换热器基本知识.docx

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换热器基本知识

一、换热器的结构型式有哪些？

  换热器是很多工业部门广泛应用的一种常见设备，通过这种设备进行热量的传递，以满足生产工艺的需要。

可按用途、换热方式、结构型式三种不同的方法进行分类。

按结构型式分类如下：

  换热器分为管式换热器、板式换热器、新型材料换热器和其他型式的换热器。

  管式换热器又分为：

套管式换热器、管壳式换热器、沉浸式换热器、喷淋式换热器和翅片管式换热器。

  板式换热器又分为：

夹套式换热器、平板式换热器、伞板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器。

  新型材料换热器分为：

石墨换热器、聚四氟乙烯换热器、玻璃换热器和钛材及其他稀有金属材料换热器。

  其他形式的换热器包括回转式换热器和热管。

二、换热器管为什么会结垢？

如何除垢？

  因为换热器大多是以水为载热体的换热系统，由于某些盐类在温度升高时从水中结晶析出，附着于换热管表面，形成水垢。

在冷却水中加入聚磷酸盐类缓冲剂，当水的PH值较高时，也可导致水垢析出。

初期形成的水垢比较松软，但随着垢层的生成，传热条件恶化，水垢中的结晶水逐渐失去，垢层即变硬，并牢固地附着于换热管表面上。

  此外，如同水垢一样，当换热器的工作条件适合溶液析出晶体时，换热管表面上即可积附由物料结晶形成的垢层；当流体所含的机械杂质有机物较多、而流体的流速又较小时，部分机械杂质或有机物也会在换热器内沉积，形成疏松、多孔或胶状污垢。

  换热器管束除垢的方法主要有下列三种。

一、手工或机械方法

  当管束有轻微堵塞和积垢时，借助于铲削、钢丝刷等手工或机械方法来进行清理，并用压缩空气，高压水和蒸汽等配合吹洗。

当管子结垢比较严重或全部堵死时，可用管式冲水钻（又称为捅管机）进行清理。

二、冲洗法

  冲洗法有两种。

第一种是逆流冲洗，一般是在运动过程中，或短时间停车时采用，可以不拆开装置，但在设备上要预先设置逆流副线，当结垢情况并不严重时采用此法较为有效。

  第二种方法是高压水枪冲洗法。

对不同的换热器采用不同的旋转水枪头，可以是刚性的，也可以是绕性的，压力从10MPa至200ＭＰa自由调节。

利用高压水除污垢，无论对管间、管内及壳体均适用。

高压水枪冲洗换热器效果较好。

应用广泛。

三、化学除垢

  换热器管程结垢，主要是因为水质不好形成水垢及油垢的结焦沉淀和粘附两种形式，用化学法除垢，首先应对结垢物质化验分析，搞清结垢物性质，就可以决定采用哪种溶剂清洗。

一般对硫酸盐和硅酸盐水垢采用碱洗（纯碱、烧碱、磷酸三钠等），碳酸盐水垢则用酸洗（盐酸、硝酸、磷酸、氟氢酸等）。

对油垢结焦可用氢氧化钠、碳酸钠、洗衣粉、液体洗涤剂、硅酸钠和水按一定的配比配成清洗液进行清洗。

采用化学清洗的办法，现场需要重新配管，比较花费时间。

三、管壳式换热器管子与管板的连接方法有哪几种？

如何选择？

  根据换热器使用条件、加工条件的不同，基本可分为胀接、焊接、胀焊并用三大类。

  其中胀接又可分为：

机械胀管、液压胀管、液袋胀管、橡胶胀管、爆炸胀管、脉冲胀管、粘胀等。

  焊接分为：

普通焊接、内孔焊接、高频焊接、摩擦焊接、钎焊和爆炸焊接。

  胀焊并用分为：

强度焊+贴胀、强度焊+强度胀、强度胀+密封焊、强度胀+贴胀+密封焊、强度焊+强度胀+贴胀。

  换热器进行水压试验和气密试验的基本原则如下：

（1）液压试验时，圆筒的薄膜应力不得超过试验温度下材料屈服点的90%；在气压试验时，此应力不得超过试验温度下材料屈服点的80%；

（2）制造完工的换热器应按GB150“钢制焊接压力容器技术标准”的规定进行压力试验；

  （3）换热器需经水压试验合格后方可进行气密性试验；

  （4）压力试验必须用两个量程相同的并经过校正的压力表。

压力表的量程在试验的2倍左右为宜，但不应低于1.5倍和高于4倍的试验压力；

  （5）换热器的开孔补强圈应在压力试验以前通入0.4~0.5Mpa的压缩空气检查焊缝质量；

  （6）水压试验和气密性试验的试验介质、试验温度、试验方法要严格按照容器压力试验的有关规定进行；

  （7）换热压力容器液压试验程序应按GB151规定进行；

  （8）水压试验和空密性试验在确认无泄漏后，应保压30min。

四、换热器泄漏后如何进行试漏检查？

怎样进行堵管？

一、试漏检查

  为了查明管子的泄漏情况，首先要作水压试验，，一般均采用在管子外侧加压力的外压试验。

其方法是：

把水通入壳体，保持一定时间，用目测检查两端管板处管子的泄漏情况，对漏管做出记录。

二、堵管

  管子本身的泄漏一般情况下是无法修复的，假如泄漏管子的数量不多时，可以用圆锥形的金属堵头将管口两端堵塞，如管程压力较高时，堵紧后再焊住更可靠。

堵头的长度一般为管内径的2倍，小端直径应等于0.85倍的内径，锥度为1:

