化工設(shè)備操作與維護模塊四認(rèn)識和操作換熱器任務(wù)4-1認(rèn)識換熱器任務(wù)目標(biāo)01能夠了解換熱器的基本分類及運行原理。02能夠掌握固定管板式和浮頭式換熱器的基本結(jié)構(gòu)，以及各結(jié)構(gòu)的作用。目錄/CONTENTS1換熱器的概念和分類2主要換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理一、換熱器的概念

和分類在工業(yè)生產(chǎn)中，要實現(xiàn)熱量的交換，需采用一定的設(shè)備，此種交換熱量的設(shè)備統(tǒng)稱為換熱器。任務(wù)4-1認(rèn)識換熱器0101PART1.換熱器的概念在現(xiàn)代石油化工企業(yè)中在工業(yè)生產(chǎn)中，要實現(xiàn)熱量的交換，需采用一定的設(shè)備，此種交換熱量的設(shè)備統(tǒng)稱為換熱器。換熱器廣泛應(yīng)用領(lǐng)域石油化工輕工機械冶金交通制藥換熱器投資約占裝置建設(shè)總投資的30%～40%在合成氨廠中換熱器約占全部設(shè)備總臺數(shù)的40%2.換熱器的分類蓄熱式（回流式）換熱器按作用原理分類間壁式（表面式或間接式）換熱器直接接觸式（混合式）換熱器中間載熱體式換熱器2.換熱器的分類特殊形式換熱器按結(jié)構(gòu)和材料分類管式換熱器板式換熱器2.換熱器的分類蒸發(fā)器按用途分類加熱器過熱器再沸器預(yù)熱器冷卻器冷凝器2.換熱器的分類按所用材料分類非金屬材料換熱器金屬材料換熱器二、主要換熱器的基

本結(jié)構(gòu)和原理管式換熱器/板式換熱器/熱管換熱器0202PART任務(wù)4-1認(rèn)識換熱器1.管式換熱器（1）管殼式（列管式）換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理1—折流擋板；2—管束；3—殼體；4—封頭；5—接管；6—管板（b）基本結(jié)構(gòu)（a）外觀圖4-1-2固定管板式換熱器①固定管板式換熱器它由殼體、管束、封頭、管板、折流擋板、接管等部件組成構(gòu)成1.管式換熱器（1）管殼式（列管式）換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理圖4-1-2固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)特點兩塊管板分別焊于殼體的兩端，管束兩端固定在管板上。1—折流擋板；2—管束；3—殼體；4—封頭；5—接管；6—管板①固定管板式換熱器換熱管內(nèi)的通道及與其兩端相貫通處稱為管程；換熱管外的通道及與其相貫通處稱為殼程。整個換熱器分為兩部分：冷、熱流體分別在管程和殼程中連續(xù)流動流經(jīng)管程的流體稱為管（管程）流體流經(jīng)殼程的流體稱為殼（殼程）流體1.管式換熱器（1）管殼式（列管式）換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理①固定管板式換熱器圖4-1-2固定管板式換熱器1—折流擋板；2—管束；3—殼體；4—封頭；5—接管；6—管板在相同的殼體直徑內(nèi)，排管數(shù)最多，旁路最少；每根換熱管都可以進行更換，且管內(nèi)清洗方便。優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單、緊湊當(dāng)換熱管與殼體的溫差較大（大于50℃）時產(chǎn)生溫差應(yīng)力，需在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，因而殼程壓力受膨脹節(jié)強度的限制不能太高。缺點殼程不能進行機械清洗1.管式換熱器（1）管殼式（列管式）換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理①固定管板式換熱器圖4-1-2固定管板式換熱器1—折流擋板；2—管束；3—殼體；4—封頭；5—接管；6—管板殼方流體清潔且不易結(jié)垢，兩流體溫差不大或溫差較大但殼程壓力不高的場合。適用場合1.