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1、换 热 器 基 础 知 识,郑占利,目录,目录,概 述,“换热器”(Heat exchanger)是热交换器的简称。使热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热设备。它不仅是石油、化工、动力、轻工、食品和原子能等许多工业部门所广泛应用的工艺设备，也是重要的节能设备之一。据统计，在石油炼制和石油化工装置中，换热器约占装置工艺设备总重量的40、投资的20 左右（不包括空气冷却器）。随着石油炼制和化工工业的发展，国内外对换热器无论从设计、制造、结构改进到传热机理的试验研究一直都在进行。各种新型、高效换热器在不断出现。,第一章 换热器分类,混合式换热器,混合式换热器,蓄热式换热器,蓄热式换热器,间接式换热
2、器,最常见为管壳式换热器,第一章 换热器的分类,间接式 换热器,管式换热器,板面式换热器,扩展表面式换热器,第一章 换热器的分类,套管式换热器,螺旋管式换热器,管壳式换热器,管式换热器,第一章 换热器的分类,套管式换热器,第一章 换热器的分类,螺旋管式换热器,第一章 换热器的分类,板面式换热器,板式换热器,螺旋板式换热器,板壳式换热器,第一章 换热器的分类,板式换热器流动示意图,第一章 换热器的分类,螺旋板式换热器,第一章 换热器的分类,板壳式换热器的基本元件与组合,第一章 换热器的分类,扩展表面式换热器,板翅式换热器,管翅式换热器,强化的传热管,第一章 换热器的分类,板翅式换热器,第一章 换
3、热器的分类,管翅式换热器翅片管,第一章 换热器的分类,管翅式换热器内翅片管,第一章 换热器的分类,强化的传热管螺旋槽纹管,第一章 换热器的分类,强化的传热管横纹管,第一章 换热器的分类,釜式重沸器,固定管板式,浮头式,U形管式,填料函式,管壳式换热器按其结构特点分成,管壳式换热器是间接式换热器的一种是最为常用的换热器,第二章 常用换热器的结构特点,(a)固定管板式换热器,管板与壳体焊接在一起,不能从壳体上拆卸下来.,优点：结构比较简单，紧凑，造价低，应用广泛。,缺点：管外不能采用机械法进行清洗，要求壳程液体必须清洁，不易结垢或不易对壳体造成腐蚀,第二章 常用换热器的结构特点,(b)浮头式换热器
4、,两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳自由移动，称为浮头。分为内浮头式和外浮头式两种。,内浮头式优点：能在较高温差和压差下工作，管间和管内清洗方便，易结垢的流体。,内浮头缺点：结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端盖在操作中无法检查，制造时对密封要求较高。,第二章 常用换热器的结构特点,(c)U形管式换热器,将换热管弯成U形，管子两端固定在同一管板上，与浮头式换热器比省了浮头,但管束与壳体间仍可自由伸缩，管束与壳体间不会有温差应力产生。,优点：结构简单，价格便宜，承压能力强，适用于管壳壁温差较大或壳程介质易结垢，又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合。,缺点
5、：加工困难，清洗困难，拆修更管不方便。,第二章 常用换热器的结构特点,(d)填料函式换热器,换热器的浮头部分与壳体之间利用填料函密封,优点：加工制造方便，节省材料，造价比较低廉，管束从壳体内可以抽出，管内、管间都能进行清洗，维修方便。,缺点：填料处易产生泄漏，适用于4MPa以下的工作条件,不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度也受填料的物性限制。,第二章 常用换热器的结构特点,(e)填料函分流式换热器,优点：可用机械法清洗，结构较浮头式简单，造价比浮头式换热器低。加工方便，节省钢材。填料函处泄漏能及时发现,检修清洗方便。,壳程开口为一个进口两个出口，壳程流体靠自然分流流至两个出口
