设备知识汇编

1、第一章 塔类设备第二章 冷换设备第三章 废热锅炉第四章 空气冷却器第五章 空气预热器第六章 法兰、垫片和紧固件第一章 塔类设备塔器是用于气相液相与液相液相间传质、传热的设备，它广泛应用于石油化工中的蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作。在炼油装置，它是完成炼油加工过程的主要场所，型式种类繁多，用途广泛，外形庞大，是炼油厂的关键设备。1、塔的分类及性能指标1.1 分类(1) 按用途及在工艺过程中的作用可分为：分馏塔、吸收塔、解吸塔、水洗塔、稳定塔、抽提塔和干燥塔等。(2) 按结构形式分：板式塔、填料塔。(3) 按操作压力分：常压塔、减压塔、高压塔。1.2 塔设备的性能指标塔设备除了满足特定的化

2、工工艺条件（如温度、压力及耐腐蚀）外，评估塔设备基本性能指标主要包括以下几个方面：(1) 生产能力：即单位塔截面上单位时间的物料处理量。(2) 分离效率：对板式塔指每层塔板所达到的分离程度，对填料塔指单位高填料所达到的分离程度。(3) 适应能力及操作弹性：指对各物料性质的适应性以及在负荷波动时维持操作稳定性而保持较高分离效率的能力。(4) 流体阻力：即气相通过单层塔板或单位填料层的压强降。除以上几项外，塔的造价高低、安装、维修的难易以及长期运转的可靠性等因素，也是必须考虑的实际问题。2、板式塔介绍板式塔中，塔内装有一定数量的塔板，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔板上液层，使两相密切接触，进

3、行传质，两相组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。它的结构主要包括：塔体、头盖、支座、塔板、接管、人孔、进料及抽出口、破沫板以及保温层。2.1基本概念（1）塔板开孔率是指塔板上开孔总面积与塔截面积之比，是影响塔操作的重要因素。在塔的气液相负荷一定时，开孔率过大，会造成漏液；开孔率过小，会造成严重雾沫夹带。（2）塔板效率它是衡量板式塔每层塔板上传质平均效果的一个尺度。最通用的板效率，是指经过实际塔板的组成变化值和经过理论塔板的组成变化值之比。 （3）雾沫夹带此种现象发生原因是由于流经塔板的汽相负荷过大引起的。当气体流量超过允许值时，离开塔板的气体夹带着泡沫或小液滴，由于气体速度过快，小液滴来不及沉降就带到

4、上层塔板，这就是雾沫夹带，这种现象降低了塔板的效率。（4）气泡夹带这种现象的发生是由于通过降液管的回流液体负荷过大而引起的。液体是横流过塔，与气体充分接触后，出降液管流到下一层塔板，液体流入到降液管时，常常带有大量的气泡，它在管中应有足够的停留时间以便沉降，使泡沫分离成气体与清液，气体上升回到上层塔板。如果液相负荷增加，液体在降液管中的流速随之增加，那么液体在液管中的停留时间缩短。如果这个停留时间短到一定程度，使液体带着的气泡来不及分离带到下层塔板，就会降低吸收或解吸效果。（5）漏塔这种现象发生是由于塔板上的汽相负荷过小而引起的。当处理量太小时，塔内气速很低，大量液体由于重力作用，便从阀孔漏下

5、，这种情况称为漏塔。由于液体没有和塔板上气体充分接触就漏到下层塔板，漏塔降低了塔板效率。（6）淹塔这种现象的发生是由于塔内液、汽相负荷过大而引起的。由于汽液负荷过大，液体充满了整个降液管，而使上下塔板液体连成一体，吸收或单板效果完全遭到破坏，这就是“淹塔”现象。2.2塔板的种类及结构（1）常用塔板有：浮阀塔板、圆形泡帽塔板、S型塔板、浮动喷射塔板、筛孔塔板、网孔塔板等。（2）塔板结构包括四个基本部分：每块塔板上有特别的开孔，可供下层气体从中穿过。每块塔板上有一定高度的溢流堰，以保证塔板上有足够厚的液层。每块塔板上有降液管，供塔板上的液体流向下一层，降液管有圆形和弓形两种。塔板有足够的面积和特殊

6、结构，供汽、液相充分接触，以完成质和热的交换。2.3几种塔板的优缺点及用途塔 板 型 式结 构优 点缺 点用 途泡罩型圆形泡罩复杂1、在宽的负荷范围内可稳定操作；2、弹性好。1、费用高2、板间距大3、压力降较大适用于广泛范围，板数少的更有利。S形泡罩塔板稍简单简化了泡罩形式，性能同上同 上同 上浮阀型条形浮阀简单1、在宽的负荷范围内效率不降低；2、最高负荷的效率也比泡罩塔高；3、费用较便宜；4、雾沫夹带少；5、液面落差小。没有特别缺点适用于一切范围重盘式浮阀简单、复杂的都有T型浮阀简单穿流型筛板(溢流式)简单1、 最高负荷效率高；2、 费用最低；3、 压力降小。1、稳定操作范围窄；2、易堵物料

