1、換熱設備的使用與維護劉佳明 金飛 葉楊飛 涂成敏換熱設備v在煉油、化工生產中，絕大多數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備來完成，這些使傳熱過程得以實現的設備稱為換熱設備。I.換熱設備工作過程及類型一、換熱設備工作過程（一）熱量的傳遞方式1.傳導傳熱傳導傳熱是熱量從物體的高溫部分沿物體本身傳至地位部分的一種傳熱方式。2.對流傳熱對流傳熱是靠液體或氣體的流動，也就是各分子團間相對位置的改變來傳遞熱量的。3.輻射傳熱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

2、。（二）換熱設備的換熱過程增大傳熱面積、提高傳熱系數、增大冷熱流體的溫度差都可提高傳熱效率，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果龐大，制造成本加大，而傳熱系數又與諸多因素有關，所以在工程實際中應全面考慮各種因素，綜合分析，設計出既能滿足工藝要求，又結構緊湊，且成本低廉，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，與傳熱系數以及壓力降綜合考慮選擇適合的流速（2）盡量采用導熱性能好的材料作為換熱元件，在允許的情況下盡量減少壁厚，并定期清掃除垢（3）由于兩種流體溫度差不可隨意增大，但若以逆流方式流動，則可使平均溫差大于順流時的平均溫差，有利于熱量的傳遞

3、（4）可通過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，提高傳熱效率二、換熱設備的類型（一）按用途分類（1）冷卻器（2）冷凝器（3）加熱器（4）換熱器（5）再沸器（6）蒸汽發生器（7）過熱器（8）廢熱（或余熱）鍋爐（二）按換熱方式分類（1）間壁式換熱器（2）直接接觸式換熱器（3）蓄熱式換熱器化工生產用應用最多的是各類間壁式換熱器。根據間壁的形狀，間壁式換熱器大體上分為管式和板面式兩大類。管式換熱器有管殼式、套管式、蛇管式、螺旋管式等，板面式換熱器有板式、螺旋板式、板翅式、板殼式等

4、。（三）換熱設備性能對比及選擇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（通常用傳熱系數表示）越高，需要的傳熱面積越小。（2）換熱器的結構能適應所規定的工藝操作條件，運轉安全可靠，密封性好，清洗、檢修方便，流體阻力小。（3）要求價格便宜，維護容易，使用時間長。在化工生產中所使用的換熱設備往往需要頻繁的清洗和檢修，停車的時間多，造成的經濟上損失有時會比更新換熱器的代價更大。因此，如果換熱器能夠設計得合理，可以保證連續運轉的時間長，同時能減少功耗消耗，則換熱器本身價格雖然略高一些

5、，但總的經濟核算也可能是有利的。2.換熱器的性能對比及選擇需考慮的因素有流體的性質，換熱介質的流量、操作溫度、壓力等參數等一、管殼式換熱器的結構類型及特點固定管板式換熱器固定管板式換熱器 固定管板式換熱器固定管板式換熱器1封頭；2法蘭；3排氣口；4殼體；5換熱管；6波形膨脹節；7折流板（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 II.換熱設備的結構 浮頭式換熱器浮頭式換熱器浮頭式換熱器浮頭式換熱器1防沖板；2折流板；3浮頭管板；4鉤圈；5支耳 浮頭結構示意圖浮頭結構示意圖浮

6、頭式重沸器浮頭式重沸器1 1偏心錐殼；偏心錐殼；2 2堰板；堰板；3 3液面計接口液面計接口 U U形管式換熱器形管式換熱器 U U形管式換熱器形管式換熱器 1 1中間擋板；中間擋板；2 2U U形換熱管；形換熱管；3 3排氣口；排氣口；4 4防沖板；防沖板；5 5分程隔板分程隔板 填料函式換熱器填料函式換熱器 填料函式換熱器填料函式換熱器 1 1縱向隔板；縱向隔板；2 2浮動管板；浮動管板；3 3活套法蘭；活套法蘭；4 4部分剪切環；部分剪切環；5 5填料壓蓋；填料壓蓋；6 6填料；填料；7 7填料函填料函v二、管殼式換熱器管程結構v1.管板v2.管子v3.管板和管子的連接管板和管子的連接方

7、式有脹接和焊接，對于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、焊并用的方式高溫高壓下常采用脹、焊并用的方式4.管子在管板上的排列在管板上的排列 換熱管在管板上的排列形式有正三角形、轉角正三角換熱管在管板上的排列形式有正三角形、轉角正三角形、正方形和轉角正方形等形、正方形和轉角正方形等 5.強化傳熱表面換熱管的排列形式換熱管的排列形式 管箱管箱 管箱位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體。管箱位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體。 管箱結構形式管箱結構形式1 1隔板；隔板；2 2管板；管板；3 3箱蓋箱蓋 殼體及其與管板的連接殼體及其與管板的連接 在殼程進口接管處常裝有防沖

8、板或稱緩沖板在殼程進口接管處常裝有防沖板或稱緩沖板。 進口接管及防沖板的布置進口接管及防沖板的布置 在固定管板式中，兩端管板均與殼體采用焊接連接、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、且管板兼作法蘭用，在浮頭式、U U形管式及填料函式換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。蘭之間。管板與殼體連接結構管板與殼體連接結構 折流板折流板 折流板的作用折流板的作用 引導殼程流體反復地改變方向作錯流流動或其他形式的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，并可調節折流板間距

