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换热设备培训材料项目经理部2010/08/17Ⅳ常减压装置之目录第一部分基础知识第二部分冷换设备的操作与管理第三部分故障处理基础知识◆冷换设备的定义换热设备就是将一种强度较高的热流体的热量传给另一种温度较低的冷流体的设备，这些设备是为了达到加热或冷却的目的。基础知识◆基本概念1、温度物体温度的高低和热的多少并不是一回事，温度只表示物体的冷热程度，而物体吸收或放出热的多少叫做热量。通常以卡作为单位，把一克水的温度升高或降低1度时，水所吸收的或放出的热量叫做1卡。基础知识同样质量的不同物质，当他们升高相同温度下所吸收的热量并不相同，物质的这种性质常用比热来表明，所谓比热就是1个单位质量的某物质，当温度升高一度是所吸收的热量。常见物质中水的比热最大，换句话说水在升温或降温时所吸收和放出的热量最多（同时，水的汽化热也较大）因此生产中广泛的采用水作为冷却剂。基础知识◆传热方式传热由三种方式，就是传导、对流和辐射，在换热设备中经常遇到的是热传导和对流传热。基础知识1、传导传热热从物体的高温部分沿着物体传到低温部分，就叫传导传热。各种物质传热的本领并不相同，表示物质的传热本领也叫做物质的导热性或导热能力。可以用导热系数来表示，假设某物厚度是1米，两壁面温度相差1℃，那么在1小时内这个物质1平方米表面积所能传递的热量千卡值就叫在该物质的导热系数。基础知识在生产中有时还需要知道通过某一物体的传热速度，也就是单位时间内传递了多少热量。通过大量的实践证明，任一物体在单位时间内传递了多少热量和该物体的导热系数、表面积以及两壁表面温度差有关。通过固体壁所传的热量可用下式计算。基础知识Q传导=λf/δ（t1—t2）千卡/小时Q传导—每小时经传导方式所传递的热量千卡/小时λ—导热系数千卡/小时.度δ—固体壁厚度米：t1、t2—壁两边表面温度℃，f—壁传热的表面积米2基础知识2、对流传热靠着液体或气体的流动来传递热量的方式叫对流传热。传导传热式，热是沿物体传递的物质，不发生流动。所以说对流传热是液体和气体在加热时特有的传热方式。不过还应该指出，对流传热常不可避免地伴随着传导传热。基础知识按照对流传热过程的特点又可分为自然对流和强制对流两种，自然对流时，由于冷热质的比重不同引起的热交换。而强制对流时，则是外部作用力下，是冷热质运动而产生的传热。例如，在一容器内加热油品就是自然对流，如果加热过程中，还同时搅拌油品那就是变成了强制对流。基础知识◆换热设备的种类在化工生产过程中，有多种形式的热量交换要求。所以换热器就出现了多种形式和结构，现将其常用的分类如下：基础知识1、按用途分类换热器：两种温度不同的流体进行热量的交换，使一种流体降温而另一种流体升温，以满足各自的需要。冷凝器：在两种温度不同的流体进行热量交换中，有一种流体是从气态被冷凝成为液态，温度变化并不大就称为冷凝器。基础知识蒸发器：和上述相反，若有一种液体被加热而蒸发成为气体就称为蒸发器，如图Ⅱ－2—1，常以水蒸汽作为热源，重沸器即为蒸发器的一种。冷却器：凡是热量不回收利用，而只要一种流体冷却的换热器称为冷却器，常用的冷流体是水或空气，所以有水冷却器或空气冷却器等。它常常接在换热器的后面，作为最后将物料降温到可以进入贮管的一种手段。基础知识加热器：凡是利用废热而单纯只要一种流体加热升温的换热器称为加热器。基础知识2、按换热方式分类间壁式换热器设备：在冷热两种流体间有一定形式的表面把流体分隔开，热量通过此种间隔表面两者互相交换，两种流体不相混合，常用的间壁式换热设备有管式换热设备和板式换热设备。基础知识蓄热式换热设备：蓄热式换热器是让两种不同温度的流体间断交替地通过同一种固体填料面进行热交换的设备。当热流体通过时，把积蓄的热量从填料中带走。在填料被冷却的过程中，进行着热流体与冷流体之间的热量交换。填料多数为耐火砖或波纹铝带等金属填充物。这种换热器在冶金系统中应用较多，在化工生产中也有使用。