1、第一部分基礎理論第16頁共16頁第六章換熱設備第一節 概述一 換熱設備在煉油生產中的應用在煉油、化工生產中，絕大多數的工藝過程都有加熱、冷卻和冷凝的過程，這些過程總稱為傳熱過程。傳熱過程的進行需要通過一定的設備來完成，這些使傳熱過程得以實現的設備稱之為換熱設備。據統計，在煉油廠中換熱設備的投資占全部工藝設備總投資的3540%，因為絕大部分的化學反應或傳質傳熱過程都與熱量的變化密切相關，如反應過程中，有的要放熱，有的要吸熱，要維持反應的連續進行，就必須排除多余的熱量或補充反應所需的熱量；工藝過程中某些廢熱和余熱也需要加以回收利用，以降低成本。另外，生產所得的油品或化工產品，需要將其冷卻或冷凝，以

2、便儲存和運輸。以上這些與熱量有關的過程都需要使用換熱設備。使用換熱設備是為了達到加熱或冷卻的目的，如果將那些需要加熱的液體與需要冷卻的液體，經過換熱設備相互換熱，既可回收熱量，又可降低冷卻水的消耗。綜上所述，換熱設備是煉油、化工生產中不可缺少的重要設備。換熱設備在動力、原子能、冶金及儀器等其他工業部門也有著廣泛的應用。二 換熱設備的分類（一） 按用途分類1. 換熱器兩種溫度不同的流體進行熱量交換，使一種流體降溫另一種流體升溫，以滿足各自的需要，這種換熱設備稱為換熱器。2. 冷凝器兩種溫度不同的流體在進行熱量交換過程中，有一種流體是從氣態被冷凝成為液態，但其溫度變化并不大，這種換熱設備稱為冷凝器

3、。如塔頂油氣經過冷凝器而變為流體油品，此時冷凝溫度并不高，一般多用水作為吸收熱量的流體，這部分熱量沒有被利用而是散放于環境中。3. 重沸器重沸器也叫再沸器，其工作過程與冷凝器相反，即有一種流體被加熱而蒸發成為氣體。4. 冷卻器凡是熱量不回收利用，而單純只是為了使一種流體被冷卻的設備稱為冷卻器。根據其所用冷流體的不同，有水冷卻器和空氣冷卻器，一般都是接在換熱器的后面作為最后將油品降溫到可以進入油罐的一種手段。5. 加熱器凡是利用廢熱單純只是為了一種流體被加熱而升溫的設備稱為加熱器。如管式加熱爐用的空氣預熱器，就是利用出爐的高溫煙氣的廢熱來加熱進入爐子燃燒室的空氣，這樣也回收了廢熱是經濟的。以上是

4、從工藝用用途區分，若從其工作過程而言，習慣上都稱其為換熱器。（二） 按換熱方式分類1. 混合式換熱設備這種換熱設備是使溫度不同的兩種流體直接接觸與混合（允許完全混合的流體）的作用來進行熱量交換的。如涼水塔、蒸汽直接加熱的反應器、所流干燥器等。2. 蓄熱式換熱設備這種換熱設備是讓不同溫度的兩種流體先后分別渡過某一種固定填料（多也格子磚、卵石等）的表面，首先是讓高溫流體渡過固體填料，把熱量仁慈給填料并積在其中，然后停止高溫流體再讓低溫流體流過固體填料，并將蓄積在填料中的熱量走，這樣在填料被反復加熱和冷卻的過程中，使不同溫度的兩種流體進行熱量交換，這種換熱設備必須成對聯合使用，即一臺通入高溫流體時，

