換熱器的形式與優(yōu)缺點(diǎn)

文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.換熱器的形式與優(yōu)缺點(diǎn)一.換熱器的概念換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器是化工，石油，動(dòng)力，食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位.在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等 ，應(yīng)用更加廣泛。換熱設(shè)備因其用途不同，類型繁多，性能不一，但均可歸結(jié)為管殼式結(jié)構(gòu)和板式結(jié)構(gòu)兩大類。二.換熱器的工作原理換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，即在一個(gè)大的密閉容器內(nèi)裝上水或其他介質(zhì)，而在容器內(nèi)有管道穿過。讓熱水從管道內(nèi)流過。由于管道內(nèi)熱水和容器內(nèi)冷熱水的溫度差，會形成熱交換，也就是初中物理的熱平衡，高溫物體的熱量總是向低溫物體傳遞，這樣就把管道里水的熱量交換給了容器內(nèi)的冷水，換熱器又稱熱交換器。三.機(jī)械結(jié)構(gòu)形式換熱器的分類良多,可以按傳熱原理、結(jié)構(gòu)和用途等進(jìn)行分類，按其結(jié)構(gòu)分類主要有管殼式和板式兩種。根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即： 間壁式、混合式和蓄熱式。1、間壁式換熱器的類型夾套式換熱器這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成，結(jié)構(gòu)簡單；但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)也不高.為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器.當(dāng)夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時(shí)，亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動(dòng)的措施，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù).為補(bǔ)充傳熱面的不足，也可在釜內(nèi)部安裝蛇管.夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過程的加熱和冷卻。沉浸式蛇管換熱器這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應(yīng)的形狀,并沉浸在容器內(nèi)的液體中.蛇管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造；具缺點(diǎn)是容器內(nèi)液體湍動(dòng)程度低，管外給熱系數(shù)小.為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。噴淋式換熱器這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水從上方噴淋裝置均勻淋下，故也稱噴淋式冷卻器.噴淋式換熱器的管外是一層湍動(dòng)程度較高的液膜,管外給熱系數(shù)較沉浸式增大很多.另外，這種換熱器大多放置在空氣流通之處，冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量，可起到降低冷卻水溫度，增大傳熱推動(dòng)力的作用.因此，和沉浸式相比，噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。套管式換熱器套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管，并由U形彎頭連接而成.在這種換熱器中，一種流體走管內(nèi)，另一種流體走環(huán)隙，兩者皆可得到較高的流速，故傳熱系數(shù)較大.另外，在套管換熱器中，兩種流體可為純逆流，對數(shù)平均推動(dòng)力較大。套管換熱器結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，應(yīng)用亦方便（可根據(jù)需要增減管段數(shù)目）.特別是由于套管換熱器同時(shí)具備傳熱系數(shù)大，傳熱推動(dòng)力大及能夠承受高壓強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在超高壓生產(chǎn)過程（例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產(chǎn)過程）中所用的換熱器幾乎全部是套管式。管殼式換熱器管殼式(又稱列管式)換熱器是最典型的間壁式換熱器,它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史,而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成 ,殼體多呈圓形,內(nèi)部裝有平行管束，管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱的兩種流體,一種在管內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程；一種在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。為提高管外流體給熱系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流檔板。折流檔板不僅可防止流體短路，增加流體速度，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過管束，使湍動(dòng)程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種，前者應(yīng)用更為廣泛.。流體在管內(nèi)每通過管束一次稱為一個(gè)管程，每通過殼體一次稱為一個(gè)殼程。為提高管內(nèi)流體的速度，可在兩端封頭內(nèi)設(shè)置適當(dāng)隔板，將全部管子平均分隔成若干組。這樣,流體可每次只通過部分管子而往返管束多次，稱為多管程。同樣，為提高管外流速，可在殼體內(nèi)安裝縱向檔板使流體多次通過殼體空間稱多殼程。在管殼式換熱器內(nèi)，由于管內(nèi)外流體溫度不同，殼體和管束的溫度也不同。如兩者溫差很大，換熱器內(nèi)部將出現(xiàn)很大的熱應(yīng)力，可能使管子彎曲，斷裂或從管板上松脫。因此，當(dāng)管束和殼體溫度差超過50c時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)臏夭钛a(bǔ)償措施，消除或減小熱應(yīng)力。2、混合式換熱器混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進(jìn)行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動(dòng)力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門中。按照用途的不同，可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型：(1) 冷卻塔(或稱冷水塔)在這種設(shè)備中，用自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)的方法，將生產(chǎn)中已經(jīng)提高了溫度的水進(jìn)行冷卻降溫之后循環(huán)使用，以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。例如熱力發(fā)電廠或核電站的循環(huán)水、合成氨生產(chǎn)中的冷卻水等，經(jīng)過水冷卻塔降溫之后再循環(huán)使用，這種方法在實(shí)際工程中得到了廣泛的使用。(2)氣體洗滌塔(或稱洗滌塔)在工業(yè)上用這種設(shè)備來洗滌氣體有各種目的，例如用液體吸收氣體混合物中的某些組分，除凈氣體中的灰塵，氣體的增濕或干燥等。但其最廣泛的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液體以水居多。空調(diào)工程中廣泛使用的噴淋室，可以認(rèn)為是它的一種特殊形式。噴淋室不但可以像氣體洗滌塔一樣對空氣進(jìn)行冷卻， 而且還可對其進(jìn)行加熱處理。但是，它也有對水質(zhì)要求高、占地面積大、水泵耗能多等缺點(diǎn)：所以，目前在一般建筑中，噴淋室已不常使用或僅作為加濕設(shè)備使用。但是，在以調(diào)節(jié)濕度為主要目的的紡織廠、卷煙廠等仍大量使用 ！(3)噴射式熱交換器在這種設(shè)備中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進(jìn)行傳熱，并一同進(jìn)入擴(kuò)散管，在擴(kuò)散管的出口達(dá)到同一壓力和溫度后送給用戶。(4)混合式冷凝器這種設(shè)備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝。.蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器用于進(jìn)行蓄熱式換熱的設(shè)備。內(nèi)裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子(有時(shí)用金屬波形帶等)。換熱分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段，熱氣體通過火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來。第二階段，冷氣體通過火格子，接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。這兩個(gè)階段交替進(jìn)行。通常用兩個(gè)蓄熱器交替使用，即當(dāng)熱氣體進(jìn)入一器時(shí)，冷氣體進(jìn)入另一器。常用于冶金工業(yè)，如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學(xué)工業(yè)，如煤氣爐中的空氣預(yù)熱器或燃燒室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。蓄熱式換熱器一般用于對介質(zhì)混合要求比較低的場合。