 13封頭； 14管箱；15排液口； 16定距管； 17拉桿； 18支座； 19墊片； 20、21螺栓、螺母2. 浮頭式換熱器浮頭式換熱器的一端管板是固定的，與殼體剛性連接，另一端管板是活動的，與殼體之間并不相連，其結(jié)構(gòu)如圖5-2 所示 。活動管板一側(cè)總稱為浮頭，浮頭的具體結(jié)構(gòu)如圖5-3所示。浮頭式換熱器的管束可從殼體中抽出，故管外壁清洗方便， 管束可在殼體中自由伸縮，所以無溫差應力； 但結(jié)構(gòu)復雜、造價高，浮頭處若密封不嚴會造成兩種流體混合且不易察覺。浮頭式換熱器適用于冷熱流體溫差較大，介質(zhì)易結(jié)垢常需要清洗的場合。

14、在化工生產(chǎn)中使用的各類管殼式換熱器中浮頭式最多。圖 5-2浮頭式換熱器1防沖板； 2折流板； 3浮頭管板； 4鉤圈； 5支耳圖 5-3 浮頭結(jié)構(gòu)示意圖浮頭式重沸器與浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)類似，見圖 5-4 。殼體內(nèi)上部空間是供殼程流體蒸發(fā)用的，所以也可將其稱為帶蒸發(fā)空間的浮頭式換熱器。圖 5-4浮頭式重沸器1偏心錐殼； 2堰板； 3液面計接口3.U 形管式換熱器U形管式換熱器不同于固定管板式和浮頭式，只有一塊管板，換熱管作成U 字形、兩端都固定在同一塊管板上；管板和殼體之間通過螺栓固定在一起，其結(jié)構(gòu)如圖5-5 所示 。這種換熱器結(jié)構(gòu)簡單、造價低，管束可在殼體內(nèi)自由伸縮，無溫差應力， 也可將管束抽出清

15、洗且還節(jié)省了一塊管板；但 U 形管管內(nèi)清洗困難且管子更換也不方便，由于 U形彎管半徑不能太小，故與其他管殼式換熱器相比布管較少，結(jié)構(gòu)不夠緊湊。U形管式換熱器適用于冷熱流體溫差較大、管內(nèi)走清潔不結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性較大的流體的場合。圖 5-5U形管式換熱器1中間擋板； 2U 形換熱管； 3排氣口； 4防沖板； 5分程隔板4. 填料函式換熱器填料函式換熱器與浮頭式很相似，只是浮動管板一端與殼體之間采用填料函密封，如圖 5-6 所示 。這種換熱器管束也可自由伸縮、無溫差應力，具有浮頭式的優(yōu)點且結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、 易于檢修清洗，特別是對腐蝕嚴重、溫差較大而經(jīng)常要更換管束的冷卻器，采用圖 5-6填

16、料函式換熱器1縱向隔板； 2浮動管板； 3活套法蘭； 4部分剪切環(huán)；5填料壓蓋； 6填料； 7填料函填料函式比浮頭式和固定管板式更為優(yōu)越；但由于填料密封性所限，不適用于殼程流體易揮發(fā)、易燃、易爆及有毒的情況。目前所使用的填料函式換熱器直徑大多在700mm 以下，大直徑的用得很少，尤其在操作壓力及溫度較高的條件下采用更少。二、管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)1. 管殼式換熱器流體的流程管殼式換熱器工作時，一種流體走管內(nèi)、稱為管程，另一種流體走管外（殼體內(nèi)）、稱為殼程。管內(nèi)流體從換熱管一端流向另一端一次，稱為一程；對U 形管換熱器，管內(nèi)流體從換熱管一端經(jīng)過U 形彎曲段流向另一端一次，稱為兩程。兩管程以上就需要在