5、另一臺則通入低溫流體，并靠自動閥進行切換，以維持生產的邊疆進行。蓄熱式換熱設備結構緊湊、先進集體低，單位體積傳熱面積大；但不可避免的出現兩種流體的少量混合，造成相互污染。適用于氣氣間的熱量交換。3. 間壁式換熱設備這種換熱設備是煉油生產中應用最普遍的一種，其特點是不同溫度的兩種流體被一固體壁面隔開，熱量的仁慈通過固體壁面進行。按傳熱面（固體壁面）的形狀和結構性又可分為“管式”和板面式“兩類。三 評價比較換熱設備的指標不同類型的換熱設備其性能優劣一般可從如下幾方面進行比較。(1) 效率要高。效率高就是要求其傳熱系數大，傳熱系數是指在單位時間內、單位傳熱面積上溫度每變化一度所傳遞熱量的多少(2)

6、結構要緊湊。要使換熱設備的結構緊湊就要求其比表面積要大，比表面積是指單位體積的設備所具有的傳熱面積，即傳熱面積與設備體積之比。(3) 節省材料。要做節省材料就要求其比重量要小，所謂比重是指單位傳熱面積所耗用的金屬量，即換熱設備總金屬用量與傳熱面積之比。(4) 壓力降要小。液體在設備中流動阻力小、壓力損失就小，節省動力、操作成本低。(5) 要求結構可靠、制造成本低，全球安裝、檢修、使用周期長。四 換熱設備的工作過程（一）熱量傳遞方式換熱設備工作過程的核心就是熱量的傳遞過程。熱量傳遞的基本方式有三種，即傳導傳熱、對流傳熱和輻射傳熱。傳導傳熱是熱量從物體的高溫部分沿物體本身傳至低溫部分的一種傳熱方式

7、。對流傳熱是靠液體或氣體的流動，也就是各分子間相對位置的改變來傳遞熱量的。對流傳熱與傳導傳熱最顯著的區別是：通過物質分子間的流動改變其位置從而達到傳遞熱量的目的，而傳導傳熱物質并不發生流動，熱量是沿物質傳遞的。故對流傳熱是液體間特有的傳熱方式，但在對流傳熱中也不可避免地伴隨有傳導傳熱。對流傳熱若只是由于溫度不同造成分子間相互位置改變而傳遞熱量稱為自然對流，若不僅有溫差且還有外力作用使流體加速混合傳遞熱量稱為強制對流。輻射傳熱是熱能不借助任何傳遞介質，而是以電磁波的形式（稱為輻射能）在空間傳播，遇到另一物體時，輻射能被部分或全部吸收轉變為熱能。（二）間壁式換熱設備的換熱過程在工業生產實際中，三種

8、基本傳熱方式一般都不是單獨存在的，往往是相互伴隨、同時出現，只不過是有些情況下某一種或兩種傳熱方式占主要地位，而在另一些情況下則是另外一種或兩種傳熱方式占主要地位。在溫度較低時以輻射方式傳遞的熱量很少，只有在高溫時才較為明顯。 在間壁式換熱設備中，主要是傳導和對流兩種傳熱方式。傳熱速率與傳熱機種、冷熱流體的溫度差、傳熱系數均成正比。因此增大傳熱面積，提高傳熱系數，增大冷熱流體的溫度差都可提高傳熱速率，但在實際應用中溫度差是不能隨意改變的，增大傳熱面積又會使設備的結構龐大，制造成本加大，而傳熱系數又與諸多因素不關，所以在吉應全面南征北戰各種因素，綜合分析，設計出既能滿足工藝要求，結構又緊湊，且成

9、本低廉，效率高的換熱設備。一般應從如下幾方面考慮。1. 增加流體的流速，以增加流體的湍流程度來提高流體的傳熱系數，但增大流速會增加流體渡過換熱元件時的壓力降，使泵的負荷加大，故應將傳熱系數和壓力降綜合考慮，采取適宜的流速。就流體本身言，粘度越小2. 盡量采用導熱性能好的材料作為換熱元件。在使用過程中，固體壁面上往往會沉淀結垢，這些污垢的導熱系數很低，會大大降低設備的傳熱，所以換熱設備要定期進行清掃除垢3. 流體的溫度是由工藝條件確定的，所以兩種流體的溫度差是不可隨意增大的，但若使兩種流體在設備中按逆（冷熱流體流向相反）方式流動，可使其平均溫差大于順流時的平均溫差，有利于熱量的傳遞。4. 可通過