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了適應(yīng)發(fā)展的需要，我國對某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn)，形成了系列。完善的換熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求：(1)合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件；(2)結(jié)構(gòu)安全可靠；(3)便于制造、安裝、操作和維修；(4)經(jīng)濟(jì)上合理。.浮頭式換熱器浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定，而另一端的管板可在殼體內(nèi)自由浮動(dòng)，殼體和管束對膨脹是自由的，故當(dāng)兩張介質(zhì)的溫差較大時(shí)，管束和殼體之間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭端設(shè)計(jì)成可拆結(jié)構(gòu)，使管束能容易的插入或抽出殼體。(也可設(shè)計(jì)成不可拆的)。這樣為檢修、清洗提供了方便。但該換熱器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且浮動(dòng)端小蓋在操作時(shí)無法知道泄露情況。因此在安裝時(shí)要特別注意其密封。浮頭換熱器的浮頭部分結(jié)構(gòu)，按不同的要求可設(shè)計(jì)成各種形式，除必須考慮管束能在設(shè)備內(nèi)自由移動(dòng)外，還必須考慮到浮頭部分的檢修、安裝和清洗的方便。在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮7?頭管板的外徑Dd該外徑應(yīng)小于殼體內(nèi)徑Di,一般推薦浮頭管板與殼體內(nèi)壁的間隙b1=3~5mm這樣，當(dāng)浮頭出的鉤圈拆除后，即可將管束從殼體內(nèi)抽出。以便于進(jìn)行檢修、清洗。浮頭蓋在管束裝入后才能進(jìn)行裝配，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮保證浮頭蓋在裝配時(shí)的必要空間。鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質(zhì)間的用漏起著重要作用。隨著陵頭式換熱器的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的發(fā)展，以及長期以來使用經(jīng)驗(yàn)的積累，鉤圈的結(jié)構(gòu)形式也得到了不段的改進(jìn)和完善。鉤圈一般都為對開式結(jié)構(gòu)，要求密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、便于制造和拆裝方便。浮頭式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性，在長期使用過程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。盡管近年來受到不斷涌現(xiàn)的新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反過來也不斷促進(jìn)了自身的發(fā)展。故迄今為止在各種換熱器中扔占主導(dǎo)地位。管子構(gòu)成換熱器的傳熱面，管子尺寸和形狀對傳熱有很大影響。采用小直徑的管子時(shí)，換熱器單位體積的換熱面積大一些，設(shè)備比較緊湊，單位傳熱面積的金屬消耗量少，傳熱系數(shù)也較高。但制造麻煩，管子易結(jié)垢，不易清洗。大直徑管子用于粘性大或者污濁的流體，小直徑的管子用于較清潔的流體。管子材料的選擇應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的壓力、溫度及腐蝕性來確定。換熱器的管子在管板上的排列不單考慮設(shè)備的緊湊性，還要考慮到流體的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及加工制造方面的情況。管子在管板上的標(biāo)準(zhǔn)排列形式有四種：正三角形和轉(zhuǎn)角正三角形排列，適用與殼程介質(zhì)清潔，且不需要進(jìn)行機(jī)械清洗的場合。正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列，能夠使管間的小橋形成一條直線通道，便于用機(jī)械進(jìn)行清洗，一般用于管束可抽出管間清洗的場合。另外對于多管程換熱器，常采用組合排列方法，其每一程中一般都采用三角形排列，而各程之間則常常采用正方形排列，這樣便于安排隔板位置。當(dāng)換熱器直徑較大，管子較多時(shí)，都必須在管束周圍的弓形空間內(nèi)盡量配置換熱管。這不但可以有效地增大傳熱面積，也可以防止在殼程流體在弓形區(qū)域內(nèi)短路而給傳熱帶來不利影響。管板上換熱管中心距的選擇既要考慮結(jié)構(gòu)的緊湊性，傳熱效果，又要考慮管板的強(qiáng)度和清洗管子外表面所需的空間。除此之外，還要考慮管子在管板上的固定方法。若間距太小，當(dāng)采用焊接連接時(shí)，相鄰兩根管的焊縫太近，焊縫質(zhì)量受熱影響不易得到保證；若采用脹接，擠壓力可能造成管板發(fā)生過大的變形，失去管子和管板間的結(jié)合力。一般采用的換熱管的中心距不小于管子外徑的1.25倍。當(dāng)換熱器多需的換熱面積較大，而管子又不能做的太長時(shí)，就得增大殼體直徑，以排列較多的管子。此時(shí)為了提高管程流速，增加傳熱效果，須將管束分程，使流體依次流過各程管束。為了把換熱器做成多管程，可在一端或兩端的管箱中分別安置一定數(shù)量的隔板。浮頭式換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：(1)管束可以抽出，以方便清洗管、殼程；(2)介質(zhì)間溫差不受限制；(3)可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于450度，壓力小于等于6.4兆帕；(4)可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的場合；(5)可用于管程易腐蝕場合。缺點(diǎn)：(1)小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏；(2)金屬材料耗量大，成本高20%(3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜1制造工藝選取換熱設(shè)備的制造材料及牌號，進(jìn)行材料的化學(xué)成分檢驗(yàn)，機(jī)械性能合格后，對鋼板進(jìn)行矯形，方法包括手工矯形，機(jī)械矯形及火焰矯形。備料劃線切割邊緣加工(探傷)成型組對焊接一-焊接質(zhì)量檢驗(yàn)組裝焊接壓力試驗(yàn)2質(zhì)量檢驗(yàn)化工設(shè)備不僅在制造之前對原材料進(jìn)行檢驗(yàn)，而且在制造過程中要隨時(shí)進(jìn)行檢查。3質(zhì)量檢驗(yàn)內(nèi)容和方法設(shè)備制造過程中的檢驗(yàn)，包括原材料的檢驗(yàn)、工序間的檢驗(yàn)及壓力試驗(yàn)，具體內(nèi)容如下：(1)原材料和設(shè)備零件尺寸和幾何形狀的檢驗(yàn)；(2)原材料和焊縫的化學(xué)成分分析、力學(xué)性能分析試驗(yàn)、金相組織檢驗(yàn)，總稱為破壞試驗(yàn)；(3)原材料和焊縫內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)方法是無損檢測，它包括：射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測等；（4）設(shè)備試壓，包括：水壓試驗(yàn)、介質(zhì)試驗(yàn)、氣密試驗(yàn)等。4耐壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)：制造完工的換熱器應(yīng)對換熱器管板的連接接頭，管程和殼程進(jìn)行耐壓試驗(yàn)或增加氣密性試驗(yàn)，耐壓試驗(yàn)包括水壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)。換熱器一般進(jìn)行水壓試驗(yàn)，但由于結(jié)構(gòu)或支撐原因，不能充灌液體或運(yùn)行條件不允許殘留試驗(yàn)液體時(shí)，可采用氣壓試驗(yàn)。如果介質(zhì)毒性為極度，高度危害或管、殼程之間不允許有微量泄漏時(shí)，必須增加氣密性試驗(yàn)。換熱器壓力試驗(yàn)的順序如下：固定管板換熱器先進(jìn)行殼程試壓，同時(shí)檢查換熱管與管板連接接頭，然后進(jìn)行管程試壓；U形管式換熱器、釜式重沸器（U形管束）及填料函式換熱器先用試驗(yàn)壓環(huán)進(jìn)行殼程試壓，同時(shí)檢查接頭，然后進(jìn)行管程試壓；浮頭式換熱器、釜式重沸器（浮頭式管束）先用試驗(yàn)壓環(huán)和浮頭專用工具進(jìn)行管頭試壓，對于釜式重沸器尚應(yīng)配備管頭試壓專用殼體，然后進(jìn)行管程試壓，最后進(jìn)行殼程試壓；重疊換熱器接頭試壓可單臺進(jìn)行，當(dāng)各臺換熱器程間連通時(shí)，管程和殼程試壓應(yīng)在重疊組裝后進(jìn)行。5安裝方法安裝換熱器的基礎(chǔ)必須滿足以使換熱器不發(fā)生下沉，或使管道把過大的變形傳到傳熱器的接管上?；A(chǔ)一般分為兩種：一種為磚砌的鞍形基礎(chǔ)，換熱器上沒有鞍式支座而直接放在鞍形基礎(chǔ)上，換熱器與基礎(chǔ)不加固定，可以隨著熱膨脹的需要自由移動(dòng)。另一種為混凝土基礎(chǔ)，換熱器通過鞍式支座由地腳螺栓將其與基礎(chǔ)牢固的連接起來。在安裝換熱器之前應(yīng)嚴(yán)格的進(jìn)行基礎(chǔ)質(zhì)量的檢查和驗(yàn)收工作，主要項(xiàng)目如下：基礎(chǔ)表面概況；基礎(chǔ)標(biāo)高，平面位置，形狀和主要尺寸以及預(yù)留孔是否符合實(shí)際要求；地腳螺栓的位置是否正確，螺紋情況是否良好，螺帽和墊圈是否齊全；放置墊鐵的基礎(chǔ)表面是否平整等?；A(chǔ)驗(yàn)收完畢后，在安裝換熱器之前在基礎(chǔ)上放墊鐵，安放墊鐵處的基礎(chǔ)表面必須鏟平，使兩者能很好的接觸。墊鐵厚度可以調(diào)整，使換熱器能達(dá)到設(shè)計(jì)的水平高度。墊鐵放置后可增加換熱器在基礎(chǔ)上的穩(wěn)定性， 并將其重量通過墊鐵均勻地傳遞到基礎(chǔ)上去。墊鐵可分為平墊鐵、斜墊鐵和開口墊鐵。其中，斜墊鐵必須成對使用。地腳螺栓兩側(cè)均應(yīng)有墊鐵，墊鐵的安裝不應(yīng)妨礙換熱器的熱膨脹。換熱器就位后需用水平儀對換熱器找平，這樣可使各接管都能在不受力的情況下連接管道。找平后，斜墊鐵可與芝座焊牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死。