1、优秀课件，精彩无限！1优秀课件，精彩无限！2主要内容1、概述2、换热器的分类3、换热器的结构形式4、结垢的危害和清洗5、换热器传热过程的强化6、苯乙烯装置换热器举例7、换热器故障分类优秀课件，精彩无限！3 1、概述、概述 换热器是实现热量交换的设备，化工生产需要换热器是实现热量交换的设备，化工生产需要大规模地改变物质的化学性质和物理性质，而这大规模地改变物质的化学性质和物理性质，而这些性质的变化都涉及热能的传递，主要应用在：些性质的变化都涉及热能的传递，主要应用在：（1）化学反应：向反应器提供热量或从反应器移）化学反应：向反应器提供热量或从反应器移走热量；走热量；（2）蒸发、蒸馏、干燥：按一定
2、的速率向这些设）蒸发、蒸馏、干燥：按一定的速率向这些设备输入热量；备输入热量；（3）高温或低温设备：隔热保温，减少热损失；）高温或低温设备：隔热保温，减少热损失；（4）热能的合理利用和废热回收。）热能的合理利用和废热回收。使用换热设备是为了达到加热或冷却的目的，使用换热设备是为了达到加热或冷却的目的，如果将那些需要加热的流体与需要冷却的流体，如果将那些需要加热的流体与需要冷却的流体，经过换热设备相互换热，既可回收热量，又可降经过换热设备相互换热，既可回收热量，又可降低冷却水的消耗。低冷却水的消耗。优秀课件，精彩无限！4热量传递的方式（1）热传导：依靠物体中微观粒子的热运动，如固体中的传热；（2
3、）热对流：流体质点（微团）发生宏观相对位移而引起的传热现象，对流传热只能发生在流体中，通常把传热表面与接触流体的传热也称为对流传热；（3）热辐射：高温物体以电磁波的形式进行的一种传热现象，热辐射不需要任何介质做媒介；在高温情况下，辐射传热成为主要传热方式。优秀课件，精彩无限！5 比较换热设备的指标a)效率要高。效率高就要求其传热系数大，传热系数是指在单位时间内、单位面积上温度每变化一度所传递的热量。b)结构紧凑。要使换热设备的结构紧凑就要求其比表面积大，比表面积是指单位体积的换热设备所具有的传热面积，即传热面积与换热设备体积之比。c)节省材料。要做到此点要求其比重量要小，所谓比重量是指单位传热
4、面积所耗用的金属量，即换热设备总金属用量与传热面积之比。d)压力降要小。流体在设备中流动阻力小、压力损失就小，节省动力、操作成本降低。e)要求结构可靠、制造成本低，便于安装、检修、使用周期长。由于要全面满足上述要求是非常困难的，因而产生了各种各样的换热器，以适应各种特定的工艺条件。优秀课件，精彩无限！61）直接接触式换热器(混和式换热器)冷、热流体直接接触，相互混和传递热量。特点是结构简单，传热效率高。适于冷、热流体允许混和的场合。如凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。2）蓄热式换热器(回流式换热器、蓄热器)借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。当蓄热体与热流体接触时，从热
5、流体处接受热量，蓄热体温度升高，然后与冷流体接触，将热量传递给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。特点是结构简单，可耐高温，体积庞大，不能完全避免两种流体的混和。适于高温气体热量的回收或冷却。如回转式空气预热器。3）间壁式换热器(表面式和间接式换热器)冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量由热流体通过壁面传递给冷流体。形式多样，应用广泛。适于冷、热流体不允许混和的场合。如各种管壳式、板式结构的换热器。2、换热器的分类2.1 按作用原理分优秀课件，精彩无限！7 2.2 按用途分1.加热器：用于把流体加热到所需温度，被加热流体在加热过程中不发生相变。2.预热器：用于流体的预热，以提高整套