10、在管式換熱器中采用翅片管、波紋管和小直徑的換熱管等方式來增大傳熱面積，在板片式換熱器中由于傳熱表面是薄板，更易壓制成各種形狀，以增大傳熱面積和增加流體的湍流狀態，提高傳熱效率。五 換熱設備的選型各種類型的換熱設備有其自身的特點，選型時需要考慮的因素也很多。如材料、溫度、壓力，流體的性質、壓力降，設備的用途、制造、安裝、檢修及經濟性等。一般就遵循以下原則。1. 當高溫、高壓操作，處理量較大時，強度和結構的可靠性很重要，就選管殼換熱。2. 對有強腐蝕的液體，就選耐腐蝕材料換熱器。3. 若操作溫度和壓力都不高，處理量也不太大，但流體具有腐蝕性要求采用貴重金屬材料時，可選板面式換熱器中的新型換熱設備，

11、如板片式、板翅式等，因為這些換熱器具有傳熱效率高、結構緊湊、金屬耗量少等突出的優點。第二節 管殼式換熱器一 管殼式換熱器的結構類型特點管殼式換熱器也稱列管式換熱器，雖然在傳熱效率、緊湊性及金屬耗油量等方面不如近年來出現的其他新型換熱器其具有結構堅固、可承受較高的壓力、制造工藝成熟、適應性強及選票范圍廣等優點，目前，仍是煉油廠中應用最廣泛的一種間壁式器，按其結構特點有如下幾種形式。（一） 固定管板式換熱器管殼式換熱器主要是由殼體、管束、管板、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。這種換熱器結構簡單、制造方便、造

12、價較低；在相同直徑的殼體內可排列較多的換熱管，每根換熱管都可單獨進行更換和管內清洗；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生溫差應力，一般當溫度大于50時就應考慮在殼體上設置膨脹節以減小或消除溫差應力。固定管板式換熱器適用于殼程液體清潔，不易結垢，管程常要清洗，冷熱流體溫差不太大的場合。（二） 浮頭式換熱器浮頭式換熱器的一端管板是固定的。與殼體剛性邊接，另一端管板是活動的，與殼體之間并不相連，活動管板一側總稱為浮頭。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；但結構復雜、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

13、。浮頭式換熱器適用于冷熱流體溫差較大（一般冷流進口與熱流出口溫差可達110）介質易結常需要清洗的場合。在煉油廠使用的種類管殼式換熱器中浮頭式最多。（三） 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，換熱管做成U字形、兩端都固定在同一塊管板上；管板和殼體之間通過固定在一起。這種換熱器結構簡單、造價低，管束可在殼休內自由伸縮，無溫差應力，也可將管束抽出清洗且還節省了一專任；但U形管管內清洗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，結構不夠緊湊。U形管式換熱器適用于冷熱流體溫差較大，管內走清潔不易結垢的高溫、高壓、腐蝕性較大的液體的場合。

14、（四） 填料函式換熱器填料函式換熱器與浮關式很相似，只是浮動管板一端與殼體之間采用填料函密封。這種換熱器管束也可自由伸縮、無溫差應力，具有浮頭式的優點且結構簡單、制造方便、易于檢修清洗，特別是對腐蝕嚴重、溫差較大而經常要更換管束的冷卻器，采用填料函式比浮關式和固定管板式更為優越；但由于填料密封性所限，不適用于殼程液體易揮發、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。填料函式還有另一種形式，通常稱為滑動管板式，它是將填料安置在殼體內部，其性能特點與填料函式基本相同，但這種結構若在填料處發生泄漏中，則造成

