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真空炉专用热交换器

产品名称

真空炉专用热交换器

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产品描述

 

 
换热器(英语翻译:heat exchanger),是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器.
 
发展
 
       换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备,是使热量由较高的流体传递给温度较低的流体,使流体温度达到流程规定的指标,以满足过程工艺条件的需要,同时也提高能源利用率的主要设备之一。换热器行业涉及暖通、压力容器、中水处理设备等近30多种产业,相互形成产业链条。
 
       数据显示2010年中国换热器产业市场规模在500亿元左右,主要集中于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药等领域。其中,石油化工领域仍然是换热器产业最大的市场,其市场规模为150亿元;电力冶金领域换热器市场规模在80亿元左右;船舶工业换热器市场规模在40亿元以上;机械工业换热器市场规模约为40亿元;集中供暖行业换热器市场规模超过30亿元,食品工业也有近30亿元的市场。另外,航天飞行器、半导体器件、核电常规岛核岛、风力发电机组、太阳能光伏发电多晶硅生产等领域都需要大量的专业换热器,这些市场约有130亿元的规模。
 
       国内换热器行业在节能增效、提高传热效率、减少传热面积、降低压降、提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长,我国换热器行业在未来一段时期内将保持稳定增长,2011年至2020年期间,我国换热器产业将保持年均10-15%左右的速度增长,到2020年我国换热器行业规模有望达到1500亿元。
 
       换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体,使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备,又称热交换器。换热器作为传热设备被广泛用于锅炉暖通领域,随着节能技术的飞速发展,换热器的种类越来越多。
 
分类
       适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器,结构型式也不同,换热器的具体分类如下:
 
一、换热器按传热原理分类
1、表面式换热器
表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动,通过壁面的导热和流体在壁表面对流,两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。
 
2、蓄热式换热器
蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体,把热量从高温流体传递给低温流体,热介质先通过加热固体物质达到一定温度后,冷介质再通过固体物质被加热,使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。
 
3、流体连接间接式换热器
流体连接间接式换热器,是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器,热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环,在高温流体接受热量,在低温流体换热器把热量释放给低温流体。
 
4、直接接触式换热器
直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备,例如,冷水塔、气体冷凝器等。
 
5、复式换热器
兼有汽水面式间接换热及水水直接混流换热两种换热方式的设备。同汽水面式间接换热相比,具有更高的换热效率;同汽水直接混合换热相比具有较高的稳定性及较低的机组噪音。
 
二、换热器按用途分类
1、加热器
加热器是把流体加热到必要的温度,但加热流体没有发生相的变化。
 
2、预热器
预热器预先加热流体,为工序操作提供标准的工艺参数。
 
换热器
换热器
 
3、过热器
过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。
 
4、蒸发器
蒸发器用于加热流体,达到沸点以上温度,使其流体蒸发,一般有相的变化。
 
三、按换热器的结构分类
可分为:浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。
 
注意事项
1、保持管网的清洁,无论是在工作前还是工作完成后,我们都必须对管网中进行清洁处理,这样做的目的是为了避免发生换热器堵塞的现象。还要注意及时对除污器以及过滤器的清洗,让整个工作顺利完成。
 
2、严重把关软化水,对于任何一种水质把关,这一点是相当重要,在进行对软化水水质处理的前提下,首先要认真检查系统中的水和软化罐水质问题,如果确定合格就可以进行注入处理。
 
3、新系统检验,对于一些新系统来说,不能马上与换热器进行交替使用,首先需把新的系统在指定的时间段运行,让它有了一个运行模式后,此时方可以把换热器并入系统中使用,这样做的目的完全是为了避免管网中的杂质破坏换热器设备。
换热器
行业状况
 
概述
       换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,又称热交换器。
       换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中,常常用作把低温流体加热或者把高温流体冷却,把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。
       换热器既可是一种单元设备,如加热器、冷却器和凝汽器等;也可是某一工艺设备的组成部分,如氨合成塔内的换热器。换热器是化工生产中重要的单元设备,根据统计,热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%,其重要性可想而知。
管壳式
 
       管壳式换热器是一个量大而品种繁多的产品,迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展,其中尤以钛材发展较快。
       钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力,如再强化传热,效果将更好,一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。
       对材料的喷涂,我国已从国外引进生产线。铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性,价格比钛材便宜,应予注意。国内在节能增效等方面改进换热器性能,提高传热效率,减少传热面积降低压降,提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。
       换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率,使企业成本降低,效益提高。
 
金属换热
间壁式
       夹套式换热器这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单;但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管. 夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。
       沉浸式蛇管换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造;其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小.为提高传热系数,容器内可安装搅拌器。
       喷淋式换热器这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上,热流体在管内流动,冷却水 从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多.另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用.因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善。
       套管式换热器套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成.在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大.另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大。套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目). 特别是由于套管换热器同时具备传热系数大,传热推动力大及能够承受高压强的优点。
 
板式换热器:
板式换热器高清图
板式换热器高清图
       最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。主体结构由换热板片以及板间的胶条组成。长期在市场占据主导地位,但是其体积大,换热效率低,更换胶条价格昂贵(胶条的更换费用大约占整个过程的1/3-1/2)。
       主要应用于液体-液体之间的换热,行业内常称为水水换热,其换热效率在5000w/m2.K。
       为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛.。
由于中国新版GMP的推出,板式换热将逐渐退出食品,饮料,制药等卫生级别高的行业。
 