管式換熱器（1）管殼式（列管式）換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理（b）基本結(jié)構(gòu)（a）外觀圖4-1-2浮頭式換熱器1—殼蓋；2—固定管板；3—隔板；4—浮頭鉤圈法蘭；5—浮動管板；6—浮頭蓋②浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)特點兩端管板之一不與殼體固定連接，可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，該端稱為浮頭。1.管式換熱器（1）管殼式（列管式）換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理②浮頭式換熱器圖4-1-2浮頭式換熱器1—殼蓋；2—固定管板；3—隔板；4—浮頭鉤圈法蘭；5—浮動管板；6—浮頭蓋當(dāng)換熱管與殼體有溫差存在，殼體或換熱管膨脹時，互不約束，不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可從殼體內(nèi)抽出，便于管內(nèi)和管間的清洗。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用材量大，造價高；浮頭蓋與浮動管板之間若密封不嚴(yán)，易發(fā)生內(nèi)漏，造成兩種介質(zhì)的混合。缺點1.管式換熱器（1）管殼式（列管式）換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理②浮頭式換熱器圖4-1-2浮頭式換熱器1—殼蓋；2—固定管板；3—隔板；4—浮頭鉤圈法蘭；5—浮動管板；6—浮頭蓋適用于殼體和管束壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場合。適用場合1.管式換熱器（1）管殼式（列管式）換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理③U形管式換熱器結(jié)構(gòu)特點是只有一個管板，換熱管為U形，管子兩端固定在同一管板上。管束可以自由伸縮，當(dāng)殼體與U形換熱管有溫差時，不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力。圖4-1-2浮頭式換熱器（b）基本結(jié)構(gòu)（a）外觀1.管式換熱器（1）管殼式（列管式）換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理③U形管式換熱器圖4-1-2浮頭式換熱器是結(jié)構(gòu)簡單，只有一個管板，密封面少，運行可靠，造價低；管束可以抽出，管間清洗方便。優(yōu)點管內(nèi)清洗比較困難；由于管子需要有一定的彎曲半徑，故管板的利用率較低；管束最內(nèi)層管間距大，殼程易短路；內(nèi)層管子壞了不能更換，因而報廢率較高。缺點1.管式換熱器（1）管殼式（列管式）換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理③U形管式換熱器圖4-1-2浮頭式換熱器U形管式換熱器適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢，而管程介質(zhì)清潔不易結(jié)垢以及高溫、高壓、腐蝕性強的場合。適用場合1.管式換熱器（1）管殼式（列管式）換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理④填料函式換熱器（a）外觀圖4-1-4填料函式換熱器（b）基本結(jié)構(gòu)

1—活動管板；2—填料壓蓋；3—填料；4—填料函；5—縱向板結(jié)構(gòu)特點管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。填料函耐壓不高，般小于4.0MPa；殼程介質(zhì)可能通過填料函外漏，對易燃、易爆、有毒和貴重的介質(zhì)不適用。缺點1.管式換熱器填料函式換熱器適用于管、殼壁溫差較大或介質(zhì)易結(jié)垢，需經(jīng)常清理且壓力不高的場合。（1）管殼式（列管式）換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理④填料函式換熱器圖4-1-4填料函式換熱器

