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换热器基本特性与用途及评析

2022-07-18    来源:    作者:佚名  浏览次数:633

  换热器是完成化工消费过程中热量交流和传送不可短少的设备。在热量交流中常有一些腐蚀性、氧化性很强的物料,因而,请求制造换热器的资料具有抗强腐蚀性能。换热器的分类比拟普遍:反响釜 压力容器 冷凝器 反响锅 螺旋板式换热器 波纹管换热器 列管换热器 板式换热器 螺旋板换热器 管壳式换热器 容积式换热器 浮头式换热器 管式换热器 热管换热器 汽水换热器 换热机组 石墨换热器空气换热器 钛换热器 换热设备,请求制造换热器的资料具有抗强腐蚀性能。它能够用石墨、陶瓷、玻璃等非金属资料以及不锈钢、钛、钽、锆等金属资料制成。但是用石墨、陶瓷、玻璃等资料制成的有易碎、体积大、导热差等缺陷,用钛、钽、锆等稀有金属制成的换热器价钱过于昂贵,不锈钢则难耐许多腐蚀性介质,并产生晶间腐蚀。   

  换热器在石油、化工、轻工、制药、能源等工业消费中,常常需求把低温流体加热或者把高温流体冷却,把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和热量传送有着亲密联络,因此均能够经过换热器来完成。   

  随着经济的开展,各种不同型式和品种的换热器开展很快,新构造、新资料的换热器不时涌现。为了顺应开展的需求,我国对某些品种的换热器曾经树立了规范,构成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下根本请求:   

  (1) 合理地完成所规则的工艺条件;   

  (2) 构造平安牢靠;   

  (3) 便于制造、装置、操作和维修;   

  (4) 经济上合理。   

  浮头式换热器的一端管板与壳体固定,而另一端的管板可在壳体内自在浮动,壳体和管束对收缩是自在的,故当两张介质的温差较大时,管束和壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆构造,使管束能容易的插入或抽出壳体。(也可设计成不可拆的)。这样为检修、清洗提供了便当。但该换热器构造较复杂,而且浮动端小盖在操作时无法晓得泄露状况。因而在装置时要特别留意其密封。   

  浮头换热器的浮头局部构造,按不同的请求可设计成各种方式,除必需思索管束能在设备内自在挪动外,还必需思索到浮头局部的检修、装置和清洗的便当。   

  在设计时必需思索浮头管板的外径Do。该外径应小于壳体内径Di,普通引荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=3~5mm。这样,当浮头出的钩圈撤除后,即可将管束从壳体内抽出。以便于停止检修、清洗。浮头盖在管束装入后才干停止装配,所以在设计中应思索保证浮头盖在装配时的必要空间。   钩圈对保证浮头端的密封、避免介质间的串漏起着重要作用。随着幞头式换热器的设计、制造技术的开展,以及长期以来运用经历的积聚,钩圈的构造方式也得到了不段的改良和完善。   钩圈普通都为对开式构造,请求密封牢靠,构造简单、紧凑、便于制造和拆装便当。   

  浮头式换热器以其高度的牢靠性和普遍的顺应性,在长期运用过程中积聚了丰厚的经历。虽然近年来遭到不时涌现的新型换热器的应战,但反过来也不时促进了本身的开展。故迄今为止在各种换热器中扔占主导位置。   

  管子构成换热器的传热面,管子尺寸和外形对传热有很大影响。采用小直径的管子时,换热器单位体积的换热面积大一些,设备比拟紧凑,单位传热面积的金属耗费量少,传热系数也较高。但制造费事,管子易结垢,不易清洗。大直径管子用于粘性大或者纯净的流体,小直径的管子用于较清洁的流体。   

  管子资料的选择应依据介质的压力、温度及腐蚀性来肯定。   

  换热器的管子在管板上的排列不单思索设备的紧凑性,还要思索到流体的性质、构造设计以及加工制造方面的状况。管子在管板上的规范排列方式有四种:正三角形和转角正三角形排列,适用与壳程介质清洁,且不需求停止机械清洗的场所。正方形和转角正方形排列,可以使管间的小桥构成一条直线通道,便于用机械停止清洗,普通用于管束可抽出管间清洗的场所。   

