換熱器基本特性與用途及評析

　　換熱器是完成化工消費過程中熱量交流和傳送不可短少的設備。在熱量交流中常有一些腐蝕性、氧化性很強的物料，因而，請求制造換熱器的資料具有抗強腐蝕性能。換熱器的分類比擬普遍：反響釜 壓力容器 冷凝器 反響鍋 螺旋板式換熱器 波紋管換熱器 列管換熱器 板式換熱器 螺旋板換熱器 管殼式換熱器 容積式換熱器 浮頭式換熱器 管式換熱器 熱管換熱器 汽水換熱器 換熱機組 石墨換熱器空氣換熱器 鈦換熱器 換熱設備，請求制造換熱器的資料具有抗強腐蝕性能。它能夠用石墨、陶瓷、玻璃等非金屬資料以及不銹鋼、鈦、鉭、鋯等金屬資料制成。但是用石墨、陶瓷、玻璃等資料制成的有易碎、體積大、導熱差等缺陷，用鈦、鉭、鋯等稀有金屬制成的換熱器價錢過于昂貴，不銹鋼則難耐許多腐蝕性介質，并產生晶間腐蝕。   

　　換熱器在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業消費中，常常需求把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。這些過程均和熱量傳送有著親密聯絡，因此均能夠經過換熱器來完成。   

　　隨著經濟的開展，各種不同型式和品種的換熱器開展很快，新構造、新資料的換熱器不時涌現。為了順應開展的需求，我國對某些品種的換熱器曾經樹立了規范，構成了系列。完善的換熱器在設計或選型時應滿足以下根本請求：   

　　(1) 合理地完成所規則的工藝條件;   

　　(2) 構造平安牢靠;   

　　(3) 便于制造、裝置、操作和維修;   

　　(4) 經濟上合理。   

　　浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定，而另一端的管板可在殼體內自在浮動，殼體和管束對收縮是自在的，故當兩張介質的溫差較大時，管束和殼體之間不產生溫差應力。浮頭端設計成可拆構造，使管束能容易的插入或抽出殼體。(也可設計成不可拆的)。這樣為檢修、清洗提供了便當。但該換熱器構造較復雜，而且浮動端小蓋在操作時無法曉得泄露狀況。因而在裝置時要特別留意其密封。   

　　浮頭換熱器的浮頭局部構造，按不同的請求可設計成各種方式，除必需思索管束能在設備內自在挪動外，還必需思索到浮頭局部的檢修、裝置和清洗的便當。   

　　在設計時必需思索浮頭管板的外徑Do。該外徑應小于殼體內徑Di，普通引薦浮頭管板與殼體內壁的間隙b1=3~5mm。這樣，當浮頭出的鉤圈撤除后，即可將管束從殼體內抽出。以便于停止檢修、清洗。浮頭蓋在管束裝入后才干停止裝配，所以在設計中應思索保證浮頭蓋在裝配時的必要空間。   鉤圈對保證浮頭端的密封、避免介質間的串漏起著重要作用。隨著幞頭式換熱器的設計、制造技術的開展，以及長期以來運用經歷的積聚，鉤圈的構造方式也得到了不段的改良和完善。   鉤圈普通都為對開式構造，請求密封牢靠，構造簡單、緊湊、便于制造和拆裝便當。   

　　浮頭式換熱器以其高度的牢靠性和普遍的順應性，在長期運用過程中積聚了豐厚的經歷。雖然近年來遭到不時涌現的新型換熱器的應戰，但反過來也不時促進了本身的開展。故迄今為止在各種換熱器中扔占主導位置。   

　　管子構成換熱器的傳熱面，管子尺寸和外形對傳熱有很大影響。采用小直徑的管子時，換熱器單位體積的換熱面積大一些，設備比擬緊湊，單位傳熱面積的金屬耗費量少，傳熱系數也較高。但制造費事，管子易結垢，不易清洗。大直徑管子用于粘性大或者純凈的流體，小直徑的管子用于較清潔的流體。   

　　管子資料的選擇應依據介質的壓力、溫度及腐蝕性來肯定。   

　　換熱器的管子在管板上的排列不單思索設備的緊湊性，還要思索到流體的性質、構造設計以及加工制造方面的狀況。管子在管板上的規范排列方式有四種：正三角形和轉角正三角形排列，適用與殼程介質清潔，且不需求停止機械清洗的場所。正方形和轉角正方形排列，可以使管間的小橋構成一條直線通道，便于用機械停止清洗，普通用于管束可抽出管間清洗的場所。   