15、兩種流體混合明不易被發現，所以嚴禁用于兩種流體混合后會造成嚴重事故或損失的場合。二 管殼式換熱器的分程及流體流程管殼式換熱器工作時，和種流體走管內，稱為管程，另一種流體走管外（殼體內），稱為殼程。管內流體從換熱管一端流向另一端一次稱為一程，對U形管式換熱器管內流體從換熱管一端經過U形彎曲段流向另一端一次稱為兩程。兩管程以上（包括兩管程）就需要在管板上設置分程隔板來實現分程，較常用的是單管程、兩管程和四管程。殼程有單殼程和雙殼程兩種，學用單殼程，殼程分程可通過在殼體中設置縱向擋板來實現。冷熱流體哪一個走管程，哪一個走殼程，需要考慮的因素很多難以有統一的定則；但總的要求是首選要有利于傳熱和防腐，其

16、次是要減少流體流動阻力和結垢，便于清洗等。一般可參考如下原則并結合具體工藝要求確定。1. 腐蝕性介質走管程，以免使管程和殼程材質都遭到腐蝕。2. 有毒介質走管程，這樣泄漏的機會少一些。3. 流量小的流體走管程，以便選擇理想的流速，流量大的液體宜走殼程。4. 高溫、高壓流體走管程，因管子直徑較小可承受較高的壓力。5. 容易結垢的液體在固定管板式和浮頭式換熱器中走管程、在U形管式換熱器中走殼程，這樣全球清洗和除垢；若是在冷卻器中，一般是冷卻水走管程、被冷卻流體走殼程。6. 粘度大的流體走殼程，因為殼程流通截面和流向在不斷變化，在低雷諾系數下利于傳熱。7. 流體的流向對傳熱也有較大的影響，為充分利用

17、同一介質冷熱對流的原理，以提高傳熱效率和減少動力消耗，無論管程還是殼程，當流體被加熱或蒸發時，流向應由下向上；當流體被冷卻或冷凝時流向應由上向下。三 管式換熱器的標準的介紹（一） 標準體系管殼式換熱有國家標準，也有行業標準。GB15189鋼制管殼式換熱器是由國家技術監督局發布的關于管殼式換熱器的國家標準。該標準對鋼制管殼式換熱器各零部件的名稱、組合形式、型號表示方法，材料及選用、設計計算的方法；制造、檢驗及驗收標準和要求、安裝、試車及維護等都作了詳細的說明和規定。是管殼式換熱器設計和制造的主要依據。（二） 管殼式換熱器的基本參數JB/T47144717對管殼式換熱器的基本參數及組合作了詳盡的規

18、定。（三） 管殼式換熱器型號及標記管殼式換熱器分為及和級。級換熱器采用較高級冷拔換熱管，適用于無相變傳熱和易產生振動的場合；級換熱器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。換熱器類型標記示例：平蓋管箱，公稱直徑500mm，管程和殼程設計壓力均為1.6MPa，公稱換熱面積54 m2，較高級冷拔換熱管，外徑25mm，管長6m，4管程單殼程的浮頭式換熱器，標記為AES5001.6546/254封頭管箱，公稱直徑700mm，管程設計壓力均為2.5MPa，設計壓力均為1.6MPa公稱換熱面積200 m2，較高級冷拔換熱管，外徑25mm、管長9m，4管程單

19、殼程的固定管板式換熱器，標記為BEM7002.5/1.62009/254×××DNPt/PsALN/dNt/Ns （或）級或級換熱器管/殼程數，單殼程時只寫Nt LN公稱長度/m，d換熱管外徑/mm公稱換熱面積/m2管/殼程設計壓力/MPa，壓力相等時只寫Pt公稱直徑/mm，對釜式重沸器為：管箱內直徑/圓向內直徑第一個字母表示前端管箱形式第二個字母表示殼體形式第三個字母表示后端結構形式四 管殼式換熱器的主要零部件（一） 換熱管及在管板上的排列形式換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件，它直接與兩種介質接觸，所以換熱管的形狀和尺寸對傳熱有很大的影響。小管徑利于承受壓力。因而