17、管板上設(shè)置分程隔板來實現(xiàn)分程，常用的是單管程、兩管程和四管程。分程布置見表5-3 。殼程有單殼程和雙殼程兩種，常用的是單殼程，殼程分程可通過在殼體中設(shè)置縱向擋板來實現(xiàn)。表 5-3管殼式換熱器的分程2. 換熱管及其在管板上的排列換熱管是殼式換熱器的傳熱元件，它直接與兩種介質(zhì)接觸。常用換熱管為：碳鋼、低合金鋼管有19 2、 25 2.5 、 38 3、 57 3.5 ；不銹鋼管有 25 2、 38 2.5 。采用小管徑、布管數(shù)量多，單位體積的傳熱面積增大、金屬耗量少，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效率也稍高一些； 但制造較麻煩，且小直徑管子易結(jié)垢，不易清洗。 所以一般對清潔流體用小直徑的管子，粘性較大的或污濁的流

18、體采用大直徑的管子。在相同傳熱面積下，換熱管越長則殼體、封頭的直徑和壁厚就越小，經(jīng)濟性越好；但換熱管過長，經(jīng)濟效果不再顯著且清洗、運輸、安裝都不太方便。換熱管的長度規(guī)格有1.5 、2.0 、 3.0 、 4.5 、 6.0 、 7.5 、 9.0 、 12.0m，化工生產(chǎn)中6m 管長的換熱器最常用。換熱器一般都用光管，為了強化傳熱，也可用螺紋管、帶釘管及翅片管等。換熱管在管板上的排列形式有正三角形、轉(zhuǎn)角正三角形、正方形和轉(zhuǎn)角正方形等。如圖 5-7 所示。三角形排列布管多，結(jié)構(gòu)緊湊，但管外清洗不便；正方形排列便于管外清洗，但布管較少、 結(jié)構(gòu)不夠緊湊。 一般在固定管板式換熱器中多用三角形排列，浮頭

19、式換熱器多用正方形排列。圖 5-7換熱管的排列形式3. 管板和管子的連接管板是換熱器的主要部件之一，一般采用圓形平板，在板上開孔并裝設(shè)換熱管。管板還起分隔管程和殼程空間、避免冷熱流體混合的作用。管板和管子的連接方式有脹接和焊接，對于高溫高壓下常采用脹、焊并用的方式。脹接連接是利用管子與管板材料的硬度差，使管孔中的管子在脹管器的作用下直徑變大并產(chǎn)生塑性變形， 而管板只產(chǎn)生彈性變形，脹管后管板在彈性恢復力的作用下與管子外表緊緊貼合在一起， 達到密封和緊固連接的目的，如圖 5-8 所示。 由于脹接是靠管子的變形來達到密封和壓緊的一種機械連接方法，當溫度升高時， 由于蠕變現(xiàn)象的作用可能引起接頭脫落圖

20、5-8脹管前后示意圖或松動，發(fā)生泄漏。因此，脹接適用于換熱管為碳鋼，管板為碳鋼或低合金鋼，設(shè)計壓力不超過 4MPa、設(shè)計溫度不超過350，且無特殊要求的場合。焊接連接是將換熱管的端部與管板焊在一起，工藝簡單、 不受管子和管板材料硬度的限制，且在高溫高壓下仍能保持良好的連接效果，所以對于碳鋼或低合金鋼，溫度在300以上，大都采用焊接連接，如圖 5-9 所示。因為當溫度在300以上時，蠕變造成脹接殘余應力松弛， 將使脹口失效。 目前廣泛采用焊接加脹接。這種方法能夠提高接頭的抗疲勞性能，并且能消除應力腐蝕和間隙腐蝕，從而延長接頭的使用壽命。圖 5-9管板與換熱管的焊接連接4. 管箱管箱位于殼體兩端，

