新型換熱設備及應用

化工機械專題——

新型換熱設備及應用主講人：孫啟迪專業(yè)：化工過程機械指導教師：俞樹榮一、簡述二、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀三、換熱器分類四、幾種換熱設備的介紹五、新型換熱設備面臨的問題六、強化傳熱技術一、簡述熱設備是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱熱交換設備。換熱設備是化工,石油,動力,食品及其它許多工業(yè)部門的通用設備,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,應用更加廣泛。二、國內(nèi)外發(fā)展狀況目前，我國換熱器產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模大概為420億人民幣。基于石油、化工、電力、冶金、船舶、機械、食品、制藥等行業(yè)對換熱器穩(wěn)定的需求增長，我國換熱器產(chǎn)業(yè)在未來一段時期內(nèi)將保持穩(wěn)定增長。2010-2012年期間，保持10%-15%勻速增長到2015年，我國換熱器產(chǎn)業(yè)規(guī)模將突破880億元；到2020年我國換熱器產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達到1500億元。板式換熱器：四平巨元瀚洋、蘭石換熱設備公司、四平維克斯是我國板式換熱器領域內(nèi)資企業(yè)中的龍頭企業(yè)，產(chǎn)值都在2億以上。管殼式換熱器：生產(chǎn)企業(yè)眾多，規(guī)模較小。撫順機械設備制造有限公司、蘭石集團煉化設備公司、中石化南京化工機械是我國內(nèi)資管殼式換熱器的龍頭企業(yè)。空冷式換熱器：哈空調(diào)是我國最大的空冷式換熱器生產(chǎn)企業(yè)。此外，江蘇雙良股份、國電集團北京龍源冷卻技術有限公司、四川簡陽空冷器、藍科高新（原蘭石所）、蘭州蘭石集團長征機械、西安大秦化工機械（原西安化工機械廠）、湖北長江石化設備、江陰電力設備冷卻器公司等企業(yè)也具有一定的競爭力。板翅式換熱器：杭州杭氧股份和開封空分集團是我國石油化工領域著名的板翅式換熱器企業(yè)產(chǎn)品類別主要競爭企業(yè)板式換熱器內(nèi)資龍頭企業(yè)：四平巨元瀚洋、蘭石換熱設備、四平維克斯·外資企業(yè)：阿法拉伐（江陰）、舒瑞普（北京、蘇州）、APV（上海、北京）、丹佛斯（天津）、傳特（北京）、桑德克斯（上海、寧波）、風凱（常州）其它主要企業(yè)：沈陽太宇、上海艾克森、藍科高新、湖北登峰、山東北辰、上海南華、佛山瀾石管殼式換熱器內(nèi)資龍頭企業(yè)：蘭石煉化設備、撫順機械、中石化南京化工機械外資企業(yè)：森松（上海）、林德工程（大連）、艾普爾（蘇州）、風凱（常州）其它主要企業(yè)：張家港化工機械、大連金重、鎮(zhèn)海石化建安工程、湖北長江石化設備、西安大秦化工機械、天津國際機械、大連東方億鵬空冷式換熱器·內(nèi)資龍頭企業(yè)：哈空調(diào)外資企業(yè)：基伊埃（蕪湖、廊坊）、斯必克（張家口）其它主要企業(yè)：江蘇雙良、國電龍源冷卻、四川簡陽空冷器、藍科高新、蘭石集團長征機械、西安大秦化工機械、湖北長江石化設備、江陰電力設備冷卻器板翅式換熱器龍頭企業(yè)：杭州杭氧股份、浙江銀輪股份·外資企業(yè)：艾普爾（蘇州）其它主要企業(yè)：貴州永紅航空機械、無錫馬山永紅換熱器、開封空分集團、山東茌平吉星三、換熱器分類換熱器分類1）按傳熱原理分為表面式換熱器、蓄熱式換熱器、流體連接間接式換熱器、直接接觸式換熱器2）按用途分為加熱器、預熱器、過熱器、蒸發(fā)器3）按結構分為管殼式和板式換熱器汽化器分類1）按直接加熱方式分為浸沒燃燒式汽化器和固體導熱式汽化器2）按間接加熱方式分為空溫式、強制通風式、循環(huán)熱水水浴式、蒸汽加熱水浴式、電加熱水浴式汽化器3）按熱交換介質(zhì)分為空浴式、水浴式、海水浴開架式汽化器四、幾種常用換熱設備管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。管板式換熱器在殼體中設置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設置了若干塊折流板。特點：結構簡單，制造成本低；管程清洗方便；管程可以分成多程，殼程也可以分成雙程；規(guī)格范圍廣，故在工程上廣泛應用。缺點有：殼體和管壁的溫差較大，易產(chǎn)生溫差力；殼程無法清洗，管子腐蝕后連同殼體報廢，設備壽命較低，不適用于殼程易結垢場合；殼程清洗困難，對于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。板翅式換熱器基本結構是由翅片、隔板、封條和導流片組成，在金屬平板上放一翅片，再在其上放一金屬平板，兩邊以邊緣封條密封而組成一個基本單元，若干基本單元組成內(nèi)部芯體。