管壳式换热器
管壳式换热器图解
管壳式换热器图解
       管壳式(又称列管式) 换热器是管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束或者螺旋管,管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程;一种在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。管子的型号不一,过程一般为直径16mm 20mm或者25mm三个型号,管壁厚度一般为1mm,1.5mm,2mm以及2.5mm。进口换热器,直径最低可以到8mm,壁厚仅为0.6mm。大大提高了换热效率,2012年来也在国内市场逐渐推广开来。管壳式换热器,螺旋管束设计,可以最大限度的增加湍流效果,加大换热效率。内部壳层和管层的不对称设计,最大可以达到4.6倍。这种不对称设计,决定其在汽-水换热领域的广泛应用。最大换热效率可以达到14000w/m2.k,大大提高生产效率,节约成本。
 
       同时,由于管壳式换热器多为金属结构,随着中国新版GMP的推出,不锈钢316L为主体的换热器,将成为饮料,食品,以及制药行业的必选。
 
       双管板换热器 也称P型换热器,是在管壳式换热器的两头各加一个管板,可以有效防止泄漏造成的污染。市场上国产品牌较少,价格昂贵,一般在10万元以上,进口可以到几十万。符合新版GMP规定,虽价格昂贵,但决定其市场广阔。
混合式
 
       混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的,这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻,只要流体间的接触情况良好,就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合,都可以采用混合式热交换器,例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。
 
按照用途的不同,可将混合式热交换器分成以下几种不同的类型:
(1)冷却塔(或称冷水塔)
       在这种设备中,用自然通风或机械通风的方法,将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用,以提高系统的经济效益。例如热力发电厂或核电站的循环水、合成氨生产中的冷却水等,经过水冷却塔降温之后再循环使用,这种方法在实际工程中得到了广泛的使用。
 
(2)气体洗涤塔(或称洗涤塔)
在工业上用这种设备来洗涤气体有各种目的,例如用液体吸收气体混合物中的某些组分,除净气体中的灰尘,气体的增湿或干燥等。但其最广泛的用途是冷却气体,而冷却所用的液体以水居多。空调工程中广泛使用的喷淋室,可以认为是它的一种特殊形式。喷淋室不但可以像气体洗涤塔一样对空气进行冷却,而且还可对其进行加热处理。但是,它也有对水质要求高、占地面积大、水泵耗能多等缺点:所以,在一般建筑中,喷淋室已不常使用或仅作为加湿设备使用。但是,在以调节湿度为主要目的的纺织厂、卷烟厂等仍大量使用!
(3)喷射式热交换器
在这种设备中,使压力较高的流体由喷管喷出,形成很高的速度,低压流体被引入混合室与射流直接接触进行传热,并一同进入扩散管,在扩散管的出口达到同一压力和温度后送给用户。
(4)混合式冷凝器
这种设备一般是用水与蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝。
蓄热式
 
       蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备。内装固体填充物,用以贮蓄热量。一般用耐火砖等砌成火格子(有时用金属波形带等)。
       换热分两个阶段进行。第一阶段,热气体通过火格子,将热量传给火格子而贮蓄起来。第二阶段,冷气体通过火格子,接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用,即当热气体进入一器时,冷气体进入另一器。常用于冶金工业,如炼钢平炉的蓄热室。也用于化学工业,如煤气炉中的空气预热器或燃烧室,人造石油厂中的蓄热式裂化炉。
蓄热式换热器一般用于对介质混合要求比较低的场合。
陶瓷
 
       陶瓷换热器是一种新型的列管式高温热能回收装置,主要成份为碳化硅,可以广泛用于冶金、机械、建材、化工等行业,直接回收各种工业窑炉排放的850-1400℃高温烟气余热,以获得高温助燃空气或工艺气体。
陶瓷换热器
陶瓷换热器
       研制成的这种装置的换热元件材料系一种新型碳化硅工程陶瓷,它具有耐高温和抗热冲击的优异性能,从 1000 ℃ 风冷至室温,反复50 次以上不出现裂纹;导热系数与不锈钢等同;在氧化性和酸性介质中具有良好的耐蚀性。在结构上成功地解决了热补偿和较好地解决了气体密封问题。该装置传热效率高,节能效果显著,用以预热助燃空气或加热某些过程的工艺气体,可节约一次能源,燃料节约率可达30 %-55%,并可强化工艺过程,显著提高生产能力。
       陶瓷换热器的生产工艺与窑具的生产工艺基本相同,导热性与抗氧化性能是材料的主要应用性能。它的原理是把陶瓷换热器放置在烟道出口较近,温度较高的地方,不需要掺冷风及高温保护,当窑炉温度1250-1450℃时,烟道出口的温度应是1000-1300℃,陶瓷换热器回收余热可达到450-750℃,将回收到的的热空气送进窑炉与燃气形成混合气进行燃烧,这样直接降低生产成本,增加经济效益。
陶瓷换热器在金属换热器的使用局限下得到了很好的发展,因为它较好地解决了耐腐蚀,耐高温等课题。它的主要优点是:导热性能好,高温强度高,抗氧化、抗热震性能好。寿命长,维修量小,性能可靠稳定,操作简便。
浮头式
 