21、其作用是控制及分配管程流體。管箱的結(jié)構(gòu)如圖5-10所示，其中（ a）圖適用于較清潔的介質(zhì)，因檢查管子及清洗時只能將管箱整體卸下，故不夠方便；（ b）圖在管箱上裝有平蓋，只要拆下平蓋即可進行清洗和檢查，所以工程應用較多，但材料用量較大；（ c）圖是將管箱與管板焊成整體，這種結(jié)構(gòu)密封性好，但管箱不能單拆下，檢修、清洗都不方便，實際應用較少。管箱的結(jié)構(gòu)、密封形式、法蘭連接和管箱上開孔等都是設(shè)計時應多加考慮的問題。這些部件的好壞，直接影響換熱器的效率。在高壓下，應盡量減小各種開口尺寸， 以便采用較小尺寸的法蘭連接。 在高溫下，還應盡可能地減少法蘭連接。因為在高溫下，特別是當溫度超過 500時，材料的強

22、度便急劇下降，結(jié)果會使連接的法蘭和螺栓都要設(shè)計得十分粗大。圖 5-10管箱結(jié)構(gòu)形式1隔板； 2管板； 3箱蓋5. 殼體及其與管板的連接管殼式換熱器的殼體大多是一個圓筒形狀的容器，器壁上焊有接管，供殼程流體進入和排出之用。直徑小于400mm的殼體，通常用鋼管制成，大于400mm時都用鋼板卷焊而成。在殼程進口接管處常裝有防沖板或稱緩沖板，以防止進口流體直接撞擊管束上部的管排。這種撞擊會侵蝕管子，并且會引起振動。 圖 5-11 所示為兩種進口接管和防沖板的布置。不同類型的換熱器其殼體與管板的連接方式不同，如圖5-12所示。在固定管板式中，兩端管板均與殼體采用焊接連接、且管板兼作法蘭用，在浮頭式、U

23、形管式及填料函式換熱器中采用可拆連接，將管板夾持在殼體法蘭和管箱法蘭之間，這樣便于管束從殼體中抽出進行清洗和維修。圖 5-11進口接管及防沖板的布置圖 5-12管板與殼體連接結(jié)構(gòu)6折流板折流板的作用是引導殼程流體反復地改變方向作錯流流動或其他形式的流動，并可調(diào)節(jié)折流板間距以獲得適宜流速，提高傳熱效率。另外，折流板還可起到支撐管束的作用。常用折流板有弓形和圓盤- 圓環(huán)形兩種 ，如圖 5-13 、圖 5-14 所示。弓形的有單弓形、雙弓形及三弓形， 單弓形和雙弓形應用最多。弓形缺口的高度應使流體通過時的流速與橫向流過管束時的流速相當， 一般取缺口高度 h 為殼體直徑的 0.2 0.45 倍。當臥式

24、換熱器的殼程為單相清潔流體時， 折流板缺口應水平上下布置。 若氣體中含有少量液體時， 則應在缺口朝上的折流板的最低處開 通液口 ；若液體中含有少量氣體時， 則應在缺口朝下的折流板最高處開 通氣口 。當殼程為氣、液共存或液體中含有固體物料時，折流板缺口應垂直左右布置，并在折流板最低處開通氣口，如圖 5-15 所示。折流板的最小間距應不小于圓筒內(nèi)徑的1/5 ，且不小于50mm。最大間距應不大于圓筒內(nèi)直徑。圖 5-13弓形折流板圖 5-14圓盤 - 圓環(huán)形折流板圖 5-15折流板缺口尺寸從傳熱觀點看， 有些換熱器不需要設(shè)置折流板。但是為了增加換熱管剛度，防止管子振動，通常也設(shè)置一定數(shù)量的支持板（按折

25、流板一樣處理）。折流板的固定是通過拉桿和定距管來實現(xiàn)的。拉桿和定距管的連接如圖5-16 所示。拉桿是一根兩端皆帶有螺紋的長桿，一端擰入管板。 折流板穿在拉桿上，各板之間則以套在拉桿上的定距管來保持板間距離。最后一塊折流板可用螺母擰在拉桿上予以緊固。也有采用螺紋與焊接相結(jié)合連接或全焊接連接的。各種尺寸換熱器的拉桿直徑和拉桿數(shù)量分別見有關(guān)設(shè)計手冊中的規(guī)定。但其直徑不得小于 10mm，數(shù)量不少于4 根。圖 5-16拉桿結(jié)構(gòu)三、管殼式換熱器的標準管殼式換熱有國家標準，也有行業(yè)標準。GB151 1999 管殼式換熱器是由國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的關(guān)于管殼式換熱器的國家標準。該標準是管殼式換熱器設(shè)計和制造的主要