6、工艺装置的效率。3.过热器：用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。4.蒸发器：用于加热液体，使其蒸发汽化。5.再沸器：用于加热已被冷凝的液体，使其再受热汽化。为蒸馏过程专用设备。6.冷却器：用于冷却流体，使其达到所需温度。7.冷凝器：用于冷却凝结性饱和蒸汽，使其放出潜热而凝结液化。优秀课件，精彩无限！82.3 按传热面形状和结构分1.管式换热器通过管子壁面进行传热的换热器。按传热管的结构形式可分为管壳式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、翅片式换热器等。应用最广。2.板式换热器通过板面进行传热的换热器。按传热板的结构形式可分为平板式、螺旋板式、板翅式、热板式换热器等。3.特殊形式换热器根据工艺特
7、殊要求而设计的具有特殊结构的换热器。如回转式、热管、同流式换热器等。2.4 按所用材料分1.金属材料换热器由金属材料加工制成的换热器。常用的材料有碳钢、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。因金属材料导热系数大，故此类换热器的传热效率高。2.非金属材料换热器由非金属材料制成的换热器。常用的材料有石墨、玻璃、塑料、陶瓷等。因非金属材料导热系数较小，故此类换热器的传热效率较低。常用于具有腐蚀性的物系。优秀课件，精彩无限！9换热器分类小结换热器分类小结：按作用原理分：1.直接接触式换热器2.蓄热式换热器(回流式换热器、蓄热器)3.间壁式换热器(表面式和间接式换热器)按用途分：1.加热器2.预
8、热器3.过热器4.蒸发器 5.再沸器6.冷却器7.冷凝器按传热面形状和结构分1.管式换热器2.板式换热器3.特殊形式换热器按作用材料分：1.金属材料换热器2.非金属材料换热器优秀课件，精彩无限！103 换热器的结构形式 3.1 管式换热器的结构形式3.1.1 列管式换热器(管壳式换热器)它结构紧凑，单位体积所具有的传热面积较大(40150m2/m3)，传热效果好，适应性强，操作弹性大，尤其适用于高温、高压和大型装置中，是管式换热器中应用最普遍的换热器。在列管式换热器中，由于管内外流体温度不同，使管束和壳体的受热程度不同，导致它们的热膨胀程度出现差别。若两流体温差较大，就可能由于热应力而引起设备
9、的变形，管子弯曲甚至破裂，严重时从管板上脱落。因此当两流体的温度差超过50时，就应从结构上考虑热膨胀的影响，采取相应的热补偿措施。根据热补偿方法的不同，列管式换热器分为三种形式：优秀课件，精彩无限！11 1.固定管板式换热器 它是将两端管板和壳体连接在一起，因而具有结构简单，造价低廉的优点，但由于壳程清洗和检修困难，管外物料应清洁、不易结垢。对温差稍大时可在壳体的适当部位焊上补偿圈(或称膨胀节)，通过补偿圈发生弹性变形(拉伸或压缩)来适应外壳和管束不同的膨胀程度。这种补偿方法简单但有限，只适用于两流体温差小于70，壳程流体压强小于0.6MPa的场合。固定管板换热器的主要特点：该换热器的特点是结
10、构简单、紧凑、没有壳程密封的问题，而且往往是管板兼作法兰。其适用于：a)管、壳程温差较大，但压力不高的场合(因为温差大，要加膨胀节，而膨胀节耐压能力差)b)管、壳程温差不大，而压力较高的场合；c)壳程无法机械清洗，故要求壳程介质干净；或虽会结垢，但通过化学清而能去除的场合；d)布管多，锻件少，一次性投资低；但不可更换管束，整台设备往往由换热管损坏而更换，故设备运行周期短。优秀课件，精彩无限！12优秀课件，精彩无限！13使用压力和温度的限制：由于换热管、管板和壳体焊在一起，故换热管与壳体间的金属壁温差引起的温差应力是其致命的弱点，因为在固定管板换热器的管板温差应力计算中，要校核以下三个方面的应力
11、和力：按有温差的各种工况算出的壳体轴向应力，换热管轴向应力，换热管与管板之间连接拉脱力 三项中有一项不能满足强度条件时，就需设置膨胀节；根据工程经验，当壳体与换热管金属温差(注意不是介质温差)高于50时一般应设置膨胀节，GB16749压力容器用波形膨胀节规定最高使用压力为6.4MPa,再高要用带加强装置的型膨胀节。故带膨胀节的固定管板换热器使用压力不高，而且结构设计和制造也趋于复杂。在壁温差很小无需考虑温差应力时，固定管板式换热器也有使用在很高压力的场合，此时往往管板与管箱或管板与壳体做成整体型式，或者管板、管箱(头盖)和壳体三者成为一个整体，但一般高压用得比较少，而低压力、大直径固定管板式换