设计要求
       随着经济的发展,各种不同型式和种类的换热器发展很快,新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要,中国对某些种类的换热器已经建立了标准,形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求:
(1) 合理地实现所规定的工艺条件;
(2) 结构安全可靠;
(3) 便于制造、安装、操作和维修;
(4) 经济上合理。
 
       浮头式换热器的一端管板与壳体固定,而另一端的管板可在壳体内自由浮动,壳体和管束对膨胀是自由的,故当两张介质的温差较大时,管束和壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构,使管束能容易的插入或抽出壳体。(也可设计成不可拆的)。这样为检修、清洗提供了方便。但该换热器结构较复杂,而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别注意其密封。
 
       浮头换热器的浮头部分结构,按不同的要求可设计成各种形式,除必须考虑管束能在设备内自由移动外,还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。
 
       在设计时必须考虑浮头管板的外径Do。该外径应小于壳体内径Di,一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=3~5mm。这样,当浮头出的钩圈拆除后,即可将管束从壳体内抽出。以便于进行检修、清洗。浮头盖在管束装入后才能进行装配,所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。
 
       钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。随着幞头式换热器的设计、制造技术的发展,以及长期以来使用经验的积累,钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。
 
       钩圈一般都为对开式结构,要求密封可靠,结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。
       浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性,在长期使用过程中积累了丰富的经验。尽管受到不断涌现的新型换热器的挑战,但反过来也不断促进了自身的发展。故迄今为止在各种换热器中扔占主导地位。
 
优缺点
优点:
(1)管束可以抽出,以方便清洗管、壳程;
(2)介质间温差不受限制;
(3)可在高温、高压下工作,一般温度小于等于450度,压力小于等于6.4兆帕;
(4)可用于结垢比较严重的场合;
(5)可用于管程易腐蚀场合。
缺点:
(1)小浮头易发生内漏;
(2)金属材料耗量大,成本高20%;
(3)结构复杂
制造工艺
选取换热设备的制造材料及牌号,进行材料的化学成分检验,机械性能合格后,对钢板进行矫形,方法包括手工矫形,机械矫形及火焰矫形。
备料--划线--切割--边缘加工(探伤)--成型--组对--焊接--焊接质量检验--组装焊接--压力试验
质量检验
化工设备不仅在制造之前对原材料进行检验,而且在制造过程中要随时进行检查。
涡流热膜换热器
 
概述
       涡流热膜换热器采用最新的涡流热膜传热技术,通过改变流体运动状态来增加传热效果,当介质经过涡流管表面时,强力冲刷管子表面,从而提高换热效率。最高可达10000W/m2℃。
 
       据【换热设备推广中心】介绍这种结构实现了耐腐蚀、耐高温、耐高压、防结垢功能。其它类型的换热器的流体通道为固定方向流形式,在换热管表面形成绕流,对流换热系数降低。
涡流热膜换热器的最大特点在于经济性和安全性统一。由于考虑了换热管之间,换热管和壳体之间流动关系,不再使用折流板强行阻挡的方式逼出湍流,而是靠换热管之间自然诱导形成交替漩涡流,并在保证换热管不互相摩擦的前提下保持应有的颤动力度。换热管的刚性和柔性配置良好,不会彼此碰撞,既克服了浮动盘管换热器之间相互碰撞造成损伤的问题,又避免了普通管壳式换热器易结垢的问题。
性能特点
 
1.高效节能,该换热器传热系数为6000-8000W/m2.0C。
换热器
换热器
2.全不锈钢制作,使用寿命长,可达20年以上。
3.改层流为湍流,提高了换热效率,降低了热阻。
4.换热速度快,耐高温(400℃),耐高压(2.5Mpa)。
5.结构紧凑,占地面积小,重量轻,安装方便,节约土建投资。
6.设计灵活,规格齐全,实用针对性强,节约资金。
7.应用条件广泛,适用较大的压力、温度范围和多种介质热交换。
8.维护费用低,易操作,清垢周期长,清洗方便。
9.采用纳米热膜技术,显著增大传热系数。
10.应用领域广阔,可广泛用于热电、厂矿、石油化工、城市集中供热、食品医药、能源电子、机械轻工等领域。
相关内容
 
质检内容
 
设备制造过程中的检验,包括原材料的检验、工序间的检验及压力试验,具体内容如下:
(1)原材料和设备零件尺寸和几何形状的检验;
(2)原材料和焊缝的化学成分分析、力学性能分析试验、金相组织检验,总称为破坏试验;
(3)原材料和焊缝内部缺陷的检验,其检验方法是无损检测,它包括:射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测等;
(4)设备试压,包括:水压试验、介质试验、气密试验等。
耐压试验和气密性试验:
       制造完工的换热器应对换热器管板的连接接头,管程和壳程进行耐压试验或增加气密性试验,耐压试验包括水压试验和气压试验。换热器一般进行水压试验,但由于结构或支撑原因,不能充灌液体或运行条件不允许残留试验液体时,可采用气压试验。
如果介质毒性为极度,高度危害或管、壳程之间不允许有微量泄漏时,必须增加气密性试验。
质检方法
 