1—活動管板；2—填料壓蓋；3—填料；4—填料函；5—縱向板結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，制造方便，耗材少，造價低；管束可從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)、管間均能進行清洗，維修方便。優(yōu)點1.管式換熱器（1）管殼式（列管式）換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理④填料函式換熱器圖4-1-4填料函式換熱器

1—活動管板；2—填料壓蓋；3—填料；4—填料函；5—縱向板適用于管、殼壁溫差較大或介質(zhì)易結(jié)垢，需經(jīng)常清理且壓力不高的場合。適用場合1.管式換熱器（1）管殼式（列管式）換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理圖4-1-5釜式換熱器結(jié)構(gòu)特點在殼體上部設(shè)置適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)空間，同時兼有蒸汽室的作用。管束類型U形管式固定管板式浮頭式⑤釜式換熱器1.管式換熱器（1）管殼式（列管式）換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理圖4-1-5釜式換熱器⑤釜式換熱器清洗維修方便，可處理不清潔、易結(jié)垢的介質(zhì)，并能承受高溫、高壓。優(yōu)點1.管式換熱器（1）管殼式（列管式）換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理圖4-1-5釜式換熱器⑤釜式換熱器適用于液-汽式換熱，可作為最簡結(jié)構(gòu)的廢熱鍋爐。適用場合1.管式換熱器（1）管殼式（列管式）換熱器的基本結(jié)構(gòu)和原理固定管板式換熱器浮頭式換熱器填料函式換熱器釜式換熱器

U形管式換熱器插管式換熱器滑動管板式換熱器管殼式換熱器類型類型是管式換熱器中結(jié)構(gòu)最簡單、操作最方便的一種換熱設(shè)備。1.管式換熱器（2）蛇管式換熱器沉浸式噴淋式按照換熱方式不同分類1.管式換熱器（2）蛇管式換熱器①沉浸式蛇管換熱器圖4-1-6沉浸式蛇管換熱器1—殼體2—蛇管結(jié)構(gòu)其多以金屬管彎繞而成，制成適應(yīng)容器的形狀，沉浸在容器內(nèi)的液體中。原理它是將蛇管置于裝有需加熱或需冷卻的介質(zhì)的容器中，一般管內(nèi)通入蒸汽、熱水和冷卻液，通過管壁與容器中的介質(zhì)傳熱。1.管式換熱器（2）蛇管式換熱器①沉浸式蛇管換熱器圖4-1-6沉浸式蛇管換熱器1—殼體2—蛇管常用作高壓流體的冷卻和反應(yīng)器的傳熱構(gòu)件蛇管應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡單形狀可與容器形狀相配蛇管能承受高壓蛇管傳熱效率低結(jié)構(gòu)笨重優(yōu)點缺點1.管式換熱器（2）蛇管式換熱器①沉浸式蛇管換熱器圖4-1-7蛇管的形狀優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、便于防腐蝕、能承受高壓1.管式換熱器（2）蛇管式換熱器①沉浸式蛇管換熱器圖4-1-6沉浸式蛇管換熱器1—殼體2—蛇管缺點由于容器的體積較蛇管的體積大得多，管外流體的傳熱膜系數(shù)較小，故常需加攪拌裝置，以提高其傳熱效率。1.管式換熱器（2）蛇管式換熱器②噴淋式蛇管換熱器圖4-1-8噴淋式蛇管換熱器多用于冷卻管內(nèi)的熱流體。固定在支架上的蛇管排列在同一垂直面上，熱流體自下部的管進入，由上部的管流出。冷卻水由管上方的噴淋裝置中均勻地噴灑在上層蛇管上，并沿著管外表面淋漓而下，降至下層蛇管表面，最后收集在排管的底盤中。原理1.管式換熱器（2）蛇管式換熱器②噴淋式蛇管換熱器圖4-1-8噴淋式蛇管換熱器噴淋式蛇管換熱器具有檢修清理方便，傳熱效果好等優(yōu)點。優(yōu)點體積龐大，占地面積大；冷卻水消耗量較大，噴淋不易均勻。缺點通常放在室外空氣流通處，冷卻水在空氣中汽化時，可帶走部分熱量，以提高冷卻效果。安裝位置1.管式換熱器（2）蛇管式換熱器②噴淋式蛇管換熱器圖4-1-8噴淋式蛇管換熱器應(yīng)用蛇管換熱器因其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、常被用于制冷裝置和小型制冷機組中。