26、依據(jù)。在 GBl51 的基礎(chǔ)上， 當時的機械電子工業(yè)部、 化學工業(yè)部、 勞動部及中國石化總公司聯(lián)合發(fā)布了管殼式換熱器的行業(yè)標準， 標準代號為 JB T4714 4720 92，這批標準對浮頭式換熱器和冷凝器、固定管板式換熱器、立式熱虹吸式重沸器及U 形管式換熱器的具體結(jié)構(gòu)形式、基本參數(shù)及其組合都作了具體的規(guī)定( 定型 ) 。蘭州石油機械研究所、中石化總公司北京設(shè)計院和中石化總公司洛陽石化工程公司還聯(lián)合制定了浮頭式換熱器、冷凝器及U形管式換熱器的系列規(guī)格、 施工設(shè)計原則和細則，并編制了系列施工圖計算機繪圖軟件和施工圖。以上諸項標準形成了較為完善的管殼式換熱器的標準體系。管殼式換熱器的管束分為級和

27、級。級管束采用較高級冷拔換熱管，適用于無相變傳熱和易產(chǎn)生振動的場合；級管束采用普通級冷拔換熱管，適用于重沸、 冷凝傳熱和無振動的一般場合。換熱器的型號按如下方式表示。pLNtNtpsdDNA或x x xN s管束的級別管程 / 殼程數(shù)，單殼程時只寫 Nt公稱長度 / 換熱管外徑， m2公稱換熱面積，mm管程 / 殼程設(shè)計壓力，MPa；壓力相等時只寫pt公稱直徑， mm；對釜式重沸器為：管箱內(nèi)直徑/ 圓筒內(nèi)直徑分別表示前端管箱、殼體、后端結(jié)構(gòu)形式換熱器類型標記示例：2平蓋管箱，公稱直徑500mm，管程和殼程設(shè)計壓力均為1.6MPa，公稱換熱面積54m，較高級冷拔換熱管，外徑25mm、管長 6m，

28、 4 管程單殼程的浮頭式換熱器，標記為AES 500 1.6 54 6 25 4封頭管箱，公稱直徑700mm，管程設(shè)計壓力2.5MPa，殼程設(shè)計壓力1.6MPa，公稱2換熱面積200m，較高級冷拔換熱管，外徑25mm、管長 9m，4 管程單殼程的固定管板式換熱器，標記為BEM 700-2.5 1.6-200-9/25-4I第三節(jié) 其他類型換熱設(shè)備簡介一、板面式換熱器1螺旋板式換熱器螺旋板式換熱器和管殼式換熱器比較，具有結(jié)構(gòu)緊湊、不用管材、傳熱系數(shù)大、可完全逆流操作、在較小溫差下傳熱、有自身沖刷防污垢沉積等優(yōu)點。但另一方面，它的阻力比較大， 檢修和清洗比較困難，操作的壓力和尺寸大小上也還受到一定

29、的限制。常見的直徑為0.5 1.5m，板高為0.2 1.5m ，板厚為2 4mm，板間距為5 25mm，常用材料為不銹鋼和碳鋼。螺旋板換熱器的結(jié)構(gòu)是由兩張平行的鋼板在專用的卷床上卷制而成，它是具有一對螺旋通道的圓柱體，再加上頂蓋和進出口接管而構(gòu)成的。如圖 5-17 所示，兩種介質(zhì)分別在兩個螺旋通道內(nèi)作逆向流動，一種介質(zhì)由一個螺旋通道的中心部分流向周邊，而另一種介質(zhì)則由另一個螺旋通道的周邊進入，流向中心再排出，這樣就形成完全逆流的操作。根據(jù)使用的條件， 螺旋本體的兩個端面可以全部焊死，通常稱為型， 由于兩個通道的兩個端面均焊死， 其缺點是不能進行機械清洗或檢修。如果將兩個螺旋通道的一個端面交錯地