换热器压力试验的顺序如下:
       固定管板换热器先进行壳程试压,同时检查换热管与管板连接接头,然后进行管程试压;
U形管式换热器、釜式重沸器(U形管束)及填料函式换热器先用试验压环进行壳程试压,同时检查接头,然后进行管程试压;
浮头式换热器、釜式重沸器(浮头式管束)先用试验压环和浮头专用工具进行管头试压,对于釜式重沸器尚应配备管头试压专用壳体,然后进行管程试压,最后进行壳程试压;
重叠换热器接头试压可单台进行,当各台换热器程间连通时,管程和壳程试压应在重叠组装后进行。
安装方法
 
       安装换热器的基础必须满足以使换热器不发生下沉,或使管道把过大的变形传到传热器的接管上。基础一般分为两种:一种为砖砌的鞍形基础,换热器上没有鞍式支座而直接放在鞍形基础上,换热器与基础不加固定,可以随着热膨胀的需要自由移动。另一种为混凝土基础,换热器通过鞍式支座由地脚螺栓将其与基础牢固的连接起来。
在安装换热器之前应严格的进行基础质量的检查和验收工作,主要项目如下:基础表面概况;基础标高,平面位置,形状和主要尺寸以及预留孔是否符合实际要求;地脚螺栓的位置是否正确,螺纹情况是否良好,螺帽和垫圈是否齐全;放置垫铁的基础表面是否平整等。
 
       基础验收完毕后,在安装换热器之前在基础上放垫铁,安放垫铁处的基础表面必须铲平,使两者能很好的接触。垫铁厚度可以调整,使换热器能达到设计的水平高度。垫铁放置后可增加换热器在基础上的稳定性,并将其重量通过垫铁均匀地传递到基础上去。垫铁可分为平垫铁、斜垫铁和开口垫铁。其中,斜垫铁必须成对使用。地脚螺栓两侧均应有垫铁,垫铁的安装不应妨碍换热器的热膨胀。
       换热器就位后需用水平仪对换热器找平,这样可使各接管都能在不受力的情况下连接管道。找平后,斜垫铁可与支座焊牢,但不得与下面的平垫铁或滑板焊死。当两个以上重叠式换热器安装时,应在下部换热器找正完毕,并且地脚螺栓充分固定后,再安装上部换热器。可抽管束换热器安装前应抽芯检查,清扫,抽管束时应注意保护密封面和折流板。移动和起吊管束时应将管束放置在专用的支承结构上,以避免损伤换热管。
       根据换热器的形式,应在换热器的两端留有足够的空间来满足条件(操作)清洗、维修的需要。浮头式换热器的固定头盖端应留有足够的空间以便能从壳体内抽出管束,外头盖端必须也留出一米以上的位置以便装拆外头盖和浮头盖。
固定管板式换热器的两端应留出足够的空间以便能抽出和更换管子。并且,用机械法清洗管内时。两端都可以对管子进行刷洗操作。U形管式换热器的固定头盖应留出足够的空间以便抽出管束,也可在其相对的一端留出足够的空间以便能拆卸壳体。
换热器不得在超过铭牌规定的条件下运行。应经常对管,壳程介质的温度及压降进行监督,分析换热管的泄漏和结垢情况。管壳式换热器就是利用管子使其内外的物料进行热交换、冷却、冷凝、加热及蒸发等过程,与其他设备相比较,其余腐蚀介质接触的表面积就显得非常大,发生腐蚀穿孔结合处松弛泄漏的危险性很高,因此对换热器的防腐蚀和防泄漏的方法也比其他设备要多加考虑,当换热器用蒸汽来加热或用水来冷却时,水中的溶解物在加热后,大部分溶解度都会有所提高,而硫酸钙类型的物质则几乎没有变化。冷却水经常循环使用,由于水的蒸发,使盐类浓缩,产生沉积或污垢。又因水中含有腐蚀性溶解气体及氯离子等引起设备腐蚀,腐蚀与结垢交替进行,激化了钢材的腐蚀。因此必须经过清洗来改善换热器的性能。由于清洗的困难程度是随着垢层厚度或沉积的增加而迅速增大的,所以清洗间隔时间不宜过长,应根据生产装置的特点,换热介质的性质,腐蚀速度及运行周期等情况定期进行检查,修理及清洗。
换热器既可是一种单独的设备,如加热器、冷却器和凝汽器等;也可是某一工艺设备的组成部分,如氨合成塔内的热交换器。
由于制造工艺和科学水平的限制,早期的换热器只能采用简单的结构,而且传热面积小、体积大和笨重,如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展,逐步形成一种管壳式换热器,它不仅单位体积具有较大的传热面积,而且传热效果也较好,长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。
发展历史
 