當(dāng)兩個(gè)以上重疊式換熱器安裝時(shí)，應(yīng)在下部換熱器找正完畢，并且地腳螺栓充分固定后，再安裝上部換熱器?？沙楣苁鴵Q熱器安裝前應(yīng)抽芯檢查，清掃，抽管束時(shí)應(yīng)注意保護(hù)密封面和折流板。移動(dòng)和起吊管束時(shí)應(yīng)將管束放置在專用的支承結(jié)構(gòu)上，以避免損傷換熱管。根據(jù)換熱器的形式，應(yīng)在換熱器的兩端留有足夠的空間來滿足條件（操作）清洗、維修的需要。浮頭式換熱器的固定頭蓋端應(yīng)留有足夠的空間以便能從殼體內(nèi)抽出管束，外頭蓋端必須也留出一米以上的位置以便裝拆外頭蓋和浮頭蓋。固定管板式換熱器的兩端應(yīng)留出足夠的空間以便能抽出和更換管子。并且，用機(jī)械法清洗管內(nèi)時(shí)。兩端都可以對管子進(jìn)行刷洗操作。 U形管式換熱器的固定頭蓋應(yīng)留出足夠的空間以便抽出管束，也可在其相對的一端留出足夠的空間以便能拆卸殼體。換熱器不得在超過銘牌規(guī)定的條件下運(yùn)行。應(yīng)經(jīng)常對管，殼程介質(zhì)的溫度及壓降進(jìn)行監(jiān)督，分析換熱管的泄漏和結(jié)垢情況。管殼式換熱器就是利用管子使其內(nèi)外的物料進(jìn)行熱交換、冷卻、冷凝、加熱及蒸發(fā)等過程，與其他設(shè)備相比較，其余腐蝕介質(zhì)接觸的表面積就顯得非常大，發(fā)生腐蝕穿孔結(jié)合處松弛泄漏的危險(xiǎn)性很高，因此對換熱器的防腐蝕和防泄漏的方法也比其他設(shè)備要多加考慮， 當(dāng)換熱器用蒸汽來加熱或用水來冷卻時(shí)，水中的溶解物在加熱后，大部分溶解度都會有所提高，而硫酸鈣類型的物質(zhì)則幾乎沒有變化。冷卻水經(jīng)常循環(huán)使用，由于水的蒸發(fā)，使鹽類濃縮，產(chǎn)生沉積或污垢。又因水中含有腐蝕性溶解氣體及氯離子等引起設(shè)備腐蝕，腐蝕與結(jié)垢交替進(jìn)行，激化了鋼材的腐蝕。因此必須經(jīng)過清洗來改善換熱器的性能。由于清洗的困難程度是隨著垢層厚度或沉積的增加而迅速增大的，所以清洗間隔時(shí)間不宜過長，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)裝置的特點(diǎn)，換熱介質(zhì)的性質(zhì)，腐蝕速度及運(yùn)行周期等情況定期進(jìn)行檢查，修理及清洗。換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機(jī)裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應(yīng)用于化工、石油、動(dòng)力和原子能等工業(yè)部門。它的主要功能是保證工藝過程對介質(zhì)所要求的特定溫度，同時(shí)也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。換熱器既可是一種單獨(dú)的設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的熱交換器。由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。發(fā)展歷史二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。 30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。止匕外，自60年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。70年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類?；旌鲜綋Q熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必須及時(shí)分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進(jìn)行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以及時(shí)分離。蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體（填料）表面，從而進(jìn)行熱量交換的換熱器，如煉焦?fàn)t下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設(shè)備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進(jìn)行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣。間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等；板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求而設(shè)計(jì)的換熱器，如刮面式換熱器、轉(zhuǎn)盤式換熱器和空氣冷卻器等。換熱器中流體的相對流向一般有順流和逆流兩種。順流時(shí)，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。逆流時(shí)，沿傳熱表面兩流體的溫差分布較均勻。在冷、熱流體的進(jìn)出口溫度一定的條件下，當(dāng)兩種流體都無相變時(shí)，以逆流的平均溫差最大順流最小。在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減??；若傳熱面積不變，采用逆流時(shí)可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設(shè)備費(fèi)，后者可節(jié)省操作費(fèi)，故在設(shè)計(jì)或生產(chǎn)使用中應(yīng)盡量采用逆流換熱。當(dāng)冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化（沸騰或冷凝）時(shí)，由于相變時(shí)只放出或吸收汽化潛熱，流體本身的溫度并無變化，因此流體的進(jìn)出口溫度相等，這時(shí)兩流體的溫差就與流體的流向選擇無關(guān)了。除順流和逆流這兩種流向外，還有錯(cuò)流和折流等流向。在傳熱過程中，降低間壁式換熱器中的熱阻，以提高傳熱系數(shù)是一個(gè)重要的問題。熱阻主要來源于間壁兩側(cè)粘滯于傳熱面上的流體薄層（稱為邊界層），和換熱器使用中在壁兩側(cè)形成的污垢層，金屬壁的熱阻相對較小。增加流體的流速和擾動(dòng)性，可減薄邊界層，降低熱阻提高給熱系數(shù)。但增加流體流速會使能量消耗增加，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在減小熱阻和降低能耗之間作合理的協(xié)調(diào)。為了降低污垢的熱阻，可設(shè)法延緩污垢的形成，并定期清洗傳熱面。一般換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫?fù)Q熱器；鍥合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外，有些已開始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等。.概念：管殼式換熱器由一個(gè)殼體和包含許多管子的管束所構(gòu)成， 冷、熱流體之間通過管壁進(jìn)行換熱的換熱器。它適應(yīng)于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個(gè)方面。通常管殼式換熱器的工作壓力可達(dá)4兆帕，工作溫度在200c以下，在個(gè)別情況下還可達(dá)到更高的壓力和溫度。一般殼體直徑在 1800mm以下，管子長度在9m以下,在個(gè)別情況下也有更大或更長的。圖2—5列管式換熱器.特點(diǎn)：管殼式換熱器操作適應(yīng)性廣，堅(jiān)固耐用，可處理殼程壓力30MPa、管程壓力65MPa以下以及溫度為-196?+600C的物料，采用特殊設(shè)計(jì)或材料，其操作范圍還可擴(kuò)大O.類型：1）管殼式換熱器又可分為固定管板式、U形管式、浮頭式及填料函式，管殼式換熱器是進(jìn)行熱交換操作的通用工藝設(shè)備。廣泛應(yīng)用于化工、石油、石油化工、電力、輕工、冶金、原子能、造船、航空、供熱等工業(yè)部門中。特別是在石油煉制和化學(xué)加工裝置中，占有極其重要的地位。2）管殼式換熱器又稱列管式換熱器。是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡單，操作可靠，可用各種結(jié)構(gòu)材料制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應(yīng)用最廣的類型。固定管板式換熱器1）、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩塊管板均與殼體相焊接，并加入了熱補(bǔ)償原件 ——膨脹節(jié)。2）、優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換。3）、缺點(diǎn)：不易清洗殼程，殼體和管束中可能產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。4）、適用場合：適用于殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，管程需清洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的場合。圖2—6固定管板式換熱器圖2—7帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器5）膨脹節(jié)的作用：由于兩塊管板都與殼體固定，當(dāng)殼體、換熱管受熱、受壓都會發(fā)生變形，加入膨脹節(jié)減少熱應(yīng)力來吸收熱膨脹差。浮頭式換熱器1）、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：一塊管板固定，另一塊是浮動(dòng)的與浮頭蓋用浮頭鉤圈法蘭相連。圖2—8浮頭結(jié)構(gòu)圖1-浮動(dòng)管板 2-浮頭鉤圈法蘭相連 3-浮頭蓋2）、優(yōu)點(diǎn)：管內(nèi)和管間清洗方便，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。3）、缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備笨重，造價(jià)高，浮頭端小蓋在操作中無法檢查O4）、適用場合：殼體和管束之間壁溫相差較大，或介質(zhì)易 結(jié)垢的場合圖2—9浮頭式換熱器U形管式換熱器1）、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：只有一塊管板，換熱管呈U形。