30、焊死， 則兩個通道均可進行清洗。但由于各有一端是敞開的， 所以兩端面需要加上可以拆卸的頂蓋密封， 這稱為型。 也有將螺旋體的一端全部焊死，而另一端有一個通道也是焊死的，僅留另一通道的端面是敞開的，可以清洗， 即和兩種結(jié)構(gòu)的混合型，詳見圖 5-18 。還有一種型的結(jié)構(gòu)，如圖5-19 ，只有一種介質(zhì)是沿螺旋通道由中心流向周邊，而另一介質(zhì)是作軸向流動。 型通常用作蒸餾塔頂?shù)睦淠?，也即蒸汽走軸向， 而冷卻介質(zhì)則沿螺旋通道流動。圖 5-17螺旋板換熱器示意圖圖 5-18 螺旋板換熱器結(jié)構(gòu)形式圖 5-19型螺旋板換熱器為了保證兩個螺旋通道的間隙維持一定，在螺旋通道內(nèi)還有許多定距柱，它們是事先焊在待卷的鋼

31、板上，通常作正三角形排列。定距柱不僅能保證螺旋通道間隙一定，而且還承受操作壓力，并在強化傳熱方面起著明顯的作用，當然，也增加了通道中的流體阻力。2板式換熱器板式換熱器是由一組長方形的薄金屬傳熱板片構(gòu)成，用框架將板片夾緊組裝于支架上。兩個相鄰板片的邊緣襯以墊片( 各種橡膠或壓縮石棉等制成) 壓緊，板片四角有圓孔，形成流體的通道，如圖5-20所示 。冷熱流體交替地在板片兩側(cè)流過，通過板片進行換熱。板片厚度為0.5 3mm，相當薄，所以傳熱阻力小，但剛度不夠。通常都將板片壓制成各種槽形或波紋形的表面。這樣既增強了板片的剛度，不致受壓變形， 同時也使流體流經(jīng)不平的表面時，增強其湍流程度，從而提高傳熱效

32、率，另外也比光滑板面的面積有所增加。圖 5-20板式換熱器1上導桿； 2墊片； 3傳熱板片； 4角孔； 5前支柱； 6固定端板；7下導桿； 8活動端板板式換熱器具有的傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、使用靈活、清洗和維護方便、能精確控制換熱溫度等優(yōu)點，應用廣泛。其缺點是不易密封、承壓能力低、使用溫度受密封材料耐溫性能的限制而不能過高，流道狹窄、易堵塞，處理量小，流動阻力大。3. 板翅式換熱器板翅式換熱器是一種緊湊、輕巧而高效的換熱設(shè)備。板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)形式很多，圖 5-21 是其中一種，在兩塊平隔板之間放一波紋板狀的金屬導熱翅片，兩邊用側(cè)條密封，構(gòu)成單元體。對各個單元體進行不同的疊積和適當?shù)嘏帕?，并用釬

33、焊，構(gòu)成牢固的組裝件，稱為芯部或板束。 通常在板束頂部和底部各留一層起絕熱作用的假翅片層。最后將帶有流體進出口的集流箱釬焊到板束上，就組成了完整的板翅式換熱器。圖 5-21 板翅式換熱器1， 3側(cè)板； 2， 5隔板； 4翅片板翅式換熱器具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧而定固、適應性大等優(yōu)點，但也存在流道小、易堵塞、結(jié)構(gòu)復雜、造價高、清洗和檢修困難等缺點。二、空冷器空冷器是以空氣作為冷卻介質(zhì)，對流經(jīng)管內(nèi)的熱流體進行冷卻或冷凝。主要由管束、風機、構(gòu)架及百葉窗等部件組成，如圖 5-22 所示。由于環(huán)境污染和水源短缺等問題，空冷器在石油和化學工業(yè)中使用越來越多，有些煉油廠約90以上的冷卻負荷是由空冷器來