6、，故称之为分流式换热器。,缺点：壳程介质有外漏可能，壳程压力不宜过高,不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质。使用温度受到填料性能影响,一般不超过315。,第二章常用换热器的结构特点,(f)釜式重沸器,俗称“大肚子重沸器”系带有蒸发空间的加热器,优点：清洗维修方便，可处理不清洁、易结垢的介质，并能承受高温、高压。,缺点：必须保证壳程液体介质有足够的蒸发空间。,第二章 常用换热器的结构特点,管壳式换热器的结构种类虽然繁多,通常将其总成分成:,前端管箱,壳 体,后端结构(包括管束),第二章 常用换热器的结构特点,管壳式换热器型号的表示方法,第二章常用换热器的结构特点,结构部件的英文代号,A-平
7、盖管箱（可拆盖板实现不拆卸管箱就检修换热管的工作）B-封头管箱（无可拆盖板）C-用于可拆管束与管板制成一体的管箱N-与管板制成一体的固定管板管箱D-特殊高压管箱（用于高压换热器的螺纹锁紧环管箱）,E-单程壳体（一般换热器上使用）F-具有纵向隔板的双程壳体（双壳程换热器上使用）G-分流壳体（一进一出，壳体中间有纵向隔板）H-分流壳体（两进两出，壳体中间有纵向隔板）I-U型管式换热器壳体J-无隔板分流（或冷凝器）壳体（一进两出，无隔板自然分流）K-釜式重沸器壳体O-外导流壳体,LMN-与前端管箱头形式ABC相似的固定管板结构P-外填料函式浮头 S-钩圈式浮头T-抽式浮头 U-U形管束W-带套环填料
8、函式浮头,第三章浮头式换热器、冷凝器和U 形管式换热器标准系列基本参数和型号表示方法,浮头式换热器、冷凝器和U 形管式换热器型号符合GB151 钢制管壳式换热器 标准。举例如下：,BIU8OO-165-4I,公称直径800mm 的封头管箱U 形管换热器，管程设计压力为4MPa,壳程设计压力为2.5MPa 公称换热面积为165m2；换热管直管段长度为6m，换热管外径为25mm，换热管精度等级为I 级，管程数为四。,公称直径400mm 的平盖管箱，钩圈式浮头式换热器。管壳程设计压力均为1.6MPa。公称换热面积为20 m2，换热管直管段长度为3米，换热管外径为19mm，换热管精度等级为 级，管程数
9、为二管程。,第三章浮头式换热器、冷凝器和U 形管式换热器标准系列基本参数和型号表示方法,在诸多类型的换热器中，炼油厂使用最多的是管壳式换热器中的,它们的型式与参数已由部颁标准 JB/T4714 浮头式换热器和冷凝器型式与基本参数 和JB/T47 17 U 型管式换热器型式与基本参数 加以规定，这给设计选型、制造、配管、安装、检修、配件供应和设备更新都带来了极大的方便。,第三章浮头式换热器、冷凝器和U 形管式换热器标准系列基本参数和型号表示方法,基本参数,钢板卷制壳体以圆筒内直径（mm）作为公称直径;钢管制壳体以钢管外径（mm）作为公称直径。,以换热管外径为基准，扣除伸人管板内的换热管长度后，对
10、所有换热管的外表面积求和，经圆整得到的总面积。,指介质流经换热管内的通道及与其相贯通的部分。,指介质流经换热管外的通道及与其相贯通的部分。,第四章管壳式换热器常用材料,换热管,法兰盖、管板大法兰,管箱和壳体,换热器管箱和壳体材料的选择原则、钢材标准、热处理状态及许用应力值均按GB150“钢制压力容器”中有关材料章节的规定。,可用20R、16MnR等压力容器用钢板 选用碳素钢和低合金钢锻件 碳素钢或低合金钢加不锈钢衬层 不锈钢板,一般可按使用条件选用国标有关规定中的冷拔管。,第四章管壳式换热器常用材料,螺栓和螺母,垫 片,其他零部件,螺栓用钢应符合GB150 有关材料章节的规定；碳素钢螺栓一般按
11、GB3098.1 一82 紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱 选用；螺栓和螺母应根据介质的情况和压力、温度等工况选取。,可按JB/T4718 管壳式换热器用金属包垫片、JB/T4719 管壳式换热器用缠绕垫片、JB/T4720 管壳式换热器用非金属垫片 的规定选用。,管束附件根据换热管的材质选用普通碳素钢板Q235 一A和不锈钢。鞍座垫板的材料应与与之相焊接的壳体材料相同。,第五章管壳式换热器常见故障及处理方法,1换热器操作不稳定,温度、压力波动引起,2螺栓紧固力不均匀或螺栓应力松弛,3密封垫片损坏、偏斜,4法兰密封面偏斜、有划痕或被损坏,5管线安装有偏差，强行连接,6垫片选择不适当,1法兰、垫片