12、热器用得很广泛。优秀课件，精彩无限！14 2.浮头式换热器 它是将一端管板与壳体相连，而另一端管板不与壳体固定连接，可以沿轴向自由浮动。这种结构不但可完全消除热应力，而且在清洗和检修时整个管束可以从壳体中抽出。因而尽管其结构复杂，造价高，但应用较为普遍。优秀课件，精彩无限！15优秀课件，精彩无限！16 浮头换热器的主要特点如下：a)可抽式管束，当换热管为正方形或转角正方形排列时，管束可抽出进行管间机械清洗，适用于壳程易结焦及堵塞的工况；b)一端管板夹持，一端内浮头型式可自由浮动，故无需考虑温差应力，可用于大温差的场合；c)浮头结构复杂，影响排管数，加之处于壳程介质内的浮头密封面操作中发生泄漏时
13、很难采取措施；d)压力试验时的试压胎具复杂。使用压力和温度的限制:浮头换热器用于炼油行业中较多，内浮头结构限制了使用压力和温度,故一般情况其使用限制为Pmax6.4 MPa;Tmax400（450），对于大直径（DN1200mm），而压力又较高时，浮头端密封结构的设计和制造尤其是浮头内螺柱热松弛始终是个难题，而对壳程为加热介质时，更为突出。为此防浮头热应力松驰泄漏作为作为重点予以考虑：a)增大外头盖尺寸，以增加螺栓压紧力；b)探讨采用波齿垫或浮头螺栓增加防热应力松弛的蝶簧垫片；c)浮头螺柱的安装因操作时无法热紧，要给予特别的注意。优秀课件，精彩无限！17 3.U型管式换热器它是将每根管子都弯成
14、U型状，两端固定在同一管板的两侧，管板用隔板分成两室。这种结构使得每根管子可以自由伸缩，与其它管子和壳体无关，从而解决了热补偿问题。这种换热器结构简单，可用于高温高压，但管程不易清洗，而且因管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率低。U 形管式换热器在换热器中是唯一适用于高温、高压和高温差的换热器,特点如下：a）以U 形换热管尾端的自由浮动解决温差应力，可用于高温差；b）只有一块管板，加之法兰的数量也少，故结构简单而且泄漏点少；c）可以进行抽芯清洗；d）由于弯管Rmim(U形管弯管段的弯曲半径)的限制，分程间距宽，故比固定管板换热器排管略少。e）管程流速太高时，将会对U 形弯管段产生严重的冲蚀，
15、影响寿命，尤其R 小的管子。f）换热管泄漏时，除外圈U 形管外，不能更换，只能堵管。优秀课件，精彩无限！18优秀课件，精彩无限！19 4.釜式重沸器 釜式重沸器的管程采用U 形或浮头管束（管头试压时，要另配试压壳体），壳程为单（或双）斜锥具有蒸发空间的壳体，一般为管程介质加热壳程介质，故管程的温度和压力比壳体的高，适用于：a)管、壳程温差大的场合；b)一般管程压力比壳程高，可采用 T 翅或表面多孔强化传热管；c)塔底空间较小的场合；d)汽化率较高的场合(3080%)；e)重沸工艺介质的液相作为产品或分离要求高的场合；f)用作蒸汽发生器，对蒸汽品质要求不高安装空间受限制的场合。5.填料函式换热器
16、 填料函式换热器是另一种浮头式换热器，它的浮动端采用填料密封浮动管板（裙）可在填料函内填料的压力下，自由滑动，以补偿换热管与壳体的膨胀差量。这类结构直径不能太大，压力一般不高于2.5 MPa，且不能用于贵重介质及危害介质，当介质危害不是太大时，也可以采用双填函密封加以弥补，之所以有使用是因其解决温差应力的成本较低。优秀课件，精彩无限！20优秀课件，精彩无限！21优秀课件，精彩无限！22换热器型号的表示方法级换热器管/壳程数，单壳程时写公称长度（），换热管外径（）公称换热面积（）管/壳程设计压力（),压力相等时只写公称直径（），对于釜式重沸器用分数表示，分子为管箱内直径，分母为圆筒内直径。第一个