基础知识混合式换热设备：这种换热设备的特点是冷热流体在换热设备中直接混合以达到热量的传递，属于此种换热方式的设备有凉水塔、混合式冷凝器和泡沫冷却塔。基础知识3、按结构型式分类间壁式换热器设备的种类繁多，但从间壁表面的特征来看可分为两大类。基础知识◆管式换热设备传热面是各种管子，冷热两种流体分别在管内和管外流过，通过管壁面交换热量，它是化工厂内应用最普遍的设备，从具体结构上细分，它又可分为：基础知识1）管壳式换热器设备的特点是在圆筒形外壳中装有管束，一种流体在管内流动称为管程；另一种流体在管外流动称为壳程。2）套管式换热设备如图Ⅱ－2－5，它是由直径不同的直管制成的同心套管，并由U型弯头连接而成。在这种换热器中，一和流体走管内，另一种流体走环隙，两者皆可得到较高的流速，两种流体又完全是逆向流动传热效果较好。基础知识套管式换热器结构简单，能承受高压，应用亦方便（可根据需要增减管段数目）。在超高压生产过程中应用较多，其缺点是金属用量较大、占地面积大、接头处易发生泄漏。所以适用于热负荷不大、高粘度、中小流量、传热面不大的场合，且两种流体的温差应小于70℃，否则，因内外管热膨胀量不同而造成接头破裂。基础知识3）蛇管式换热设备，蛇管式换热器的型式基本上可以分成两类，一类是由肘管连接的直管组成，一类是由直管盘成螺旋型式或其它形状。4）空气冷却器管束可为人字形，也做成平板形，管束用翅片管组成，下面用轴流式风机，使大量空气吹过管束，将管内流体冷凝冷却，改变风机叶片角度就可以调节所需风量，以控制管内流体的出口温度，用空气代基础知识替水作冷却剂能大量节约用水，对水源少的地方是很有利的，而且节省了循环水场的投资，基建及操作费用较低，但由于空气温度随大气温度而变，所以，它的最终冷却温度不能太低，有时还要在后面串联使用水冷却器。基础知识板式换热设备，传热面是表面压成各种形状的薄板，冷热流体分别在相邻两板之间流动，通过板壁而进行换热，由于它的强度和密封问题，尚不能用于压力或温度较高的场合。化工厂内常见的类型有：基础知识夹套式换热设备：它在小型和间歇生产中是比较常用的一种传热设备，带有夹套的反应套的反应釜在化工、制药和食品工业中应用的非常广泛。基础知识螺旋板式换热设备螺旋板式换热器，它是用焊在中心分隔档板上的两块金属薄板，在专用卷板机上卷制而成，卷成之后两端用盖板焊死，这样便形成了两条互不相通的螺旋形通道。冷流体或热流体由螺旋通道外层的连接管进入，最后由外层连接管流出，两种流体在换热器中作逆流方式流动。基础知识螺旋式换热器的主要优点：a、传热效率高：因为流体在螺旋通道内流动时易形成湍流，而一般能得到较高的流速。因此，决定了螺旋板式换热器是一种高效率换热设备。其传热系数K比管式约高1—3倍。基础知识b、全逆流与小温差换热：管式换热器两种流体大多是混流方式，而螺旋板式换热器内两种流体可进行全逆流换热，这样，当回收低温热量及相同的传热系数条件下，采用螺旋板式换热器比管式换热器需传热面积小，同时，还可回收低温热能，现在我国使用的最小温度为3℃基础知识c、不易污塞，由于流体在螺旋通道中流速很高，使得流体中悬浮物不易沉淀；而且因流体在单通道中某处沉积下污垢后，就相应地减少了单流道的断面。流体在此处的流速也随之提高，使沉积污垢易被冲掉，但在管式换热器内情况便不同了。如果一根管子被污物堵塞，这根管子流速就降低，更会使污物沉积下来，最后会完全堵死管子。基础知识d、结构可靠和紧凑：由于螺旋板式换热器两通道为焊接密封，其流体与大气的密封是用标准法兰和石棉橡胶垫片，所以，不会产生内漏，使用比较安全可靠，螺旋板式换热器结构的另一特点是允许膨胀。螺旋通道受热和泠却以后，可象钟表发条一样自由伸缩，不会发生很大的内应力。e、操作稳定，可精密控制温度。基础知识f、制造简单，成本低廉，用螺旋板式换热器代替管壳式换热器，由于采用板材制造，可以节省无缝钢管基础知识螺旋板式换热器的缺点是：a、操作压力和温度不能太高，一般压力不超过20公斤／厘米2，温度不超过300～400℃。