　　另外關于多管程換熱器，常采用組合排列辦法，其每一程中普通都采用三角形排列，而各程之間則常常采用正方形排列，這樣便于布置隔板位置。   

　　當換熱器直徑較大，管子較多時，都必需在管束四周的弓形空間內盡量配置換熱管。這不但能夠有效地增大傳熱面積，也能夠避免在殼程流體在弓形區域內短路而給傳熱帶來不利影響。管板上換熱管中心距的選擇既要思索構造的緊湊性，傳熱效果，又要思索管板的強度和清洗管子表面面所需的空間。除此之外，還要思索管子在管板上的固定辦法。若間距太小，當采用焊接銜接時，相鄰兩根管的焊縫太近，焊縫質量受熱影響不易得到保證;若采用脹接，擠壓力可能形成管板發作過大的變形，失去管子和管板間的分離力。普通采用的換熱管的中心距不小于管子外徑的1.25倍。   當換熱器多需的換熱面積較大，而管子又不能做的太長時，就得增大殼體直徑，以排列較多的管子。此時為了進步管程流速，增加傳熱效果，須將管束分程，使流體依次流過各程管束。   為了把換熱器做成多管程，可在一端或兩端的管箱中分別安頓一定數量的隔板。   

　　浮頭式換熱器的優缺陷：   

　　優點：   

　　(1)管束能夠抽出，以便當清洗管、殼程;   

　　(2)介質間溫差不受限制;   

　　(3)可在高溫、高壓下工作，普通溫度小于等于450度，壓力小于等于6.4兆帕;   

　　(4)可用于結垢比擬嚴重的場所;   

　　(5)可用于管程易腐蝕場所。   

　　缺陷：   

　　(1)小浮頭易發作內漏;   

　　(2)金屬資料耗量大，本錢高20%;   

　　(3)構造復雜   

　　制造工藝   

　　選取換熱設備的制造資料及牌號，停止資料的化學成分檢驗，機械性能合格后，對鋼板停止矯形，辦法包括手工矯形，機械矯形及火焰矯形。   

　　備料--劃線--切割--邊緣加工(探傷)--成型--組對--焊接--焊接質量檢驗--組裝焊接--壓力實驗   

　　質量檢驗   

　　化工設備不只在制造之前對原資料停止檢驗，而且在制造過程中要隨時停止檢查。   

　　質量檢驗內容和辦法：   

　　設備制造過程中的檢驗，包括原資料的檢驗、工序間的檢驗及壓力實驗，詳細內容如下：   (1)原資料和設備零件尺寸和幾何外形的檢驗;   

　　(2)原資料和焊縫的化學成分剖析、力學性能剖析實驗、金相組織檢驗，總稱為毀壞實驗;   (3)原資料和焊縫內部缺陷的檢驗，其檢驗辦法是無損檢測，它包括：射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測、浸透檢測等;   

　　(4)設備試壓，包括：水壓實驗、介質實驗、氣密實驗等。   

　　耐壓實驗和氣密性實驗：   

　　制造竣工的換熱器應對換熱器管板的銜接接頭，管程和殼程停止耐壓實驗或增加氣密性實驗，耐壓實驗包括水壓實驗和氣壓實驗。換熱器普通停止水壓實驗，但由于構造或支撐緣由，不能充灌液體或運轉條件不允許殘留實驗液體時，可采用氣壓實驗。   

　　假如介質毒性為極度，高度危害或管、殼程之間不允許有微量走漏時，必需增加氣密性實驗。

　　換熱器壓力實驗的次第如下：   

　　固定管板換熱器先停止殼程試壓，同時檢查換熱管與管板銜接接頭，然后停止管程試壓;   U形管式換熱器、釜式重沸器(U形管束)及填料函式換熱器先用實驗壓環停止殼程試壓，同時檢查接頭，然后停止管程試壓;   

　　浮頭式換熱器、釜式重沸器(浮頭式管束)先用實驗壓環和浮頭專用工具停止管頭試壓，關于釜式重沸器尚應裝備管頭試壓專用殼體，然后停止管程試壓，最后停止殼程試壓;   

　　堆疊換熱器接頭試壓可單臺停止，當各臺換熱器程間連通時，管程和殼程試壓應在堆疊組裝后停止。   

　　裝置：   

　　裝置換熱器的根底必需滿足以使換熱器不發作下沉，或使管道把過大的變形傳到傳熱器的接收上。根底普通分為兩種：一種為磚砌的鞍形根底，換熱器上沒有鞍式支座而直接放在鞍形根底上，換熱器與根底不加固定，能夠隨著熱收縮的需求自在挪動。另一種為混凝土根底，換熱器經過鞍式支座由地腳螺栓將其與根底結實的銜接起來。   