17、字母代表前端管箱型式第二个字母代表壳体型式第三个字母代表后端结构型式优秀课件，精彩无限！23举例说明举例说明1、浮头式换热器平盖管箱，公称直径500mm，管程和壳程设计压力均为1.6MPa，公称换热面积54，较高级冷拔换热管外径25mm，管长6m，4管程单壳程的浮头式换热器，其型号为：AES500-1.6-54-6/25-42、固定管板式换热器封头管箱，公称直径700mm，管程设计压力2.5MPa，壳程设计压力1.6MPa，公称换热面积200，较高级冷拔换热管外径25mm,管长9m，4管程单壳程的固定管板式换热器，其型号为：BEM700-2.5/1.6-200-9/25-43、U型管式换热器封
18、头管箱，公称直径500mm，管程设计压力4.0MPa，壳程设计压力1.6MPa，公称换热面积75，较高级冷拔换热管外径19mm,管长6m，2管程单壳程的U型管式换热器，其型号为：BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2优秀课件，精彩无限！24 管壳式换热器的主要零部件（一）换热管及在管板上的排列方式换热管是管壳式换热器的传热元件，它直接与两种介质接触，所以换热管的形状和尺寸对传热有很大的影响。传热管径越小，小管径利于承受压力，因而管壁较薄且在相同的壳径内可以排列较多的管子，使换热器单位体积的传热面积增大、结垢紧凑，单位传热面积金属耗量少，传热效率也稍高一些，但制造麻烦，且小直径管子易结
19、垢，不易清洗。对洁净的流体可取小管径，而对不洁净或易结垢的流体管径应大些。管长的选用应考虑管材的合理使用和清洗方便，因我国生产的钢管长度多为6m，故系列标准中的管长有1.5，2，3或6m四种，其中以3m和6m最为普遍。在相同的传热面积的情况下，换热管越长则壳体、封头的直径和壁厚就越小，经济性越好；但换热管过长，经济效果不再显著且清洗、运输、安装都不太方便。换热管一般都用光管，为了强化传热，也可用螺纹管、带钉管及翅片管。此外管长L和壳体直径D的比例应适当，一般以L/D46为宜。我国管壳式换热器常用换热管为：碳钢、低合金钢管有192、252.5、383、573.5；不锈钢管有252、382.5。优
20、秀课件，精彩无限！25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。三角形排列比较紧凑，管板利用率高，管外流体湍动程度高，对流传热系数大，但管外清洗较困难；正方形排管少，结构不够紧凑，但对流传热系数较小，管外清洗较方便，适用于易结垢的流体。转角正方形则介于两者之间。一般在固定管板式换热器中多用三角形排列，浮头式换热器多用正方形排列。管子在管板上排列的间距t和管子与管板的连接方法有关。优秀课件，精彩无限！26优秀课件，精彩无限！27（二）管板及换热管的连接管板一般采用圆形平板，在板上开孔并装设换热管，在多管程换热器中管板上还设置分程隔板。管板还起分隔管程和壳程空间，避免
21、冷热流体混合的作用。管板与换热管间可采用胀接、焊接或二者并用的连接方式。管板与换热管的胀接连接是利用管子与管板材料的硬度差（选材时管板材料硬度要高于管子材料硬度），使管子在管孔中在胀管器的作用下直径扩大并产生塑性变形，而管板只产生弹性变形，在胀管后管板在弹性恢复力的作用下与管子外表面紧紧贴合在一起，达到密封和紧固连接的目的，如图所示。胀接连接结构简单、便于管子更换与修补，但不宜在高温、高压下工作。随着温度和压力增高，胀接的密封性和牢固性将逐渐下降。焊接连接是将换热管的端部与管板焊在一起，这种连接形式工艺简单、不受管子与管板材料硬度的限制，而且在高温、高压下仍能保持良好的连接密封性和牢固性，所以
22、在高温、高压下甚至某些压力并不太高的场合都使用焊接连接，如图所示。焊接连接的缺点是只在管子端部与管板焊死，而沿管板厚度方向的大部分管段其外壁与管板之间存在环行间隙，在这些间隙中流体不流动，及易造成“间隙腐蚀”，为消除间隙可采用胀接和焊接并用的连接方式。优秀课件，精彩无限！28优秀课件，精彩无限！29（三）壳体及管板的连接管壳式换热器的壳体都是圆筒形的，直径较小时用无缝钢管制作，直径较大时用钢板卷制焊接而成；壳体所用材料及要求与一般的压力容器相同。不同类型的管壳式换热器其壳体与管板的连接方式不同，在固定管板式换热器中，两端管板均与壳体采用焊接连接，这种连接称为管板与壳体的不可拆连接；根据管板是否