20、管壁較薄且在相同殼徑內可排列較多的管子，合換熱器單位體積的傳熱面積增大、結構緊湊，單位傳熱面積的金屬耗油量少，傳熱效率也稍高一些；但制造較麻煩，且小直徑管子易結垢，不易清洗。對一般對清潔流體用小直徑的管子，粘性較大的或污流體采用大直徑的宅子。我國管殼式換熱器常用換熱管為：碳鋼、低合金鋼有19×2、25×2.5、38×3、57×3.5；不銹鋼管有25×2、38×2.5。換熱管的長度有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。換熱管在管板上的排列形式有正三角形、轉角正三角形

21、、正方形和轉角正方形等。三角形排列布管多，結構緊湊，但管外清洗不便；正方形排列便于管外清洗，但布管較少、結構不夠緊湊。一般在固定管板式換熱器中多用三角形排列，浮頭式換熱器多用正方形排列。（二） 管板及與換熱管的連接管板一般采用圓形平板，在板上開孔并裝設換熱管，在多管程換熱器中管板上還設置分程隔板。管板還起分隔管程和殼程空間，避免冷熱流體混合的作用。管板與換熱管間可采脹接、焊接或二者并用的連接方式。（三） 殼體及與管板的連接管殼式換熱器的殼體都是圓筒形的，直徑較小時用無縫鋼管制作，直徑較大時用鋼板卷制焊接而成；殼體所用材料及要求與一般的壓力容器相同。不同類型的管殼式換熱器其殼體與管板的連接方式不

22、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；根據管板是否兼作法蘭其結構不同，多數情況下采用管板兼作法半的結構。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行清洗和維修。（四） 管箱管箱的作用是將進入管程的流體均勻分布到各換熱管，把管內流體匯集在一起送出換熱器。在多管程換熱器中，管箱還可通過設置隔板起分隔管程、改變流體方向的作用。（五） 折流板折流板是設置在殼體內與管束垂直的弓形或圓盤圈環形平板，安裝折流板迫使流體按規定的路徑多次橫幾穿過管束，既提高了流速雙嗇了湍流程度，改善

23、了傳熱效果，在臥式換熱器中折流板還可起到支持管束的作用。但在冷凝器中，由于冷凝傳熱系數與蒸汽在設備中的流動狀態無關，因此不需要設置折流板。折流板一般應等間距布置，管束兩端的折流板應盡是靠近殼程進、出口接管。臥式換熱器殼程為單相清潔流體時，弓形拆流板的缺口（弓形缺口）應水平上下布置，若氣體事含有少量液體時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的最高處開通氣孔，在臥式換熱器、冷凝器及重沸器的殼程介質的氣、液共存或液體中含有固體物料時，折流板的缺口應垂直左右布置，并在最低處開通液口，從傳熱學的角度考慮，有些臥式換熱器（如冷凝器）并不需要設置拆流板，但為了

24、增加管束的剛度，防止管子振動，仍需設置一定數量的支持板，支持板的形狀和尺寸與折流板相同。管殼式換熱器除以上所介紹的主要零部件外，還有為防止殼程流體對換熱管外壁的沖蝕而設置的防沖擋板、防沖接管及導流筒；為使殼程分程在殼體內設置地縱向擋板，為防止殼程介質“短路”而設置的旁路擋板；在固定管板式換熱器上為了減小溫差應力而設置的膨脹節等。五 管殼式換熱器的檢修與維護在煉油、化工生產中，通過換熱器的介質，有些含有焦炭及其他沉積物，有些具有腐蝕性，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。另外，介質腐蝕

25、也會使管束、殼體及其他零件受損；設備長期運轉振動和受熱不均勻，使管子脹接口及其他連接處也會發生泄漏。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，以保證生產的正常進行。（一） 換熱器的日常維護換熱設備的運轉周期就和生產裝置的生產周期一致，為了保證換熱設備的正常運轉，滿足生產裝置的要求，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，首選應保證壓力穩定，絕不允許超壓運行。在開停工進行掃線時最易泄漏問題，如浮頭式換熱器浮頭處易發生泄漏，維修時應先打開浮頭端外（大）封頭從管程試壓檢查，有時會發現浮頭不