       二十世纪20年代出现板式换热器,并应用于食品工业。以板代管制成的换热器,结构紧凑,传热效果好,因此陆续发展为多种形式。30年代初,瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器,用于飞机发动机的散热。30年代末,瑞典又制造出第一台板壳式换热器,用于纸浆工厂。在此期间,为了解决强腐蚀性介质的换热问题,人们对新型材料制成的换热器开始注意。
60年代左右,由于空间技术和尖端科学的迅速发展,迫切需要各种高效能紧凑型的换热器,再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展,换热器制造工艺得到进一步完善,从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外,自60年代开始,为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要,典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期,为了强化传热,在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。
换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。顺流时,入口处两流体的温差最大,并沿传热表面逐渐减小,至出口处温差为最小。逆流时,沿传热表面两流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下,当两种流体都无相变时,以逆流的平均温差最大顺流最小。
       在完成同样传热量的条件下,采用逆流可使平均温差增大,换热器的传热面积减小;若传热面积不变,采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费,后者可节省操作费,故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。
当冷、热流体两者或其中一种有物相变化(沸腾或冷凝)时,由于相变时只放出或吸收汽化潜热,流体本身的温度并无变化,因此流体的进出口温度相等,这时两流体的温差就与流体的流向选择无关了。除顺流和逆流这两种流向外,还有错流和折流等流向。
在传热过程中,降低间壁式换热器中的热阻,以提高传热系数是一个重要的问题。热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄层(称为边界层),和换热器使用中在壁两侧形成的污垢层,金属壁的热阻相对较小。
       增加流体的流速和扰动性,可减薄边界层,降低热阻提高给热系数。但增加流体流速会使能量消耗增加,故设计时应在减小热阻和降低能耗之间作合理的协调。为了降低污垢的热阻,可设法延缓污垢的形成,并定期清洗传热面。
一般换热器都用金属材料制成,其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器;不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外,奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料;铜、铝及其合金多用于制造低温换热器;镍合金则用于高温条件下;非金属材料除制作垫片零件外,有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器,如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等。
机组构造
 
换热机组是一次热网与用户之间的直接桥梁,从一次热网得到热量,自动连续地转换为用户需要的生活用水及采暖用水,适用于空调(供暖供冷),采暖,生活用水(洗浴)或其他换热回路(如地板供热,工艺水冷却等)。换热机组由板式换热器、循环水泵、补水泵、过滤器、阀门、机组底座、热计量表、配电箱、电子仪表及自控系统等组成。热源的蒸汽或高温水从机组的一次侧供水口进入板式换热器,二次侧的低温回水经过过滤器除污,通过循环泵也进入板式过滤器,两种不同温度的水经过热交换,二次侧将热量输送给热用户。
常见问题
 
在生产过程中,由于换热器管板受水分冲刷、气蚀和微量化学介质的腐蚀,管板焊缝处经常出现渗漏,导致
换热器防腐保护
换热器防腐保护
水和化工材料出现混合,生产工艺温度难以控制,致使生成其它产品,严重影响产品质量,降低产品等级。冷凝器管板焊缝渗漏后,企业通常利用传统补焊的方法进行修复,管板内部易产生内应力,且难以消除,致使其它换热器出现渗漏,企业通过打压,检验设备修复情况,反复补焊、实验,2~4人需要几天时间才能修复完成,使用几个月后管板焊缝再次出现腐蚀,给企业带来人力、物力、财力的浪费,生产成本的增加。通过福世蓝高分子复合材料的耐腐蚀性和抗冲刷性,通过提前对新换热器的保护,这样不仅有效治理了新换热器存在的焊缝和砂眼问题,更避免了使用后化学物质腐蚀换热器金属表面和焊接点,在以后的定期维修时,也可以涂抹福世蓝高分子复合材料来保护裸露的金属;即使使用后出现了渗漏现象,也可以通过福世蓝技术及时修复,避免了长时间的堆焊维修影响生产。正是由于此种精细化的管理,才使得换热器渗漏问题出现的概率大大降低,不仅降低了换热器的设备采购成本,更保证了产品质量、生产时间,提高了产品竞争力。
新型
 
气动喷涂
 
俄罗斯提出了一种先进方法,即气动喷涂法,来提高翅片化表面的性能。其实质是采用高速的冷的或稍微加温的含微粒的流体给翅片表面喷镀粉末粒子。用该方法不仅可喷涂金属还能喷涂合金和陶瓷(金属陶瓷混合物),从而得到各种不同性能的表面。通常在实践中翅片底面的接触阻力是限制管子加装翅片的因素之一。为了评估翅片管换热器元件进行了试验研究。试验是采用在翅片表面喷涂ac-铝,并添加了24a白色电炉氧化铝。将试验所得数据加以整理,便可评估翅片底面的接触阻力。将研究的翅片的效率与计算数据进行比较,得出的结论是:气动喷涂翅片的底面的接触阻力对效率无实质性影响。为了证实这一点,又对基部(管子)与表面(翅片)的过渡区进行了金相结构分析。
对过渡区试片的分析表明,连接边界的整个长度上无不严密性的微裂纹。所以,气动喷涂法促进表面与基本相互作用的分支边界的形成,能促进粉末粒子向基体的渗透,这就说明了附着强度高,有物理接触和金属链形成。因而气动喷涂法不但可用于成型,还可用来将按普通方法制造的翅片固定在换热器管子的表面上,也可用来对普通翅片的底面进行补充加固。可以预计,气动喷涂法在紧凑高效换热器的生产中,将会得到广泛应用。
螺旋折流
 