7、不适用；3、容易发生液体泄漏。适合于处理量变动少且不析出固体物料的系统波纹筛板简单1、 比筛板压力降稍高，但具有同样的优点；2、 气液分布好。栅 板简单1、 处理能力大；2、 压力降小；3、 费用便宜。1、 塔板效率低；2、 处理量小时，效率剧烈下降。适合于粗蒸馏 从上可知浮阀塔板在操作弹性、效率方面比较优越，应用较广。2.4浮阀塔板浮阀塔板是最常用的塔板（图1是典型浮阀塔板），它在塔板上开许多方形或圆形孔，每一孔上都带有一个阀片，气体通过阀孔将阀片向上顶起，水平方向射出，在通过液层时，汽液两相成泡沫状态进行传热、传质过程。由于阀片开度可以随气速而变，低气速时阀片在重力作用下可自动关小，减少了

8、泄漏。所以它具有效率高、弹性大的优点；而且结构简单、造价较低，处理能力高。 图1缺点：阀片只能用不锈钢制造，并且操作中浮阀容易卡住、绣住或粘住，不能自由开启，塔板检修时必须对锈死浮阀进行更换。目前炼油厂应用较广泛浮阀的是F1型浮阀和船形浮阀，如图2：这是F1型浮阀常用浮阀型号。F1V C 32型浮阀单重(克)表示阀的材质 B表示1Cr13， C表示Cr18Ni9Ti表示三爪结构 图2 F1型浮阀 图3 船形浮阀2.5板式塔操作常见故障分析与处理塔板操作故障引起的原因与多方面因素有关，如工艺操作条件、系统物性、塔设备本身等，有时是单独作用，有时是综合作用。下面仅对板式塔设备本身故障进行分析：现

9、象故 障 原 因处 理 方 法达不到设计能力，提量后效率下降，产品质量1、 降液管尺寸太小，或降液管下端距受液盘间距过小，液体充满降液管；2、 设计阀个数过小，开孔率低，塔板压降过大。1、 过打降液管面积，或改大降液管下端间隙，使液体流场；2、 增加塔板布阀个数。开工后塔板效率低，侧线产品有的重，有的轻，收率有的少，有的多。部分塔板被吹翻，可能是连接件安装不牢，也可能是吹扫蒸汽含水，进入塔内震动将塔板击翻。1、 重新正确安装塔板连接件；2、 严格将吹扫蒸汽脱水干净后用。生产一段时间后，效率下降，侧线产品有的重，有的轻，收率有的少，有的多。且伴有全塔压降减小1、 塔板被严重腐蚀烂掉；2、 塔板上

10、浮阀大面积脱落，可能被腐蚀，可能安装不好。1、 更换为耐腐蚀的塔板及浮阀；2、 严格按质量要求安装浮阀。生产一段时间后，产品质量下降，颜色发黑1、 破沫网严重腐蚀烂掉，雾沫夹带严重，影响产品色度增加；2、 破沫网结焦、堵塞，造成二次夹带严重，影响产品色度。1、 更换耐腐蚀材质的破沫网；2、 更换更大开孔率的破沫网。3、 填料塔介绍填料塔中，塔内装有一定高度的填料。液体自塔顶沿填料表面向下流动，作为连续相的气体自塔底向上流动，与液体进行逆流传质，两相的组分浓度沿塔高呈连续变化。填料塔具有结构简单、压力降小的特点，在处理容易产生泡沫的物料以及用于真空操作时，有其独特的优越性。它的主体传质介质就是填

11、料，还有填料支撑板、床层限位器、液体分布器、液体收集器及再分配装置等辅助内件，它们构成了完整的填料塔，其作用是促进气液的均匀分布及良好接触，使填料塔发挥出最大的生产能力和最高的效率。填料可分为散装填料（颗粒填料）和规整填料两大类。3.1散堆填料该类填料具有一定外形结构的颗粒体，安装时以填料乱堆为主。随着生产发展，填料结构又很多改进，目前为止，各种填料有几百种之多。常用的填料有：金属鲍尔环填料、金属阶梯环填料、金属环矩鞍填料等。（1）金属鲍尔环填料见图4，它是在筒状环壁上开两层内伸舌片的窗口，5个舌片内弯指向环心，上下两层窗孔的位置错开，一般开孔面积占环壁总面积的30左右。金属鲍尔环的开发使环形

12、填料由实体型填料发展到开孔型填料阶段。 图4（2）金属阶梯环填料见图5，金属阶梯环填料是将鲍尔环填料的高度降低到直径的1/21/3,并且在填料的一个侧端增加了翻边。这些改进使气体绕填料外壁流过的路径大大缩短，从而减少了气体通过填料层的阻力。此外，翻边不但增加了填料环的机械强度，而且破坏了填料结构的轴对称性，使填料在堆积时由线接触变为点接触为主，这样增加了填料空隙，减少了气体穿越阻力，提高了传质效率。 图5（3）金属环矩鞍填料见图6，它综合了开孔环形填料与鞍形填料的结构特点，集圆环、环壁开孔、内审舌头及弧形通道于一体，既有开敞的结构，又有众多的接触点供液体汇集、分散，故该填料的压降低、通量大、传