　　在裝置換熱器之前應嚴厲的停止根底質量的檢查和驗收工作，主要項目如下：根底外表概略;根底標高，平面位置，外形和主要尺寸以及預留孔能否契合實踐請求;地腳螺栓的位置能否正確，螺紋狀況能否良好，螺帽和墊圈能否齊全;放置墊鐵的根底外表能否平整等。   

　　根底驗收終了后，在裝置換熱器之前在根底上放墊鐵，安放墊鐵處的根底外表必需鏟平，使兩者能很好的接觸。墊鐵厚度能夠調整，使換熱器能到達設計的程度高度。墊鐵放置后可增加換熱器在根底上的穩定性，并將其重量經過墊鐵平均地傳送到根底上去。墊鐵可分為平墊鐵、斜墊鐵和啟齒墊鐵。其中，斜墊鐵必需成對運用。地腳螺栓兩側均應有墊鐵，墊鐵的裝置不應阻礙換熱器的熱收縮。   

　　換熱器就位后需用程度儀對換熱器找平，這樣可使各接收都能在不受力的狀況下銜接管道。找平后，斜墊鐵可與芝座焊牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死。當兩個以上堆疊式換熱器裝置時，應在下部換熱器找正終了，并且地腳螺栓充沛固定后，再裝置上部換熱器�？沙楣苁鴵Q熱器裝置前應抽芯檢查，打掃，抽管束時應留意維護密封面和折流板。挪動和起吊管束時應將管束放置在專用的支承構造上，以防止損傷換熱管。   

　　依據換熱器的方式，應在換熱器的兩端留有足夠的空間來滿足條件(操作)清洗、維修的需求。浮頭式換熱器的固定頭蓋端應留有足夠的空間以便能從殼體內抽出管束，外頭蓋端必需也留出一米以上的位置以便裝拆外頭蓋和浮頭蓋。   

　　固定管板式換熱器的兩端應留出足夠的空間以便能抽出和改換管子。并且，用機械法清洗管內時。兩端都能夠對管子停止刷洗操作。U形管式換熱器的固定頭蓋應留出足夠的空間以便抽出管束，也可在其相對的一端留出足夠的空間以便能拆卸殼體。   

　　換熱器不得在超越銘牌規則的條件下運轉。應經常對管，殼程介質的溫度及壓降停止監視，剖析換熱管的走漏和結垢狀況。管殼式換熱器就是應用管子使其內外的物料停止熱交流、冷卻、冷凝、加熱及蒸發等過程，與其他設備相比擬，其他腐蝕介質接觸的外表積就顯得十分大，發作腐蝕穿孔分離處松弛走漏的風險性很高，因而對換熱器的防腐蝕和防走漏的辦法也比其他設備要多加思索，當換熱器用蒸汽來加熱或用水來冷卻時，水中的溶解物在加熱后，大局部溶解度都會有所進步，而硫酸鈣類型的物質則簡直沒有變化。冷卻水經常循環運用，由于水的蒸發，使鹽類濃縮，產生堆積或污垢。又因水中含有腐蝕性溶解氣體及氯離子等惹起設備腐蝕，腐蝕與結垢交替停止，激化了鋼材的腐蝕。因而必需經過清洗來改善換熱器的性能。由于清洗的艱難水平是隨著垢層厚度或堆積的增加而疾速增大的，所以清洗距離時間不宜過長，應依據消費安裝的特性，換熱介質的性質，腐蝕速度及運轉周期等狀況定期停止檢查，修理及清洗。   

　　換熱器的應用普遍，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機安裝中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它還普遍應用于化工、石油、動力和原子能等工業部門。它的主要功用是保證工藝過程對介質所請求的特定溫度，同時也是進步能源應用率的主要設備之一。   

　　換熱器既可是一種單獨的設備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等;也可是某一工藝設備的組成局部，如氨合成塔內的熱交流器。   

　　由于制造工藝和科學程度的限制，早期的換熱器只能采用簡單的構造，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的開展，逐漸構成一種管殼式換熱器，它不只單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長期以來在工業消費中成為一種典型的換熱器。   二十世紀20年代呈現板式換熱器，并應用于食品工業。以板代管制成的換熱器，構造緊湊，傳熱效果好，因而陸續開展為多種方式。30年代初，瑞典初次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金資料制成的板翅式換熱器，用于飛機發起機的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為理解決強腐蝕性介質的換熱問題，人們對新型資料制成的換熱器開端留意。   

