《化工设备操作与维护》课件-模块四 认识和操作换热器

化工设备操作与维护模块四认识和操作换热器任务4-1认识换热器任务目标01能够了解换热器的基本分类及运行原理。02能够掌握固定管板式和浮头式换热器的基本结构，以及各结构的作用。目录/CONTENTS1换热器的概念和分类2主要换热器的基本结构和原理一、换热器的概念

和分类在工业生产中，要实现热量的交换，需采用一定的设备，此种交换热量的设备统称为换热器。任务4-1认识换热器0101PART1.换热器的概念在现代石油化工企业中在工业生产中，要实现热量的交换，需采用一定的设备，此种交换热量的设备统称为换热器。换热器广泛应用领域石油化工轻工机械冶金交通制药换热器投资约占装置建设总投资的30%～40%在合成氨厂中换热器约占全部设备总台数的40%2.换热器的分类蓄热式（回流式）换热器按作用原理分类间壁式（表面式或间接式）换热器直接接触式（混合式）换热器中间载热体式换热器2.换热器的分类特殊形式换热器按结构和材料分类管式换热器板式换热器2.换热器的分类蒸发器按用途分类加热器过热器再沸器预热器冷却器冷凝器2.换热器的分类按所用材料分类非金属材料换热器金属材料换热器二、主要换热器的基

本结构和原理管式换热器/板式换热器/热管换热器0202PART任务4-1认识换热器1.管式换热器（1）管壳式（列管式）换热器的基本结构和原理1—折流挡板；2—管束；3—壳体；4—封头；5—接管；6—管板（b）基本结构（a）外观图4-1-2固定管板式换热器①固定管板式换热器它由壳体、管束、封头、管板、折流挡板、接管等部件组成构成1.管式换热器（1）管壳式（列管式）换热器的基本结构和原理图4-1-2固定管板式换热器结构特点两块管板分别焊于壳体的两端，管束两端固定在管板上。1—折流挡板；2—管束；3—壳体；4—封头；5—接管；6—管板①固定管板式换热器换热管内的通道及与其两端相贯通处称为管程；换热管外的通道及与其相贯通处称为壳程。整个换热器分为两部分：冷、热流体分别在管程和壳程中连续流动流经管程的流体称为管（管程）流体流经壳程的流体称为壳（壳程）流体1.管式换热器（1）管壳式（列管式）换热器的基本结构和原理①固定管板式换热器图4-1-2固定管板式换热器1—折流挡板；2—管束；3—壳体；4—封头；5—接管；6—管板在相同的壳体直径内，排管数最多，旁路最少；每根换热管都可以进行更换，且管内清洗方便。优点结构简单、紧凑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，因而壳程压力受膨胀节强度的限制不能太高。缺点壳程不能进行机械清洗1.管式换热器（1）管壳式（列管式）换热器的基本结构和原理①固定管板式换热器图4-1-2固定管板式换热器1—折流挡板；2—管束；3—壳体；4—封头；5—接管；6—管板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。适用场合1.管式换热器（1）管壳式（列管式）换热器的基本结构和原理（b）基本结构（a）外观图4-1-2浮头式换热器1—壳盖；2—固定管板；3—隔板；4—浮头钩圈法兰；5—浮动管板；6—浮头盖②浮头式换热器结构特点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，该端称为浮头。1.管式换热器（1）管壳式（列管式）换热器的基本结构和原理②浮头式换热器图4-1-2浮头式换热器1—壳盖；2—固定管板；3—隔板；4—浮头钩圈法兰；5—浮动管板；6—浮头盖当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，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。优点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板之间若密封不严，易发生内漏，造成两种介质的混合。缺点1.管式换热器（1）管壳式（列管式）换热器的基本结构和原理②浮头式换热器图4-1-2浮头式换热器1—壳盖；2—固定管板；3—隔板；4—浮头钩圈法兰；5—浮动管板；6—浮头盖适用于壳体和管束壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。适用场合1.管式换热器（1）管壳式（列管式）换热器的基本结构和原理③U形管式换热器结构特点是只有一个管板，换热管为U形，管子两端固定在同一管板上。管束可以自由伸缩，当壳体与U形换热管有温差时，不会产生温差应力。图4-1-2浮头式换热器（b）基本结构（a）外观1.管式换热器（1）管壳式（列管式）换热器的基本结构和原理③U形管式换热器图4-1-2浮头式换热器是结构简单，只有一个管板，密封面少，运行可靠，造价低；管束可以抽出，管间清洗方便。优点管内清洗比较困难；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；内层管子坏了不能更换，因而报废率较高。缺点1.管式换热器（1）管壳式（列管式）换热器的基本结构和原理③U形管式换热器图4-1-2浮头式换热器U形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。适用场合1.管式换热器（1）管壳式（列管式）换热器的基本结构和原理④填料函式换热器（a）外观图4-1-4填料函式换热器（b）基本结构