13、质效率高。图63.2规整填料规整填料是由具有一定几何形状的元件，按均匀几何图形排列，整齐堆砌，具有规整气液通道的填料。在规整填料中，由于结构的均匀、规则、对称性，规定了气液流路，改善了沟流和整流现象。它与散装填料相比，在同等容积时可以提供更多的比表面积；而在相同比表面积时填料的空隙率更大。所以规整填料具有更大的通量、更小的压降、更高的传质、传热效率，分为以下几种类型规格。（1）格栅填料 图7见图7，它的单元构件是由2mm厚的条形钢板冲成许多定向舌片，上下两舌片翻转方向相反，两组舌片之间冲有联接爪。两单元构件间用联接抓点焊在一起，组成所需宽度。格栅填料是一种高能力、低压降填料 ，抗堵性能好，常用

14、于炼油厂减压蒸馏塔，可单独使用于洗涤段，也可于其它填料组成混合床层，用于传热段和传质段。此外，还可以用于催化裂化分馏塔的脱过热段，取代人字挡板。 （2）金属丝网波纹填料见图8，金属丝网波纹填料是由金属丝网制成的规整填料。丝网为4080目，不锈钢丝直径0.15mm左右。它具有很大的比表面积，由于丝网具有毛细作用，又使表面更易有效湿润，传质效率较高，尤其适合难分离物系及热敏性物系。但该填料忌堵塞、怕腐蚀、难清洗，使其的使用受到限制。 图8（3）金属板波纹填料金属板波纹填料是由金属薄板冲成波纹片，波纹片上冲小孔4mm，开孔率约占12.6。在塔内安装时，上下两盘板波纹填料旋转90叠放。单个波纹片见图9

15、，组合后的板波纹填料见图10。该填料中液体成膜状流下，并在上下两盘填料接触处进行再分配，气体则曲折穿过填料，通量大、阻力小、而且传质效率高。它在炼油工业的蒸馏塔、气体分馏塔、气体吸收塔应用中，都取得了很好的技术经济效果。 图9 图103.3填料塔内构件除了主体传质元件填料外，还有填料支撑板、床层限位器、液体分布器、液体收集器及再分配装置等辅助内件，它们构成了完整的填料塔，其作用是促进气液的均匀分布及良好接触，使填料塔发挥出最大生产能力和最高的效率。（1）填料支撑板对于填料支撑板除了要有足够的强度外，还要求具有足够大的自由面积；对气液的流动阻力小；有利于气液的再分配；安装拆卸方便。栅板型支撑板(

16、见图11)它由垂直板条组成，结构简单，制作方便，是小型塔中常用的散装填料支撑板。喷射式支撑板(见图12)它是目前最好的散装填料支撑装置，采用梁型气体喷射式结构。这种支撑板由一个个驼峰元件组成，波高300mm,宽290mm，随塔径不同，块数不同。气体从各驼峰上部孔中喷出，液体从下部的孔中流下，避免了气液从同一孔中逆流时增加阻力。 图11 图12（2）床层限位器 为了保证填料塔的正常稳定操作，防止在高气速或负荷突然波动时，填料层发生松动，甚至破坏、流失，在填料上层必须安装床层限位器，见图13。 图13（3）液体分布器液体分布器置于填料床层的上方，将液体均匀分布到填料表面上，形成液体初始分布。液体初

17、始分布的优劣对填料塔传质、传热性能影响很大。按结构形式可分为：管式、盘式、槽式、喷淋式等。槽式液体分布器综合性能较好，目前使用较广泛，见下图14，图15。 图14 全貌 图15 局部（4）集油箱炼油厂的许多分馏装置都有多个侧线抽出，因此在使用填料作为传质元件时，要设置集油箱，它用来收集该段填料层的液体，以供抽出，结构见图16。为便于集油箱液体的抽出，必须保证抽出口具有一定的液封高度，故多采用下凹的抽斗形式；另外，集油箱还兼有让气体让气体通过，能够均匀分布的作用，故要求气体通过的阻力降尽量小，开孔率应为塔截面积的3545左右，集油箱顶部都设有盖帽。图16 集油箱3.4 填料塔操作故障分析引起填料

18、塔故障原因很多，除了填料、塔内件外，还有工艺操作、系统物性、辅助设备等诸多原因，这里仅就塔内设备可能引起的故障进行分析，见下表。现 象故 障 原 因处 理 方 法塔的效率低，产品质量差，压降正常多为液体分布器不均匀所致：1、 设计水平差，液体超负荷2、 安装水平度差3、 分布器堵塞4、 分布器被介质腐蚀漏液1、 改善设计,增加或减少分布器开孔2、 重新安装，调整水平3、 清除堵塞4、 采用更耐腐蚀材质塔的效率低，塔压降液也低填料安装太松，或与塔壁间隙过大按要求进行安装填料压降过大，操作上限能力降低1、 填料安装太紧，变形较大2、 陶瓷填料破碎多1、 按要求进行。临时措施，降低负荷2、 清楚碎片