23、兼作法兰其结构不用，如图所示，多数情况下采用管板兼作法兰的结构。在浮头式、U形管式换热器中固定端的管板与壳体采用可拆连接，将管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，这样便于管束从壳体中抽出进行清洗和维修，如图所示。（四）管箱管箱的作用是将进入管程的流体均匀分布到各换热管，把管内流体汇集在一起送出换热器。在多管程换热器中，管箱还可通过设置隔板起分隔作用。管箱结构如图所示，其中图（a）适用较清洁的介质，因检查管子及清洗时只能将管箱整体拆下，故不太方便；图（b）在管箱上装有平盖，只要将平盖拆下即可进行清洗和检查，所以工程应用较多，但材料消耗多；图（c）是将管箱与管板焊成一体，这种结构密封性好，但管箱不能单
24、独拆下，检修、清洗都不方便，实际应用较少。优秀课件，精彩无限！30优秀课件，精彩无限！31优秀课件，精彩无限！32（五）折流板折流板是设置在壳体内与管束垂直的弓形或圆盘圆环形平板，如图所示。安装折流板迫使壳程流体按照规定的路径多次横向穿过管束，既提高了流速又增加了湍流速度，改善了传热效果，在卧式换热器中折流板还可起到支撑管束的作用。但在冷凝器中，由于冷凝传热系数与蒸汽在设备中的流动状态无关，因此不需要设置折流板。换热器安装折流挡板是为了提高壳程对流传热系数，为了获得良好的效果，折流挡板的尺寸和间距必须适当。对常用的圆缺形挡板，弓形切口过大或过小，都会产生流动“死区”，均不利于传热，见P431图
25、6-30。一般弓形缺口高度与壳体内径之比为0.150.45，常采用0.20和0.25两种。挡板的间距过大，就不能保证流体垂直流过管束，使流速减小，管外对流传热系数下降；间距过小不便于检修，流动阻力也大。一般取挡板间距为壳体内径的0.21.0倍，我国系列标准中采用的挡板间距为：固定管板式有150，300和600mm三种；浮头式有150，200，300，480和600mm五种优秀课件，精彩无限！33优秀课件，精彩无限！34（六）管程和壳程数为了提高流速增大对流传热系数，可采用多管程。但程数增加将导致流动阻力加大，平均温度差下降，管板利用率差，应综合考虑。列管式换热器的系列标准中管程数有1，2，4和
26、6四种，采用多管程时，应使各程管数大致相同。当列管换热器的温差校正系数t0.8时，可采用多壳程。如在壳内安装一块与管束平行的隔板，流体在壳内流经两次称为两壳程。但因在壳体内安装隔板比较困难，一般是将壳体分成多个，将所需管数分装在直径相等而较小的壳体中，然后将这些换热器串联使用。容易结垢的流体在固定管板式和浮头式换热器中走管程，在U形管式换热器中走壳程，这样便于清洗和除垢；若是在冷却器中，一般是冷却水走管程、被冷却流体走壳程。流体的流向对传热也有较大的影响，为充分利用同一介质冷热对流的原理，以提高传热效率和减少动力消耗，无论管程还是壳程，当流体被加热或蒸发时，流向应由下向上；当流体被冷却或冷凝时
27、应由上向下。优秀课件，精彩无限！35 3.1.2 蛇管式换热器1.沉浸式蛇管换热器蛇管多以金属管弯绕而成，或制成适应各种容器需要的形状，沉浸在容器中。两种流体分别在管内外流动通过蛇管表面进行换热。优点:是结构简单，制造方便，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造。缺点:是容器内液体湍动程度低，管外对流传热系数小，传热效果可通过增设搅拌提高，此外传热面积有限。用于:传热量不大的容器中。优秀课件，精彩无限！36 2.喷淋式蛇管换热器将蛇管成排地固定在支架上，冷却水由最上层管的喷淋装置中均匀淋下，沿管表面流过，与管内热流体换热。优点是传热效果较沉浸式好，传热面积大而且可以改变，检修和清洗方便。缺点是喷淋不易
28、均匀。用于管内流体的冷却，常设置在室外空气流通处。优秀课件，精彩无限！37 3.1.3 套管式换热器将两种直径不同的直管制成同心套管，根据换热要求将若干段套管连接组合而成。每段套管称为一程，长约46m，每程的内管依次与下一程的内管用U型弯头连接，外管之间也由管子连通，可同时几排并列，每排与总管相连。换热时一种流体走管内，另一种流体走环隙，而且两种流体可始终保持逆流换热，tm大。适当选择两管的直径，两流体可得到较高的流速，故一般具有较高的传热系数。优点是结构简单，能耐高压，传热面积易于增减；缺点是设备结构不紧凑，金属耗用量大。用于换热量不大的场合。优秀课件，精彩无限！38优秀课件，精彩无限！39