1—活动管板；2—填料压盖；3—填料；4—填料函；5—纵向板结构特点管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。填料函耐压不高，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。缺点1.管式换热器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。（1）管壳式（列管式）换热器的基本结构和原理④填料函式换热器图4-1-4填料函式换热器

1—活动管板；2—填料压盖；3—填料；4—填料函；5—纵向板结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，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。优点1.管式换热器（1）管壳式（列管式）换热器的基本结构和原理④填料函式换热器图4-1-4填料函式换热器

1—活动管板；2—填料压盖；3—填料；4—填料函；5—纵向板适用于管、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。适用场合1.管式换热器（1）管壳式（列管式）换热器的基本结构和原理图4-1-5釜式换热器结构特点在壳体上部设置适当的蒸发空间，同时兼有蒸汽室的作用。管束类型U形管式固定管板式浮头式⑤釜式换热器1.管式换热器（1）管壳式（列管式）换热器的基本结构和原理图4-1-5釜式换热器⑤釜式换热器清洗维修方便，可处理不清洁、易结垢的介质，并能承受高温、高压。优点1.管式换热器（1）管壳式（列管式）换热器的基本结构和原理图4-1-5釜式换热器⑤釜式换热器适用于液-汽式换热，可作为最简结构的废热锅炉。适用场合1.管式换热器（1）管壳式（列管式）换热器的基本结构和原理固定管板式换热器浮头式换热器填料函式换热器釜式换热器