19、。临时措施，降低负荷多侧线填料塔，上一侧线产品收率低，下一侧线产品轻，收率高上一侧线集油箱不密封，向下漏油修复不密封处提前液泛，塔效率低2、 填料支撑板开孔率低3、 填料压板开孔率低1、 更换，采用高开孔率支撑板2、 更换，采用高开孔率压板操作一段时间后，压降增大，效率低填料被堵塞、结焦清理或更换填料一段时间后，压降忽高忽低，效率低填料被腐蚀更换耐腐蚀填料在操作一段时间后，产品质量下降，颜色发重1、 金属破沫网被腐蚀掉2、 破沫网被堵塞，形成二次夹带1、 更换耐腐蚀材质破沫网2、 更换空隙率高的破沫网4、 板式塔和填料塔的选择比较 对于填料塔和板式塔的选择，应根据生产工艺条件，如系统的物性、操

20、作条件、操作方式，以及技术经济性能等综合考虑，下面进行定性的对比。工 况 塔 型浮阀、筛板板式塔散装填料塔规整填料塔腐蚀性介质良优中易发泡介质差良优热敏性物料差良优高粘性物料中优良含固体颗粒物料优中良难分离或产品纯度要求高物料中良优气膜控制的吸收中良优液膜控制的吸收中优差真空精馏中良优常压精馏优中良高压精馏良中差液体负荷很高良中差液体负荷很低良中优液气比波动大优中差塔的直径小中优良塔的直径大优良优塔的换热多优中差节能操作差良优多进料多出料精馏优中中造价低稍高高第二章 冷换设备1 、常用换热器类型及特点炼油厂常用冷换设备主要是管壳式换热器，分类为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管式换热器，

21、它们是以使用温度、压力及两侧流动介质特征为选用依据。总的优点是结构简单、价廉、选材广、清洗方便，适应性强。但在传热效率、紧凑性。单位传热金属耗量等方面，不及其它类型换热器。1.1 固定式换热器(1) 结构及特点结构如图1所示，换热器的管端以焊接或胀接的方式固定在两块管板上，而管板则以焊接的方法与壳体相连。与其它型式的管壳式换热器相比，结构简单，当壳体直径相同时，可安排更多的管子，也便于分程，制造成本较低。由于不存在弯管部分，管内不易积聚污垢，即使产生污垢也便于清洗，但却无法在管外表面进行清洗，不适宜处理脏的或有腐蚀性的介质。最主要的缺点是：当壳体与管子的壁温或材料的线膨胀系数相差较大，在壳体与

22、管中将产生很大的温差应力。为了减少温差应力，可在壳体上设置膨胀节，利用膨胀节在外力作用下产生变形的能力来降低管束与壳体中的温差应力。(2) 型号分析固定板式换热器型号表示方法如下：例如:BEM8001.62736/19-2它表示的换热器为：封头管箱，壳程公称直径800mm的固定板式换热器, 管、壳程压力均为1.6MPa，换热面积273m2，普通级冷拔换热管，规格为6m、19的管子，2管程。 1.2 浮头式换热器(1) 结构及特点这种换热器结构如图2，它是目前炼油厂内使用最多的换热器。换热器中一块管板与壳体固定，另一块管板能自由移动，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

23、头部分有浮头管板，钩圈与浮头端盖组成，是可拆联接。因容易抽出管束，故管内、管外都能进行清洗，也便于检修。(2) 型号分析浮头式换热器型号表示方法如下： 例如:AES5001.6556/254I它表示的换热器的为：平盖管箱，壳程公称直径500mm的钩圈式浮头换热器, 管、壳程压力均为1.6MPa，换热面积55m2，较高级冷拔换热管，规格为6m、25的管子，4管程。 1.3 U形管式换热器(1) 结构及特点U形管式换热器的结构如图3。换热管被弯成U形，管的两端固定在同一管板上，省去了一块管板与一个管箱。因为管束与壳体是分离的，在受热膨胀时，彼此间不受约束，故消除了温差应力。其结构简单，造价便宜，管

24、束可以从壳体抽出，管外清洗方便，但管内清洗困难，故最好让不易结垢的物料从管内通过。当管子泄漏损坏时，只有管束外围处的U形管才便于更换，而且必须同时卸去两段直管。由于受弯管加工的影响，弯管的外侧管壁较薄，故承压能力较差。U形管的自振频率比与其展开长度相同的直管自振频率低，故在横向流中更容易激起振动，另外在管束的中央部分存在较大的空隙，对传热不利。(2) 型号分析U形管式换热器型号表示方法如下：例如:BIU8002.52456/19-4I它表示的换热器为：封头管箱，壳程公称直径800mm的U形管式换热器, 管、壳程压力均为2.5MPa，换热面积245m2， 较高级冷拔换热管，规格为6m、19的管子