圖2—10U型管式換熱器結(jié)構(gòu)圖2）、優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，承受能力強(qiáng)，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。3）、缺點(diǎn)：布板少，管板利用率低，管子壞時(shí)不易更換。4）、適用場合：特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。填料函式換熱器.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：該換熱器的結(jié)構(gòu)與浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)相似，只是浮頭伸到了殼體外，斧頭與殼體之間采取填料函式密封。圖2—11填料函式換熱器.優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，造價(jià)低，管內(nèi)和管間清洗方便。.缺點(diǎn)：填料處易泄漏。.適用場合：4MPa以下，且不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度受填料的物性限制。.結(jié)構(gòu)：管殼式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強(qiáng)流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體。.換熱管：1）、概述：換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件，主要通過管壁的內(nèi)外面進(jìn)行傳熱，所以換熱管的形狀、尺寸和材料，對傳熱有很大的影響。小管徑且管壁較薄的管子在相同的殼徑內(nèi)可以排列較多的管子，使換熱器單位體積的傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊，單位傳熱面積金屬耗量少，傳熱效率也稍高一些，但制造麻煩，且易結(jié)垢，不易清洗。換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件，采用高效傳熱元件是改進(jìn)換熱器傳熱性能最直接有效的方法。國內(nèi)已使用的換熱管有以下幾種。（1）螺紋管 （2）T形翅片管（3）表面多孔管 （4）螺旋槽紋管（5）波紋管所以一般對清潔流體用小直徑管子，粘性較大的或污染的流體采用大直徑管子。我國管殼式換熱器常用換熱管為：碳鋼、低合金鋼管有：①19X2、①25X2.5、①38X3、①57X3.5;不銹鋼管有①25X2、①38X2.5。長度規(guī)格有1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、12.0m,在煉油廠所用的換熱器中最常用的是6m管長。換熱管一般都用光管，為了強(qiáng)化傳熱，也可用螺紋管、帶釘管及翅片管。2）、換熱管在管板上的排列方式：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

2—11所小。正三角形轉(zhuǎn)角正三角形正方形轉(zhuǎn)角正方形流體正方形轉(zhuǎn)角正方形流動(dòng)方向流體流動(dòng)方向正三角形最普遍，因?yàn)樵谙嗤墓馨迕娣e上排管最多，結(jié)構(gòu)緊湊，但管外清洗不方便；正方形排管少，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，但管外清洗較方便。一般在固定管板式換熱器中多用三角形排列，浮頭式換熱器多用正方形排列。流體每通過管束一次稱為一個(gè)管程；每通過殼體一次稱為一個(gè)殼程。圖示為最簡單的單殼程單管程換熱器，簡稱為1-1型換熱器。為提高管內(nèi)流體速度，可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應(yīng)用。圖示（管板式）：6.管子與管板的連接管子與管板的連接方法有：脹接、焊接、脹焊接結(jié)合等。1）、脹接利用脹管器擠壓伸入管板孔中的管子端部，使管端發(fā)生塑性變形，管板孔同時(shí)產(chǎn)生彈性變形，取去脹管器后，管板與管子產(chǎn)生一定的擠壓力，貼在一起達(dá)到密封緊固連接的目的。a）脹管前 （b）脹管后圖2-15脹管前后示意圖適用范圍：換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力0 4MPa,設(shè)計(jì)溫度0300C,且無特殊要求的場合。要求：管板硬度大于管子硬度，否則將管端退火后再脹接。脹接時(shí)管板上的孔可以是光孔，也可開槽（開槽可以增加連接強(qiáng)度和緊密性）。2）、焊接焊接連接是將換熱管的端部與管板焊在一起。?優(yōu)點(diǎn)：在高溫高壓條件下，焊接連接能保持連接的緊密性，管板加工要求可降低，節(jié)省孔的加工工時(shí)，工藝較脹接簡單，壓力較低時(shí)可使用較薄的管板。?缺點(diǎn)：在焊接接頭處產(chǎn)生的熱應(yīng)力可能造成應(yīng)力腐蝕開裂和疲勞破裂，同時(shí)管子、管板間存在間隙，易出現(xiàn)縫隙腐蝕”。圖圖2-17換熱管焊接示意圖3）、焊脹結(jié)合?脹焊結(jié)合連接主要有：強(qiáng)度焊+密封脹 先焊后脹。強(qiáng)度脹+密封焊 先脹后焊。概念解釋：密封焊一不保證強(qiáng)度，只防漏；強(qiáng)度焊一既防漏，又保證抗拉脫強(qiáng)度；密封脹一只消除間隙，不承擔(dān)拉脫力；強(qiáng)度脹一既消除間隙，又滿足脹接強(qiáng)度。目前，先焊后脹與先脹后焊兩派學(xué)說仍處于爭議之中.管板與殼體的連接不同類型的管殼式換熱器具殼體與管板的連接方式不同，在固定管板式換熱器中，兩端管板均與殼體采用焊接連接，這種連接稱為管板與殼體的不可拆連接；在浮頭式、 U形管式換熱器中固定端的管板與殼體采用可拆連接。1）、不可拆連接結(jié)構(gòu)將管板直接焊接在殼體上，根據(jù)管板是否兼作法蘭其結(jié)構(gòu)不同，（下面兩組圖分別表示其結(jié)構(gòu)）多數(shù)情況下采用管板兼作法蘭的結(jié)構(gòu)。圖2-18管板兼作法蘭時(shí)與殼體的連接結(jié)構(gòu)（焊接）圖2-19管板不兼作法蘭時(shí)與殼體的連接結(jié)構(gòu)（焊接）2）、可拆連接結(jié)構(gòu)在浮頭式、U形管式換熱器中固定端的管板與殼體采用可拆連接，將管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，這樣便于管束從殼體中抽出進(jìn)行清洗和維修。圖2-20管板與殼體的可拆連接結(jié)構(gòu).管殼式換熱器的制造氯氣過熱器是造紙堿回收生產(chǎn)中的設(shè)備之一 ，用來實(shí)現(xiàn)物料之間的熱量交換。該過熱器為一管殼式換熱器,管束材料為NCu30,介質(zhì)為氯氣。由于其接觸腐蝕性介質(zhì)的面積很大，因此對設(shè)備的耐腐蝕性要求很高。下面將蘭州節(jié)能環(huán)保工程有限公司制造氯氣過熱器的工藝介紹如下。氯氣過熱器由管程和殼程兩部分組成，見圖1。三種換熱器綜合性能對比3種換熱器綜合對比見表1，表中緊湊性是換熱器總傳熱面積與其體積的比值該值越大占地面積越小。經(jīng)濟(jì)性是指單位傳熱面積的金屬耗量 ，該值越小造價(jià)越低。價(jià)格比指相同工況和材料下的相對價(jià)格比 ，并以固定管板作為基數(shù)。表中換熱器采用公稱壓力2.5MPa,6000mm管長作對比。在同等條件下，固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)最緊湊，U形管式和浮頭式換熱器相當(dāng)。固定管板式換熱器最經(jīng)濟(jì)，浮頭式換熱器較差。若工況允許，選擇換熱器的次序?yàn)楣潭ü馨迨?、U形管式、浮頭式。參考文獻(xiàn).淺談管殼式換熱器《科技信息》2001.5.管殼式換熱器的制造《化工裝備技術(shù)》第25卷第2期2004年.管殼式換熱器結(jié)構(gòu)型式及經(jīng)濟(jì)性比較《石油化工設(shè)備》第32卷第2期2001板式1特點(diǎn)）.傳熱效率高板片波紋的設(shè)計(jì)以高度的薄膜導(dǎo)熱系數(shù)為目標(biāo)，板片波紋所形成的特殊流道，使流體在極低的流速下即可發(fā)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)流（湍流） ，擾動(dòng)流又有自凈效應(yīng)以防止污垢生成因而傳熱效率很高。一般地說，板式換熱器的傳熱系數(shù)K值在3000?6000W/m2.oC范圍內(nèi)。這就表明，板式換熱器只需要管殼式換熱器面積的1/2?1/4即可達(dá)到同樣的換熱效果。.）隨機(jī)應(yīng)變由于換熱板容易拆卸，通過調(diào)節(jié)換熱板的數(shù)目或者變更流程就可以得到最合適的傳熱效果和容量。只要利用換熱器中間架，換熱板部件就可有多種獨(dú)特的機(jī)能。這樣就為用戶提供了隨時(shí)可變更處理量和改變傳熱系數(shù) K值或者增加新機(jī)能的可能。3）熱損失小因結(jié)構(gòu)緊湊和體積小，換熱器的外表面積也很小，因而熱損失也很小，通常設(shè)備不再需要保溫。4）使用安全可靠在板片之間的密圭^裝置上設(shè)計(jì)了2道密封，同時(shí)又設(shè)有信號孔，一旦發(fā)生泄漏，可將其排出熱換器外部， 即防止了二種介質(zhì)相混，又起到了安全報(bào)警的作用。5）有利于低溫?zé)嵩吹睦糜捎趦煞N介質(zhì)幾乎是全逆流流動(dòng)，以及高的傳熱效果，板式換熱器兩種介質(zhì)的最小溫差可達(dá)到1oCo用它來回收低溫余熱或利用低溫?zé)嵩炊际亲罾硐氲脑O(shè)備。6）冷卻水量小板式換熱器由于其流道的幾何形狀所致，以及二種液體都又很高的熱效率，故可使冷卻水用量大為降低。反過來又降低了管道，閥門和泵的安裝費(fèi)用。7）占地少，易維護(hù)板式換熱器的結(jié)構(gòu)極為緊湊，在傳熱量相等的條件下，所占空間僅為管殼式換熱器的1/2?1/3。并且不象管殼式那樣需要預(yù)留出很大得空間用來拉出管束檢修。而板式換熱器只需要松開夾緊螺桿，即可在原空間范圍內(nèi) 100%地接觸倒換熱板的表面，且拆裝很方便。8）阻力損失少在相同傳熱系數(shù)的條件下，板式換熱器通過合理的選擇流速，阻力損失可控制在管殼式換熱器的1/3范圍內(nèi)。9）投資效率高在相同傳熱量的前提下，板式換熱器與管殼式換熱器相比較，由于換熱面積，占地面積，流體阻力，冷卻水用量等項(xiàng)目數(shù)值的減少，使得設(shè)備投資、基建投資、動(dòng)力消耗等費(fèi)用大大降低，特別是當(dāng)需要采用昂貴的材料時(shí)，由于效率高和板材薄，設(shè)備更顯經(jīng)濟(jì)。.類型：板式換熱器又分為螺旋板式、板片式和板翅式三種，板式換熱器由高效傳熱波紋板片及框架組成。