34、完成的。隨著用途的日益擴大型式也越來越多，空冷器型式按通風方式有送風式和抽吸式兩類?？绽渑c水冷相比的優(yōu)缺點見表5-3 、表 5-4 。圖 5-22空冷器結(jié)構(gòu)1百葉窗； 2管束； 3構(gòu)架； 4風機表 5-3空冷器優(yōu)點空冷水冷1空氣不計費用，且隨地可取1冷卻水一般較短缺，取水費用大( 包括打井，管線和水處理等)2裝置地點不受氣源限制2大型裝置建設(shè)有時取決于水源3. 空氣沒有腐蝕性不需要防垢和清掃3. 水有腐蝕性，易結(jié)垢，需定期清掃4操作費用低，因為壓降低4操作費用高，因為水循環(huán)系統(tǒng)和換熱器壓降都較大5對環(huán)境污染少5水容易受污染6空冷器的維修費用低，僅為水冷的2030%8水冷系統(tǒng)維修費用大，清掃時需

35、停工表 5-4空冷器缺點空冷水冷1空氣比熱小，要求換熱面積大1面積較小，結(jié)構(gòu)緊湊2只能冷卻到干球溫度，熱流體出口溫度較高2可冷到濕球溫度，出口溫度比空氣低263風機有噪音和振動3無噪音公害和振動4受氣候影響大4不受或很少受氣候影響5安裝時，要考慮周圍其他設(shè)備或建筑物的影響，5水冷卻器可以位于其他設(shè)備中間防止形成熱環(huán)流。6熱流體出口溫度波動較大，精確控制較困難6可以精確控制熱流體的出口溫度7設(shè)計時技巧性強7設(shè)計方法比較成熟三、套管式換熱器這種換熱器的結(jié)構(gòu)如圖5-23 所示，由大管套小管組成同心套管。是最簡單的管式換熱器。根據(jù)傳熱面的大小，可以用U 形肘管把許多套管段串聯(lián)起來。當載熱體的流量很大時

36、，可以把套管段用管箱并聯(lián)起來。外套管可以直接焊在傳熱管上，如果管間需要清洗，或者內(nèi)管材料不能焊接時，也可以采用可用法蘭或填料函來聯(lián)接。套管式換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、工作適用范圍大，傳熱面積增減方便，兩側(cè)流體均可提高流速、 并可保證逆流， 獲得較高的傳熱系數(shù)。缺點是單位傳熱面積的金屬耗量大，檢修、清洗比較麻煩， 在可拆連接處易造成泄漏。此種換熱器適用于高溫、高壓、小流量及所需傳熱面積不大的場合。圖 5-23套管換熱器（a）光滑管；（ b）帶有翅片的管子和可以拆卸的套管第四節(jié) 換熱設(shè)備的使用與維護一、換熱設(shè)備使用維護的重要性在化工生產(chǎn)中，通過換熱器的介質(zhì)，有些含有焦炭及其他沉積物，有些具有腐蝕性，

37、所以換熱器使用一段時間后，會在換熱管及殼體等過流部位積垢和形成銹蝕物，這樣一方面降低了傳熱效率，另一方面使管子流通截面減小而流阻增大，甚至造成堵塞。介質(zhì)腐蝕也會使管束、 殼體及其他零件受損。另外，設(shè)備長期運轉(zhuǎn)振動和受熱不均勻，使管子脹接口及其他 連接處也會發(fā)生泄漏。這些都會影響換熱器的正常操作，甚至迫使裝置停工，因此對換熱器必須加強日常維護，定期進行檢查、檢修，以保證生產(chǎn)的正常進行。二、換熱器的日常維護換熱設(shè)備除定期進行檢查、檢驗外，日常的維護和修理也是不可缺少的。日常操作應特別注意防止溫度、壓力的波動，首先應保證壓力穩(wěn)定，絕不允許超壓運行。在開停工進行掃線時最易出現(xiàn)泄漏問題，如浮頭式換熱器浮

