设备培训讲义——换热器.doc

2014年设备专项培训换热器换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，在炼油、化工行业占设备总数的40%左右，占总投资的30-45%。第一节 换热器的分类、结构及特点一、 换热器的分类1、 按换热器所使用的材料种类分类：1） 金属材料换热器：普遍应用于石化行业，碳素钢换热器、低合金钢换热器、不锈钢换热器和有色金属换热器。2） 非金属材料换热器：石墨、PTFE、陶瓷等，多用于特殊场合，强腐蚀介质。PTFE耐低温性好，力学性能差，线膨胀系数较大，硬度较低，耐磨性及耐蠕变性差。2、 按换热器的传热方式分类：1） 混合式换热器：两种流体直接接触，比如凉水塔、洗涤塔及气液混合式冷凝器等等。2） 蓄热式换热器：设有耐火砖构成的蓄热室，冷热两种流体交替通过蓄热室。多用于冶金行业。3） 间接式换热器：最为常见的换热器，比如管壳式换热器、板式换热器等。3、 按照用途分类：1） 加热器；2）预热器；3）过热器；4）蒸发器；5）重沸器；6）冷却器4、 按照结构形式分类1） 管式换热器2） 板面式换热器二、 管壳式换热器分类及结构管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备。应用最为广泛，在换热设备中占据主导地位。1、固定管板换热器 其由壳体、管束、封头、管板、折流挡板、接管等部件组成。两块管板分别焊于壳体的两端，管束两端固定在管板上。换热管束可做成单程、双程或多程。它适用于壳体与管子温差小的场合。优点：结构简单、紧凑。相同壳体直径内，排管数最多，旁路最少；管内清洗方便。缺点：壳程不能进行机械清洗；当换热管与壳体的温差较大（大于50）时产生温差应力，需在壳体上设置膨胀节。固定管板式换热器适用于壳方流体清洁且不易结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。2、浮头式换热器浮头式换热器适用于壳体和管束壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。结构特点是两端管板之一不与壳体固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，称为浮头。优点：不会产生温差应力；管束可从壳体内抽出，便于管内和管间的清洗。缺点：结构较复杂，造价高；易内漏，造成两种介质的混合。3、U形管式换热器结构特点是只有一个管板，换热管为 U 型，管子两端固定在同一管板上。优点：结构简单，只有一个管板，密封面少，运行可靠，造价低；清洗方便。缺点：管内清洗困难；由于管子需要有一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内层管间距大，壳程易短路；U 型管式换热器适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢，而管程介质清洁不易结垢以及高温、高压、腐蚀性强的场合。4、填料函式换热器浮头式换热器的一种改型结构，它把原置于壳程内部的浮头移至体外，用填料函来密封壳程内介质的外泄。优点：结构较浮头式换热器简单，造价低；管束可从壳体内抽出，管内、管间均能进行清洗，维修方便。缺点：填料函耐压不高，一般小于4.0MPa；壳程介质可能通过填料函外漏，对易燃、易爆、有毒和贵重的介质不适用。填料函式换热器适用于管、壳壁温差较大或介质易结垢，需经常清理且压力不高的场合。5、 高压螺纹锁紧环式换热器管箱同壳程介质共用一个壳体，壳程侧顶端为封头，管箱端部用螺纹承压环旋入，就像一个大的丝堵旋入管箱内。管箱与壳程筒体焊接为一个整体。最大特点就是该换热器把管箱侧承受的巨大的压力传递到了螺纹锁紧环上，而压紧螺栓只要提供垫片密封所需要的压紧力。一旦发生泄漏只要调节压紧螺栓就可以压紧垫片。1 压盖； 2 内压紧螺栓；3 外压紧螺栓；4 螺纹锁紧环；5 压环；6 卡环；7 管程内套筒；8 盘根； 9 管板；10 筒节2；11 管束；12 密封盘；13 波齿复合垫片；14 筒节1 1） 内密封垫片：主要起到了隔离壳程与管程介质的作用，因为管程侧和壳程侧都为高压而且压差较小。所以使密封面上所受的合力较小。2） 管板：由于该管板使用了压差设计，设计压力只有3.5Mpa。使得管板的厚度大大减薄，既减少了材料又控制了换热器的整体体积。3） 卡环和压环：卡环和压环都起到了传递内压螺栓力的作用，在安装和壳程试压时卡环还可以通过其配对螺栓对管板进行预压紧。4） 管程内套筒：起到了传递内压紧螺栓的作用，压紧管板，达到了内密封圈压紧力的要求。5） 外密封垫片：用来密封管程内介质与外界环境的垫片，该垫片的压紧力由外压紧螺栓来提供。该压紧螺栓只需提供保证密封面不发生泄漏的压紧力，而不同与普通的换热器螺栓还要提供抵消介质对封头的巨大的压力作用。6） 螺纹缩紧环和压盖：螺纹缩紧环和压盖共同起到了一个封头的作用，只不过不是采用焊接而是采用螺纹连接的形式和筒节连接。螺纹锁紧环通过螺纹的压紧力，不仅承受管程内部介质的压力还有内压杆穿过来的管板对内压杆的反作用力。第二节 管壳式换热器结构设计一、 管箱结构1、 平盖管箱和封头管箱平盖管箱：用于管程经常清洗的场合；但是增加了一个法兰泄漏点。封头管箱：多用于操作压力高、直径较大且管束无需经常清洗场合。管箱上开孔一般进行整体加厚补强，而不采用补强圈补强。2、 分程隔板1）分程隔板最小厚度：DN600 碳素钢及低合金钢 8；高合金钢 6。DN600-1200 碳素钢及低合金钢10；高合金钢 9。2）当分隔板的厚度大于10mm时，其密封面处应削薄至10mm，削边长度最小20mm。3）多程管箱隔板的每块水平隔板上应开设一6mm的泪孔。分程隔板的两侧应施以连续满焊。3、 管程布置1）分程隔板的形状最简单；2）密封槽长度尽可能短；3）相邻管程间温差尽可能小，最大不超28度；4）每程的管子数量大致相当，不应超过10%；5）应排列较多的换热管。