25、，4管程。 2、 几种强化换热器换热器的传热过程是两种流体通过管束壁面进行热交换，可以通过管内强化和管外强化采取措施进行强化传热，以下对几种常用高效换热器进行介绍。2.1 折流杆换热器它是将管束的支撑由弓形板改为杆系支撑而得名，壳程流体也由错流变成顺流。因此壳程流体流动阻力大幅度下降，一般为弓形板的管束阻力的1/71/10。单弓板换热壳程阻力主要消耗在管束上，因此靠提高流速来强化传热受到压力降的限制，而折流杆支撑件的出现解决了这个问题。由于折流杆换热器壳程流体阻力较小，一般可将流速提高到弓形板的23倍，换热管外膜传热系数能提高1.5倍。2.2 双弓形板换热器双弓形板换热器与通常使用的单弓形板换

26、热器相比，仅在于折流板形状的不同，双弓形板由下面两种结构板组成。液体流动成错流流动，克服了单弓板换热器在流动中180转弯所造成的死区、阻力大、易震动等缺点。在相同的压力降下，双弓形板换热器壳程流体流速可提高1.5倍，而通过管束的阻力仅为单弓板的1/5左右，从而强化了传热。 图4 单弓形 图5 双弓形2.3 螺纹管换热器见图6，它是将普通换热管外壁轧制成螺纹状的翅片，用以增加外侧的传热面积。翅片部分的最大外径比管子的光端要小，而翅片根部要小的更多，因此在与光管相同的管间距下，净错流面积比光管显著增大；当管外流速一样时，壳程传热热阻因翅片表面的扩展缩小相应的倍数，可使总传热系数提高50。此外，螺纹

27、管抗垢抗腐蚀能力强于光管，它已成为普遍采用的高效传热设备。图 62.4波纹管换热器见图7，波纹管是一种双面强化传热的管型，内外壁被轧成环状波纹凸肋，其内壁能改变流体边界层的流动状态，外壁能增大传热表面和扰动，达到双面强化传热的目的，总传热系数能提高50。 图 73、 冷凝器冷凝器属于换热器中的一种，但不同于一般换热器。一般换热器是管程介质和壳程介质进行热量交换，而冷凝器却是利用管程中的水对壳程介质进行冷却。外形方面，大部分冷凝器同普通换热器一样，另有一部分塔顶油气冷凝器结构见图8。图84、 重沸器4.1重沸器作用及分类重沸器是蒸馏系统中不可缺少的传热设备，内部结构同固定板式换热器，其作用是使塔

28、釜液相部分汽化后再返回塔内，为传质传热过程提供所需要的能量。石油化工装置使用的重沸器形式主要有釜式、强制循环式及热虹吸式三种。(1) 釜式重沸器：它主要在加热介质较脏、清扫问题突出或管壳程之间的温差超过固定管板式换热器允许的条件下使用；但液体产品缓冲容积小、停留时间长、容易结垢、金属耗量大等缺点限制了其应用范围。(2) 强制循环式重沸器：它的设备费和操作费最高，且易产生泄露，仅在塔底液体粘度很高或受热易分解和产生严重结垢等特殊条件下使用。(3) 热虹吸式重沸器：目前，除了物料易结垢、粘度高，以及间歇蒸馏或间歇出料等条件下不宜使用外，在大多数工艺过程中，热虹吸式重沸器已成为广泛采用和首选的重沸器

29、类型。4.2 热虹吸式重沸器的选用 如图9，为热虹吸式重沸器外部结构，它内部结构同固定板式换热器，以安装方式分类，有立式和卧式之分，其性能比较见下表。 重 沸 器 型 式立 式卧 式工艺介质沸腾侧 管程壳程传热系数 较高较低平均温差要求小温差场合不宜使用小温差场合可以使用投资低高占地面积小大配管简单复杂每台重沸器传热面积较小较大每塔安装重沸器个数不超过3个台数不受限制裙座高度 高低维修与清洗困难容易受工艺介质粘度的限制 较大较小图 9从上表可以看出，立式热虹吸式重沸器具有传热系数高、结构紧凑、价格和安装费用低等优点，故在满足工艺要求的前提下，应优先考虑选用。但在下述条件下，其应用则受到限制。（

30、1）工艺介质结垢严重时不宜选用。因为其沸腾侧在管程，工艺介质易在管内结垢造成部分管道堵塞而发生“短路”，导致重沸器压力降增大，最终完全堵死而影响正常操作。由于配管和结构上的原因，其垂直管束不易拆卸，清洗和维修均较困难。（2）当工艺介质的粘度大于0.5 mPa-s，且汽化率不超过30%时，介质在垂直管内流动困难，也不宜选用立式热虹吸式重沸器。（3）当塔和重沸器的尺寸都较大时，一般不选用立式热虹吸式重沸器。因为对于直径小的塔来说，用于增加裙座高度的投资较少，选用立式热虹吸式是适宜的;但对于直径大的塔来说，增加裙座高度的投资和安装费就会成比例地增加，从而限制重沸器的管束长度，重沸器壳体将要设计成“矮