26、緊，這是由于長期受熱產生了塑性變形所致。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150170時，可將再緊一次，這樣浮頭處密封性較好。換熱器故障大多數是由管子引起的，對于由于腐蝕子穿孔應及時更換，若只是個別管子損壞頁更換又比較時，可用管堵將壞管兩端堵死。管堵材料的硬度又比較困難時，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，堵死的管子總數不得超過該管程總管數的10%。對易結垢的換熱器應及時進行清洗，以免影響傳熱效率。（二） 換熱器的試壓及檢修順序試壓是換熱器檢修的重要內容，不同類型的管殼式換熱器，其試壓的順序也不盡相同，現以浮頭式為例說明其檢修和試壓的順

27、序。1. 準備吹掃工具拆除浮頭端外頭、管箱及法蘭拆除浮頭端內封頭抽管束檢查、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寂脹、但補脹的次數不得超過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

28、止。試壓（二）的目的是檢查安裝質量，主要是檢查浮頭端內封頭墊片及管束，如發現墊片處滲漏應分析原因并妥善處理。試壓（三）則是設備整體試壓，主要檢查浮頭端外封頭的安裝質量。（三） 換熱器的清洗換熱設備經長時間的運轉后，由于介質的腐蝕、沖蝕、積垢、結焦等原因，使管子內外表面都有不同程度的結垢，甚至堵塞。所以在停工檢修時必須進行徹底清洗，以恢復其傳熱效果。常用的清洗方（掃）方法有風掃、水洗、汽掃、化學清和機械清洗等。對一般輕微堵塞和結垢，可用風吹和簡單工具穿通（如用812mm螺紋鋼筋）即可達到較好的效果。但對嚴重的結垢和堵塞，如冷凝、冷卻器，一般都是由于水質中含有大量的鈣、鎂離子，在通過管束時水在管子

29、表面蒸發，鈣和鎂的沉淀物沉積在管壁上形成堅硬的垢層，嚴重時會將管束中的一程或局部堵死，用一般的方法難以奏效，則必須用化學或機械等清洗方法。第三節 其他類型的間壁式換熱設備一 水浸式冷卻器1. 水浸式冷卻器2. 噴淋式冷卻器二 空氣冷卻器（一） 空冷器的結構及特點空冷器由帶有鋁制翅片的管束、風機、構架等組成。（二） 濕式空冷器濕式空冷器按其工作情況可分為增濕型、噴淋型及聯合型三種。這三種類型的濕式空冷器各有其優點：噴淋型的作用原理是噴水蒸發冷卻，將霧狀水直接噴到翅片表面，水在翅片表面蒸發；增濕型是在空氣入口處噴水（水不噴在翅片上），使水在增濕室中蒸發；聯合型是二者兼而有之。噴淋型集中了蒸發冷卻和

30、空氣冷卻的優點，不論從強化傳熱或對環境溫度的適應性上都較增濕型優越，但水在翅片上蒸發有可能引起結垢，所以通常將管內介質溫度限制在80以內。三 板面式換熱器（一） 螺旋板式換熱器螺旋板式換熱器是由兩張平行的卷制成具有兩個螺旋通道的螺旋體，然后在其端部安裝圓形蓋板并配制流體進、出口接管而組成。（二） 板片式換熱器板片式換熱器是以波紋板作為換熱元件，其傳熱系數比管殼式換熱器高24倍，結構緊湊、體積小、重量輕、節省材料、操作靈活性大，適用范圍廣。一般使用壓力在1.6MPa以下，使用溫度不超過150，可用于加熱、冷卻、冷凝、蒸發等過程。（三） 板翅式換熱器板翅式換熱器的基本結構是由翅片、隔板及封條三部分