對各個通道進行不同方式的疊置和排列就得到逆流、錯流、錯逆流板翅式換熱器板束。錯流逆流錯逆流其優(yōu)點有：傳熱效率高；輕巧且牢固；結構緊湊；適應性好。缺點有：流道狹小，容易引起堵塞而增大壓降；易結垢。板翅式換熱器結構圖空溫式氣化器空溫式氣化器包含蒸發(fā)部與加熱部,蒸發(fā)部由端板管連接并排的導熱管構成,加熱部由用彎管接頭串聯(lián)成一體的導熱管組成。導熱管是將散熱片和管材擠壓成型,其橫截面一般為星形翅片,翅片材質(zhì)采用鋁合金。LNG空溫式氣化器的安裝形式為立式、露天。特點：零能耗、節(jié)約能源、低碳環(huán)保、運行成本極地；基本免日常維修保養(yǎng)，不產(chǎn)生維修費用和管理成本；安全系數(shù)高、運行穩(wěn)定性好、管理簡單。開架式氣化器是以海水為熱源用來使液態(tài)天然氣氣化的換熱器。其基本組成單元為換熱管，一塊面板由平行分布的約80根連接上下總管的換熱管組成，換熱管兩端由集氣管或集液管焊接形成一個板型管束，5-6塊面板組合在一起形成一個模塊，組成面板的翅片管為星狀翅型。特點：工藝簡單，運行可靠，耐用性和安全性高，運行和維護方便；應用廣泛，海水、河水、鍋爐和工藝廢熱都可以利用，尤其是海水。對海水有要求：防腐蝕；操作成本大，運行費用低，成本效益明顯；氣化器設備比較大，投資較高；受氣候等因素影響較大；管外易結冰，降低氣化能力。五、新型換熱設備面臨的問題1）設備堵塞最典型為板式換熱器，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，使設備的壓力降急劇惡化，導致設備因堵塞而換熱能力大幅降低，嚴重的造成裝置連續(xù)生產(chǎn)中斷。2）結垢可導致傳熱設備的傳熱系數(shù)降低，嚴重時還會堵塞通道。措施：換熱器不宜用在較臟或易結垢的環(huán)境（除非增設有效的其他措施）；使用未經(jīng)軟化的冷卻水作冷卻介質(zhì)時，操作溫度應控制在50℃左右或者更低，以避開介質(zhì)中鈣鎂離子析出的敏感溫度。3）密封失效壓力影響、溫度影響、事件影響4）腐蝕腐蝕是復雜的化學現(xiàn)象，材料為奧氏體不銹鋼的換熱器表現(xiàn)出的腐蝕現(xiàn)象大多是Cl-引起的應力腐蝕[11]，常發(fā)生在密封槽底部以及有污垢形成后的垢底部位5）其它問題管板復合折流板不規(guī)范管子截取不規(guī)范換熱管底部結霜（冰）六、三強三化傳三熱1）強三化傳三熱技三術的三出現(xiàn)隨著三能源三危機三日益三嚴重三，節(jié)三能和三能源三的合三理利三用顯三得尤三為重三要。三在工三業(yè)生三產(chǎn)中三占有三重要三地位三的換三熱器三作為三能量三傳遞三的基三礎設三備，三其傳三熱性三能好三壞對三節(jié)能三有很三大的三影響三。20世紀70年代三初發(fā)三生的三世界三性能三源危三機，三有力三地促三進了三強化三傳熱三技術三的迅三猛發(fā)三展。要節(jié)三能降三耗，三提高三工業(yè)三生產(chǎn)三的經(jīng)三濟效三益，三必須三研究三各種三傳熱三過程三的強三化問三題，三開發(fā)三適用三不同三過程三工業(yè)三要求三的強三化傳三熱結三構及三高效三換熱三設備三，這三是開三發(fā)新三能源三和開三展節(jié)三能工三作的三迫切三任務2）強三化傳三熱技三術及三應用換熱三器的三強化三傳熱三就是三力求三使單三位面三積在三單位三時間三內(nèi)，三換熱三單位三傳熱三面積三傳遞三的熱三量達三到最三多。強化三傳熱三主要三有三三種途三徑：三提高三傳熱三系數(shù)三、擴三大傳三熱面三積和三增大三傳熱三溫差三。強化三傳熱三技術三分為三被動三式強三化技三術(亦稱三為無三功技三術或三無源三強化三技術)和主三動式三強化三技術(亦稱三為有三功技三術或三有源三強化三技術)。被動三式強三化傳三熱處理三表面三：表三面粗三糙度三的小三尺度三的改三變和三對表三面涂三層。粗糙三表面三：機三械加三工、三碾軋三、電三化學三腐蝕三等方三法制三作粗三糙表三面。擴展三表面三：管三內(nèi)外三翅片三，如三平直三翅片三、齒三輪形三翅片三和橢三圓形三翅片三。擾流三裝置三：增強三湍動三，破三壞層三流底三層，三如管三內(nèi)裝三入麻三花鐵三、螺三旋圈三或金三屬絲三片。漩渦三流裝三置:包括三很多三不同三的幾三何布三置和三管內(nèi)三插入三物。螺旋三盤管三：提三高換三熱器三的緊三湊度三。表面三張力三裝置三：利三用相三對較三厚的三芯吸三材料三或開三槽表三面來三引導三流體三流動三。添加三物：三添加三劑（三液體三和氣三體）三。殼程三強化三：改三變管三外形三或加三翅片;改變?nèi)龤こ倘龘醢迦蜿P三鍵支三撐物三的形三式。波紋管式傳熱管縱向三翅片三管橫向三翅片三管螺旋三槽紋三管縮放三管主動三式強三化傳三熱機械三攪動三：包三括用三機械三攪動三方法三攪動三、旋三轉(zhuǎn)傳三熱表三面和三表面三刮削三。表面三振動三：振三動增三強了三流體三擾動三，從三而加三強傳三熱流體三振動三：振三動強三化中三最實三用的三一類三。靜電三場：三使得三傳熱三表面三附近三的