29、3.1.4翅片管式换热器优秀课件，精彩无限！40它是在管的表面上加装一定形式的翅片，有横向和纵向两类。翅片管换热器主要用于两种流体的对流传热系数相差较大时，在一侧加装翅片，从而增大传热面积，提高流体的湍动程度，以提高对流传热系数。优秀课件，精彩无限！413.2 板式换热器的结构形式为了使换热器结构更为紧凑，提高单位体积的传热面积，增加传热效果，以及适应某些工艺过程的需要等，开发了以板状作为传热面积的换热器，称为板式换热器。1.平板式换热器由一组长方形的金属薄板平行排列在一起，采用夹紧装置组装于支架上而构成。而相邻板间的边缘衬有垫片，压紧后板内形成密封的液体通道。每块板的4个角上有圆孔，其中一对
30、圆孔和板间相通，而另外一对圆孔通过加装垫片和板内相隔，在相邻板上错开以分别形成两流体通道，从而使两流体交错地流过板片两侧通过板片进行换热。板厚通常为0.53mm，板面压制成波纹状，两板间距46mm，材质一般为不锈钢。优秀课件，精彩无限！42波纹板式换热器 优秀课件，精彩无限！431.固定压紧板 2.夹紧螺栓 3.前端板 4.换热板片 5.密封垫片 6.后端板 7.下导板 8.后支柱 9.活动压紧板 10.上导板优秀课件，精彩无限！44优秀课件，精彩无限！45 优点：优点：传热效率高，比管壳式换热器高几倍以上；重量轻，占地面积小；适用于多种介质换热；清洗方便；很容易改变换热面积；适用于油冷器、水
31、冷器、蒸发器、冷凝器。缺点：缺点：允许的工作温度低不适用于易堵塞介质；胶垫密封处易泄露。板式换热器优缺点：板式换热器优缺点：优秀课件，精彩无限！46 2.螺旋板式换热器它是由两张互相平行的薄金属板，卷制成同心的螺旋形通道。在其中央设置隔板将两通道隔开，两板间焊有定距柱以维持通道间距，螺旋板两侧焊有盖板和接管。两流体分别在两通道内流动，通过螺旋板进行换热。分为I型、II型、III型和G型等几种形式。优秀课件，精彩无限！47 3.板翅式换热器板翅式换热器的结构型式很多，但是基本结构是由平行隔板和各种型式的翅片构成的板束组装而成，如图示。板翅式换热器一般用铝合金制造，结构紧凑、轻板翅式换热器一般用铝
32、合金制造，结构紧凑、轻巧，单位体积传热面积可达到巧，单位体积传热面积可达到25004000m2/m3，传热系数高，空气的对流传热系数可达到传热系数高，空气的对流传热系数可达到350W/m2K，承压可达承压可达5MPa。但容易堵塞，清但容易堵塞，清洗困难，不易检修，适用于清洁和无腐蚀性流体洗困难，不易检修，适用于清洁和无腐蚀性流体的换热。现已在石油化工、气体分离等工业中得的换热。现已在石油化工、气体分离等工业中得到应用。到应用。优秀课件，精彩无限！48板翅式换热器优秀课件，精彩无限！49板翅式换热器：空分装置优秀课件，精彩无限！504、结垢的危害和清洗、结垢的危害和清洗 换热器在运行一段时间后，
33、由于温度的关系或流体的不洁净等，流体介质中的可沉积物会在换热表面上生成垢层，有时换热面还会被流体腐蚀而形成垢层。这些垢层虽然不厚，但由于其导热系数小，导热热阻很大，对传热产生附加热阻。在换热器使用过程中，为保证其应有的传热速率，应进行定期清洗除垢。结垢对换热设备的影响主要有：由于污垢层具有很低的导热系数，从而增加了传热热阻，降低了换热设备的传热效率；当换热设备表面有结垢层形成时，换热设备中流体通道的过流面积将减少，导致流体流过设备时的阻力增加，从而消耗更多的泵功率，使生产成本增加。优秀课件，精彩无限！51换热器管束除垢的方法主要有下列三种。1、手工或机械方法 当管束有轻微堵塞和积垢时，借助于铲