U形管式换热器插管式换热器滑动管板式换热器管壳式换热器类型类型是管式换热器中结构最简单、操作最方便的一种换热设备。1.管式换热器（2）蛇管式换热器沉浸式喷淋式按照换热方式不同分类1.管式换热器（2）蛇管式换热器①沉浸式蛇管换热器图4-1-6沉浸式蛇管换热器1—壳体2—蛇管结构其多以金属管弯绕而成，制成适应容器的形状，沉浸在容器内的液体中。原理它是将蛇管置于装有需加热或需冷却的介质的容器中，一般管内通入蒸汽、热水和冷却液，通过管壁与容器中的介质传热。1.管式换热器（2）蛇管式换热器①沉浸式蛇管换热器图4-1-6沉浸式蛇管换热器1—壳体2—蛇管常用作高压流体的冷却和反应器的传热构件蛇管应用结构简单形状可与容器形状相配蛇管能承受高压蛇管传热效率低结构笨重优点缺点1.管式换热器（2）蛇管式换热器①沉浸式蛇管换热器图4-1-7蛇管的形状优点结构简单、价格低廉、便于防腐蚀、能承受高压1.管式换热器（2）蛇管式换热器①沉浸式蛇管换热器图4-1-6沉浸式蛇管换热器1—壳体2—蛇管缺点由于容器的体积较蛇管的体积大得多，管外流体的传热膜系数较小，故常需加搅拌装置，以提高其传热效率。1.管式换热器（2）蛇管式换热器②喷淋式蛇管换热器图4-1-8喷淋式蛇管换热器多用于冷却管内的热流体。固定在支架上的蛇管排列在同一垂直面上，热流体自下部的管进入，由上部的管流出。冷却水由管上方的喷淋装置中均匀地喷洒在上层蛇管上，并沿着管外表面淋漓而下，降至下层蛇管表面，最后收集在排管的底盘中。原理1.管式换热器（2）蛇管式换热器②喷淋式蛇管换热器图4-1-8喷淋式蛇管换热器喷淋式蛇管换热器具有检修清理方便，传热效果好等优点。优点体积庞大，占地面积大；冷却水消耗量较大，喷淋不易均匀。缺点通常放在室外空气流通处，冷却水在空气中汽化时，可带走部分热量，以提高冷却效果。安装位置1.管式换热器（2）蛇管式换热器②喷淋式蛇管换热器图4-1-8喷淋式蛇管换热器应用蛇管换热器因其结构简单、操作方便、常被用于制冷装置和小型制冷机组中。2.板式换热器图4-1-9板式换热器两相邻板片的边缘衬有垫片，压紧后板间形成密封的流体通道，且可用垫片的厚度调节通道的大小。每块板的四个角上，各开一个圆孔，其中有两个圆孔和板面上的流道相通，另两个圆孔则不相通。它们的位置在相邻板上是错开的，以分别形成两流体的通道。冷、热流体交替地在板片两侧流动，通过金属板片进行换热。结构和原理简称板式换热器，它是由一组长方形的薄金属板平行排列，夹紧组装于支架上面构成。平板式换热器2.板式换热器图4-1-9板式换热器图4-1-10板式换热器的流体路径简称板式换热器，它是由一组长方形的薄金属板平行排列，夹紧组装于支架上面构成。平板式换热器2.板式换热器图4-1-9板式换热器结构紧凑，单位体积设备所提供的换热面积大；组装灵活，可根据需要增减板数以调节传热面积；板面波纹使截面变化复杂，流体的扰动作用增强，具有较高的传热效率；拆装方便，有利于维修和清洗。优点处理量小；操作压力和温度受密封垫片材料性能限制而不宜过高。缺点简称板式换热器，它是由一组长方形的薄金属板平行排列，夹紧组装于支架上面构成。平板式换热器简称板式换热器，它是由一组长方形的薄金属板平行排列，夹紧组装于支架上面构成。2.板式换热器平板式换热器图4-1-9板式换热器板式换热器适用于经常需要清洗、工作环境要求十分紧凑，工作压力在2.5MPa以下，温度在-35～200℃的场合。缺点3.热管换热器以热管为传热单元的热管换热器是一种新型高效换热器，它是由壳体、热管和隔板组成的。热管作为主要的传热元件，是一种具有高导热性能的传热装置。平板式换热器图4-1-11热管换热器将壳体抽真空后充入适量的工作液，密闭壳休便构成一只热管。当热源对其一端供热时，工作液白热源吸收热量而蒸发汽化，携带潜热的蒸汽在压差作用下，高速传输至壳体的另一端，向冷源放出潜热而凝结，冷凝液回至热端，再次沸腾汽化。如此反复循环，热量不断从热端传至冷端。工作原理壳体吸液芯工作液基本组成部件3.热管换热器传热特点由于沸腾和冷凝的对流传热强度都很大，而蒸汽流动阻力损失又较小，因此热管两端温度差可以很小，即能在很小的温差下传递很大的热流量。蒸汽冷凝蒸汽流动沸腾汽化图4-1-12热管示意应用和优点它特别适用于低温差传热及某些等温性要求较高的场合。热管换热器具有结构简单、使用寿命长、工作可靠、应用范围广等优点，可用于汽-气、汽-液和液-液之间的换热过程。传热过程化工设备操作与维护模块四认识和操作换热器任务4-2操作与维护换热器任务目标01能够进行换热器的的操作和维护。03能够进行换热器的常见故障处理。02能够进行换热器的保养。目录/CONTENTS1换热器的操作3换热器的清洗2换热器的维护和保养4换热器的常见故障处理为了保证换热器长久正常运转，提高其生产效率，必须正确操作和使用换热器，并重视对设备的维护、保养和检修，将预防性维护摆在首位，强调安全预防，减少任何可能发生的事故。一、换热器的操作换热器的正确使用/换热器对物料加热或冷却的操作要点任务4-2操作与维护换热器0101PART投产前应检查压力表、温度计、液位计以及有关阀门是否齐全好用。输进蒸汽前先打开冷凝水排放阀门，排除积水和污垢；打开放空阀，排除空气和其他不凝性气体。换热器投产时，要先通入冷流体，缓慢或数次通入热流体，做到先预热后加热，切忌骤冷骤热，以免换热器受到损坏，影响其使用寿命。进入换热器的冷热流体如果含有大颗粒固体杂质和纤维质，一定要提前过滤和清除（特别是对板式换热器），防止堵塞通道。1.换热器的正确使用①③②④经常检查两种流体的进出口温度和压力，发现温度、压力超出正常范围或有超出正常范围的趋势时，要立即查处原因，采取措施，使之恢复正常。定期分析流体的成分，以确定有无内漏，以便及时处理：对列管换热器进行堵管或换管，对板式换热器修补或更换板片。定期检查换热器有无渗漏、外壳有无变形以及有无振动，若有应及时处理。定期排放不凝性废气和冷凝液，定期进行清洗。1.换热器的正确使用⑤⑦⑥⑧2.换热器对物料加热或冷却的操作要点加热剂或冷却剂操作要点蒸汽加热必须不断排除冷凝水，否则积于换热器中，部分或全部变为无相变传热，传热速率下降；同时还必须及时排放不凝性气体，因为不凝性气体的存放使蒸汽冷凝的传热系数大大降低热水加热一般温度不高，加热速度慢，操作稳定，只要定期排放不凝性气体，就能保证正常操作烟道气加热一般用于生产蒸汽或加热、汽化液体，烟道气的温度较高，且温度不易调节，在操作过程中，必须时时注意被加热物料的液位、流量和蒸汽产量，还必须做到定期排污导热油加热特点是温度高（可达400℃）、黏度较大、热稳定性差、易燃、温度调节困难。操作时必须严格控制进出口温度，定期检查进出管口及介质流道是否结垢，做到定期排污，定期放空，过滤或更换导热油水和空气冷却操作时注意根据季节变化调节水和空气的用量，用水冷却时，还要注意定期清洗冷冻盐水冷却其特点是温度低、腐蚀性较大，在操作时应严格控制进出口温度，防止结晶堵塞介质通道，要定期放空和排污冷凝需要注意定期排放蒸汽侧的不凝性气体，特别是减压条件下不凝性气体的排放表4-2-1不同加热剂或冷却剂下换热器操作要点二、换热器的维护