板片由螺栓夾緊在固定壓緊板及活動(dòng)壓緊板之間， 在換熱器內(nèi)部就構(gòu)成了許多流道，板與板之間用橡膠密封。壓緊板上有本設(shè)備與外部連接的接管。板片用優(yōu)質(zhì)耐腐蝕金屬薄板壓制而成，四角沖有供介質(zhì)進(jìn)出的角孔，上下有掛孔。人字形波紋能增加對流體的擾動(dòng)，使流體在低速下能達(dá)到湍流狀態(tài)，獲得高的傳熱效果。.結(jié)構(gòu)：.板式換熱器主要由框架和板片兩大部分組成O.）板片由各種材料的制成的薄板用各種不同形式的磨具壓成形狀各異的波紋，并在板片的四個(gè)角上開有角孔，用于介質(zhì)的流道。板片的周邊及角孔處用橡膠墊片加以密封。.）框架由固定壓緊板、活動(dòng)壓緊板、上下導(dǎo)桿和夾緊螺栓等構(gòu)成。.）板式換熱器是將板片以疊加的形式裝在固定壓緊板、活動(dòng)壓緊板中間，然后用夾緊螺栓夾緊而成。.特點(diǎn)：.）與管殼式相比，盡管其壓降很大，但由于液體在凹凸的板面上流動(dòng)，二流道反復(fù)膨脹收縮，使其在相同芽茶下具有較高的傳熱效率 .其臨界Re僅為10-400,這與板表面結(jié)構(gòu)有關(guān)。因此，流體黏度小于0.07-0.1Pa且在低Re下操作時(shí)，板式換熱器以多半在湍流下運(yùn)行。）.傳熱膜系數(shù)要比管殼式高2-4倍，還可實(shí)現(xiàn)理想的逆流換熱，有效對數(shù)平均溫差比管殼式為高，對數(shù)平均溫度差校正系數(shù)接近0.95,而管殼式通常要低于0.80。）.占地面積比管殼式小，可適應(yīng)熱載荷變化，傳熱板片可隨時(shí)檢查，清洗和更換。.）板片是由金屬薄板冷卻而成，因此可用熱加工不好的材料制造：板片厚度一般為0.5-1.2mm,比管殼式要小一倍，因而其熱阻較低，所需傳熱溫差小，可實(shí)現(xiàn)二流體溫度相近的患熱狀態(tài)和低品位熱量回收。5）傳熱效率高板片波紋的設(shè)計(jì)以高度的薄膜導(dǎo)熱系數(shù)為目標(biāo)，板片波紋所形成的特殊流道，使流體在極低的流速下即可發(fā)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)流（湍流），擾動(dòng)流又有自凈效應(yīng)以防止污垢生成因而傳熱效率很高.一般地說，板式換熱器的傳熱系數(shù)K值在3000?6000W/m2.oC范圍內(nèi)。這就表明，板式換熱器只需要管殼式換熱器面積的1/2?1/4即可達(dá)到同樣的換熱效果。6）隨機(jī)應(yīng)變由于換熱板容易拆卸，通過調(diào)節(jié)換熱板的數(shù)目或者變更流程就可以得到最合適的傳熱效果和容量。只要利用換熱器中間架，換熱板部件就可有多種獨(dú)特的機(jī)能。這樣就為用戶提供了隨時(shí)可變更處理量和改變傳熱系數(shù) K值或者增加新機(jī)能的可能。7）熱損失小因結(jié)構(gòu)緊湊和體積小，換熱器的外表面積也很小，因而熱損失也很小，通常設(shè)備不再需要保溫。使用安全可靠在板片之間的密圭^裝置上設(shè)計(jì)了2道密封，同時(shí)又設(shè)有信號孔，一旦發(fā)生泄漏，可將其排出熱換器外部， 即防止了二種介質(zhì)相混，又起到了安全報(bào)警的作用。有利于低溫?zé)嵩吹睦糜捎趦煞N介質(zhì)幾乎是全逆流流動(dòng)，以及高的傳熱效果，板式換熱器兩種介質(zhì)的最小溫差可達(dá)到1oCo用它來回收低溫余熱或利用低溫?zé)嵩炊际亲罾硐氲脑O(shè)備。10）冷卻水量小板式換熱器由于其流道的幾何形狀所致，以及二種液體都又很高的熱效率，故可使冷卻水用量大為降低。反過來又降低了管道，閥門和泵的安裝費(fèi)用。11）占地少，易維護(hù)板式換熱器的結(jié)構(gòu)極為緊湊，在傳熱量相等的條件下，所占空間僅為管殼式換熱器的1/2?1/3。并且不象管殼式那樣需要預(yù)留出很大得空間用來拉出管束檢修。而板式換熱器只需要松開夾緊螺桿，即可在原空間范圍內(nèi) 100%地接觸倒換熱板的表面，且拆裝很方便。12）阻力損失少在相同傳熱系數(shù)的條件下，板式換熱器通過合理的選擇流速，阻力損失可控制在管殼式換熱器的1/3范圍內(nèi)。13）投資效率高在相同傳熱量的前提下，板式換熱器與管殼式換熱器相比較，由于換熱面積，占地面積，流體阻力，冷卻水用量等項(xiàng)目數(shù)值的減少，使得設(shè)備投資、基建投資、動(dòng)力消耗等費(fèi)用大大降低，特別是當(dāng)需要采用昂貴的材料時(shí)，由于效率高和板材薄，設(shè)備更顯經(jīng)濟(jì)。4應(yīng)用：板式換熱器適用于無相變的液液傳熱，也可用于冷凝，對于板式冷濕器只是將其角孔放大，以適合較大的汽相流量，其傳熱板的波紋要適合冷凝液的流通。但對于流量大的低密度的氣氣和蒸汽冷凝，需要有很大的板片進(jìn)出空流到孔口，因而在使用上受到了限制，用于蒸發(fā)操作的板式換熱器，具板片結(jié)構(gòu)完全不同。板式換熱器在20世紀(jì)20年代開始應(yīng)用于食品行業(yè)。60年代末，英國APV公司首先將其推廣應(yīng)用于。據(jù)APV公司報(bào)道，現(xiàn)已在200多各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，單片濃硫酸的冷卻最大面積3.63m,但臺最大組裝面積274m,角孔最大直徑400mm,最大壓力.5MPa。最大流量0.75m/s,最高使用溫度175C。5設(shè)備堵塞與結(jié)垢1）堵塞板式換熱器的流道間隙較?。?.5-6mm）,直徑大于1.5?3mm的顆粒雜物容易阻塞板片通道，使設(shè)備的壓力降急劇惡化，導(dǎo)致設(shè)備因堵塞而換熱能力大幅降低，嚴(yán)重的造成裝置連續(xù)生產(chǎn)中斷。因?yàn)檠h(huán)水中雜質(zhì)較多， 同類裝置E208/E209曾經(jīng)多次堵塞，從而造成裝置頻繁停工，給企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益帶來一定的影響。后來，在E208/E209前增加了易拆消的過濾器， 保證E208/E209的長周期運(yùn)行。所以根據(jù)需要可在介質(zhì)的進(jìn)口處設(shè)置粗過濾器或反沖洗裝置， 能有效的防止板式換熱器的堵塞。2）結(jié)垢結(jié)垢可導(dǎo)致傳熱設(shè)備的傳熱系數(shù)降低，嚴(yán)重時(shí)還會堵塞板片通道。板式換熱器的板片設(shè)計(jì)有大量的支承點(diǎn)，旨在對介質(zhì)起擾流（使介質(zhì)紊流以提高傳熱系數(shù)）和承壓支承作用，是固體雜物和纖維容易集聚的地方，其副作用是使流體形成了局部的滯流而生成污垢積瘤， 介質(zhì)中的鈣鎂離子在適宜的溫度析出后很容易在積瘤上附著長大，形成蜂窩狀的垢樣。堵塞與結(jié)垢在成因上雖然不同， 但在板式換熱器上的影響現(xiàn)象是相同的?？刹捎幸韵聦Σ呔徑饨Y(jié)構(gòu)問題：（1）板式換熱器不宜用在較臟或易的環(huán)境（2）使用未經(jīng)軟化的冷卻水作冷卻介質(zhì)時(shí)， 操作溫度應(yīng)控制在50c左右或者更低，以避開介質(zhì)中鈣鎂離子析出的敏感溫度。6.各種因素對板式換熱器的影響1）壓力影響可拆卸板式換熱器在額定工作壓力之內(nèi)使用時(shí)出現(xiàn)泄漏， 除設(shè)備在制造裝配方面的質(zhì)量因素外， 主要與系統(tǒng)中出現(xiàn)的非正常沖擊載荷有關(guān)（水錘、氣錘），這是一般操作者不易觀察到的現(xiàn)象。沖擊所造成的瞬間壓力峰值往往比正常的工作壓力高出1?3倍，使安裝在板式換熱器中的橡膠密封墊移位， 導(dǎo)致密封失效。由于該種設(shè)備的傳熱元件采用不銹鋼薄板制造（厚0.8mm）,其密封剛性相對較差且密封周邊很長， 所以耐沖擊力的能力遠(yuǎn)低于管殼式換熱器。防范措施：（1）鑒于板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 可根據(jù)操作壓力情況，在設(shè)備選型時(shí)提高設(shè)計(jì)壓力1.5?2倍。（2）使用中盡量避免系統(tǒng)出現(xiàn)的沖擊現(xiàn)象。（3）在發(fā)生過此類事故的應(yīng)用場合，根據(jù)情況也可采取增加板片厚度的措施，其效果很明顯。2）溫度影響溫度的急劇變化也能造成密封失效。當(dāng)溫度變化過快時(shí)，橡膠密封墊的線脹系數(shù)與彈性變形量和密封預(yù)緊力不相匹配，使密封預(yù)緊力下降，造成設(shè)備承壓能力低于額定設(shè)計(jì)壓力。對此可采用如下解決辦法(1)在操作設(shè)備時(shí)升壓升溫應(yīng)盡量平穩(wěn)。(2)可在夾緊螺柱上增加預(yù)緊彈簧，有效的補(bǔ)償密封預(yù)緊力的變化， 防止泄漏。3)時(shí)間影響使用或閑置幾年的設(shè)備，密封材料的自身老化有可能影響密封可靠性， 所以應(yīng)利用檢修機(jī)會及時(shí)更換新的密封墊片。4)腐蝕腐蝕是復(fù)雜的化學(xué)現(xiàn)象，奧氏體不銹鋼板式換熱器表現(xiàn)出的腐蝕現(xiàn)象大多是Cl-引起的應(yīng)力腐蝕，常發(fā)生在板片密封槽底部以及有污垢形成后的垢底部位，其主要成因：(1)不銹鋼傳熱板片由機(jī)械沖壓而成， 不可避免地殘存一定量的表面殘余應(yīng)力，對于不含鋁元素的不銹鋼薄板，表面殘余應(yīng)力的消除是很困難的， 或者甚至是不可行的。(2)板片組裝后形成了多縫隙結(jié)構(gòu)，如板片之間的觸點(diǎn)、密封槽底等部位。而縫隙容易造成Cl-的富集，局部富集程度往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了不銹鋼自身抗應(yīng)力腐蝕的能力。(3)當(dāng)板片表面的污垢嚴(yán)重時(shí)，介質(zhì)中的腐蝕元素(Cl、S等)可能大量附著于污垢， 并在垢底縫隙處富集。(4)密封槽底中的有害元素往往是粘結(jié)劑中的Cl因溫度升高溫析出來的。如氯丁膠系列的粘接劑、壓縮石棉(含有CaCl2),往往在水與蒸汽工況條件下，析出的富集Cl-與H+形成HCl,使槽底縫隙處發(fā)生嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕開裂。5)結(jié)論總之通過正確的選用、操作和維護(hù)，就能有效地降低板式換熱器使用中故障出現(xiàn)的概率，延長設(shè)備的運(yùn)行周期，從而充分發(fā)揮板式換熱器高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，為公司獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。7板式換熱器的維修與保養(yǎng)板式換熱器以其重量輕、占地面積小、投資低、換熱效率高、組裝靈活、結(jié)垢易于潔除等特點(diǎn)，已在啤酒生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。