34、削、钢丝刷等手工或机械方法来进行清理，并用压缩空气，高压水和蒸汽等配合吹洗。当管子结垢比较严重或全部堵死时，可用管式冲水钻（又称为捅管机）进行清理。2、冲洗法 冲洗法有两种。第一种是逆流冲洗，一般是在运动过程中，或短时间停车时采用，可以不拆开装置，但在设备上要预先设置逆流副线，当结垢情况并不严重时采用此法较为有效。优秀课件，精彩无限！52第二种方法是高压水枪冲洗法。对不同的换热器采用不同的旋转水枪头，可以是刚性的，也可以是绕性的，压力从10MPa至200a自由调节。利用高压水除污垢，无论对管间、管内及壳体均适用。高压水枪冲洗换热器效果较好。应用广泛。优秀课件，精彩无限！533、化学除垢 换热器
35、管程结垢，主要是因为水质不好形成水垢及油垢的结焦沉淀和粘附两种形式，用化学法除垢，首先应对结垢物质化验分析，搞清结垢物性质，就可以决定采用哪种溶剂清洗。一般对硫酸盐和硅酸盐水垢采用碱洗（纯碱、烧碱、磷酸三钠等），碳酸盐水垢则用酸洗（盐酸、硝酸、磷酸、氟氢酸等）。对油垢结焦可用氢氧化钠、碳酸钠、洗衣粉、液体洗涤剂、硅酸钠和水按一定的配比配成清洗液进行清洗。采用化学清洗的办法，现场需要重新配管，比较花费时间。优秀课件，精彩无限！545、换热器传热过程的强化、换热器传热过程的强化1.恒温传热 指换热的两种流体沿传热面方向温度不发生变化，其特点是在任一处两流体温度恒定，因而在整个壁面上温度差亦为常数，
36、如水溶液的蒸发过程及精馏中的再沸器属于此。2.变温传热 若壁面两侧流体或其中一侧流体沿传热面方向温度发生变化时的传热过程称为变温传热，这时传热温差沿壁面亦发生变化，流动方向不同，传热温度差亦不同。优秀课件，精彩无限！55 变温传热分类并流：参与换热的两种流体在传热面两侧以相同的方向流动；逆流：参与换热的两种流体在传热面两侧以相反的方向流动；错流：参与换热的两种流体垂直交叉流过传热面两侧；折流：其中一侧流体只沿一个方向流动，而另一侧流体来回作折流流动。传递相同热量时逆流所需要的传热面积较并流时要小，故生产中多采用逆流在某些生产过程有特殊要求，如冷流体被加热温度或热流体被冷却温度不得超过某一规定值
37、时，并流较易控制；当加热粘度大的液体时，并流可使其迅速升温流动性好等，这时宜采用并流操作。1212并流逆流错流折流优秀课件，精彩无限！56 所谓传热过程的强化，是指从分析影响传热的各种因素出发，采取某些技术措施提高换热器单位体积的传热面积，使设备趋于高效、紧凑、节省金属用量以及降低动力消耗等。在设计、操作和改进中只能从传热面积、传热系数、平均温差三方面考虑。1.增大传热面积 方法：提高单位体积内的传热面积，采用小管径、板状换热表面，改变传热面形状等；2.提高传热推动力平均温度差 方法：平均温度差的大小主要取决于两流体的温度条件，常受到工艺条件的限制。但加热剂或冷却剂温度由于选择的不同，可以有很
38、大的差别，如适当提高加热蒸汽压强，降低冷却水进口温度，确定适宜的出口温度等都可提高平均温度差。当两流体无相变化时，尽可能从结构上采用逆流或接近逆流的操作，可提高平均温度差。优秀课件，精彩无限！573.增大传热系数影响传热系数大小的因素主要是对流传热热阻、污垢热阻和管壁热阻，其中各项热阻所占比重不同，应从热阻较大者方面考虑。一般金属壁面较薄且导热系数很大，故管壁热阻较小，可不作为考虑对象。方法：降低污垢热阻通过增大流速冲刷管壁防止污垢沉积，或采用阻垢剂等化学和机械方法来抑制污垢的生成速度，并注意及时清除等措施。提高对流传热系数特别是h小的一侧的对流传热系数，主要途径是增加湍动程度、减小层流底层的
39、厚度，具体措施是：a)提高流速。如增加列管式换热器中的管程数和在管外加装挡板；b)增加流动的扰动，减薄层流底层。如采用螺旋流动，在异形管内流动或在管内设置添加物，采用波纹状或粗糙面等，使流动方向和大小不断改变等，都可提高对流传热强度；c)利用传热进口段换热较强的特征，采用短管换热器，利用机械或电的方法使传热面或流体产生振动，采用射流方法造成喷射传热面等。优秀课件，精彩无限！58 注意：注意：强化传热的方式很多，同时又带来一定的弊病，如使设备复杂、流动阻力增大、操作调节困难等问题。因此要权衡利弊，综合考虑，在强化传热的同时，又要兼顾设备结构、制造费用、动力消耗和检修操作等方面，做到技术上可行，经