在管壳式换热器中,壳程通常是一个薄弱环节。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系统(z字形流道),这样会导致较大的死角和相对高的返混。而这些死角又能造成壳程结垢加剧,对传热效率不利。返混也能使平均温差失真和缩小。其后果是,与活塞流相比,弓形折流板会降低净传热。优越弓形折流板管壳式换热器很难满足高热效率的要求,故常为其他型式的换热器所取代(如紧凑型板式换热器)。对普通折流板几何形状的改进,是发展壳程的第一步。虽然引进了密封条和附加诸如偏转折流板及采取其他措施来改进换热器的性能,但普通折流板设计的主要缺点依然存在。
为此,美国提出了一种新方案,即建议采用螺旋状折流板。这种设计的先进性已为流体动力学研究和传热试验结果所证实,此设计已获得专利权。此种结构克服了普通折流板的主要缺点。螺旋折流板的设计原理很简单:将圆截面的特制板安装在“拟螺旋折流系统”中,每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一,其倾角朝向换热器的轴线,即与换热器轴线保持一倾斜度。相邻折流板的周边相接,与外圆处成连续螺旋状。折流板的轴向重叠,如欲缩小支持管子的跨度,也可得到双螺旋设计。螺旋折流板结构可满足相对宽的工艺条件。此种设计具有很大的灵活性,可针对不同操作条件,选取最佳的螺旋角;可分别情况选用重叠折流板或是双螺旋折流板结构。
麻花管
 
瑞典alares公司开发了一种扁管换热器,通常称为麻花管换热器。美国休斯顿的布朗公司做了改进。螺旋扁管的制造过程包括了“压扁”与“热扭”两个工序。改进后的麻花管换热器同传统的管壳式换热器一样简单,但有许多激动人心的进步,它获得了如下的技术经济效益:改进了传热,减少了结垢,真正的逆流,降低了成本,无振动,节省了空间,无折流元件。
由于管子结构独特使管程与壳程同时处于螺旋运动,促进了湍流程度。该换热器总传热系数较常规换热器高40%,而压力降几乎相等。组装换热器时也可采用螺旋扁管与光管混合方式。该换热器严格按照asme标准制造。凡是用管壳式换热器和传统装置之处均可用此种换热器取代。它能获得普通管壳式换热器和板框式传热设备所获得的最佳值。估计在化工、石油化工行业中具有广阔的应用前景。
螺旋管式
 
在管子上缠绕金属丝作为筋条(翅片)的螺旋管式换热器(ta),一般都是采用焊接方法将金属丝固定在管子上。但这种方法对整个设备的质量有一系列的影响,因为钎焊法必将从换热中“扣除”很大一部分管子和金属丝的表面。更重要的是,由于焊料迅速老化和破碎会造成机器和设备堵塞,随之提前报损。
螺旋板式
 
spiral plate heat exchanger
螺旋板式换热器
传热元件由螺旋形板组成的换热器。
螺旋板式换热器是一种高效换热器设备,适用汽-汽、汽-液、液-液,对液传热。它适用于化学、石油、溶剂、医药、食品、轻工、纺织、冶金、轧钢、焦化等行业。按 结构形式可分为 不可拆式(Ⅰ型)螺旋板式及可拆式(Ⅱ型、Ⅲ型)螺旋 板式换热器
螺旋板式换热器结构及性能
1、本设备由两张卷制而成,形成了两个均匀的螺旋通道,两种传热介质可进行全逆流流动,大大增强了换热效果,即使两种小温差介质,也能达到理想的换热效果。
2、在壳体上的接管采用切向结构,局部阻力小,由于螺旋通道的曲率是均匀的,液体在设备内流动没有大的转向,总的阻力小,因而可提高设计流速使之具备较高的传热能力。
3、I型不可拆式螺旋板式换热器螺旋通道的端面采用焊接密封,因而具有较高的密封性。
4、II型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同,但其中一个通道可拆开清洗,特别适用有粘性、有沉淀液体的热交换。
5、III型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同,但其两个通道可拆开清洗,适用范围较广。
6、单台设备不能满足使用要求时,可以多台组合使用,但组合时必须符合下列规定:并联组合、串联组合、设备和通道间距相同。混合组合:一个通道并联,一个通道串联。
变声速压
 
变声速增压热交换器即两相流喷射式热交换器,广泛适用于汽—水换热的各个领域。由中国洛阳蓝海实业有限公司自主研发。它以蒸汽为动力,通过汽水压缩混合,使水温瞬时升高,利用压力激波技术达到无外力增压的效果,显著的节能和增压特点大大降低了用户使用成本,可取代传统的热交换器。
变声速增压热交换器是一种混合型汽—水换热设备,蒸汽经过绝热膨胀技术处理以射流态引入混合腔与经过膜化处理的被加热水在蒸汽冲击力作用下均匀混合,形成具有一定计算容积比的汽水压缩混合物,当其瞬间压缩密度达到一定值时便形成了两相流体场现象。在场态的激化下,该混合物的声速值出现突破声障临界的过渡性转变,同时爆发大量压力激波,压力激波单向传导特性使瞬间达到设计温度的热水在不变截面管道中出现压力升高却不回流现象。变声速增压热交换技术是以两相流体场的有序激化强制完成“瞬时换热+无外力增压”双效应。
腐蚀防护
 