9、以獲得適宜流速，提高傳熱效率。流動，并可調節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。另外，折流板還可起到支撐管束的作用。 折流板的折流板的 分類分類 常用折流板有弓形和圓盤常用折流板有弓形和圓盤- -圓環形兩種圓環形兩種 弓形的有單弓形、雙弓形及三弓形，單弓形和雙弓形弓形的有單弓形、雙弓形及三弓形，單弓形和雙弓形應用最多。應用最多。 弓形折流板弓形折流板 圓盤圓盤- -圓環形折流板圓環形折流板折流板缺口尺寸折流板缺口尺寸 折流板的固定折流板的固定 折流板的固定是通過拉桿和定距管來實現的。折流板的固定是通過拉桿和定距管來實現的。 拉桿結構拉桿結構 四、管殼式換

10、熱器的標準、管殼式換熱器的標準 GB151G殼式換熱器管殼式換熱器 是由國家技術監督局發布的關于管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。該標準是管殼式殼式換熱器的國家標準。該標準是管殼式換熱器設計和制造的主要依據。換熱器設計和制造的主要依據。 標準代號為標準代號為JBJBT4714T4714472047209292 該標準對浮頭式換熱器和冷凝器、該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固定管板式換熱器、立式熱虹吸式重沸器及及U U形管式換熱器的具體結構形式、基本形管式換熱器的具體結構形式、基本參數及其組合都作了具體的規定參數及其

11、組合都作了具體的規定( (定型定型) )。 換熱器的型號換熱器的型號 DN - A- - -或或 管束的級別管束的級別 管程管程/ /殼程數，單殼程時只寫殼程數，單殼程時只寫NtNt 公稱長度公稱長度/ /換熱管外徑，換熱管外徑，m m 公稱換熱面積公稱換熱面積 管程管程/ /殼程設計壓力，殼程設計壓力，MPaMPa；壓力相等時只寫；壓力相等時只寫ptpt 公稱直徑，公稱直徑，mmmm； 分別表示前端管箱、殼體、后端結構形式分別表示前端管箱、殼體、后端結構形式stppdLNstNN第三節第三節 其他類型換熱設備簡介其他類型換熱設備簡介一、板面式換熱器一、板面式換熱器 螺旋板式換熱器螺旋板式換熱

12、器 螺旋板換熱器的結構是由兩張平行的鋼板在專用的卷床螺旋板換熱器的結構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成的。和進出口接管而構成的。螺旋板換熱器結構形式螺旋板換熱器結構形式 型螺旋板換熱器型螺旋板換熱器 板式換熱器板式換熱器 板式換熱器是由一組長方形的薄金屬傳熱板片構成，用框板式換熱器是由一組長方形的薄金屬傳熱板片構成，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墊片( (各種橡膠或壓縮石棉等制成各種橡膠或壓縮石棉等制成

13、) )壓緊，板片四角有圓壓緊，板片四角有圓孔，形成流體的通道。孔，形成流體的通道。 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 板翅式換熱器板翅式換熱器 板翅式換熱器板翅式換熱器 1 1，3 3側板；側板；2 2，5 5隔板；隔板；4 4翅片翅片二、空冷器二、空冷器 空冷器是以空氣作為冷卻介質，對流經管內的熱流空冷器是以空氣作為冷卻介質，對流經管內的熱流體進行冷卻或冷凝。主要由管束、風機、構架及百葉窗體進行冷卻或冷凝。主要由管束、風機、構架及百葉窗等部件組成等部件組成。 空冷器結構空冷器結構1百葉窗；2管束；3構架；4風機 三、套管式換熱器三、套管式換熱器

14、套管換熱器套管換熱器（a）光滑管；（b）帶有翅片的管子和可以拆卸的套管 第三節第三節 換熱設備的使用與維護換熱設備的使用與維護一、換熱器的日常維護一、換熱器的日常維護 日常操作應特別注意防止溫度、壓力的波動，首先應保日常操作應特別注意防止溫度、壓力的波動，首先應保證壓力穩定，絕不允許超壓運行。證壓力穩定，絕不允許超壓運行。二、換熱器的清洗二、換熱器的清洗 換熱設備經長時間運轉后，由于介質的腐蝕、沖蝕、積換熱設備經長時間運轉后，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，常用的清洗至堵塞。所以在停工檢修時必須進行徹底清洗，常用的清洗( (掃掃) )方法有風掃、水洗、汽掃、化學洗清和機械清洗等。方法有風掃、水洗、汽掃、化學洗清和機械清洗等。 酸洗法酸洗法 酸洗法是用鹽酸作為清洗劑酸洗法是用鹽酸作為清洗劑 ，酸洗法又分浸泡法，酸洗法又分浸泡法和循環法兩種。和循環法兩種。 換熱器酸洗法流程換熱器酸洗法流程 機械清洗法機械清洗法 對嚴重的結垢和堵塞，可用鉆的方法疏通和清理。對嚴重的結垢和堵塞，可用鉆的方法疏通和清理。 管式沖擊鉆管式沖擊鉆1進水管；2外套管；3填料；4壓蓋螺母；5填料壓蓋；6鉆桿；