40、济上合理，生产运行操作可靠。优秀课件，精彩无限！59六、苯乙烯装置换热器举例E-005固定管板封头管箱E-202固定管板封头管箱E-204固定管板封头管箱E-210固定管板封头管箱E-212固定管板封头管箱E-308固定管板平盖管箱AELE-311固定管板平盖管箱AELE-312A/B/C固定管板平盖管箱AELE-313固定管板平盖管箱AELE-315固定管板平盖管箱AELE-401固定管板封头管箱BEME-403固定管板平盖管箱AELE-406固定管板封头管箱BEME-408固定管板平盖管箱AELE-409固定管板封头管箱BEME-410固定管板平盖管箱AXME-411固定管板平盖管箱AEL
41、E-414固定管板封头管箱BEME-415固定管板封头管箱BEME-417固定管板平盖管箱AELE-422固定管板平盖管箱AELE-001浮头式封头管箱BESE-002浮头式封头管箱BESE-004浮头式封头管箱BJSE-006浮头式封头管箱BJSE-106浮头式封头管箱BESE-107浮头式封头管箱BESE-201浮头式封头管箱BJSE-205浮头式封头管箱BESE-206浮头式封头管箱BUPDE-208浮头式封头管箱BJSE-209浮头式平盖管箱AESE-211浮头式封头管箱BJSE-213A/B浮头式封头管箱BESE-901浮头式封头管箱BJSE-902浮头式封头管箱BESH-3001A
42、/B浮头式封头管箱BESH-3002浮头式封头管箱BESE-306浮头式平盖管箱AJSE-307/S浮头式平盖管箱AESE-310浮头式平盖管箱AESE-393浮头式平盖管箱AESE-404浮头式平盖管箱AES优秀课件，精彩无限！60E-101U形管封头管箱BBUE-102U形管封头管箱BBUE-103U形管封头管箱BBUE-104U形管封头管箱BBUE-203A/B/C/DU形管封头管箱BBUE-207U形管封头管箱BIUE-402U形管平盖管箱AGUE-412U形管平盖管箱AEUE-105A/B釜式重沸器封头管箱BUKER-101釜式重沸器封头管箱BUKER-201釜式重沸器封头管箱BUK
43、ER-202釜式重沸器封头管箱BUKER-203釜式重沸器封头管箱BUKE-304釜式重沸器封头管箱E-416夹套E-003板壳式优秀课件，精彩无限！61优秀课件，精彩无限！62优秀课件，精彩无限！63优秀课件，精彩无限！647、换热器故障分类、换热器故障分类 管壳式换热器的主要零部件包括：筒体、封头、管束、管板、折流板、接管、法兰及膨胀节等，在不同的工况和介质环境下，可能会发生多种形式的失效。从结构上分析，易发生失效的部位是各构件间的连接处，如管子和管板的连接处；从受力角度分析，在结构的曲面不连续，尤其是应力突变处往往由于存在附加应力而引起失效，如筒体和管板的焊缝处；从使用工况分析，由于高温
44、高压而引起热应力或附加应力、工作介质具有腐蚀性、频繁地开停机而引起换热管的流体诱导振动等，都会造成筒体、换热管甚至整机失效。管束振动失效管束腐蚀和磨蚀失效传热能力下降管束泄漏管子与管板的连接失效 筒体失效优秀课件，精彩无限！65管壳式换热器失效在线检测方法管壳式换热器失效在线检测方法 结垢换热器操作一段时间后，如果管壁结垢严重，则传热能力下降，换热介质出口温度达不到设计工艺参数要求；污垢将管内径变小；流速相应增大；压力损失增加。这时，可通过定期检查流量、压力和温度等操作记录来判定结垢情况。腐蚀和磨损换热介质、污垢、流体速度过大和电化学等作用都会使换热器壳体和管子内、外表面产生腐蚀磨损。对壳体通常采用超声波测厚仪或其他非破坏性测厚仪器，从外部测定和估计会产生腐蚀、减薄的壳体部位。对管子在破裂前腐蚀和磨损情况检测方法是：对于非磁性体管子，最有效的腐蚀诊断方法是采用涡流探伤法，可测定管子壁厚减薄量，也可测得缺陷深度。泄漏管子中部由于腐蚀、诱导振动等原因发生破裂，管端由于腐蚀、高温蠕变，疲劳破坏等原因使管子与管板的连接处泄漏。可通过低温流体出口取样，分析其颜色、粘度、比重来检查管束的泄漏和破坏情况。振动管子与泵、压缩机共振，回转机械产生的直接脉动冲击，以及流体诱导振动等，可通过振动测试仪或由振动声响来判断振动情况。