  另外关于多管程换热器,常采用组合排列办法,其每一程中普通都采用三角形排列,而各程之间则常常采用正方形排列,这样便于布置隔板位置。   

  当换热器直径较大,管子较多时,都必需在管束四周的弓形空间内尽量配置换热管。这不但能够有效地增大传热面积,也能够避免在壳程流体在弓形区域内短路而给传热带来不利影响。管板上换热管中心距的选择既要思索构造的紧凑性,传热效果,又要思索管板的强度和清洗管子表面面所需的空间。除此之外,还要思索管子在管板上的固定办法。若间距太小,当采用焊接衔接时,相邻两根管的焊缝太近,焊缝质量受热影响不易得到保证;若采用胀接,挤压力可能形成管板发作过大的变形,失去管子和管板间的分离力。普通采用的换热管的中心距不小于管子外径的1.25倍。   当换热器多需的换热面积较大,而管子又不能做的太长时,就得增大壳体直径,以排列较多的管子。此时为了进步管程流速,增加传热效果,须将管束分程,使流体依次流过各程管束。   为了把换热器做成多管程,可在一端或两端的管箱中分别安顿一定数量的隔板。   

  浮头式换热器的优缺陷:   

  优点:   

  (1)管束能够抽出,以便当清洗管、壳程;   

  (2)介质间温差不受限制;   

  (3)可在高温、高压下工作,普通温度小于等于450度,压力小于等于6.4兆帕;   

  (4)可用于结垢比拟严重的场所;   

  (5)可用于管程易腐蚀场所。   

  缺陷:   

  (1)小浮头易发作内漏;   

  (2)金属资料耗量大,本钱高20%;   

  (3)构造复杂   

  制造工艺   

  选取换热设备的制造资料及牌号,停止资料的化学成分检验,机械性能合格后,对钢板停止矫形,办法包括手工矫形,机械矫形及火焰矫形。   

  备料--划线--切割--边缘加工(探伤)--成型--组对--焊接--焊接质量检验--组装焊接--压力实验   

  质量检验   

  化工设备不只在制造之前对原资料停止检验,而且在制造过程中要随时停止检查。   

  质量检验内容和办法:   

  设备制造过程中的检验,包括原资料的检验、工序间的检验及压力实验,详细内容如下:   (1)原资料和设备零件尺寸和几何外形的检验;   

  (2)原资料和焊缝的化学成分剖析、力学性能剖析实验、金相组织检验,总称为毁坏实验;   (3)原资料和焊缝内部缺陷的检验,其检验办法是无损检测,它包括:射线检测、超声波检测、磁粉检测、浸透检测等;   

  (4)设备试压,包括:水压实验、介质实验、气密实验等。   

  耐压实验和气密性实验:   

  制造竣工的换热器应对换热器管板的衔接接头,管程和壳程停止耐压实验或增加气密性实验,耐压实验包括水压实验和气压实验。换热器普通停止水压实验,但由于构造或支撑缘由,不能充灌液体或运转条件不允许残留实验液体时,可采用气压实验。   

  假如介质毒性为极度,高度危害或管、壳程之间不允许有微量走漏时,必需增加气密性实验。

  换热器压力实验的次第如下:   

  固定管板换热器先停止壳程试压,同时检查换热管与管板衔接接头,然后停止管程试压;   U形管式换热器、釜式重沸器(U形管束)及填料函式换热器先用实验压环停止壳程试压,同时检查接头,然后停止管程试压;   

  浮头式换热器、釜式重沸器(浮头式管束)先用实验压环和浮头专用工具停止管头试压,关于釜式重沸器尚应装备管头试压专用壳体,然后停止管程试压,最后停止壳程试压;   

  堆叠换热器接头试压可单台停止,当各台换热器程间连通时,管程和壳程试压应在堆叠组装后停止。   

  装置:   

  装置换热器的根底必需满足以使换热器不发作下沉,或使管道把过大的变形传到传热器的接收上。根底普通分为两种:一种为砖砌的鞍形根底,换热器上没有鞍式支座而直接放在鞍形根底上,换热器与根底不加固定,能够随着热收缩的需求自在挪动。另一种为混凝土根底,换热器经过鞍式支座由地脚螺栓将其与根底结实的衔接起来。   