31、組成。在相信兩隔板之間放置翅片及封條組成一夾層，稱之為通道，也就是板翅式換熱器的一個基本單元，將若干個基本單元按流體的不同流向疊置起來釬焊成整體，即構成板束。一般情況下，板束兩側還各有12層不走流體的強度層或稱之為假通道，再在板束上配置流體進出口分配段和集流箱就組成了一臺完整的板翅式換熱器。板翅式換熱器由于翅片對流體造成擾動，從而使熱邊界層不斷破裂更新，傳熱系數較高，這種換熱器還具有結構緊湊、重量輕等優點，對鋁制板翅式換熱器，其單位體積的傳熱面積可達15002500m2/m3，相當于管式換熱器的820倍，重量僅為具有相同換熱面積的管殼式換熱器的1/10。可廣泛用于氣氣、氣液、液液之間各種不同流

32、體的換熱。這種換熱器的缺點是制造工藝復雜，要求嚴格、容易堵塞、清洗和檢修不方便。板翅式換熱器由于翅片對流體造成擾動，從而使熱邊界層不斷破裂更新，所以傳熱系數較高，具有結構緊湊、重量輕等優點。第七章塔第一節 概述一 塔設備在煉油生產中的作用在煉油、及輕工等工業生產中，氣、液兩相直接接觸進行傳質傳熱的過程是很多的，如精餾、吸收、解吸、萃取等。這些過程都是在一定的壓力、溫度、流量等工藝條件下，在一定的設備內完成的。由于其殼程中兩種介質主要發生的是質的交換，所以也將實現這些過程設備叫傳質設備；從外形上看過這些設備都是豎直安裝的圓筒形容器，且長徑比較大，形如“塔”，故習慣上稱其為塔設備。塔設備能夠為氣、

33、液或液、液兩相進行充分接觸提供適宜的條件，即充分的接觸時間、分離空間和傳質傳熱的面積，從而達到相際間質量和熱量交換的目的，實現工藝所要求的生產過程，生產出合格的產品。所以塔設備的性能對整個裝置的產品產量、質量、生產能力和消耗定額，以及三廢處理和環境保護等方面都有著重大的影響。塔設備的投資費用及鋼材耗量僅次于換熱設備。據統計，在化工和石油化工生產裝置中，塔設備的投資費用占全部工藝設備總投資的25.39%，在煉油和煤化生產裝置中占34.85%。可見塔設備是煉油、化工生產中最重要的工藝設備之一，它的設計、研究、使用對化工、煉油等工藝的發展起著重大的作用。二 塔設備的分類及一般構造（一） 按用途分類1

34、. 精餾塔利用流體混合物中各組分揮發度的不同來分離其各流體的操作稱為蒸餾，反復多次蒸餾的過程稱為精餾，實現精餾操作的塔設備稱為精餾塔。如常減壓裝置中的常壓塔、減壓塔等。2. 吸收塔、解吸塔利用混合氣中各組分在溶液中溶解度的不同，通過吸收液體來分離氣體的工藝操作稱為吸收；將吸收液通過加熱等方法使溶解于其中的氣體釋放出來的過程稱為解吸。實現吸收和解吸操作過程的塔設備為吸收塔、解吸塔。催化開明化裝置中的吸收、解吸塔，從煉廠所中回收汽油、從裂解氣中回收乙烯和丙烯，以及氣體凈化等都需要吸收、解吸塔。3. 萃取塔對于各組分間沸點很小的流體混合物，利用一般的分餾方法難以湊效，這時可在流體混合物中加入某種沸點

35、較高的溶劑（稱為萃取劑）；利用混合液中各組分在萃取劑中溶解度的不同，將它們分離，這種方法稱為萃取（也稱為抽提）。實現萃取操作的塔設備稱為萃取塔。如丙烷瀝青裝置中的抽提塔等。4. 洗滌塔用水除去氣體中無用的成分或固體塵粒的過程稱為水洗，所用的塔設備稱為洗滌塔。這里需要說明一點，有些設備就其外形而言屬塔式設備，但其工作裨不是分離而是換熱或瓜。如涼水塔屬冷卻器，合成氨裝置中的合成塔屬應器。（二） 按操作壓力分類塔設備根據其完成的工藝操作不同，其壓力和溫度也不相同，但當達到相平衡時，壓力、溫度、組成和液相組成之間存在著一定的函數關系。在實際生產中，原料和產品的成分和要求是工藝確定的，不能隨意改變，壓力

