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换热器培训课件 1 定义 是实现将热能从一种流体转至另一种流体的设备 是许多工业部门的通用设备 一 换热器的分类 换热器的种类很多 就换热原理来分 可以分为三大类 1 间壁式换热器 冷 热流体被固体传热表面隔开 而热量的传递通过固体传递面而进行 2 直接接触式换热器 冷 热流体直接接触进行热量交换 3 蓄热式换热器 冷 热流体交替通过传热表面 冷流体通过时贮存冷量 热流体通过时取走冷量 2 换热器的分类 2 按工艺功能分类 1 冷却器 冷却工艺物流的设备 冷却剂有水 氨 氟利昂等 2 加热器 加热工艺物流的设备 加热介质有水蒸汽 导热油 熔盐等 3 再沸器 用于蒸发蒸馏塔底部的物料设备 分热吸式和动力循环式再沸器 4 冷凝器 蒸馏塔顶物流的冷凝或者反应器冷凝循环回流的设备 2 按工艺功能分类 5 蒸发器 专门用于蒸发溶液中水分或者溶剂的设备 6 过热器 对饱和蒸汽再加热升温的设备 7 废热锅炉 由工艺的高温物流或者废气中回收其热量而产生蒸汽的设备 8 换热器 两种不同温位的工艺物流相互进行热交换能量的设备 二 间壁式换热器的类型 一 管式换热器 管式换热器特点 管式换热器虽然在换热效率 结构紧凑性和单位传热面积的金属消耗量等方面都不如其它新型换热器 但它具有结构坚固 可靠 适应性强 易于制造 能承受较高的操作压力和温度等优点 在高温 高压和大型换热器中 管式换热器仍占绝对优势 是目前使用最广泛的一类换热器 1 沉浸式蛇管换热器 沉浸式蛇管换热器 套管式换热器原理 以同心套管中的内管作为传热元件的换热器 两种不同直径的管子套在一起组成同心套管 每一段套管称为 一程 程的内管 传热管 借U形肘管 而外管用短管依次连接成排 固定于支架上 热量通过内管管壁由一种流体传递给另一种流体 通常 热流体 A流体 由上部引入 而冷流体 B流体 则由下部引入 套管中外管的两端与内管用焊接或法兰连接 内管与U形肘管多用法兰连接 便于传热管的清洗和增减 每程传热管的有效长度取4 7米 这种换热器传热面积最高达18平方米 故适用于小容量换热 当内外管壁温差较大时 可在外管设置U形膨胀节或内外管间采用填料函滑动密封 以减小温差应力 管子可用钢 铸铁 陶瓷和玻璃等制成 若选材得当 它可用于腐蚀性介质的换热 3 管壳式换热器 列管式换热器 管壳式换热器 管壳式换热器是目前用得最为广泛的一种换热器 主要是由壳体 传热管束 管板 折流板和管箱等部件组成 壳体多为圆筒形 内部放置了由许多管子组成的管束 管子的两端固定在管板上 管子的轴线与壳体的轴线平行 进行换热的冷热两种流体 一种在管内流动 称为管程流体 另一种在管外流动 称为壳程流体 为了增加壳程流体的速度以改善传热 在壳体内安装了折流板 折流板可以提高壳程流体速度 迫使流体按规定路程多次横向通过管束 增强流体湍流程度 流体每通过管束一次称为一个管程 每通过壳体一次称为一个壳程 图示为最简单的单壳程单管程换热器 简称为1 1型换热器 为提高管内流体速度 可在两端管箱内设置隔板 将全部管子均分成若干组 这样流体每次只通过部分管子 因而在管束中往返多次 这称为多管程 同样 为提高管外流速 也可在壳体内安装纵向挡板 迫使流体多次通过壳体空间 称为多壳程 多管程与多壳程可配合应用 管壳式换热器的类型由于管内外流体的温度不同 因之换热器的壳体与管束的温度也不同 如果两温度相差很大 换热器内将产生很大热应力 导致管子弯曲 断裂 或从管板上拉脱 因此 当管束与壳体温度差超过50 时 需采取适当补偿措施 以消除或减少热应力 根据所采用的补偿措施 管壳式换热器可分为以下几种主要类型 1 固定管板式换热器 2 浮头式换热器 3 U形管式换热器 4 填料函式换热器 1 固定管板式换热器 固定管板式换热器1 