b、制造、检修都比较困难。c、流体的阻力比较大，在同祥物料和流速下，其阻力约为直管阻力的3—4倍。基础知识由于板面的特殊要求，即增大了传热面积，又提高了板片间流动的湍动程度，故传热系数K大。结构十分紧凑，板面很薄，两块板面之间的流通空隙只有2－8mm，单位体积所提供的传热面250—1000m2/m3，而列管式换热器只能达到40—150m2／m3，板式换热器的金属耗量可减少一半以上。具有可拆结构，可根据需要调整板片数目，以增减传热面积，故操作灵活性大，检修清洗也方便。基础知识板翅式换热设备：它也是一种新型的高效换热器。板翅式换热器的主要缺点是：流道小，容易堵塞，清洗不便，制造复杂，焊接质置要求高等等。但由于它具有体积小，重量轻，传热效率高等突出的优点。基础知识板壳式换热设备：板壳式换热器与管壳换热器的主要区别是以板柬代替管束，板束的基本元件将条状钢板滚压成一定形状然后焊接而成。冷换设备的操作与管理浮头式换热器试压过程新的冷换设备进厂安装后、投用前均要进行试压，另外换热器在检修施工后也需要检查换热器的安装质量。下面以结构最复杂的浮头式换热器为例，说明三遍试压过程：第一遍试压：1）试压目的：检查管束管子是否有破裂，管板与管子连接处是否有渗漏。冷换设备的操作与管理2）方法与步骤：采用假浮头试压，不用抽管束。先用一试压环把管箱端管板和壳体密封，再用一假浮头（俗称假帽子），把浮头端管板和壳体密封，通过往壳程加压，可检查管束管子是否有破裂，管板与管束连接是否有渗漏。步骤如下：①拆卸大头盖及浮头；②在浮头端安装假浮头（俗称假帽子），它是用来保证浮头端管板和壳体间的密封；冷换设备的操作与管理③拆卸固定管板处的管箱，装上试压环，把紧螺栓，使管板与壳体间保证密封；④向壳程内注水并升压到壳程试验压力，并保压半小时；⑤保压期间，检查两块管板，管束管子与管板连接处是否渗漏；检查管束管子内是否有水漏出（若有水漏出说明此管有破裂）。冷换设备的操作与管理3）泄漏的处理：如管子破裂，放压后可用锥度为3～5°的金属柱塞将此管堵死。但原则上同一管程内，堵死管子不应超过管子总数10％；如管束管子与管板处有渗漏，放压后可进补或焊接。冷换设备的操作与管理第二遍试压：1）试压目的：主要检查浮头垫片的密封情况。2）试压步骤：①拆卸大头盖；②打开管箱端上部法兰，下部法兰加试压盲板当做试压水进口，接通试压泵进水管；③向管程注水，水满后将法兰口盲死（有出入口阀门者可关闭阀门）；④开始升压到管程试验压力，并保压半小时，检查浮头垫片处渗漏情况。冷换设备的操作与管理3）浮头泄漏的处理：浮头处理一般与法兰连接泄露处理相同。维修时应按法兰连接的方法检查法兰密封面及浮头垫片是否符合技术要求，法兰拧紧是否正确。注意：紧固螺栓时一定要均匀，不可紧偏；若紧固后，小浮头侧仍然泄漏，应进行换垫，重新打压。冷换设备的操作与管理第三遍试压：1）试压目的：整体试压，主要检查头盖的安装情况和管板内侧泄漏情况。2）试压方法：从壳程注水，然后升压到壳程试验压力，保压半小时，检查大头盖是否泄漏，同时检查管板内侧泄漏情况。3）泄漏的处理：处理方法与一般法兰连接泄露处理相同。注意：紧固螺栓时一定要均匀，不可紧偏；若紧固后，管板内侧仍然泄漏，应重新拆管箱抽芯子，进行换垫，重新打压。冷换设备的操作与管理管壳式换热器操作与管理使用前的检查准备工作1）检查换热器静电接地是否良好；2）检查地脚螺栓及各连接法兰螺栓是否松动（滑动端应留有间隙）；3）检查出入口阀门是否完好，手轮是否齐全好用；4）检查换热器壳体表面有无变形、碰伤裂纹、锈蚀麻坑等缺陷；5）检查温度、压力表等仪表是否好用；6）试压合格后，方可投用。冷换设备的操作与管理管壳式换热器的投用1）放尽换热器内存水，进行蒸汽贯通、预热，试压，注意管壳程必须同时进行；2）试压合格后，接临时风线，对试压蒸汽进行吹扫，防止换热器内存水，热油进去后水汽化，压力上升，造成换热器泄漏。3）投用前，应首先检查密闭排污阀，是否关