　　60年代左右，由于空間技術和尖端科學的疾速開展，迫切需求各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術的開展，換熱器制造工藝得到進一步完善，從而推進了緊湊型板面式換熱器的蓬勃開展和普遍應用。此外，自60年代開端，為了順應高溫和高壓條件下的換熱和節能的需求，典型的管殼式換熱器也得到了進一步的開展。70年代中期，為了強化傳熱，在研討和開展熱管的根底上又創制出熱管式換熱器。   

　　換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類。   

　　混合式換熱器是經過冷、熱流體的直接接觸、混合停止熱量交流的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必需及時別離，這類換熱器合適于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜外表或飛沫及水滴外表，熱水和冷空氣互相接觸停止換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依托兩流體自身的密度差得以及時別離。   

　　蓄熱式換熱器是應用冷、熱流體交替流經蓄熱室中的蓄熱體(填料)外表，從而停止熱量交流的換熱器，如煉焦爐下方預熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和應用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設備稱蓄冷器，多用于空氣別離安裝中。   

　　間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并經過間壁停止熱量交流的換熱器，因而又稱外表式換熱器，這類換熱器應用最廣。   

　　間壁式換熱器依據傳熱面的構造不同可分為管式、板面式和其他型式。管式換熱器以管子外表作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等;板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等;其他型式換熱器是為滿足某些特殊請求而設計的換熱器，如刮面式換熱器、轉盤式換熱器和空氣冷卻器等。   換熱器中流體的相對流向普通有逆流和逆流兩種。逆流時，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱外表逐步減小，至出口處溫差為最小。逆流時，沿傳熱外表兩流體的溫差散布較平均。在冷、熱流體的進出口溫度一定的條件下，當兩種流體都無相變時，以逆流的均勻溫差最大逆流最小。   在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使均勻溫差增大，換熱器的傳熱面積減小;若傳熱面積不變，采用逆流時可使加熱或冷卻流體的耗費量降低。前者可儉省設備費，后者可儉省操作費，故在設計或消費運用中應盡量采用逆流換熱。   

　　當冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化(沸騰或冷凝)時，由于相變時只放出或吸收汽化潛熱，流體自身的溫度并無變化，因而流體的進出口溫度相等，這時兩流體的溫差就與流體的流向選擇無關了。除逆流和逆流這兩種流向外，還有錯流和折流等流向。   

　　在傳熱過程中，降低間壁式換熱器中的熱阻，以進步傳熱系數是一個重要的問題。熱阻主要來源于間壁兩側粘滯于傳熱面上的流體薄層(稱為邊境層)，和換熱器運用中在壁兩側構成的污垢層，金屬壁的熱阻相對較小。   

　　增加流體的流速和擾動性，可減薄邊境層，降低熱阻進步給熱系數。但增加流體流速會使能量耗費增加，故設計時應在減小熱阻和降低能耗之間作合理的諧和。為了降低污垢的熱阻，可設法延緩污垢的構成，并定期清洗傳熱面。   

　　普通換熱器都用金屬資料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器;不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的資料;銅、鋁及其合金多用于制造低溫換熱器;鎳合金則用于高溫條件下;非金屬資料除制造墊片零件外，有些已開端用于制造非金屬資料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等。 換熱器的操作   換熱器開端運轉時，發現換熱器冷熱不均，則應檢查能否空氣沒有放凈，換熱板片能否加錯，通常能否梗塞等，并采取相應的有效措施。 發現換熱器有兩種介質相串通的現象時，特別是易燃易爆介質，應立刻停車，查出并改換其穿孔或裂紋的板片。 換熱器嚴厲控制溫度與壓力不超越允許值，否則會加速密封墊片老化。 換熱器運轉中因設備充溢介質，在有壓力的狀況下，不允許鞏固夾緊螺栓。緊固換熱片的夾緊螺栓及螺母時，應嚴厲控制兩封頭間的板束間隔，否則易損壞換熱板片或密封墊片。 換熱器活動封頭上的滑動滾輪，應定期加油避免生銹，以保證拆卸靈敏好用。 換熱器正常狀況下，換熱器是不用停車的，當阻力降超越允許值，反沖洗又無明顯效果，消費才能忽然降落，介質互串或介質大量外漏而又無法控制時，才停車查找緣由。清算或改換已損壞的換熱器零部件。

  相關信息