但是由于板式換熱器流通截面積小，如不及時(shí)維護(hù)，保養(yǎng)，有可能因結(jié)垢造成堵塞，影響設(shè)備的安全和正常使用。正確的安裝及維護(hù)保養(yǎng)，是確保供熱系統(tǒng)安全、高效的重要環(huán)節(jié)。1.板式換熱器的大修解體由于板式換熱器板數(shù)多，而且要逐片清理，全部更換新墊，所以大修時(shí)般采用整體吊離安裝位置，在一個(gè)合適地點(diǎn)解體大修。拆卸前，將介質(zhì)進(jìn)口閥關(guān)閉，且應(yīng)首先關(guān)閉高壓側(cè)閥門，而后關(guān)閉出口閥，使換熱器緩慢降溫至 40c后進(jìn)行排放，然后拆除相連管道，整體吊離才能進(jìn)行。解體前的準(zhǔn)備板式換熱器的檢修周期一般為2年。在檢修前，對準(zhǔn)備更換的墊片需認(rèn)真檢查，表面要光滑、厚度一致、無橫向裂紋、無氣泡、無缺口、無老化、無搭接及對接的痕跡。所使用的粘接劑也應(yīng)在有效期內(nèi)。對換熱器本體，拿下壓緊螺栓保護(hù)套管，對所有的螺栓除銹涂(文章來源：華夏酒報(bào)?中國酒業(yè)新聞網(wǎng))油；檢查上梁滑動(dòng)表面，并擦拭干凈；檢查活動(dòng)壓板上部輾輪，使其轉(zhuǎn)動(dòng)靈活；測量并記錄板疊長度“A”，重裝時(shí)應(yīng)保證此尺寸不變。換熱器的整體解體待系統(tǒng)氣體、壓力、溫度等參數(shù)達(dá)到維修要求后方可進(jìn)入現(xiàn)場施工。先拆除接管，然后按對角線的方向依次松開固定螺栓。在拆卸過程中，活動(dòng)壓板寬度方向偏移不超過10mm垂直方向偏移不超過25mm應(yīng)始終保持活動(dòng)壓板基本處于平行狀態(tài)移動(dòng)。拆下板片時(shí)，使板片向一側(cè)傾斜 15°-20°,向上稍舉即可拆掉，不得強(qiáng)行拆卸，以防上部定位凹槽變形或損壞，然后按片塊安裝順序依次碼好。舊膠墊去除和板片清洗先拆除舊墊片。一手持電熱風(fēng)沿密封槽底部加熱，待粘接劑受熱變軟時(shí)，另一手將墊子拉起緩緩剝離。也可采用煤氣噴槍加熱，但應(yīng)嚴(yán)格控制火焰到板片底部距離為10-15cm,對鋁合金板片更應(yīng)注意。不管在什么情況下都禁止使用乙快焰加熱。墊片拆除后，對密封槽內(nèi)的殘膠，可用直徑40-50mm寬度8—10mm的不銹鋼絲輪裝在切向磨光機(jī)上，將殘膠磨去，保證密封槽光潔。板片一般用手工及化學(xué)方法清洗，切不可用利器清除，以防劃傷板片。當(dāng)板片上結(jié)垢很薄且垢層易溶于水時(shí)，可將板片放在一個(gè)專用水槽內(nèi)，用軟纖維棕毛刷刷洗，也可用1-29cg/cmz的壓力水或低壓蒸汽沖洗。對不銹鋼板片，不得使用鋼絲刷，清洗用水必須不含鹽、硫等成分，水的 CL-含量小于20Ppm板片缺陷的檢查及修復(fù)檢查換熱器板片時(shí)，板片應(yīng)無裂紋、劃痕、變形等缺陷，板厚不均勻偏差不得超過5%板片周邊應(yīng)光滑平整，密封槽形狀應(yīng)符合圖樣要求，其深度允許偏差為0.1mm其密封面不允許有凹凸、折皺、扭曲、劃痕等影響密封性能的缺陷，板片波紋深度允許偏差士0.2mm其不平度不得大于1%對于穿孔的板片，可采用氫弧焊修補(bǔ)并磨平。對變形嚴(yán)重的板片，可采用鋁或銅質(zhì)模型校正。這些缺陷如果處理不了，只能更新或減少板片。板片組裝要求板片組裝前應(yīng)將(文章來源：華夏酒報(bào)?中國酒業(yè)新聞網(wǎng))活動(dòng)壓板推向一端，將固定壓板和活動(dòng)壓板的內(nèi)側(cè)及管口清理干凈， 首先將管口膠套及膠套支撐環(huán)加好。安裝板片時(shí)，根據(jù)流程組合，將第一片沒有膠墊的一面對著固定壓板，而后按A-B-A-B的次序?qū)⑺邪迤来螔旌?。全部板片掛好后，活?dòng)壓板推攏，將6條長螺栓裝上，上緊螺栓。在此過程中，應(yīng)保持活動(dòng)壓板平行移動(dòng)。當(dāng)螺栓緊固完成后，在相鄰螺栓處測得的板疊長度“A”的偏差不得超過如下標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)A<1000mm寸，不超過1mm當(dāng)A>1000mmf,不超過2mm螺栓間板疊長度偏差不大于0.5%A水壓試驗(yàn)緩慢升壓至設(shè)計(jì)試驗(yàn)壓力后保壓30min,其間無異常聲音、無異常變形、無泄漏、壓力不降者為合格。如果屬不銹鋼板片，則要求試壓用水中CL-<25X10—6,環(huán)境溫度不低于20Co2板式換熱器使用的維護(hù)保養(yǎng)一般情況下，板式換熱器的最大允許壓力為1MP時(shí)右，特殊情況下可達(dá)2MPa最高允許溫度為260C,使用壓縮石棉墊片的較低。然而，在制冷系統(tǒng)中，工作壓力可在1.6MPa左右，因此，使用中要注意維護(hù)保養(yǎng)。換熱板塊內(nèi)部結(jié)垢的防止對板式換熱器內(nèi)的垢樣分析表明，主要存在如下問題：(1)循環(huán)水側(cè)板片表面結(jié)垢嚴(yán)重，垢層底部較硬，表層較厚，為灰白色的疏松沉積泥沙，嚴(yán)重處板片波紋槽填滿。(2)循環(huán)水側(cè)沖積異物較多，主要由絮狀物、腐化物和水系統(tǒng)填料碎片等聚集而成，造成片間流體通道多處局部堵塞。其解決辦法是：(1)冷卻水中雜質(zhì)過多時(shí)應(yīng)配置過濾器，建議在蒸發(fā)器熱泵少水通道內(nèi)使用蒸儲水，中性水等純凈水。(2)如果循環(huán)水(文章來源：華夏酒報(bào)?中國酒業(yè)新聞網(wǎng))的硬度偏高，應(yīng)預(yù)先進(jìn)行軟化。內(nèi)部換熱板塊的防凍裂板式換熱器作為蒸發(fā)器使用時(shí)，蒸發(fā)器溫度低于0c即會造成板間水結(jié)冰，使整臺板式換熱器凍裂。對此采取的防護(hù)措施為：(1)作為蒸發(fā)器使用時(shí)，應(yīng)用可靠的防凍機(jī)電保護(hù)。(2)選用具有適當(dāng)流量差，可靠的流量開關(guān)；安裝吸氣管路低壓控制開關(guān)可防止由于制冷劑損耗過大造成的不良后果； 安裝一個(gè)鎖定計(jì)時(shí)器，對低壓控制以適當(dāng)延遲，在起動(dòng)時(shí)克服有害關(guān)閉；用熱氣旁通閥把部分壓縮機(jī)排氣吸入蒸發(fā)器口處，保持吸氣壓力在一個(gè)預(yù)定的水平上，如與吸氣管路低壓開關(guān)聯(lián)合使用，效果可能會更好。參考文獻(xiàn)《板式換熱器應(yīng)用中存在的問題及對策》/張鐵柱《化工機(jī)械工程手冊》中卷余國安.背景：用于化工裝置中的高溫高壓換熱器，目前已經(jīng)不太罕見。最近，隨著化工工藝的高溫高壓化，高溫高壓換熱器的使川也越來越廣泛，同時(shí)隨著化工設(shè)備的大型化，它也有大型化的趨勢。因此，對高溫高壓換熱器來說，會碰到一般換熱器所沒有遇到的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)、制造及檢驗(yàn)等方面，都還要求很嚴(yán)格..類型：列管式換熱器，根據(jù)規(guī)范的分類方法，可進(jìn)行幾百種類型的排列組合，但在實(shí)際上使用的類型則少得多。高溫高壓列管換熱器，以管束結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類時(shí)，與一般列管式換熱器一樣，可分為固定管板式、U形管式及浮頭式三種。圖示（高溫高壓換熱器）：固定管板式：參考文獻(xiàn)《高溫高壓換熱器設(shè)計(jì)的若干問題》河北工學(xué)院 商政宋1972《高溫高壓換熱器運(yùn)行故障分析及處理措施》 周有石，姜紅超催化裂化外取熱器.催化裂化外取熱器是催化裂化裝置運(yùn)行中不可缺少的重要設(shè)備，其作用是從再生器中取出反應(yīng)多余的熱量，維持反應(yīng)再生系統(tǒng)的熱平衡。催化裂化時(shí)所生焦炭為不良的副產(chǎn)品。焦炭沉積于催化劑的效數(shù)小孔中及其擴(kuò)展表面上隔絕了原料的分子至催化劑表面活性區(qū)域的路徑。除去焦炭的方法是利用空氣中的氧將其在帶燃燒區(qū)及冷卻區(qū)的再生器中燒掉。焦炭主要由碳（89—92X）和氫（8—10%）組成。煉制含硫酸分時(shí)生成的焦炭中還含有少是的硫。焦炭燃燒時(shí)，碳被氧化成二氧化碳及一氧化碳，氫變成水蒸汽，硫則變成二氧化碳。焦炭生成的量與裝置的處理能力、原料的型化深度及原料的性質(zhì)有關(guān)。催化裂化時(shí)焦炭的產(chǎn)率為新鮮原料重量的3—8%。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，也必需采用不同能力的再生器進(jìn)入再生器的催化劑一般含1.2至42.0%（重量）的焦炭，從再生器出來的催化劑含焦炭量則為0.1到0.2%（重量）。對于用循環(huán)粉狀催化劑的裝置，再生后的催化劑所含焦炭量一般為0.5到0.6%（重量）。從催化劑上除去焦炭程度的主要與再生器的操作條件及催化劑的質(zhì)量有關(guān)。固體催化劑小孔的表面對于空氣中的氧分子愈易接觸，焦炭就燃燒的愈快。催化劑的小孔愈大，從催化劑顆粒的深處，焦炭燒掉得就愈完全。然而當(dāng)當(dāng)減少較小截面積的小孔數(shù)目而使孔擴(kuò)大時(shí)，催化劑顆粒的內(nèi)部工作表面也就減小。如果再生時(shí)，焦炭除去得不完全而使其在孔中積結(jié)，則將使催化劑在反應(yīng)器中進(jìn)行裂化時(shí)得不到完全利用。催化劑的再生反應(yīng)在嚴(yán)格控制的條件下進(jìn)行，以避免催化劑活性的毀損和下降及其個(gè)別部分的不均勻再生。一般使焦炭在580—680G下燃燒掉。降低燒焦溫度時(shí)，焦炭的燃燒就減慢，如果溫度過低，則可能達(dá)不到所要求的再生程度。反之，隨著溫度的升高，焦炭的燃燒就加快。但是，又不能使催化劑過熱因?yàn)?，在此種情形下，催化劑會熔結(jié)而失去其活性。止匕外，在極高的溫度下，再生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會發(fā)生變形，以致于損壞.由上述可知，操作者應(yīng)該嚴(yán)格控制再生器的溫度，一方面不使催化劑過熱，另一方面不讓焦炭燒掉得不夠的催化劑從再生器導(dǎo)出。焦炭的燃燒速度也隨再生器內(nèi)壓力的增加而加快。但是借變更壓力來調(diào)節(jié)燃燒的速度一般是不可能的，因?yàn)?，按照?guī)矩，工廠裝置的鼓風(fēng)機(jī)及再生器的設(shè)計(jì)是有一定操作壓力的。再生器為一正方形截面或園形截面的立式塔。其外套是由碳鋼制造。絕熱物在再生器內(nèi)部。再生器內(nèi)的氣體壓力略大于大氣壓。再生器的大小根據(jù)裝置的處理能力、其內(nèi)部構(gòu)造、應(yīng)燒去的焦炭量及催化劑的循環(huán)比決定。用催化劑密相移動(dòng)床裝置的再生器的尺寸如下：直徑3到7米，高從15到30米?？諝馐怯霉娘L(fēng)機(jī)送入再生器。在進(jìn)入再生器之前空氣的表壓一般不超過 15D毫米水銀柱?？