31、胖”型，甚至需要多台并联，其结果是增加设备费和安装费。因此，立式热虹吸式重沸器在不同的工艺过程中有着不同的使用范围。5 、冷换设备技术知识（1）U型管换热器的特点典型的U型管换热器只有一个管板，管子两端均固定在同一个管板上，U型管换热器具有双管程和浮头式换热器的特点，每根U型管均可自由膨胀而不受别的管子和壳体的约束，具有弹性大、热补偿性能好，管程流速高，传热性能好，承压能力强，结构紧凑，不易泄漏，以及管束可抽出便于安装检修和清洗等优点；但其缺点有：制作较困难，管程流阻较大，管内清洗不便，中心部位管子不易更换，最内层管子弯曲半径不能太小而阻止了管板上排列的管子数目。（2）管壳式换热器管程数是如何

32、确定工业实用中的换热方式既非纯逆流，有非顺流，属于折流或交错流方式。采用多管程的目的是使流体在管内依次往返多次，提高了管内流体的流速，从而增大管内膜传热系数，有助于换热强化。若多管程与多壳程配合可使流动更接近于逆流换热。但是随着管程数增多，流体阻力增大，平均温差降低，还因隔板占去部分排管面积，减少了传热面积。因此程数不易过多，一般以2，4，6程最为常见。（3）换热介质走管程还是走壳程是如何确定在选择管壳程介质时，应抓住主要矛盾，以确定某些介质最好走管程或者最好走壳程。应按介质性质、温度或压力，允许压力降、结垢以及提高传热系数等条件综合考虑。 有腐蚀、有毒性、温度或压力很高的介质，还有很易结垢的

33、介质均应走管程，其理由分别为：有腐蚀性介质走壳程、管程材质均会遭受腐蚀，因此一般腐蚀的介质走管程可以降低对壳程材质的要求；有毒介质走管程的泄漏机会较少；温度、压力高走管程可降低对壳程材质的要求，结垢在管程容易清扫。 眼于提高总传热系数和最充分的利用压降。流体在壳程流道截面和方向都在不断变化且可设置折流板，容易达到湍流，Re100即达湍流，而管程Re100才是湍流，因而把粘度高或流量小，即较低的流体选在壳程，反之，如果在管程能达到湍流条件，则安排它走管程就比较合理。从压力降的角度来选择，也是小的走壳程有利。 两侧膜传热系数大小来定，如相差很大，可将膜传热系数小的走壳程，以便采用管外强化传热设施，

34、如螺纹管或翅片管。（4）折流板的作用为达到逆流换热，除管程采用多管程外，壳程多用折流板来配合趋向于逆流换热，以提高传热系数,下面给出两种折流板型式：单弓形和双弓形，见图10。折流板间距与换热器用途、壳程流体的流量、粘度压降有关，最小间距为 D /5(D为壳体直径)或50mm，最大间距不超过D，因为板间距太小不利于制造维修，流阻也大；板间距过大则接近于纵向流动，传热效果差。经验表明最佳板间距为D/3，一般参考上述原则从下面选用板间距B:100mm,150mm,200mm,300mm,450mm,600mm,800mm,1000mm,值得注意的是，检修更换换热器 图 10芯子时，折流板的挡板间距不

35、得随意更换，以免影响传热效果。 （5）换热器管束的排列方式管束中管子有四种排列方式：a、 表示等边三角形；b、 b、表示正方形；c、 表示正方形错列（转角45）；d、 表示圆形排列。图11是排列图形： 图11第三章 废热锅炉1、 废热锅炉定义石油化工工艺过程中，一方面需要大量热能来加热物料，另一方面许多热物料又要被冷却或通过换热回收部分能量，对温位较高的热流发生一些蒸汽可有效降低装置能耗。通常把高温位工艺气体、排放气废热为原料发生蒸汽的设备称为废热锅炉或余热锅炉；废热锅炉结构实际上是一特殊管壳换热器，带有汽包构成水的循环系统。2、相关概念(1) 蒸发: 在液体表面进行的化学过程,称为蒸发。(2

36、) 沸腾:当向液体传入热量时,液体温度升高,同时蒸发的强度增大,在一定的温度下,汽化开始在液体的全部质量中发生,此温度随液体的性质和作用在液体上的压力而定,这种液体内部发生气泡的剧烈汽化过程称为沸腾。(3) 凝结:从蒸汽放出热量,蒸汽变为液体的过程叫做凝结过程,凝结是汽化的逆过程,在一定的温度下,压力下发生,凝结生产的液体称为凝结液。(4) 饱和蒸汽：单位时间内逸出液面与回到液体的分子数相等.蒸汽与液体的数量保持不变,气、液两态达到平衡,这种状态称为饱和状态这时蒸汽和液体的压力称为饱和压力,而他们的温度称为饱和温度,对应一定的饱和压力有一定的饱和温度,饱和蒸汽是蒸汽与液体处于平衡状态中的蒸汽。

37、(5) 过热蒸汽：蒸汽的温度高于其压力所对应的饱和温度时,此蒸汽称为过热蒸汽,在空压下向干蒸汽加热便可以得到过热蒸汽,过热蒸汽的温度和其压力所对应的饱和温度之差称为“过热度”,气轮机的工质为过热蒸汽。3 、废热锅炉技术知识(1) 废热锅炉产生蒸汽过程蒸汽发生器组一般是由水预热器、汽包、蒸汽发生器、上升管、下降管、采样器及蒸汽过热器等组成。典型流程如下：脱氧水先与较低温度的热流换热，被加热到一定温度后进入汽包称为给水。汽包与数台重沸器和若干上升管、下降管组成水循环系统。汽包安装在重沸器上方一定高度，汽包内保持一定的液位，在上升管与下降管中工质重度差，汽包内的水经下降管进入蒸汽发生器，并与工艺热流