封头 2 法兰 3 排气口 4 壳体 5 换热管 6 波形膨胀节 7 折流板 或支持板 8 防冲板 9 壳程接管 10 管板 11 管程接管 12 隔板 13 封头 14 管箱 15 排液口 16 定距管 17 拉杆 18 支座 19 垫片 20 21 螺栓 螺母 固定管板式换热器 固定管板式换热器管束两端的管板与壳体联成一体 结构简单 但只适用于冷热流体温度差不大 且壳程不需机械清洗时的换热操作 当温度差稍大而壳程压力又不太高时 可在壳体上安装有弹性的补偿圈 以减小热应力 优点 结构简单 紧凑 能承受较高的压力 造价低 管程清洗方便 管子损坏时易于堵管或更换 缺点 当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时 壳体和管束中将产生较大的热应力 固定管板式换热器 应用 这种换热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行清洗 管 壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合 为减少热应力 通常在固定管板式换热器中设置柔性元件伯膨胀节 挠性管板等人来吸收热膨胀差 补偿方式 补偿圈 或称膨胀节 这种补偿方法简单 但不宜用于两流体的温度差太大 应不大于70 和壳方流体压强过高 一般不高于6atm 的场合 2 浮头式换热器 浮头式换热器1 防冲板 2 折流板 3 浮头管板 4 钩圈 5 支耳 管子一端固定在一块固定管板上 管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间 用螺栓连接 管子另一端固定在浮头管板上 浮头管板夹持在用螺柱连接的浮头盖与钩圈之间 形成可在壳体内自由移动的浮头 故当管束与壳体受热伸长时 两者互不牵制 因而不会产生温差应力 浮头部分是由浮头管板 钩圈与浮头端盖组成的可拆联接 因此可以容易抽出管束 故管内管外都能进行清洗 也便于检修 由上述特点可知 浮头式换热器多用于温度波动和温差大的场合 尽管与固定管板式换热器相比其结构更复杂 造价更高 浮头结构示意图 浮头式重沸器1 偏心锥壳 2 堰板 3 液面计接口 3 U形管式换热器 U形管式换热器1 中间挡板 2 U形换热管 3 排气口 4 防冲板 5 分程隔板 U形管式换热器 U型管换热器每根换热管皆弯成U形 两端分别固定在同一管板上下两区 借助于管箱内的隔板分成进出口两室 此种换热器完全消除了热应力 结构比浮头式简单 但管程不易清洗 缺点 由于受弯管曲率半径的限制 其换热管排布较少 管束最内层管间距较大 管板的利用率较低 壳程流体易形成短路 对传热不利 当管子泄漏损坏时 只有管束外围处的U形管才便于更换 内层换热管坏了不能更换 只能堵死 而坏一根U形管相当于坏两根管 报废率较高 U形管式换热器 结构特点 只有一块管板 管束由多根U形管组成 管的两端固定在同一块管板 管子可以自由伸缩 当壳体与U形换热管有温差时 不会产生热应力 应用 适用于管 壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要清洗 又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合 特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温 高压 腐蚀性大的物料 4 填料函式换热器 填料函式换热器1 纵向隔板 2 浮动管板 3 活套法兰 4 部分剪切环 5 填料压盖 6 填料 7 填料函 管壳式换热器的结构 管壳式换热器流体的流程一种流体走管内 称为管程 另一种流体走管外 称为壳程 管内流体从换热管一端流向另一端一次 称为一程 对U形管换热器 