换热器在炼油工业中的应用是十分广泛的,其重要性也是显而宜见的,换热设备利用率的高低直接影响到炼油工艺的效率以及成本的费用问题。据统计换热器在化工建设中约占投资的1/5,因此,换热器的利用率及寿命是值得研究的重要问题。由换热器的损坏原因来看,腐蚀是一个十分重要的原因,而且换热器的腐蚀是大量的普遍存在的,能够解决好腐蚀问题,就等于解决了换热器损坏的根本。要想防止换热器的腐蚀,就得弄清楚腐蚀的根源,现就换热器的腐蚀的原因从以下几方面进行讨论。
腐蚀
 
1·换热器的用材的选择 使用何种材料的决定因素是其经济性,管子材料有不锈钢,铜镍合金,镍基合金,钛和锆等,除了工业上不能使用焊接管的情况以外都使用了焊接管,耐蚀材料仅用于管程,壳程材料是碳钢。 2·换热器的金属腐蚀
2.1 金属腐蚀的原理 金属腐蚀是指在周围介质的化学或电化学的作用下,并且经常是在和物理、机械或生物学因素的共同作用下金属产生的破坏,也即金属在它所处环境的作用下所产生破坏。
2.2 换热器几种常见的腐蚀破坏类型
2.2.1 均匀腐蚀 在整个暴露于介质的表面上,或者在较大的面积上产生的,宏观上均匀的腐蚀破坏叫均匀腐蚀。 2.2.2 接触腐蚀 两种电位不同的金属或合金互相接触,并浸于电解质溶解质溶液中,它们之间就有电流通过,电位正的金属腐蚀速度降低,电位负的金属腐蚀速度增加。
2.2.3 选择性腐蚀 合金中某一元素由于腐蚀,优先进入介质的现象称为选择性腐蚀。
2.2.4 孔蚀 集中在金属表面个别小点上深度较大的腐蚀称为孔蚀,或称小孔腐蚀、点蚀。
2.2.5 缝隙腐蚀 在金属表面的缝隙和被覆盖的部位会产生剧烈的缝隙腐蚀。
2.2.6 冲刷腐蚀 冲刷腐蚀是由于介质和金属表面之间的相对运动而使腐蚀过程加速的一种腐蚀。
2.2.7 晶间腐蚀 晶间腐蚀是优先腐蚀金属或合金的晶界和晶界附近区域,而晶粒本身腐蚀比较小的一种腐蚀。 2.2.8 应力腐蚀破裂(SCC)和腐蚀疲劳SCC是在一定的金属一介质体系内,由于腐蚀和拉应力的共同作用造成的材料断裂。
2.2.9 氢破坏 金属在电解质溶液中,由于腐蚀、酸洗、阴极保护或电镀,可以产生因渗氢而引起的破坏。
3·冷却介质对金属腐蚀的影响 工业上使用最多的冷却介质是各种天然水。影响金属腐蚀的因素很多,主要的几个因素及其对几种常用金属的影响:
3.1 溶解氧 水中的溶解氧是参加阴极过程的氧化剂,因此它一般促进腐蚀。当水中氧的浓度不均匀时,将形成氧的浓差电池,造成局部腐蚀。对碳钢、低合金钢、铜合金和某些牌号的不锈钢而言,熔解氧是影响它们在水中腐蚀行为的最重要因素。
3.2 其他溶解气体 在水中无氧时CO2将导致铜和钢的腐蚀,但不促进铝的腐蚀。微量的氨腐蚀铜合金,但对铝和钢没有影响。H2S促进铜和钢的腐蚀,但对铝无影响。SO2降低了水的pH值,增加了水对金属的腐蚀性。
3.3 硬度 一般说来,淡水的硬度增高对铜、锌、铅和钢等金属的腐蚀减小。非常软的水腐蚀性很强,在这种水中,不宜用铜、铅、锌。相反,铅在软水中耐蚀,在硬度高的水中产生孔蚀。
3.4 pH值 钢在pH>11的水中腐蚀较小,pH<7时腐蚀增大。
3.5 离子的影响 氯离子可以破坏不锈钢等钝化金属的表面,诱发孔蚀或SCC。
3.6 垢的影响 淡水中的CaCO3垢。CaCO3垢层对传热不利,但是有利于防止腐蚀。
4·传热过程对腐蚀的影响 金属在有传热和没有传热的条件下,腐蚀行为是不相同的。一般说来,传热使金属的腐蚀加剧,特别是在有沸腾、汽化或过热的条件下更明显。在不同介质中,或对不同的金属,传热的影响也不相同。
5·防腐方法 知道了换热器各种腐蚀的原因,合理的选择防腐措施,才能达到高效利用设备的目的。
防护
 
针对以上讨论的有关腐蚀情况,提出以下防腐方法:
这里主要介绍缓蚀剂,电化学保护。
①缓蚀剂 以铬酸盐为主要成分的缓蚀剂是冷却水系统常用的,铬酸根离子是一种阳极(过程)抑制剂,当它与合适的阴极抑制剂组合时,能得到令人满意而又经济的防腐蚀效果。 铬酸盐-锌--聚磷酸盐:聚磷酸盐的使用是由于它是具有清洁金属表面的作用,有缓蚀能力,聚磷酸盐可以部分转成正磷酸盐,它们也可以同钙生成大的胶体阳离子,抑制阴极过程。 铬酸盐-锌--膦酸盐:这种方法用膦酸钠代替聚磷酸盐外与上一种方法相似,氨基甲叉磷酸盐也可以用于比为聚磷酸盐所规定的pH值要高的场合。氨基甲叉膦酸盐可以防止水垢,即使pH值为9也能控制钙盐的沉淀。 铬酸盐-锌--水解的聚丙烯酰胺:由于阳离子型共聚物水解的聚丙烯酰胺的分散作用,能够防止或抑制水垢成污垢的产生。 ②电化学保护 采用阴极保护和阳极保护。阴极保护是利用外加直流电源,使金属表面变为阴极而达到保护,此法耗电量大,费用高。阳极保护是把保护的换热器接以外加电源的阳极,使金属表面生成钝化膜,从而得到保护。
清洗
 