  在装置换热器之前应严厉的停止根底质量的检查和验收工作,主要项目如下:根底外表概略;根底标高,平面位置,外形和主要尺寸以及预留孔能否契合实践请求;地脚螺栓的位置能否正确,螺纹状况能否良好,螺帽和垫圈能否齐全;放置垫铁的根底外表能否平整等。   

  根底验收终了后,在装置换热器之前在根底上放垫铁,安放垫铁处的根底外表必需铲平,使两者能很好的接触。垫铁厚度能够调整,使换热器能到达设计的程度高度。垫铁放置后可增加换热器在根底上的稳定性,并将其重量经过垫铁平均地传送到根底上去。垫铁可分为平垫铁、斜垫铁和启齿垫铁。其中,斜垫铁必需成对运用。地脚螺栓两侧均应有垫铁,垫铁的装置不应阻碍换热器的热收缩。   

  换热器就位后需用程度仪对换热器找平,这样可使各接收都能在不受力的状况下衔接管道。找平后,斜垫铁可与芝座焊牢,但不得与下面的平垫铁或滑板焊死。当两个以上堆叠式换热器装置时,应在下部换热器找正终了,并且地脚螺栓充沛固定后,再装置上部换热器。可抽管束换热器装置前应抽芯检查,打扫,抽管束时应留意维护密封面和折流板。挪动和起吊管束时应将管束放置在专用的支承构造上,以防止损伤换热管。   

  依据换热器的方式,应在换热器的两端留有足够的空间来满足条件(操作)清洗、维修的需求。浮头式换热器的固定头盖端应留有足够的空间以便能从壳体内抽出管束,外头盖端必需也留出一米以上的位置以便装拆外头盖和浮头盖。   

  固定管板式换热器的两端应留出足够的空间以便能抽出和改换管子。并且,用机械法清洗管内时。两端都能够对管子停止刷洗操作。U形管式换热器的固定头盖应留出足够的空间以便抽出管束,也可在其相对的一端留出足够的空间以便能拆卸壳体。   

  换热器不得在超越铭牌规则的条件下运转。应经常对管,壳程介质的温度及压降停止监视,剖析换热管的走漏和结垢状况。管壳式换热器就是应用管子使其内外的物料停止热交流、冷却、冷凝、加热及蒸发等过程,与其他设备相比拟,其他腐蚀介质接触的外表积就显得十分大,发作腐蚀穿孔分离处松弛走漏的风险性很高,因而对换热器的防腐蚀和防走漏的办法也比其他设备要多加思索,当换热器用蒸汽来加热或用水来冷却时,水中的溶解物在加热后,大局部溶解度都会有所进步,而硫酸钙类型的物质则简直没有变化。冷却水经常循环运用,由于水的蒸发,使盐类浓缩,产生堆积或污垢。又因水中含有腐蚀性溶解气体及氯离子等惹起设备腐蚀,腐蚀与结垢交替停止,激化了钢材的腐蚀。因而必需经过清洗来改善换热器的性能。由于清洗的艰难水平是随着垢层厚度或堆积的增加而疾速增大的,所以清洗距离时间不宜过长,应依据消费安装的特性,换热介质的性质,腐蚀速度及运转周期等状况定期停止检查,修理及清洗。   

  换热器的应用普遍,日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机安装中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等,都是换热器。它还普遍应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功用是保证工艺过程对介质所请求的特定温度,同时也是进步能源应用率的主要设备之一。   

  换热器既可是一种单独的设备,如加热器、冷却器和凝汽器等;也可是某一工艺设备的组成局部,如氨合成塔内的热交流器。   

  由于制造工艺和科学程度的限制,早期的换热器只能采用简单的构造,而且传热面积小、体积大和笨重,如蛇管式换热器等。随着制造工艺的开展,逐渐构成一种管壳式换热器,它不只单位体积具有较大的传热面积,而且传热效果也较好,长期以来在工业消费中成为一种典型的换热器。   二十世纪20年代呈现板式换热器,并应用于食品工业。以板代管制成的换热器,构造紧凑,传热效果好,因而陆续开展为多种方式。30年代初,瑞典初次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金资料制成的板翅式换热器,用于飞机发起机的散热。30年代末,瑞典又制造出第一台板壳式换热器,用于纸浆工厂。在此期间,为理解决强腐蚀性介质的换热问题,人们对新型资料制成的换热器开端留意。   