管内流体从换热管一端经过U形弯曲段流向另一端一次 称为两程 管箱管箱位于壳体两端 其作用是控制及分配管程流体 管箱结构形式1 隔板 2 管板 3 箱盖 换热器的试压方案 试压原则 国外进口的换热设备具体试压与否请确认 在制造厂已做过压力试验 使用正式紧固件和垫片 且在运输过程中无损伤和变形或在制造厂压力试验后用气封保护 且气封完好的换热设备 经建设单位 监理单位确认 可不再进行压力试验复验 有衬里的换热设备的衬里部位不做水压试验 即管程不做水压试验 但壳程仍做水压试压 由于管程的管口较大 直径 1600 且管口属于焊接口 试压难度较大 在管道配管后 随管线一起试压 壳程正常试压 施工工序 固定管板式换热器试压工序 共检确认 共同检查确认 共检确认 共同检查确认 U型管式换热器试压工序 共检确认 共同检查确认 共检确认 共同检查确认 施工方法及措施 施工准备 明确甲方提供的水源 水质和排水位置试压泵到现场后 应先检查其运行情况 确认能正常工作同一台换热器试压 必须选用两个量程相同经校核合格并在有效期内的压力表 压力表的量程宜为试验压力的2倍 但不得低于1 5倍或高于4倍 精度不得低于1 5级试压用临时垫片 盲板 试压环 备用 应提前预制 并做好标识 法兰面盲板 试压环的垫片所接触的表面应清理干净 不得有划痕 试压过程中做好法兰面的保护试压前对作业人员进行技术交底 对整个流程及各个流程中需要注意的事项进行详细的交底 固定管板式换热器试压措施 壳程试压 连接壳程试压管线 先将入口用已经接出一段试压管线的法兰盖盲死 试压泵出口管线从下部法兰口接入 上部法兰口先处于敞口状态 对壳程进行上水 上水从上部法兰口进行 当水从上法兰口溢出时 停止上水 等几分钟后如果水面下降 接着上水直到水面与法兰面平为止 然后将上部法兰口用法兰盖盲死 法兰盖上同样要先接出一段管线便于安装压力表 试压 打开试压泵开始试压 当有水从上部法兰口溢出时将另一块压力表装上 试压时 压力应缓慢上升 达到试验压力后 并关闭试压泵出口阀门 保压时间不宜少于10min 然后将压力降至设计压力 保持60min后对所有焊缝和连接部位进行检查 检查确认 保压并对壳体进行检查 无渗漏 无变形且压力表无压降为合格 如果发现有渗漏 变形或压降 泄压后按照程序进行检查并进行修补 修补完善后重新进行试压 泄压 放水 吹扫 试压合格后 将盲板上的排放阀门打开 将设备内的压力排放尽后 将设备上端法兰口脱开 便于排气 然后从设备底部把水放净 连接管程试压管线 先将管程的下部法兰口用已经接出一段试压管线的法兰盖盲死 试压泵出口管线从下部法兰口接入 上部法兰口先处于敞口状态 管程进行上水 上水从上部法兰口进行 当水从上法兰口溢出时 停止上水 等几分钟后如果水面下降 接着上水直到水面与法兰面平为止 然后将上部法兰口用法兰盖盲死 法兰盖上同样要先接出一段管线便于安装压力表 上水试压 打开试压泵开始试压 当有水从上法兰口溢出时将另一块压力表装上 试压时 压力应缓慢上升 达到试验压力后 并关闭试压泵出口阀门 保压时间不宜少于10min 然后将压力降至设计压力 保持60min对所有焊缝和连接部位进行检查 检查确认 保压检查两端管箱和有关部位 无渗漏 无变形 压力表无压降为合格 如果发现有渗漏 及时修补 修补前要泄压 如果要焊接修补 焊前要把水排净 修补完善后重新进行试压 泄压 放水 吹扫 试压合格后 将盲板上的排放阀门打开 将设备内的压力排放尽后 将设备上端法兰口脱开 便于排气 然后从设备底部把水放净 管程试压 固定管板式换热器试压措施 U形管式换热器试压措施 壳程试压 更换垫片 拆除管箱 更换垫片 更换完毕安装管箱 注意在拆除管箱前一定要将带肩螺栓均匀把紧 连接试压管线 先将入口用已经接出一段试压管线的法兰盖盲死 试压泵出口管线从下部法兰口接入 上部法兰口先处于敞口状态 壳程上水 上水从上部法兰口进行 