38、进行换热，换热后的水受热部分蒸发，形成汽水混合物，经上升管又回到汽包内。在饱和温度下，汽在汽包蒸发面上逸出，经过汽水分离装置除去液滴，在汽包顶部排出饱和蒸汽。饱和蒸汽与较高温度热流过热后进入系统管网。水经下流管不断地进入蒸汽发生器与工艺介质换热获取热量，汽水混合物不断地经上升管进入汽包，如此循环流动形成自然循环，汽在蒸发面上逸出，给水不断补充，保持汽包一定的水位，蒸汽源源不断地产生。(2) 汽包内的水是怎样形成自然循环水自然循环的形成是由于：水在蒸汽发生器内受热达到饱和温度时产生了汽泡，并沿上升管上升，汽泡逐渐变大，上升速度加快，上升管汽水混合物重度较下降管的水小，两者重度差产生了推动力，迫使

39、工质在上升管中作向上流动，在下降管中向下流动，从而产生了水的循环。当上升管产生水停滞、倒流、汽水分层以及下降管带汽时，水循环便被破坏。水循环原理如图1：图1(3) 水汽走管程的原因 汽水混合物在水平管中流动时，由于汽水重度不同，水倾向于在下面流，汽倾向于在上部流，严重时汽水分开形成清晰界面，而出现汽、水分层现象，使管壁上部温度高于下部温度，产生温差热应力，同时汽侧水膜破坏或沉积大量盐分降低传热效率。因此，为防止这种现象发生，一般蒸汽发生器采用列管式换热器时，使水气相走壳程，热流介质走管程，并且不用折流板结构、支撑结构，尽量避免蒸汽死区。(4) 汽包的作用汽包一般为卧式压力容器，内部设有进汽挡板

40、，水下孔板、破沫网和排污装置，是蒸汽发生器的重要设备，1、 汽包与下降管、上升管连接组成水循环系统，并不断接受给水和送出饱和蒸汽，是加热、蒸发、过热三过程的枢纽。2、 汽包中存有一定水量，有一定的蓄热能力，当工艺热流负荷波动时，可减缓汽压变化速度。3、 汽包中装有压力表、水位计、安全阀，用以控制蒸汽压力，监视水位，保证水循环正常运行。(5) 蒸汽发生器的排污蒸汽发生器给水含有一定的盐分，随着水不断地蒸发，残留下来的杂质污物越来越多，为保护炉水质量符合标准，必须排出一部分含盐浓度高的炉水。有两种排污方式，连续排污和定期排污。连续排污主要是从表面不断排出浓度大的炉水，降低炉水表面碱度、钠盐和悬浮物

41、等。定期排污主要是从底部排出沉淀物。第四章 空气冷却器1、 基本部件空气冷却器是以环境空气作为冷却介质横掠翅片管外，使管内高温工艺流体得到冷却或冷凝的设备。在炼油厂一般用作塔顶油气的冷凝，它的基本部件为：管束、轴流风机、构件，如图1：2、空冷器类型2.1空冷器分类(1) 按管束布置分为：水平式、立式、斜顶式等。(2) 按通风方式分为：鼓风式、引风式和自然通风式。(3) 按冷却方式分为：干式空冷、湿式空冷和干湿联合空冷。(4) 按风量控制分为：百叶窗调节、可变角调节式和电机调速式2.2 几种常用空冷器结构特点及应用场合空冷器类型类型结构形式适用场合优缺点水平式空冷器风机为鼓风式适用于任何场合优点

42、：结构简单，安装方便缺点：占地面积大，管内流动阻力较大水平式空冷器风机为引风式适用于任何场合优点：结构简单，安装方便缺点：占地面积大，管内流动阻力较大斜顶式空冷器适用于任何场合优点：管内热流体和管外空气分布较均匀，流动阻力小，占地面积小缺点：结构稍复杂喷淋蒸发湿空冷器适用于汽温较高且较干燥地区优点：喷头喷出的雾化水滴在管束表面形成水膜，管束换热能力大幅度提高缺点：喷头易堵塞表面蒸发空冷器利用管外水膜带走热量，应用较广优点：结构紧凑，效率高缺点：管壁温度处于露点时，易产生露点腐蚀2.3 翅片管类型翅片管型式很多，常用有以下几种形式：L形翅片管、LL形翅片管、KLM形翅片管、镶嵌式翅片管、双金属轧