諝膺M(jìn)入再生器之前先在不大的表壓下于爐中加熱。 再生器內(nèi)部裝有使熱空氣均勻分配于移動(dòng)催化劑流的設(shè)備，以及從再生器導(dǎo)出燃燒產(chǎn)品的設(shè)備。止匕外，再生器中還安裝有蛇形冷卻管。再生器內(nèi)部構(gòu)造之一例示于圖燃燒1公斤焦炭時(shí)，放出約8000大卡的熱。由于在再生器中每小時(shí)要燃燒好幾千公斤的焦炭，因此，根據(jù)裝置及再生器處理能力的大小，每小時(shí)所放出的熱可達(dá)到極大的數(shù)值-“從l千萬到5千萬大卡。為了避免催化劑及再生器內(nèi)部磺造的過熱，進(jìn)行再生時(shí)常將一部分熱移除。安裝在再生器中的蛇管，開始時(shí)從內(nèi)部用水流冷卻，然后用水與水蒸汽的混合物來冷卻。一部份水在通過蛇管時(shí)變?yōu)榫哂?8—40大氣壓的水蒸禍（根據(jù)設(shè)計(jì)所規(guī)定的而定）。從蛇管出來的汽一液混合物然后就進(jìn)入發(fā)熱鍋爐的水鼓?！?】.反應(yīng)再生系統(tǒng)反應(yīng)再生系統(tǒng)由反應(yīng)器、再生器以及相應(yīng)的其他設(shè)備，如提升管、催化劑輸送管線、旋風(fēng)分離器.輔助燃燒室等組成。六十年代中期以前，主要使用無定形硅銷催化劑.預(yù)熱后的新鮮原料油和回?zé)捰团c由再生器來的高溫催化劑一起進(jìn)入反應(yīng)器床層內(nèi)進(jìn)行裂化.反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過旋風(fēng)分離器除去催化劑細(xì)粉后， 進(jìn)入分儲塔，分離以汽油、輕柴油。重柴油、回?zé)捰秃透粴?。隨著裂化反應(yīng)的進(jìn)行，催化劑表面不斷生成焦炭。積炭后的催化劑進(jìn)入再生器在再生器內(nèi)燒掉燒化劑表面的積炭，再經(jīng)過催化劑輸送管線重新返回反應(yīng)器。這種床層裂化常見的一種裝置型式如圖所示。六十年代中期以后.隨著分子篩催化劑的采用，逐漸由床層裂化過渡到提升管裂化，反應(yīng)器只起儲化劑沉降器的作用。下圖是玉門煉油廠分了篩提升管催化裂化裝置。備種催化裂化裝置的分儲和吸收穩(wěn)定系統(tǒng)基本上相近，不同的催化裂化裝置的差別主要在于反應(yīng)再生系統(tǒng).國外一些催化裂化裝置的型式如圖所示。外取熱器是催化裂化（FCC裝置關(guān)鍵設(shè)備之一，同時(shí)也是該裝置能量回收的重要設(shè)施。由于外取熱器是從高溫催化劑中取走多余的熱量，并維持反應(yīng)再生下簡稱反再系統(tǒng)的熱平衡，因此外取熱器的運(yùn)行方式及平穩(wěn)操作都密切影響著裝置的生產(chǎn)。目前國內(nèi)外取熱器有兩種型式：下流式密相傳熱和上流式稀相傳熱。下流式密相外取熱器充分發(fā)揮處于流化狀態(tài)下的高溫催化劑對金屬壁傳熱系數(shù)高的特點(diǎn)，取熱負(fù)荷和彈性范圍較大，能耗低，在工業(yè)上應(yīng)用廣泛。1998年裝置增設(shè)了由中國石化工程建設(shè)公司原中國石化北京設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的下流管殼式外取熱器。該外取熱器上斜管與再生器催化劑密相床層相聯(lián)，下斜管與燒焦罐相聯(lián)，并在外取熱器殼體的出人口分別裝有控制催化劑流量的冷壁式單動(dòng)滑閥。原設(shè)計(jì)外取熱器采用密相操作，在外取熱器底部通人流化風(fēng)，以維持良好流化，形成流化床催化劑對直立浸沒管的良好傳熱。經(jīng)換熱后的催化劑降溫約100c,并通過外取熱器下斜管流人燒焦罐。目前大多數(shù)FCCI置的外取熱器主要采取密相操作，即外取熱器內(nèi)催化劑采取滿料位操作。根據(jù)該裝置自身的特點(diǎn)，外取熱器采取稀相操作即上滑閥節(jié)流操作方式，器內(nèi)密相床層料位控制在3%-6沙。與密相操作不同的是取熱量的調(diào)節(jié)主要通過上滑閥來控制催化劑循環(huán)量，下滑閥一般在100%勺閥位全開狀態(tài)保持外取熱器內(nèi)低料位操作。由于器內(nèi)是稀相操作，在外取熱器底部未通入流化風(fēng)。外取熱器投用后，裝置摻渣率提高至20%再生器（T-102）床層內(nèi)的高溫催化劑經(jīng)上斜管流人外取熱器（T-103）后，在取熱列管間依靠自身重力自上而下流動(dòng)，取熱管浸沒于流化床內(nèi)。取熱管由14組管束組成，管束內(nèi)側(cè)走水和蒸汽，管束外側(cè)走高溫催化劑，形成流化床催化劑對取熱管的逆流傳熱，經(jīng)換熱后的催化劑降溫45c左右，并通過外取熱器下斜管流人燒焦罐。從動(dòng)力來的中壓除氧水（溫度105c）經(jīng)中壓余熱鍋爐（省煤段）加熱至250C,送至汽包（E-131）,與經(jīng)換熱后的汽一水混合、傳熱并進(jìn)行汽液分離后，產(chǎn)生的3.5-3.8MPa蒸汽去中壓余熱鍋爐過熱段過熱后,經(jīng)面式減溫器后外送。汽包里的水由循環(huán)熱水泵抽出，形成強(qiáng)制循環(huán)，進(jìn)人外取熱器管束。圖1 外取熱器流程示意裝置外取熱器采用稀相操作后不僅滿足了裝置熱量平衡的需要，而且達(dá)到了外取熱器取熱負(fù)荷，蒸汽產(chǎn)量也超出原設(shè)計(jì)。分析其原因一是在整個(gè)傳熱管段根據(jù)氣體流化風(fēng)和固粒催化劑的狀態(tài)不同，可分為密相區(qū)（或床層區(qū)）、過渡區(qū)（或稱沸騰區(qū)）及稀相區(qū)。密相區(qū)氣流呈分散相，催化劑是連續(xù)相，傳熱效果差過渡區(qū)的氣體和固體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，時(shí)而聚集時(shí)而破碎，床層像沸騰的水一樣，傳熱系數(shù)很高，是下流式外取熱器的主要取熱段稀相區(qū)的氣體呈連續(xù)相，固體呈分散相，傳熱效率低于過渡區(qū)而高于密相區(qū)。該裝置外取熱器密相床層料位僅為3%-6%,料位以上催化劑呈分散相，傳熱效率較密相區(qū)高。二是再生器床層的高溫催化劑溫度高達(dá)700C,雖然外取熱器內(nèi)催化劑藏量很低，但取熱器循環(huán)量在160t/h以上，加之熱量取自高溫位熱源，所以傳熱效果好。外取熱器通過控制高溫催化劑流量實(shí)現(xiàn)取熱負(fù)荷的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到有效控制再生床層溫度的目的。操作人員只需調(diào)節(jié)外取熱器的上滑閥開度控制取熱量 ，靈活調(diào)節(jié)燒焦罐的溫度。另外裝置在需切除外取熱器時(shí)，操作人員同樣調(diào)節(jié)上滑閥開度，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)熱量平衡或切除外取熱器。而對于密相操作或無上滑閥的設(shè)備只有中斷流化風(fēng)，但隨后會帶來再恢復(fù)流化風(fēng)和維持三器原有料位平衡的困難。在裝置開工向系統(tǒng)裝劑時(shí)，一般催化劑在反再系統(tǒng)循環(huán)正常后，再啟用外取熱器?？梢愿鶕?jù)再生器溫度調(diào)節(jié)上滑閥開度，達(dá)到反再系統(tǒng)的熱平衡。再者因器內(nèi)催化劑藏量不多，無論是啟用還是切除外取熱器，都不會使反再系統(tǒng)料位或溫度產(chǎn)生大的波動(dòng)，避免在密相操作情況下大量催化劑進(jìn)人外取熱器對反再系統(tǒng)的影響。密相操作時(shí)，高溫催化劑經(jīng)外取熱器后的溫度降低100c左右而該裝置采取稀相操作催化劑溫度降低僅為45-55C,這樣不會由于過大的溫差使燒焦罐內(nèi)的燃燒產(chǎn)生冷熱不均而影響燒焦效果，也不會大幅度影響床層溫度。外取熱器采用稀相操作后，取熱效果較好，但同時(shí)也存在一些問題。外取熱器自運(yùn)行以來曾先后出現(xiàn)不同程度的管束磨漏、 腐蝕穿孔等現(xiàn)象。通過實(shí)際應(yīng)用分析，發(fā)現(xiàn)高速催化劑偏流對管束的沖蝕比較嚴(yán)重。在外取熱器不同位置上共有8個(gè)溫度測點(diǎn)，為區(qū)別起見按照高溫催化劑人口方向，分為催化劑人口側(cè)和催化劑人口相對側(cè)，根據(jù)距催化劑人口的相對位置布置溫度測點(diǎn)，圖2 外取熱器內(nèi)催化劑溫度點(diǎn)從圖中可以看出，在催化劑人口側(cè)，外取熱管壁溫度變化較為明顯，說明管內(nèi)的水取走熱量多，換熱效果好。而在催化劑相對側(cè)，外取熱管壁溫度變化不大，分布均勻，說明介質(zhì)換熱效果不好。從現(xiàn)場設(shè)備的破壞現(xiàn)象也證實(shí)，外取熱器催化劑人口側(cè)管束的腐蝕較為嚴(yán)重。為了進(jìn)一步確認(rèn)偏流對管束的破壞作用，結(jié)合催化劑的流向分析，證實(shí)在催化劑人口側(cè)管束受到了較嚴(yán)重的沖蝕作用。下圖中 ，B1,B2,B3,B7,N7,N3者B依次受到了螺旋催化劑流的沖蝕作用。圖催化劑流向.概念：套管式換熱器是用兩種尺寸不同的標(biāo)準(zhǔn)管連接稱為同心圓的套管，外面的叫殼程內(nèi)部的叫管程。兩種不同介質(zhì)可在殼程和管程內(nèi)逆向流動(dòng) （或同向）以達(dá)到換熱的效果。.工作原理：套管式熱管換熱器結(jié)構(gòu)為兩不等徑的圓管同心相套，又稱其為徑向熱管，這是因?yàn)槠錈崃總鬟f方向?yàn)閺较?。?dāng)外管外側(cè)為高溫側(cè)，內(nèi)管內(nèi)側(cè)為低溫側(cè)時(shí)，處于真空狀態(tài)的套管間隙內(nèi)熱側(cè)工質(zhì)受熱汽化膨脹，與冷側(cè)工質(zhì)形成高速對流并在冷側(cè)凝結(jié),即當(dāng)熱量傳入熱管的外管時(shí)，工作介質(zhì)吸熱蒸發(fā)，流向冷側(cè)，在那里介質(zhì)蒸汽被冷卻，釋放出汽化潛熱，冷凝變成液體，然后返回?zé)醾?cè)，如此反復(fù)循環(huán)，通過工質(zhì)的相變和傳質(zhì)實(shí)現(xiàn)熱量的高效傳遞。.特點(diǎn)：）.熱量傳遞方向可以雙向進(jìn)行，既可以由外向內(nèi)傳遞，也可以由內(nèi)向外傳遞；而常規(guī)重力式熱管只能由蒸發(fā)段傳向冷凝段，不能反向傳遞。.）工作時(shí)相對重力場方向可以任意擺放，由垂直到平行角度任意；而常規(guī)重力式熱管不能垂直于重力場方向工作。.）由于套管式熱管換熱器冷熱兩側(cè)熱量傳遞的路程比常規(guī)重力式熱管有極大的縮短，傳熱系數(shù)增大，所以其兩側(cè)熱阻很小，溫差相應(yīng)也很小。.）由于套管式熱管換熱器冷熱兩側(cè)熱量傳遞的橫截面積比常規(guī)重力式熱管有極大的增加，兩側(cè)單位面積的熱負(fù)荷可以很大；沒有常規(guī)重力式熱管的音速極限、攜帶極限，更無毛細(xì)極限和沸騰極限。