换热设备使用与维护

换热设备的使用与维护刘佳明金飞叶杨飞涂成敏换热设备在炼油、化工生产中，绝大多数的工艺过程都有加热、冷却、汽化和冷凝的过程，这些过程总称为传热过程。传热过程需要通过一定的设备来完成，这些使传热过程得以实现的设备称为换热设备。I.换热设备工作过程及类型一、换热设备工作过程（一）热量的传递方式1.传导传热传导传热是热量从物体的高温部分沿物体本身传至地位部分的一种传热方式。2.对流传热对流传热是靠液体或气体的流动，也就是各分子团间相对位置的改变来传递热量的。3.辐射传热辐射传热是热能不借助任何传递介质，而是以电磁波的形式（称为辐射能）在空间传播。遇到另一物体时，辐射能被部分或全部吸收转变为热能。（二）换热设备的换热过程增大传热面积、提高传热系数、增大冷热流体的温度差都可提高传热效率，但在实际应用中温度差是不能随意改变的，增大传热面积又会使设备的结果庞大，制造成本加大，而传热系数又与诸多因素有关，所以在工程实际中应全面考虑各种因素，综合分析，设计出既能满足工艺要求，又结构紧凑，且成本低廉，效率高的换热设备。一般应从如下几方面考虑（1）增加流体的流速，与传热系数以及压力降综合考虑选择适合的流速（2）尽量采用导热性能好的材料作为换热元件，在允许的情况下尽量减少壁厚，并定期清扫除垢（3）由于两种流体温度差不可随意增大，但若以逆流方式流动，则可使平均温差大于顺流时的平均温差，有利于热量的传递（4）可通过在管式换热器中采用翅片管。波纹管和小直径的换热管等方式来增大传热面积，在板式换热器中由于传热表面是薄板，更易压制成各种形状，以增大传热面积和增加流体的湍流状态，提高传热效率二、换热设备的类型（一）按用途分类（1）冷却器（2）冷凝器（3）加热器（4）换热器（5）再沸器（6）蒸汽发生器（7）过热器（8）废热（或余热）锅炉（二）按换热方式分类（1）间壁式换热器（2）直接接触式换热器（3）蓄热式换热器化工生产用应用最多的是各类间壁式换热器。根据间壁的形状，间壁式换热器大体上分为管式和板面式两大类。管式换热器有管壳式、套管式、蛇管式、螺旋管式等，板面式换热器有板式、螺旋板式、板翅式、板壳式等。（三）换热设备性能对比及选择1.换热器的基本要求（1）热量能有效地从一种流体传递到另一种流体，即传热效率高，单位传热面上能传递的热量多。在一定的热负荷下，即每小时要求传递热量一定时，传热效率（通常用传热系数表示）越高，需要的传热面积越小。（2）换热器的结构能适应所规定的工艺操作条件，运转安全可靠，密封性好，清洗、检修方便，流体阻力小。（3）要求价格便宜，维护容易，使用时间长。在化工生产中所使用的换热设备往往需要频繁的清洗和检修，停车的时间多，造成的经济上损失有时会比更新换热器的代价更大。因此，如果换热器能够设计得合理，可以保证连续运转的时间长，同时能减少功耗消耗，则换热器本身价格虽然略高一些，但总的经济核算也可能是有利的。2.换热器的性能对比及选择需考虑的因素有流体的性质，换热介质的流量、操作温度、压力等参数等一、管壳式换热器的结构类型及特点固定管板式换热器固定管板式换热器1—封头；2—法兰；3—排气口；4—壳体；5—换热管；6—波形膨胀节；7—折流板（或支持板）；8—防冲板；9—壳程接管；10—管板；11—管程接管；12—隔板；13—封头；14—管箱；15—排液口；16—定距管；17—拉杆；18—支座；19—垫片；20、21—螺栓、螺母II.换热设备的结构◆浮头式换热器浮头式换热器1—防冲板；2—折流板；3—浮头管板；4—钩圈；5—支耳浮头结构示意图浮头式重沸器1—偏心锥壳；2—堰板；3—液面计接口◆U形管式换热器U形管式换热器1—中间挡板；2—U形换热管；3—排气口；4—防冲板；5—分程隔板◆填料函式换热器填料函式换热器1—纵向隔板；2—浮动管板；3—活套法兰；4—部分剪切环；5—填料压盖；6—填料；7—填料函二、管壳式换热器管程结构1.