10，堵头材料的硬度应低于或等于管子的硬度。

用堵管来消除泄漏时堵管数不得超过10%。

五、换热器腐蚀的主要部位是哪些？

为什么会发生腐蚀？

  换热器腐蚀的主要部位是换热管、管子与管板连接处、管子与折流板交界处、壳体等。

腐蚀原因如下：

一、换热管腐蚀

  由于介质中污垢、水垢以及入口介质的涡流磨损易使管子产生腐蚀，特别是在管子入口端的40~50mm处的管端腐蚀，这主要是由于流体在死角处产生涡流扰动有关。

二、管子与管板、折流板连接处的腐蚀

  换热管与管板连接部位及管子与折流板交界处都有应力集中，容易在胀管部位出现裂纹，当管与管板存在间隙时，易产生Cl+的聚积及氧的浓差，从而容易在换热管表面形成点坑或间隙腐蚀使它成为SCC的裂源。

管子与折流板交界处的破裂，往往是由于管子长，折流板多，管子稍有弯曲，容易造成管壁与折流板处产生局部应力集中，加之间隙的存在，故其交界处成为应力腐蚀的薄弱环节。

三、壳体腐蚀

  由于壳体及附件的焊缝质量不好也易发生腐蚀，当壳体介质为电解质，壳体材料为碳钢，管束用折流板为铜合金时，易产生电化学腐蚀，把壳体腐蚀穿孔。

  管壳式换热器的检修内容是：

一、小修内容

  1）拆卸换热器两端封头或管箱；

  2）清洗、清扫管子内表面和壳体异物。

并检查换热器两端盖、管箱的腐蚀、锈蚀、裂纹、砂眼等缺陷；

  3）对管束和壳体进行试压和试漏；

  4）检查螺栓及保温、防腐；

  5）进行局部测厚。

二、中修内容

  1）包括小修内容；

  2）抽出管束清理、清扫、清洗，并检查换热管的变形和弯曲情况；

  3）检查隔板和折流板及拉杆螺栓的腐蚀情况；

  4）检查换热器各密封面情况，表面不应有划痕、凹坑和点蚀。

三、大修内容

  1）包括中、小修内容；

  2）全面检查换热器的运行情况，并对管板与管子焊接处进行着色检验。

管壳式换热器日常维护的内容

  管壳式换热器日常维护和监测应观察和调整好以下循环水的工艺指标。

一、温度

  温度是换热器运行中的主要控制指标，从换热器进出口流体温度变化的情况可分析换热器的换热效果，判断换热器传热效率的高低，主要在传热系数上，传热系数低其效率也低，由进出口的温度可决定对换热器进行检查和清洗。

二、压力

  换热器列管若干结垢严重，则阻力增大，所以日常要对换热器的进出口压差进行测定和检验，特别对高压流体的换热器更要特别重视，如果列管泄露，高压流体一定向低压侧泄漏，造成低压侧压力上升较快，甚至超压。

所以必须解体检修或堵管。

三、振动

  换热器内部的流体流速一般较高，由于流体的脉冲和流动都会造成换热管的振动，或者整个设备振动，但最危险的是工艺开车过程中，提压或加负荷较快，很容易引起换热管振动，特别是在隔板处，管子振动的频率较高，容易把管切断，造成断管泄漏，遇到这种情况必须停机解体检查，检修换热器。

固定管板式换热器有哪几部分组成？

结构特点是什么？

浮头式换热器的浮头有几种形式？

  固定管板式换热器主要由外壳、封头、管板、管束折流板或支撑板等部件组成。

  其结构特点是：

在壳体中设置有平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳体的进出管直接焊接在壳体上，装有进口或出口管的封头管箱用螺栓与外壳两管板紧固。

管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。

这种换热器，管程可以用隔板分成任何程数。

  浮头换热器的浮头常用的有两种形式。

第一种是靠夹钳形半环和若干个压紧螺钉使浮头盖和活动管板密封结合起来，保证管内和管间互不渗漏。

第二种是使浮头盖法兰直接和勾圈法兰用螺栓紧固，使浮头盖法兰和活动管板密封贴合，虽然减少了管束的有效传热面积，但密封性可靠，整体也较紧凑。

板式换热器的工作原理是什么？

有何特点？

  板式换热器是由许多波纹形的传热板片，按一定的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。

板片组装时，两组交替排列，板与板之间用粘结剂把橡胶密封板条固定好，其作用是防止流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道，换热板片压成各种波纹形，以增加换热板片面积和刚性，并能使流体在低流速成下形成湍流，以达到强化传热的效果。