2.板式換熱器圖4-1-9板式換熱器兩相鄰板片的邊緣襯有墊片，壓緊后板間形成密封的流體通道，且可用墊片的厚度調(diào)節(jié)通道的大小。每塊板的四個角上，各開一個圓孔，其中有兩個圓孔和板面上的流道相通，另兩個圓孔則不相通。它們的位置在相鄰板上是錯開的，以分別形成兩流體的通道。冷、熱流體交替地在板片兩側(cè)流動，通過金屬板片進行換熱。結(jié)構(gòu)和原理簡稱板式換熱器，它是由一組長方形的薄金屬板平行排列，夾緊組裝于支架上面構(gòu)成。平板式換熱器2.板式換熱器圖4-1-9板式換熱器圖4-1-10板式換熱器的流體路徑簡稱板式換熱器，它是由一組長方形的薄金屬板平行排列，夾緊組裝于支架上面構(gòu)成。平板式換熱器2.板式換熱器圖4-1-9板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積設(shè)備所提供的換熱面積大；組裝靈活，可根據(jù)需要增減板數(shù)以調(diào)節(jié)傳熱面積；板面波紋使截面變化復(fù)雜，流體的擾動作用增強，具有較高的傳熱效率；拆裝方便，有利于維修和清洗。優(yōu)點處理量??；操作壓力和溫度受密封墊片材料性能限制而不宜過高。缺點簡稱板式換熱器，它是由一組長方形的薄金屬板平行排列，夾緊組裝于支架上面構(gòu)成。平板式換熱器簡稱板式換熱器，它是由一組長方形的薄金屬板平行排列，夾緊組裝于支架上面構(gòu)成。2.板式換熱器平板式換熱器圖4-1-9板式換熱器板式換熱器適用于經(jīng)常需要清洗、工作環(huán)境要求十分緊湊，工作壓力在2.5MPa以下，溫度在-35～200℃的場合。缺點3.熱管換熱器以熱管為傳熱單元的熱管換熱器是一種新型高效換熱器，它是由殼體、熱管和隔板組成的。熱管作為主要的傳熱元件，是一種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱裝置。平板式換熱器圖4-1-11熱管換熱器將殼體抽真空后充入適量的工作液，密閉殼休便構(gòu)成一只熱管。當(dāng)熱源對其一端供熱時，工作液白熱源吸收熱量而蒸發(fā)汽化，攜帶潛熱的蒸汽在壓差作用下，高速傳輸至殼體的另一端，向冷源放出潛熱而凝結(jié)，冷凝液回至熱端，再次沸騰汽化。如此反復(fù)循環(huán)，熱量不斷從熱端傳至冷端。工作原理殼體吸液芯工作液基本組成部件3.熱管換熱器傳熱特點由于沸騰和冷凝的對流傳熱強度都很大，而蒸汽流動阻力損失又較小，因此熱管兩端溫度差可以很小，即能在很小的溫差下傳遞很大的熱流量。蒸汽冷凝蒸汽流動沸騰汽化圖4-1-12熱管示意應(yīng)用和優(yōu)點它特別適用于低溫差傳熱及某些等溫性要求較高的場合。熱管換熱器具有結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、工作可靠、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點，可用于汽-氣、汽-液和液-液之間的換熱過程。傳熱過程化工設(shè)備操作與維護模塊四認(rèn)識和操作換熱器任務(wù)4-2操作與維護換熱器任務(wù)目標(biāo)01能夠進行換熱器的的操作和維護。03能夠進行換熱器的常見故障處理。02能夠進行換熱器的保養(yǎng)。目錄/CONTENTS1換熱器的操作3換熱器的清洗2換熱器的維護和保養(yǎng)4換熱器的常見故障處理為了保證換熱器長久正常運轉(zhuǎn)，提高其生產(chǎn)效率，必須正確操作和使用換熱器，并重視對設(shè)備的維護、保養(yǎng)和檢修，將預(yù)防性維護擺在首位，強調(diào)安全預(yù)防，減少任何可能發(fā)生的事故。一、換熱器的操作換熱器的正確使用/換熱器對物料加熱或冷卻的操作要點任務(wù)4-2操作與維護換熱器0101PART投產(chǎn)前應(yīng)檢查壓力表、溫度計、液位計以及有關(guān)閥門是否齊全好用。輸進蒸汽前先打開冷凝水排放閥門，排除積水和污垢；打開放空閥，排除空氣和其他不凝性氣體。換熱器投產(chǎn)時，要先通入冷流體，緩慢或數(shù)次通入熱流體，做到先預(yù)熱后加熱，切忌驟冷驟熱，以免換熱器受到損壞，影響其使用壽命。進入換熱器的冷熱流體如果含有大顆粒固體雜質(zhì)和纖維質(zhì)，一定要提前過濾和清除（特別是對板式換熱器），防止堵塞通道。1.