当水从上法兰口溢出时 停止上水 等几分钟后如果水面下降 接着上水直到水面与法兰面平为止 然后将上部法兰口用法兰盖盲死 法兰盖上同样要先接出一段管线便于安装压力表 上水试压 打开试压泵开始试压 当有水从上部法兰口溢出时将另一块压力表装上 当试验压力达到图纸要求的试验压力时停止试压 并关闭试压泵出口阀门 保压时间不宜少于10min 然后将压力降至设计压力 保持60min对所有焊缝和连接部位进行检查 检查确认 保压检查壳程与管板有关部位 无渗漏 无变形 压力表无压降为合格 如果发现有渗漏 及时修补 修补完善后重新进行试压 泄压 放水 吹扫 试压合格后 将盲板上的排放阀门打开 将设备内的压力排放尽后 将设备上端法兰口脱开 便于排气 然后从设备底部把水放净 U形管式换热器试压措施 管程试压 U形管式换热器试压措施 连接管程试压管线 先将管程的下部法兰口用已经接出一段试压管线的法兰盖盲死 试压泵出口管线从下部法兰口接入 上部法兰口先处于敞口状态 管程进行上水 上水从上部法兰口进行 当水从上法兰口溢出时 停止上水 等几分钟后如果水面下降 接着上水直到水面与法兰面平为止 然后将上部法兰口用法兰盖盲死 法兰盖上同样要先接出一段管线便于安装压力表 试压 打开试压泵开始试压 当有水从上部法兰口溢出时将另一块压力表装上 当试验压力达到图纸要求的试验压力时停止试压 并关闭试压泵出口阀门 保压时间不宜少于10min 然后将压力降至设计压力 保持60min对所有焊缝和连接部位进行检查 检查确认 保压检查管箱有关部位 无渗漏 无变形 压力表无压降为合格 如果发现有渗漏 及时修补 修补完善后重新进行试压 泄压 放水 吹扫 试压合格后 将盲板上的排放阀门打开 将设备内的压力排放尽后 将设备上端法兰口脱开 便于排气 然后从设备底部把水放净 U形管式换热器试压措施 换热设备试压用水 换热器水压试验采用洁净水 奥氏体不锈钢换热器试压水中的氯离子含量不应25mg L 钢制换热设备液压试验时 碳素钢 16MnR 15MnNbR和正火15MnVR制换热设备液体温度不得低于5 其他低合金钢制换热设备 液压试验时的液体温度不得低于15 其他材料制作的换热设备或板厚等因素造成材料无延性转变温度升高时 液压试验的液体温度应符合设计文件的要求 试压时根据设备材质合理选择试压用水 质量保证措施 根据规范要求 对在压力试验中可能承受外压的受压元件 当设计文件有压差限制规定时 试压过程中两侧压差不得超过规定值 但本装置无在压力试验中受外压的受压元件 所以不存在该要求 试验压差要求 试压前 应对换热设备进行外观检查 其表面应保持干燥 充水时应从低处上水 从高处将空气排净 液压试验时液体的温度应低于其沸点或闪点 质量保证措施 压力表必须设置在换热器的最高点和最低点 并且容易观察 试验压力值 应以最高处的压力表读数为准 并用最低处的压力表读数进行校核 压力表与换热器间应安装阀门及缓冲弯管 试压时压力表必须设专人监护 不能超压 换热器充水时 应开启放空阀 泄压放水时 必须开启放空阀 控制排水适当的流量 避免容器内出现负压 损坏设备 换热器内试压用水必须放净 并用压缩空气进行吹扫 试压管线在换热器与试压泵之间设置一个闸阀 试压前对闸阀进行内漏检查 当压力升至试验压力后 关闭闸阀 保压进行检查 不允许采取连续加压的方法来保持试验压力 试压过程中 严禁对受压元件任何部位进行修复或敲击 试压过程中 如发现有渗漏 有异常变形 有异常响声时 应泄压放水 不得带压处理 试压过程中 做好设备 管束 螺栓的成品保护工作 试压过程中 应有业主 监理单位 总承包单位和施工单位相关人员进行现场检查会签 质量保证措施 试压时严格按照试压程序施工 试压程序简化曲线图如下 换热器抽芯清洗 换热器抽芯后对换热器壳体 管束 不更新管束 管箱进行清洗 清洗时应注意安全 由于清洗用水压力较高 一般