和保养列管换热器的维护和保养/板式换热器的维护和保养方法0202PART任务4-2操作与维护换热器1.列管换热器的维护和保养开停换热器时，不要将阀门开得太猛，否则容易造成管子和壳体受到冲击，以及局部骤然胀缩，产生热应力，使局部焊缝开裂或管子连接口松弛。尽可能减少换热器的开停次数，停止使用时，应将换热器内的液体清洗放净，防止冻裂和腐蚀。保持设备外部整洁，保温层和油漆完好。保持压力表、温度计、安全阀和液位计等仪表和附件的齐全、灵敏和准确。发现阀门和法兰连接处渗漏时，应及时处理。定期测量换热器的壳体厚度，一般两年一次。①②③④⑤⑥2.板式换热器的维护和保养方法③③定期清理和切换过滤器，预防换热器堵塞。①保持设备整洁、油漆完好，紧固螺栓的螺纹部分应涂防锈油并加外罩。防止生锈和黏结灰尘。②保持压力表、温度计灵敏、准确，阀门和法兰无渗漏。④组装板式换热器时，螺栓的拧紧要对称进行，松紧适宜。三、换热器的清洗换热器经过一段时间的运行，传热面上会产生污垢，使传热系数大大降低而影响传热效率，因此必须定期对换热器进行清洗，由于清洗的困难程度随着垢层厚度的增加而迅速增大，所以清洗间隔时间不宜过长。任务4-2操作与维护换热器0303PART1.化学清洗（酸洗法）酸洗法常用盐酸配制酸洗溶液，由于酸能腐蚀钢铁基体，因此在酸洗溶液中须加入定数量的缓蚀剂，以抑制对基体的腐蚀。酸洗法的具体操作方法重力法强制循环法优点借助于重力，将酸洗溶液缓慢注入设备，直至灌满，操作方法简单、耗能少，但效果差、时间长操作方法依靠酸泵使酸洗溶液通过换热器并不断循环清洗效果好，时间相对较短，缺点是需要酸泵，较复杂1.化学清洗（酸洗法）①对酸洗溶液的成分和酸洗的时间必须控制好，原则上要求既要保证清洗效果又尽量减少对设备的腐蚀。②酸洗前检查换热器各部位是否有渗漏，如果有，应采取措施消除。③在配制酸洗溶液和酸洗过程中，要注意安全，须穿戴口罩、防护服、橡胶手套，并防止酸液溅入眼中。2.机械清洗对列管换热器管内的清洗，通常用钢丝刷，具体做法是用一根圆棒或圆管，一端焊上与列管内径相同的圆形钢丝刷，