板上的四个角孔，形成了流体的分配管和泄集管，两种换热介质分别流入各自流道，形成逆流或并流通过每个板片进行热量的交换。

  其特点：

（1）体积小，占地面积少；

（2）传热效率高；（3）组装灵活；（4）金属消耗量低；（5）热损失小；（6）拆卸、清洗、检修方便；（7）板式换热器缺点是密封周边较长，容易泄漏，使用温度只能低于150ºC，承受压差较小，处理量较小，一旦发现板片结垢必须拆开清洗。

六、板式换热器有哪几部分组成？

有什么作用？

  板式换热器主要由传热板片、密封垫片、两端压板、固定封头、活动封头（头盖）、夹紧螺栓、支架、进出管等组成。

  各部件作用如下：

一、传热板片

  传热板片是换热器主要起换热作用的元件，一般波纹做成人字形，按照流体介质的不同，传热板片的材质也不一样，大多采用不锈钢和钛材制作而成。

二、密封垫片

  板式换热器的密封垫片主要是在换热板片之间起密封作用。

板式换热器的泄漏多是因为密封垫片压错位或者老化引起的。

三、两端压板

  两端压板主要是夹紧压住所有的传热板片，保证流体介质不泄漏。

四、夹紧螺栓

  夹紧螺栓主要是起紧固封头和换热板片的作用。

夹紧螺栓一般是通扣螺纹，预紧螺栓时，一定用力矩扳手，使固定板片的力矩均匀。

五、挂架

  主要是支承换热板片，使其拆卸、清洗、组装等方便。

板式换热器中、大修的内容有哪些？

  板式换热器中修的内容是：

（1）拆除进出管清洗杂物；

（2）检查进出管的橡胶内衬，不应有裂纹和破坏；

  （3）检查测量螺栓预紧力和板片总体尺寸。

  板式换热器大修的内容是：

（1）包括中修内容；

（2）如换热器结垢，应解体清洗，或者另行配管在线化学清洗；

  （3）用放大镜检查密封垫片的弹性和压缩变形情况，必要时可以更换；

  （4）检查传热板片变形情况；

  （5）检查传热板片有无腐蚀、穿孔等缺陷；

  （6）重新组装，压紧螺栓；

  （7）试压；

  （8）复位。

  板式换热器的拆装程序如下：

（1）板式换热器拆卸前，首先测量板束的压紧长度尺寸，做好记录（重装时应按此尺寸）；

（2）拆下夹紧螺栓和全部换热片；

  （3）取下各板片上的密封垫片，为防止用螺丝刀刺破板片，可采取液氮急冷法，使橡胶板条急冷变形，然后撕下；

  （4）清理密封槽内的残余粘结剂，清洗板片上的污垢；

  （5）用灯光或渗透法检查传热板片有无裂纹或穿孔。

检查板片上是否有凹坑或变形；

  （6）修复或更换损坏的板片；

  （7）重新组装。

组装前首先用丙酮清洗密封槽，并用401号粘结剂，水平位置粘好密封条；

  （8）粘好密封条的板片，每50片一组，用20~30mm的钢板压紧，在周围环境温度为30~35ºC的范围内固化24h，可以挂片；

  （9）挂片完毕，轻挂两端压盖，并穿固定螺栓；

  （10）用力矩扳手均匀地拧紧螺栓；

  （11）测量组装压紧后板片的总长度；

  （12）装进出口内衬套；

  （13）整体试压。

首先将板片一侧的流体通道的入口管盲死，装满水，然后在板片另一侧的工作介质通道出口管上加一带放气短管的盲板，在试压侧装上压力表。

充满水后用手压泵加压，为操作压力的1.5倍，并保持30min，压力无下降即可连接外管。

  板式换热器泄漏主要由以下原因造成：

（1）换热板片腐蚀穿透；

（2）换热板片有裂纹；

  （3）夹紧螺栓紧固不均匀；

  （4）换热板片变形太大；

  （5）密封垫片断裂或老化；

  （6）密封垫片厚度不均；

  （7）密封垫片压偏。

板式换热器与列管式换热器比较有什么优点？

（1）体积小，占地面积少。

板式换热器占地面积为同样换热能力的列管式换热器的30%左右。

（2）传热效率高。

传热系数可达16700KJ/（m2*h*ºC）[4000kcal/（m2*h*ºC）],较之列管换热器高2~4倍。

（3）组装方便。

当增加换热泪盈眶面积时，只需多装板片，进出口方位不需变动。

（4）金属消耗量低；

（5）拆卸、清洗、检修方便，不易结垢。