  60年代左右,由于空间技术和尖端科学的疾速开展,迫切需求各种高效能紧凑型的换热器,再加上冲压、钎焊和密封等技术的开展,换热器制造工艺得到进一步完善,从而推进了紧凑型板面式换热器的蓬勃开展和普遍应用。此外,自60年代开端,为了顺应高温和高压条件下的换热和节能的需求,典型的管壳式换热器也得到了进一步的开展。70年代中期,为了强化传热,在研讨和开展热管的根底上又创制出热管式换热器。   

  换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。   

  混合式换热器是经过冷、热流体的直接接触、混合停止热量交流的换热器,又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必需及时别离,这类换热器合适于气、液两流体之间的换热。例如,化工厂和发电厂所用的凉水塔中,热水由上往下喷淋,而冷空气自下而上吸入,在填充物的水膜外表或飞沫及水滴外表,热水和冷空气互相接触停止换热,热水被冷却,冷空气被加热,然后依托两流体自身的密度差得以及时别离。   

  蓄热式换热器是应用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)外表,从而停止热量交流的换热器,如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和应用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器,多用于空气别离安装中。   

  间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开,并经过间壁停止热量交流的换热器,因而又称外表式换热器,这类换热器应用最广。   

  间壁式换热器依据传热面的构造不同可分为管式、板面式和其他型式。管式换热器以管子外表作为传热面,包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等;板面式换热器以板面作为传热面,包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等;其他型式换热器是为满足某些特殊请求而设计的换热器,如刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器等。   换热器中流体的相对流向普通有逆流和逆流两种。逆流时,入口处两流体的温差最大,并沿传热外表逐步减小,至出口处温差为最小。逆流时,沿传热外表两流体的温差散布较平均。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下,当两种流体都无相变时,以逆流的均匀温差最大逆流最小。   在完成同样传热量的条件下,采用逆流可使均匀温差增大,换热器的传热面积减小;若传热面积不变,采用逆流时可使加热或冷却流体的耗费量降低。前者可俭省设备费,后者可俭省操作费,故在设计或消费运用中应尽量采用逆流换热。   

  当冷、热流体两者或其中一种有物相变化(沸腾或冷凝)时,由于相变时只放出或吸收汽化潜热,流体自身的温度并无变化,因而流体的进出口温度相等,这时两流体的温差就与流体的流向选择无关了。除逆流和逆流这两种流向外,还有错流和折流等流向。   

  在传热过程中,降低间壁式换热器中的热阻,以进步传热系数是一个重要的问题。热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄层(称为边境层),和换热器运用中在壁两侧构成的污垢层,金属壁的热阻相对较小。   

  增加流体的流速和扰动性,可减薄边境层,降低热阻进步给热系数。但增加流体流速会使能量耗费增加,故设计时应在减小热阻和降低能耗之间作合理的谐和。为了降低污垢的热阻,可设法延缓污垢的构成,并定期清洗传热面。   

  普通换热器都用金属资料制成,其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器;不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外,奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的资料;铜、铝及其合金多用于制造低温换热器;镍合金则用于高温条件下;非金属资料除制造垫片零件外,有些已开端用于制造非金属资料的耐蚀换热器,如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等。 换热器的操作   换热器开端运转时,发现换热器冷热不均,则应检查能否空气没有放净,换热板片能否加错,通常能否梗塞等,并采取相应的有效措施。 发现换热器有两种介质相串通的现象时,特别是易燃易爆介质,应立刻停车,查出并改换其穿孔或裂纹的板片。 换热器严厉控制温度与压力不超越允许值,否则会加速密封垫片老化。 换热器运转中因设备充溢介质,在有压力的状况下,不允许巩固夹紧螺栓。紧固换热片的夹紧螺栓及螺母时,应严厉控制两封头间的板束间隔,否则易损坏换热板片或密封垫片。 换热器活动封头上的滑动滚轮,应定期加油避免生锈,以保证拆卸灵敏好用。 换热器正常状况下,换热器是不用停车的,当阻力降超越允许值,反冲洗又无明显效果,消费才能忽然降落,介质互串或介质大量外漏而又无法控制时,才停车查找缘由。清算或改换已损坏的换热器零部件。


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