12、泄漏产生原因,第五章管壳式换热器常见故障及处理方法,1保证温度、压力稳定，不超温、超压运行,2密封面如有划痕等更换法兰或研磨密封面,3安装如倾斜需调整管线，重新安装法兰,4按受力对称点位 均匀坚固螺栓,1法兰、垫片泄漏处理方法,第五章管壳式换热器常见故障及处理方法,第五章管壳式换热器常见故障及处理方法,3由介质流动诱导振动引起,管束失效,碰撞破坏,折流板处换热管切开,换热管与管板的连接处破坏,材料缺陷扩展,第五章管壳式换热器常见故障及处理方法,换热效率下降,增加热阻、增大压降,换热面积减少,介质通道堵塞,4结垢引起管束失效,第五章管壳式换热器常见故障及处理方法,操作条件不当或介质改变,维修不当
13、,5操作维修不当 引起管束失效,第五章管壳式换热器常见故障及处理方法,第六章管壳式换热器常规检修程序及注意事项,1对管、壳程清洗,4更换法兰垫片等,3对损坏换热管、零件进行修复更换,换热器检修的主要任务,2检查换热管胀口及其它连接处严密性,1对管、壳程清洗,4更换法兰垫片等,3对损坏换热管、零件进行修复更换,换热器检修的主要任务,2检查换热管胀口及其它连接处严密性,第六章管壳式换热器常规检修程序及注意事项,浮头管壳式换热器为例,其检修顺序如下:,拆外浮头盖、管箱及法兰,停气吹扫、准备工具,拆小浮头,抽管束,安装管束,安装管箱、试压胎具及试压法兰，壳体接管法兰加盲板,试压（A）检查管口及换热管,
14、壳程注水，配试压管线,拆试压浮头，装小浮头及盲板盖,外观检查和无损检验、清扫,准备垫片、盲板及 试压胎具,管程注水，装配试压管线,试压（B）检查小浮头垫片及管束,壳程注水，试压（C）检查壳体密封,安装外头盖,拆除盲板，填写检修卡片,管箱接管法兰加盲板,第六章管壳式换热器常规检修程序及注意事项,用试压法检查,固定管板式换热器的试压,浮头式管壳式换热器的试压,初步检查试压法,试压用浮头试压法,第六章管壳式换热器常规检修程序及注意事项,污垢基本形式,3生物污垢粘附,1碳氢凝聚物沉积,2无机盐类的沉积,第六章管壳式换热器常规检修程序及注意事项,1人工清洗,2机械清洗法,清洗冷换设备主要方法,4超高压水
15、射流清洗,3化学清洗,第七章强化管壳式换热器传热的途径,强化管壳式换热器传热的三大途径,增大传热系数c,增大平均温度差b,增大传热面积 a,金属腐蚀,化学腐蚀,电化学腐蚀,金属的高温氧化及脱碳,第八章管壳式换热器常用防腐方法及原理,氢腐蚀,第八章管壳式换热器常用防腐方法及原理,电化学腐蚀必备的三个条件,同一金属上存在不同电位部分或不同金属之间存在电位差,阴极和阳极相互连接,阳极和阴极处在互相联通的电解质溶液中,第八章管壳式换热器常用防腐方法及原理,均匀腐蚀,选择性腐蚀,冲刷腐蚀,缝隙腐蚀,接触腐蚀,1,5,2,6,3,晶间腐蚀,7,孔蚀,4,应力腐蚀破裂,8,换热器腐蚀破坏的类型,第八章管壳式
16、换热器常用防腐方法及原理,1合理选择耐腐蚀材料,5合理的结构设计,4添加缓蚀剂,2涂覆保护层,3电化学保护,接触腐蚀,孔 蚀,缝隙腐蚀,晶间腐蚀(不锈钢）,1.避免用小阳极、大阴极的结构2.加缓冲剂3.阴极保护,1.避免产生缝隙2.经常清洗固体沉积物3.使用硬的不吸收介质垫片4.管板与管子的连接采用焊接，不用胀接,1.选用抗孔蚀能力强的材料2.在某些条件下可使用缓蚀剂,1.固溶处理2.使用含稳定化学元素（如Ti、Nb）的不锈钢3.使用超低碳（0.03）不锈钢,防腐蚀方 法,第八章管壳式换热器常用防腐方法及原理,从腐蚀类型出发提出,选择性腐蚀（黄铜脱锌）,应力腐蚀破裂,冲刷腐蚀,氢 脆,1.降低介质腐蚀性或用阴极保护2.使用脱锌敏感性小的合金，如海水黄铜和铜镍合金,1.合理选材2.改善设计3.在承受冲刷地方焊覆盖层4.阴极保护,1.降拉应力至临界值以下或改变方向2.材料进行消除应力热处理3.控制腐蚀环境，去介质中有害物质4.选用适当的或耐SCC的材料5.加缓蚀剂,1.降低酸洗过程中腐蚀速度2.低温（93147）烘烤脱氢3.选用对氢脆不敏感的合金4.正确施焊，如使用低氢焊条等,防腐蚀方 法,第八章管壳式换热器常用 防腐方法及原理,从腐蚀类型出发提出,谢谢大家,