管板2.管子3.管板和管子的连接管板和管子的连接方式有胀接和焊接，对于高温高压下常采用胀、焊并用的方式4.管子在管板上的排列换热管在管板上的排列形式有正三角形、转角正三角形、正方形和转角正方形等5.强化传热表面换热管的排列形式◆管箱管箱位于壳体两端，其作用是控制及分配管程流体。管箱结构形式1—隔板；2—管板；3—箱盖◆壳体及其与管板的连接●在壳程进口接管处常装有防冲板或称缓冲板。进口接管及防冲板的布置●在固定管板式中，两端管板均与壳体采用焊接连接、且管板兼作法兰用，在浮头式、U形管式及填料函式换热器中采用可拆连接，将管板夹持在壳体法兰和管箱法兰之间。管板与壳体连接结构◆折流板●折流板的作用引导壳程流体反复地改变方向作错流流动或其他形式的流动，并可调节折流板间距以获得适宜流速，提高传热效率。另外，折流板还可起到支撑管束的作用。●折流板的分类常用折流板有弓形和圆盘-圆环形两种弓形的有单弓形、双弓形及三弓形，单弓形和双弓形应用最多。弓形折流板圆盘-圆环形折流板折流板缺口尺寸●折流板的固定折流板的固定是通过拉杆和定距管来实现的。拉杆结构四、管壳式换热器的标准◆GB151—1999《管壳式换热器》是由国家技术监督局发布的关于管壳式换热器的国家标准。该标准是管壳式换热器设计和制造的主要依据。◆标准代号为JB／T4714～4720－92该标准对浮头式换热器和冷凝器、固定管板式换热器、立式热虹吸式重沸器及U形管式换热器的具体结构形式、基本参数及其组合都作了具体的规定(定型)。◆换热器的型号×××DN—--A------Ⅰ或Ⅱ管束的级别管程/壳程数，单壳程时只写Nt公称长度/换热管外径，m公称换热面积管程/壳程设计压力，MPa；压力相等时只写pt公称直径，mm；分别表示前端管箱、壳体、后端结构形式stppdLNstNN第三节其他类型换热设备简介一、板面式换热器◆螺旋板式换热器螺旋板换热器的结构是由两张平行的钢板在专用的卷床上卷制而成，它是具有一对螺旋通道的圆柱体，再加上顶盖和进出口接管而构成的。螺旋板换热器结构形式Ⅲ型螺旋板换热器◆板式换热器板式换热器是由一组长方形的薄金属传热板片构成，用框架将板片夹紧组装于支架上。两个相邻板片的边缘衬以垫片(各种橡胶或压缩石棉等制成)压紧，板片四角有圆孔，形成流体的通道。1—上导杆；2—垫片；3—传热板片；4—角孔；5—前支柱；6—固定端板；7—下导杆；8—活动端板◆板翅式换热器板翅式换热器1，3—侧板；2，5—隔板；4—翅片二、空冷器空冷器是以空气作为冷却介质，对流经管内的热流体进行冷却或冷凝。主要由管束、风机、构架及百叶窗等部件组成。空冷器结构1—百叶窗；2—管束；3—构架；4—风机三、套管式换热器套管换热器（a）光滑管；（b）带有翅片的管子和可以拆卸的套管第三节换热设备的使用与维护一、换热器的日常维护日常操作应特别注意防止温度、压力的波动，首先应保证压力稳定，绝不允许超压运行。二、换热器的清洗换热设备经长时间运转后，由于介质的腐蚀、冲蚀、积垢、结焦等原因，使管子内外表面都有不同程度的结垢，甚至堵塞。所以在停工检修时必须进行彻底清洗，常用的清洗(扫)方法有风扫、水洗、汽扫、化学洗清和机械清洗等。◆酸洗法酸洗法是用盐酸作为清洗剂，酸洗法又分浸泡法和循环法两种。换热器酸洗法流程◆高压水冲洗法高压水冲洗法多用于结焦严重的管束的清洗，如催化油浆换热器。◆海绵球清洗法将较松软并富有弹性的海绵球塞入管内，使海绵球受到压缩而与管内壁接触，然后用人工或机械法使海绵球沿管壁移动，不断摩擦管壁，达到消除积垢的目的。