43、片管、I形绕片管、椭圆翅片管。下面图2、图3是应用最广泛L形翅片管。 图 2 图32.4 风机形式代号表代号风量调节方式代号风量调节方式代号风机传动方式TF停机手动调角风机RR型玻璃钢叶片VV带传动BF不停机手动调角风机BB型玻璃钢叶片C齿轮减速器传动ZFJ自动调角风机L铸铝叶片Z电动机传动ZFS自动调速风机wW型玻璃钢叶片3 、空冷器型号表示方法 3.1 空冷器型号表示方法 例如下式： GJP表示水平式管束；9m1m一片，9m2m一片；自调风机直径2400mm/1台，不停机手动调风机直径2400mm/2台；开式GJP水平式构架9m3m；手动调节百叶窗9m3m一片。3.2 管束型号表示方法例如

44、：X4.53-4-63.6-16S-23.4/L-IaX表示斜顶式管束；长4.5m；宽3m；4排管；基管换热面积63.6m2 ；设计压力1.6Mpa,丝堵式管箱；翅化比23.4/L形翅片管,I管程;光滑面密封面平焊法兰。 3.3 风机型号表示方法 例如： G表示鼓风式， TF表示停机手调角，叶轮直径为3.6m,叶片形式为B ，4叶片， Vs悬挂式电机轴朝上的三角带传动；电机功率为17KW。第五章 空气预热器1 、空气预热器简介(1) 在炼油装置，一方面加热炉要产生大量烟气，另一方面进炉空气温度低，需要预热。空气预热器的主要作用就是是回收利用烟气余热,减少排烟带出的热损失,加热冷空气，减少加热炉

45、的燃料消耗,同时,空气预热器的采用,还有助于实行风量控制自动控制,使加热炉在合适的空气过剩系数范围内运行,减少排烟量,相应地减少排烟损失和对大气的污染,由于采用空气预热器需强制通风,整个燃烧器封闭在风壳内,因而燃烧噪音也减少,同时也有利于高速湍流燃烧的高效新型燃烧器的采用,使炉内传热更趋于均匀。(2) 常用的空气预热器形式有：“冷进料”、热油预热空气、管束式、回转蓄热式(再生式)、热管式。“冷进料”和热油预热空气系统是一种不同于一般直接用烟气预热系统,它是将装置中的低温物料(原油)进入加热炉对流室、降低排烟温度,并且将常压塔侧线馏分油作为预热炉用空气的热源,这是把回收加热炉烟气余热与装置换热流

46、程结合起来,提高加热炉热效率和装置热回收率的一种新办法。管束式空气预热器结构较为简单,使用较广,但是空气入口处的低温部位管子容易受露点腐蚀,因此有的炼厂在这些部位已采用硅硼玻璃管进行防腐,但是玻璃管易碎,对安装、检修要求较高,所以未能够达到广泛应用.回转蓄热式空气预热器耐腐蚀性能较好,但因有转动部分,容易损坏,密闭性差、漏风量大,造价较高,在国内采用不多.热管式空气预热器是近年来应用最广泛的空气预热器，下面作详细讲解。2 、热管式空气预热器热管式空气预热器最主要的构件就是热管，下面对热管和预热器的特点进行分析。2.1 热管热管是一种良好的传热元件，它由简单的密闭金属管体、密封结构、工质三部分组

47、成。热管本身既不能发热，也不能冷却，更不能储藏热量，但在管内真空状态下，充入管内的工质极易蒸发汽化。靠着液体的蒸发，蒸汽的流动、蒸汽的冷凝和回流的重复过程，进行热量的转移，工质是热的连接载体之一，其工作原理如图1 散 热 吸 热 冷凝段 工质 蒸发段图 1在炼油厂加热炉余热回收系统中采用的热管绝大部分是钢水热管（部分为钢萘热管），用水作为工质。水具有潜热大、热性能好、安全稳定、经济等特点，其适用范围一般为20320,通过对工质增加添加剂、吸液芯等方面的改进，受热段介质温度可高达350左右。2.2 热管式空气预热器的特点热管式空气预热器可分为静态式、回转式、移动式热管预热器。在炼油厂管式加热炉余

48、热回收系统中，选用的热管式空气预热器全是静态式热管预热器，它是典型的经济型热交换器，其结构见图2它的特点有： 图 2(1) 制造、安装方便在设计上多采用管箱式结构，蒸发段和冷凝段由中间设置的管板隔开，中间管板起着防止两种气体混合（漏气），同时也起着固定和支撑热管的作用。热管管体外部装有翅片，加大了传热面积。由于热管传热效率高，热管预热器一般体积和重量较其它型式的预热器小，适合在工厂整体制造。热管、管箱和中间管板属非固定连接，因此管箱和热管可以分开运输，这大大节省了运输费用；另外它的现场安装十分简便，可先将管箱与冷、热介质管道连接，装置开工前再将热管安装好，这样可避免热管本身受到损坏而影响整个余热回收系统的正常运转。(2) 易于操作使用热管本身依靠热段的工质蒸发，使之携带热量向上移动；在冷端工质释放出潜热而被冷凝，冷凝液依靠自身的重力向下移动，返回到热端，从而实现自身循环，达到传热目的。冷、热两端的介质用通风机和引风机牵引流动，以达到换热和余热回收的目的，因此易于操作管理，并稳定可靠。另外，进入预