长期以来传统的清洗方式如机械方法(刮、刷)、高压水、化学清洗(酸洗)等在对换热器清洗时出现很多问题:不能彻底清除水垢等沉积物,酸液对设备造成腐蚀形成漏洞,残留的酸对材质产生二次腐蚀或垢下腐蚀,最终导致更换设备,此外,清洗废液有毒,需要大量资金进行废水处理。新研发出的对设备无腐蚀清洗剂,其中应有技术较好的有福世泰克清洗剂,其高效、环保、安全、无腐蚀,不但清洗效果良好而且对设备没有腐蚀,能够保证换热器的长期使用。清洗剂(特有的添加湿润剂和穿透剂,可以有效清除用水设备中所产生的最顽固的水垢(碳酸钙)、锈垢、油垢、粘泥等沉淀物,同时不会对人体造成伤害,不会对钢铁、紫铜、镍、钛、橡胶、塑料、纤维、玻璃、陶瓷等材质产生侵蚀、点蚀、氧化等其他有害的反应,可大大延长设备的使用寿命。
在工业生产的过程中,有的时候会因为操作不当引起的突发情况造成个别设备或者局部管道线路结垢、堵塞,影响生产的正常运行。对于这时的情况,主要是快速的清除污垢,保证生产装置可以正常的运转,恢复正常生产状态。恢复装置生产效率。比如化工设备结垢造成换热器等设备传递热量热系数减少,管道流通面积的减少或者流通阻力增大,使能、物等消耗增加,生产效率明显下降。这时通过清洗除垢来恢复生产设备的生产效率。
由于很多方面的原因,换热器设备等和管道线路线中都会产生很多如结焦、油污垢、水垢、沉积物、腐蚀产物、聚合物、菌类、藻类、粘泥等污垢。然而工作时产生的这些污垢会使设备和管道线路失效,装置系统会发生生产下降,能耗、物耗增加等不良情况,污垢腐蚀性特别严重时还会使流程中断,装置系统被迫停产,直接造成各种经济损失,甚至还有可能发生恶性生产事故。在科学发展的今天要想完全的避免污垢的产生是几乎不可能的,所以,换热器等设备的清洗便成为工业(如:石油、化工、电力、冶金各行业)生产中所不可缺少的一个重要环节。
高压水射流清洗换热器属于物理清洗方法,与传统的人工、机械清洗及化学清洗相比,有诸多优点:清洗成本低、清洗质量好、清洗速度快,而且不产生环境污染,对设备没有腐蚀。我国高压水射流清洗技术发展比较迅速,水射流工业清洗的比重在大中型城市及企业已接近20%,并且以每年10%左右的速度增长,可谓方兴未艾。预计6—7年时间,在中国工业清洗行业中,高压水射流清洗技术将要占绝对优势,是我国工业清洗的必由之路。
注意事项
 
系统检验
 
对于一些新系统来说,不能马上与换热器进行交替使用,首先把新的系统在指定的时间段运行,让它有了一个运行模式后,这个时候方可以把换热器并入系统中使用,这样做的目的完全是为了避免管网中的杂质破坏换热器设备;
防除垢
 
防除垢机理图
声波防、除垢技术已在石油化工、冶金电力、制糖制药等诸多工业领域得以广泛应用超。
超声波防除垢技术是利用超声高频脉冲震荡波在换热器金属面与内部物料液体液面产生的一系列作用而达到防除垢目的的。
具体机理是超声震荡波垂直作用在换热器金属表面,使其在金属中快速传播,受到震动的金属壁面与相邻液面产生了推斥力,使液体远离壁面,而后恢复原位,过程中产生了一个时间差,出现一个狭小的真空区域,周围液体会迅速填充,产生了微涡,周而复始,就产生了这种高速微涡效应,高速微涡效应阻断了液体中垢质成分附着在金属管壁的条件,从而达到了防垢效果。
而高速微涡使液体不断冲刷着金属壁面上的软垢,使软垢随液体流走,从而解决软垢问题,同样高速微涡可以带走金属周边的气泡,达到防止金属氧化的目的。
 
  • 对于已附着在金属壁上的硬垢质,在高频振动的作用下,由于金属和垢质的弹性阻抗不同,频率响应也不一致,是两者间产生不同振动,硬垢比金属的弹性阻抗差很多,会在内部形成多方向性的微冲性剪切力,使垢质疲劳、裂纹、疏松、脱落。而在产生裂缝的同时,就会有毛细作用的出现,液体通过裂缝迅速进入到垢层当中,接触高温金属管时受热体积急速膨胀,加速垢质的脱离。这就达到了除垢的效果。
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