由于套管式熱管比常規(guī)重力式熱管有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，所以在工業(yè)應(yīng)用中，同樣工況下的換熱面積較小，傳熱系數(shù)高，是重力式熱管的1.2倍（已通過使用檢驗(yàn)），換熱效果優(yōu)于重力式熱管，且設(shè)計(jì)靈活方便，節(jié)省空間，投資較小。示圖（套管式換熱器）：圖1所示的套管束模型中，換熱管束由眾多的套管組成，每一根套管均由一根外管及其內(nèi)部的一根同心內(nèi)管共同構(gòu)成，固定管束的管板共有4道，各外管兩端固定于兩道內(nèi)管板上，各內(nèi)管兩端固定于兩道外管板上。在每一個(gè)換熱套管中，由內(nèi)管與外管之間的間隙做為流體流動(dòng)的流道，該流道呈薄層，截面為圓環(huán)狀。該結(jié)構(gòu)可以使B相流體在薄層的環(huán)形流道內(nèi)前進(jìn)，接受雙向傳熱。除固定管板套管式列管換熱器的基本形式外，U形管套管式列管換熱器及浮頭式套管束換熱器（圖2）的高溫適應(yīng)性能更好。各內(nèi)管與外管板的固定方式可以采用螺栓密封連接方式 （圖3），耐壓性能雖有所下降，但易于檢驗(yàn)、檢查和維修。對于套管式列管換熱器，具結(jié)構(gòu)改進(jìn)的重點(diǎn)不是管外的流體，也不是管徑的縮小和管內(nèi)外表面結(jié)構(gòu)形式的變化，而在于將板式類薄層換熱結(jié)構(gòu)包含于管殼式換熱器之中，將板式類換熱器高換熱性能和管殼式換熱器高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)融于一體 ，是一種結(jié)構(gòu)巧妙意義深遠(yuǎn)的新式換熱器，仔細(xì)分析這種套管式列管換熱器的原理，可以說其結(jié)構(gòu)新穎，構(gòu)思巧妙，設(shè)計(jì)成功，理論獨(dú)到，實(shí)踐上也是可行的。.套管式列管換熱器的核心及重要意義套管式列管換熱器的核心是由眾多套管形成的套管束 ，其設(shè)備主要結(jié)構(gòu)由筒體、封頭、管板及套管束等組成。兩側(cè)封頭與筒體相連 ，筒體每端各固定兩道管板,兩端共4道管板。由套管束構(gòu)成換熱管束，管束中的每組套管均由一根內(nèi)管及一根外管組成。其中，套管中各外管固定在兩道內(nèi)管板上（上內(nèi)、下內(nèi)），套管中各內(nèi)管固定在兩道外管板上（上外、下外）。這種結(jié)構(gòu)在其加熱器內(nèi)部形成了3個(gè)流體流動(dòng)的空間，即各內(nèi)管內(nèi)部的內(nèi)流空間、各外管外部的外流空間及各內(nèi)外管之間環(huán)形流道的間流空間。由于具有3個(gè)流體流動(dòng)的空間，所以它不僅適用于二相流體的換熱，而且也適用與三相流體間換熱。其重要意義在于以下幾個(gè)方面：1）改善了設(shè)備換熱性能在列管式換熱器基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，換熱方式以薄層換熱為主，這種換熱方式的優(yōu)點(diǎn)在板式換熱器和螺旋板換熱器上已經(jīng)得到證明。通過這種改進(jìn)，換熱器的傳熱系數(shù)和換熱速率有很大的提高。.增強(qiáng)了設(shè)備競爭力使管殼類換熱器與板式類換熱器在傳熱系數(shù)與換熱性能方面的巨大差距縮小以至于消失，增強(qiáng)了設(shè)備競爭力。.開辟了新的換熱理論這種換熱器不僅設(shè)計(jì)構(gòu)思了環(huán)形流道的模式，而且發(fā)了環(huán)狀流動(dòng)的概念，奠定了雙面換熱的理論[4];不僅提供了一種堅(jiān)固高效的換熱器設(shè)備，而且開啟了傳質(zhì)與傳熱領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)新的極具生命力的研究方向。伴隨著這一方向理論的探討與深入以及這一換熱設(shè)備的日臻完善與開發(fā) ，我國換熱器領(lǐng)域的研究與制造水平在世界舞臺上又將有一個(gè)質(zhì)的飛躍。.對板式換熱技術(shù)的發(fā)展有促動(dòng)作用 解決了長期困擾板式換熱器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，應(yīng)用領(lǐng)域始終受限制的問題。這種新型高效換熱器結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)對現(xiàn)有板式換熱器技術(shù)的發(fā)展有推動(dòng)作用。5）拓寬了換熱設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域 由于該設(shè)備綜合了管殼類換熱器高強(qiáng)度及板式類換熱器換熱效率高的優(yōu)點(diǎn)，而且其傳熱性能更優(yōu)于板式類換熱器，它具備快速冷卻和快速加熱能力且換熱溫差較小兩大優(yōu)勢，這都能增加換熱單元設(shè)備的應(yīng)用范圍，增加工藝設(shè)計(jì)中傳熱操作的設(shè)計(jì)范疇，為小溫差回收熱能、小溫差冷卻以及快速精確恒溫控制的換熱設(shè)計(jì)提供了可能性。6）有利于理想型換熱器的研究與探索 到目前為止，應(yīng)該說還沒有一種讓人們覺得很理想的換熱器結(jié)構(gòu)形式。始終居于主導(dǎo)地位的管殼類換熱器換熱性能不理想,板式類換熱器換熱性能優(yōu)良但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低使其應(yīng)用范圍受限。所以 ，換熱設(shè)備實(shí)際上是一種換熱和強(qiáng)度不能兼顧的無奈局面。套管式列管換熱器在探索融合管殼式換熱器和板式類換熱器二者優(yōu)點(diǎn)，尋求提供一種理想型的可以作為更新?lián)Q代的換熱器結(jié)構(gòu)形式方面，邁出了具有實(shí)質(zhì)性意義的一步。這將引起人們對這方面問題的重新重視和注意，加大投入研究和開發(fā)的力度，其結(jié)果不僅可能導(dǎo)致?lián)Q熱理論和設(shè)備水平的又一次提高，而且可能會對工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)，對節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)有不可估量的促進(jìn)意義。通過以上分析可以看出，與管殼式換熱器相比，套管式列管換熱器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相同，換熱效率大幅提高；與板式類換熱器相比，換熱效率相同。.結(jié)構(gòu)變化對換熱能力的影響.）傳熱效能高。它是一種純逆流型換熱器，同時(shí)還可以選取合適的截面尺寸，以提高流體速度，增大兩側(cè)流體的傳熱系數(shù)，因此它的傳熱效果好。其結(jié)構(gòu)是兩種不同直徑的管子套在一起組成同心套管， 每一段套管稱為乙程”，程的內(nèi)（傳熱管）、外管分別用U形肘管和短管依次連接成排，固定于支架上（見圖套管式換熱器的結(jié)構(gòu)a）。熱量通過內(nèi)管管壁由一種流體傳遞給另一種流體。通常，熱流體（A流體）由上部引入，而冷流體（B流體）則由下部引入。）.結(jié)構(gòu)簡單，傳熱面積增減自如。因?yàn)樗蓸?biāo)準(zhǔn)構(gòu)件組合而成，安裝時(shí)無需另外加工。示圖：套管式換熱器是用兩種尺寸不同的標(biāo)準(zhǔn)管連接稱為同心圓的套管， 外面的叫殼程內(nèi)部的叫管程。兩種不同介質(zhì)可在殼程和管程內(nèi)逆向流動(dòng) （或同向）以達(dá)到換熱的效果。主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）結(jié)構(gòu)簡單，傳熱面積增減自如。因?yàn)樗蓸?biāo)準(zhǔn)構(gòu)件組合而成，安裝時(shí)無需另外加工。（2）傳熱效能高。它是一種純逆流型換熱器，同時(shí)還可以選取合適的截面尺寸，以提高流體速度，增大兩側(cè)流體的傳熱系數(shù)，因此它的傳熱效果好。其結(jié)構(gòu)是兩種不同直徑的管子套在一起組成同心套管，每一段套管稱為“一程”，程的內(nèi)（傳熱管）、外管分別用U形肘管和短管依次連接成排，固定于支架上（見圖套管式換熱器的結(jié)構(gòu)a）。熱量通過內(nèi)管管壁由一種流體傳遞給另一種流體。通常，熱流體（A流體）由上部引入，而冷流體（B流體）則由下部引入。賽牙大換妁叁的牯椅A賽牙大換妁叁的牯椅A潴體j內(nèi)竹作It圖1套管式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖[41常見的套管式換熱器：套管式熱管換熱器套管式熱管換熱器結(jié)構(gòu)為兩不等徑的圓管同心相套 ，又稱其為徑向熱管，這是因?yàn)槠錈崃總鬟f方向?yàn)閺较?。?dāng)外管外側(cè)為高溫側(cè)，內(nèi)管內(nèi)側(cè)為低溫側(cè)時(shí)，處于真空狀態(tài)的套管間隙內(nèi)熱側(cè)工質(zhì)受熱汽化膨脹，與冷側(cè)工質(zhì)形成高速對流并在冷側(cè)凝結(jié)，即當(dāng)熱量傳入熱管的外管時(shí)，工作介質(zhì)吸熱蒸發(fā)，流向冷側(cè)，在那里介質(zhì)蒸汽被冷卻，釋放出汽化潛熱，冷凝變成液體，然后返回?zé)醾?cè)，如此反復(fù)循環(huán)，通過工質(zhì)的相變和傳質(zhì)實(shí)現(xiàn)熱量的高效傳遞。套管式熱管換熱器除了具有常規(guī)重力式熱管換熱器的特性外 ，還具有以下特點(diǎn)。(1)熱量傳遞方向可以雙向進(jìn)行，既可以由外向內(nèi)傳遞，也可以由內(nèi)向外傳遞而常規(guī)重力式熱管只能由蒸發(fā)段傳向冷凝段，不能反向傳遞。(2)工作時(shí)相對重力場方向可以任意擺放，由垂直到平行角度任意；而常規(guī)重力式熱管不能垂直于重力場方向工作。(3)由于套管式熱管換熱器冷熱兩側(cè)熱量傳遞的路程比常規(guī)重力式熱管有極大的縮短，傳熱系數(shù)增大，所以其兩側(cè)熱阻很小，溫差相應(yīng)也很小。(4)由于套管式熱管換熱器冷熱兩側(cè)熱量傳遞的橫截面積比常規(guī)重力式熱管有極大的增加，兩側(cè)單位面積的熱負(fù)荷可以很大；沒有常規(guī)重力式熱管的音速極限、攜帶極限，更無毛細(xì)極限和沸騰極限。由于套管式熱管比常規(guī)重力式熱管有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，所以在工業(yè)應(yīng)用中，同樣工況下的換熱面積較小，傳熱系數(shù)高，是重力式熱管的1.2倍(已通過使用檢驗(yàn))，換熱效果優(yōu)于重力式熱管，且設(shè)計(jì)靈活方便，節(jié)省空間，投資較小?！?】套管式列管換熱器套管束模型中，換熱管束由眾多的套管組成，每一根套管均由一根外管及其內(nèi)部的一根同心內(nèi)管共同構(gòu)成，固定管束的管板共有4道，各外管兩端固定于兩道內(nèi)管板上，各內(nèi)管兩端固定于兩道外管板上。在每一個(gè)換熱套管中，由