36、和溫度有選擇的余地，但二者之間是相互關聯的，如一項先確定了，另一項則只能由相平衡關系求也。從操作方便和設備簡單的角度來說，選常壓操作最好，從冷卻劑的來源角度看，一般宜將塔頂半信半疑溫度控制在3040，以便采用廉價的水或空氣作為冷卻劑，所以塔設備根據具體工藝要求，設備及操作成本綜合考慮，有時可在常壓下操作、有時則需要在加壓下操作，有時還需要減壓操作。相應的塔設備分別稱為常壓塔、加壓塔和減壓塔。（三） 按結構形式分類塔設備盡管其用途各異，操作條件也各不相同，但就其構造而言都大同小異，主要由塔體、支座、內部構件及附件組成。根據塔內部構件的結構可將其分為板式塔和填料塔兩大類。在板式塔中裝有一定數量的塔

37、盤，液體借自身重量自上而下流向塔底（在塔盤板上沿塔徑橫向流動），氣體靠壓差自下而上以鼓泡的形式穿過塔盤上的液層升向塔頂。在每層塔盤上氣、液兩相密切接觸，進行傳質，使兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。填料塔中則裝填一定高度的填料，液體自塔頂沿填料表面向下流動，作為連續相的氣體自塔底向上流動，與液體進行逆流傳質，兩相組分的濃度沿塔高呈連續變化。三 對塔設備的基本要求塔設備除了應滿足工藝條件，如壓力、溫度及耐腐蝕性等外，還應滿足如下基本要求1. 生產能力要大。即單位塔截面上單位時間內物料的處理量要大。2. 分離效率高。即氣、液相能充分接觸且分離效果好。3. 操作彈性大。即有較強的適應性和寬的操作范圍

38、。能適應不同性質的物料且在負荷波動時能維持操作穩定，仍有較高的分離效率。4. 壓降小。即液體通過時阻力小，這樣可大大節約生產的動力消耗，降低成本。在減壓塔中若壓降過大系統將難以維持必要的真空度。5. 結構簡單、耗材少，易于制造及安裝，這樣右減少基建投資，降低成本。6. 耐腐蝕不易堵塞，便于操作、調節及檢修。一個塔設備要同時滿足以上各項要求是困難的，而且實際生產中各項指標的重要性因具體情況而異，不可一概而論。所以應從生產需要及經濟全性考慮，正確處理以上各項要求。四 塔設備的工作過程（一） 幾個有關的工藝概念1. 溶液的沸騰：不同性質的液體在同一壓力下其沸點是不同的，所以兩種以上相互溶解的液體組成

39、的溶液，在同一壓力下各組分的沸點自然也是不相同的。沸點組分由于其揮發度高，因此同一壓力和溫度下，其在溶液所形成的蒸汽中的分子比例大于它在溶液中的分子比例，而沸點高的組分由于揮發度低，故在溶液蒸氣中的比例小于其在溶液中的比例。利用溶液的這一特性，通過在一定壓力下加熱的方式，可將溶液中各組分相互分離。2. 溶液的相平衡：在氣、液系統中，單位時間內液相汽化的分子數與氣相冷凝的分子數相等時，氣、液兩相達到一種動態平衡，這種狀態稱為氣、液的相平衡狀態。這時其系統內各狀態參數，如溫度、壓力及組成等都是一定的，不隨時間的改變而改變。液相中各組分的蒸氣分壓等于氣相中同組分的分壓，液相的溫度等于氣相的溫度，當任一相的溫度變化時，勢改引起其他組分量的變化。3. 傳質：在煉油、化工生產中，將物質借助于分子擴散的作用從一相轉移到另一相的過程稱為傳質過程。液體混合物的蒸餾分離；利用液體溶劑的選擇作用吸收混合物中的某一組分；利用蘺方法分離液體混合物的過程等，都屬于傳質過程。4. 蒸餾：通過加熱、汽化、冷凝、冷卻的過程使