38、頭處易發(fā)生泄漏，維修時應先打開浮頭端外( 大 ) 封頭從管程試壓檢查，有時會發(fā)現(xiàn)浮頭螺栓不緊，這是由于螺栓長期受熱產(chǎn)生了塑性變形所致。 通常采取的措施是當管束水壓試驗合格后，再用蒸汽試壓， 當溫度上升至150 170時，可將螺栓再緊一次，這樣浮頭處密封性較好。對于由于腐蝕使管子穿孔應及時更換，若只是個別管子損壞而更換又比較困難時，可用管堵將壞管兩端堵死。管堵材料的硬度應不超過管子材料的硬度，堵死的管子總數(shù)不得超過該管程總管數(shù)的10。對易結(jié)垢的換熱器應及時進行清洗，以免影響傳熱效率。三、換熱器的試壓及檢修順序試壓是換熱器檢修的重要內(nèi)容，不同類型的管殼式換熱器，其試壓的順序也不盡相同，現(xiàn)以浮頭式換

39、熱器為例說明其檢修和試壓的順序。(1) 準備吹掃工具拆除浮頭端外封頭、管箱及法蘭拆除浮頭端內(nèi)封頭抽管束檢查、清掃。(2) 準備墊片、盲板及試壓機具安裝管束安裝管箱、 安裝假浮頭 ( 做臨時封頭用 ) 、殼體法蘭加盲板向殼程注水裝配試壓管線試壓 ( 一 ) 檢查脹管口及換熱管拆假浮頭、安裝浮頭端內(nèi)封頭及盲板蓋。(3) 管箱法蘭加盲板向管程注水、 裝配試壓管線試壓 ( 二 ) 檢查浮頭端墊片及管束安裝浮頭端外封頭向殼程注水試壓( 三 ) 檢查殼體密封拆除盲板、填寫檢修卡。試壓 ( 一 ) 的目的是檢查換熱管是否有破裂、脹接口是否有滲漏。如管子有破裂放壓后將其堵塞或更換， 如脹接口有滲漏放壓后進行補

40、脹、但補脹的次數(shù)不得超過3 次，否則應更換新管。各缺陷處理后重新升壓試驗，直到合格為止。試壓 ( 二 ) 的目的是檢查安裝質(zhì)量，主要是檢查浮頭端內(nèi)封頭墊片及管束，如發(fā)現(xiàn)墊片處滲漏應分析原因并妥善處理。試壓 ( 三 ) 則是設(shè)備整體試壓，主要檢查浮頭端外封頭的安裝質(zhì)量。四、換熱器的清洗化工生產(chǎn)中的換熱設(shè)備經(jīng)長時間運轉(zhuǎn)后，由于介質(zhì)的腐蝕、沖蝕、積垢、 結(jié)焦等原因，使管子內(nèi)外表面都有不同程度的結(jié)垢，甚至堵塞。所以在停工檢修時必須進行徹底清洗，常用的清洗 ( 掃) 方法有風掃、 水洗、汽掃、 化學洗清和機械清洗等。一般輕微堵塞和結(jié)垢，可用風吹和簡單工具穿通( 如用 8 12mm螺紋鋼筋 ) 即可達到較好的效果。但對嚴重的結(jié)垢和堵塞，如冷凝、冷卻器，一般都是由于水質(zhì)中含有大量的鈣、鎂離子，在通過管束時水在管子表面蒸發(fā)， 鈣和鎂的沉淀物沉積在管壁上形成堅硬的垢層，用一般的方法難以奏效，則必須用化學或機械等清洗方法?；瘜W清洗是利用清洗劑與垢層起化學反應的方法來除去積垢，適用于形狀較為復雜的構(gòu)件的清洗， 如 U形管的清洗， 管子之間的清洗。這種清洗