換熱器的正確使用①③②④經(jīng)常檢查兩種流體的進出口溫度和壓力，發(fā)現(xiàn)溫度、壓力超出正常范圍或有超出正常范圍的趨勢時，要立即查處原因，采取措施，使之恢復(fù)正常。定期分析流體的成分，以確定有無內(nèi)漏，以便及時處理：對列管換熱器進行堵管或換管，對板式換熱器修補或更換板片。定期檢查換熱器有無滲漏、外殼有無變形以及有無振動，若有應(yīng)及時處理。定期排放不凝性廢氣和冷凝液，定期進行清洗。1.換熱器的正確使用⑤⑦⑥⑧2.換熱器對物料加熱或冷卻的操作要點加熱劑或冷卻劑操作要點蒸汽加熱必須不斷排除冷凝水，否則積于換熱器中，部分或全部變?yōu)闊o相變傳熱，傳熱速率下降；同時還必須及時排放不凝性氣體，因為不凝性氣體的存放使蒸汽冷凝的傳熱系數(shù)大大降低熱水加熱一般溫度不高，加熱速度慢，操作穩(wěn)定，只要定期排放不凝性氣體，就能保證正常操作煙道氣加熱一般用于生產(chǎn)蒸汽或加熱、汽化液體，煙道氣的溫度較高，且溫度不易調(diào)節(jié)，在操作過程中，必須時時注意被加熱物料的液位、流量和蒸汽產(chǎn)量，還必須做到定期排污導(dǎo)熱油加熱特點是溫度高（可達400℃）、黏度較大、熱穩(wěn)定性差、易燃、溫度調(diào)節(jié)困難。操作時必須嚴(yán)格控制進出口溫度，定期檢查進出管口及介質(zhì)流道是否結(jié)垢，做到定期排污，定期放空，過濾或更換導(dǎo)熱油水和空氣冷卻操作時注意根據(jù)季節(jié)變化調(diào)節(jié)水和空氣的用量，用水冷卻時，還要注意定期清洗冷凍鹽水冷卻其特點是溫度低、腐蝕性較大，在操作時應(yīng)嚴(yán)格控制進出口溫度，防止結(jié)晶堵塞介質(zhì)通道，要定期放空和排污冷凝需要注意定期排放蒸汽側(cè)的不凝性氣體，特別是減壓條件下不凝性氣體的排放表4-2-1不同加熱劑或冷卻劑下?lián)Q熱器操作要點二、換熱器的維護

和保養(yǎng)列管換熱器的維護和保養(yǎng)/板式換熱器的維護和保養(yǎng)方法0202PART任務(wù)4-2操作與維護換熱器1.列管換熱器的維護和保養(yǎng)開停換熱器時，不要將閥門開得太猛，否則容易造成管子和殼體受到?jīng)_擊，以及局部驟然脹縮，產(chǎn)生熱應(yīng)力，使局部焊縫開裂或管子連接口松弛。盡可能減少換熱器的開停次數(shù)，停止使用時，應(yīng)將換熱器內(nèi)的液體清洗放凈，防止凍裂和腐蝕。保持設(shè)備外部整潔，保溫層和油漆完好。保持壓力表、溫度計、安全閥和液位計等儀表和附件的齊全、靈敏和準(zhǔn)確。發(fā)現(xiàn)閥門和法蘭連接處滲漏時，應(yīng)及時處理。定期測量換熱器的殼體厚度，一般兩年一次。①②③④⑤⑥2.板式換熱器的維護和保養(yǎng)方法③③定期清理和切換過濾器，預(yù)防換熱器堵塞。①保持設(shè)備整潔、油漆完好，緊固螺栓的螺紋部分應(yīng)涂防銹油并加外罩。防止生銹和黏結(jié)灰塵。②保持壓力表、溫度計靈敏、準(zhǔn)確，閥門和法蘭無滲漏。④組裝板式換熱器時，螺栓的擰緊要對稱進行，松緊適宜。三、換熱器的清洗換熱器經(jīng)過一段時間的運行，傳熱面上會產(chǎn)生污垢，使傳熱系數(shù)大大降低而影響傳熱效率，因此必須定期對換熱器進行清洗，由于清洗的困難程度隨著垢層厚度的增加而迅速增大，所以清洗間隔時間不宜過長。任務(wù)4-2操作與維護換熱器0303PART1.化學(xué)清洗（酸洗法）酸洗法常用鹽酸配制酸洗溶液，由于酸能腐蝕鋼鐵基體，因此在酸洗溶液中須加入定數(shù)量的緩蝕劑，以抑制對基體的腐蝕。酸洗法的具體操作方法重力法強制循環(huán)法優(yōu)點借助于重力，將酸洗溶液緩慢注入設(shè)備，直至灌滿，操作方法簡單、耗能少，但效果差、時間長操作方法依靠酸泵使酸洗溶液通過換熱器并不斷循環(huán)清洗效果好，時間相對較短，缺點是需要酸泵，較復(fù)雜1.化學(xué)清洗（酸洗法）①對酸洗溶液的成分和酸洗的時間必須控制好，原則上要求既要保證清洗效果又盡量減少對設(shè)備的腐蝕。②酸洗前檢查換熱器各部位是否有滲漏，如果有，應(yīng)采取措施消除。③在配制酸洗溶液和酸洗過程中，要注意安全，須穿戴口罩、防護服、橡膠手套，并防止酸液濺入眼中。2.機械清洗對列管換熱器管內(nèi)的清洗，通常用鋼絲刷，具體做法是用一根圓棒或圓管，一端焊上與列管內(nèi)徑相同的圓形鋼絲刷，