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換熱�
閱讀�3243時間�2017-03-20 13:57:22

    換熱器(heat exchanger�,是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備,又稱熱交換�。換熱器在化�、石�、動力、食品及其它許多工業(yè)生產中占有重要地�,其在化工生產中換熱器可作為加熱��冷卻�、冷凝器�蒸發(fā)�和再沸器�,應用廣泛�

�(fā)�

    換熱器是一種在不同溫度的兩種或兩種以上流體間實�(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設�,是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流�,使流體溫度達到流程�(guī)定的指標,以滿足工藝條件的需�,同時也是提高能源利用率的主要設備之一。換熱器行業(yè)涉及暖�、壓力容器、中水處理設�,化工,石油等近30多種產業(yè),相互形成產�(yè)鏈條�
    �(shù)�(jù)顯示2010年中國換熱器產業(yè)市場�(guī)模在500億元左右,主要集中于石油、化�、冶�、電�、船�、集中供�、制冷空�、機�、食�、制藥等領域。其中,石油化工領域仍然是換熱器產業(yè)的市�,其市場�(guī)模為150億元;電力冶金領域換熱器市場�(guī)模在80億元左右;船舶工�(yè)換熱器市場規(guī)模在40億元以上;機械工�(yè)換熱器市場規(guī)模約�40億元;集中供暖行�(yè)換熱器市場規(guī)模超�30億元,食品工�(yè)也有�30億元的市�。另外,航天飛行�、半導體器件、核電常�(guī)島核島、風力發(fā)電機�、太陽能光伏�(fā)電、多晶硅生產等領域都需要大量的換熱�,這些市場約有130億元的規(guī)��
    國內換熱器行�(yè)在節(jié)能增�、提高傳熱效�、減少傳熱面�、降低壓�、提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著成�?;谑?、化�、電�、冶�、船�、機�、食�、制藥等行業(yè)對換熱器�(wěn)定的需求增�,我國換熱器行業(yè)在未來一段時期內將保持穩(wěn)定增��2011年至2020年期�,我國換熱器產業(yè)將保持年�10-15%左右的速度增長,到2020年我國換熱器行業(yè)�(guī)模有望達�1500億元�

分類

    適用于不同介質、不同工�、不同溫�、不同壓力的換熱�,結構型式也不同,換熱器的具體分類如下:
    一、按傳熱原理分類
    1、間壁式換熱�
    間壁式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動,通過壁面的導熱和流體在壁表面對流,兩種流體之間進行換熱。間壁式換熱器有管殼�、套管式和其他型式的換熱�。間壁式換熱器是目前應用最為廣泛的換熱��
    2、蓄熱式換熱�
    蓄熱式換熱器通過固體物質構成的蓄熱體,把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體,熱介質先通過加熱固體物質達到一定溫度后,冷介質再通過固體物質被加�,使之達到熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉�、閥門切換式等�
    3、流體連接間接式換熱器
    流體連接間接式換熱器,是把兩個表面式換熱器由在其中循�(huán)的熱載體連接起來的換熱器,熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循�(huán),在高溫流體接受熱量,在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流��
    4、直接接觸式換熱�
    又被稱為混合式換熱器,這種換熱器是兩種流體直接接觸,彼此混合進行換熱的設�,例�,冷水塔、氣體冷凝器��
    5、復式換熱器
    兼有汽水面式間接換熱及水水直接混流換熱兩種換熱方式的設備。同汽水面式間接換熱相比,具有更高的換熱效率;同汽水直接混合換熱相比具有較高的穩(wěn)定性及較低的機組噪��
    二、按用途分�
    1、加熱器
    加熱器是把流體加熱到必要的溫度,但加熱流體沒有發(fā)生相的變��
    2、預熱器
    預熱器預先加熱流體,為工序操作提供標準的工藝參數(shù)�
    3、過熱器
    過熱器用于把流體(工藝氣或蒸汽)加熱到過熱狀�(tài)�
    4、蒸�(fā)�
    蒸發(fā)器用于加熱流�,達到沸點以上溫�,使其流體蒸�(fā),一般有相的變化�
    �、按結構分類
    可分為:浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器��

注意事項

    1、保持管�(wǎng)的清�。無論是在工作前還是工作完成后,都必須對管網(wǎng)進行清潔處理,這樣做的目的是為了避免發(fā)生換熱器堵塞的現(xiàn)�。還要注意及時對除污器以及過濾器的清洗,讓整個工作順利完��
    2、嚴重把關軟化水。對于水質把關是相當重要�,在進行對軟化水水質處理的前提下,首先要認真檢查系統(tǒng)中的水和軟化罐水質問�,確定合格后方可進行注入處理�
    3、新系統(tǒng)檢驗。對于一些新系統(tǒng)來說,不能馬上與換熱器進行交替使用,首先需把新的系�(tǒng)在指定的時間段運�,讓它有了一個運行模式后,此時方可以把換熱器并入系統(tǒng)中使�,這樣做的目的完全是為了避免管�(wǎng)中的雜質破壞換熱器設��

行業(yè)狀�

    概述
    換熱器在石油、化�、輕�、制藥、能源等工業(yè)生產�,常常用作把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻,把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。換熱器既可是一種單元設�,如加熱�、冷卻器和凝汽器等;也可是某一工藝設備的組成部�,如氨合成塔內的換熱器。換熱器是化工生產中重要的單元設�,根�(jù)�(tǒng)�,熱交換器的噸位約占整個工藝設備的20%有的甚至高達30%,其重要性可想而知�
    管殼�
    管殼式換熱器是一個量大而品種繁多的產品,迫切需要新的耐磨�、耐腐�、高強度材料。我國在�(fā)展不銹鋼銅合金復合材�、鋁鎂合金及碳化硅等非金屬材料等方面都有不同程度的進展,其中尤以鈦材發(fā)展較�。鈦對海�、氯�、醋酸等有較好的抗腐蝕能�,如再強化傳�,效果將更好,一些制造單位已較好的掌握了鈦材的加工制造技�。對材料的噴涂,我國已從國外引進生產線。鋁鎂合金具有較高的抗腐蝕性和導熱�,價格比鈦材便宜,應予注�。國內在節(jié)能增效等方面改進換熱器性能,提高傳熱效�,減少傳熱面積降低壓�,提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著成�。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用�,使企業(yè)成本降低,效益提高�

金屬換熱

    間壁�
    夾套式換熱器�
    這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制�,結構簡�;但其加熱面受容器壁面限�,傳熱系�(shù)也不�.為提高傳熱系�(shù)且使釜內液體受熱均勻,可在釜內安裝攪拌器.當夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時,亦可在夾套中設置螺旋隔板或其它增加湍動的措施,以提高夾套一側的給熱系數(shù).為補充傳熱面的不�,也可在釜內部安裝蛇�. 夾套式換熱器廣泛用于反應過程的加熱和冷卻�
    沉浸式蛇管換熱器�
    這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應的形狀,并沉浸在容器內的液體中.蛇管換熱器的�(yōu)點是結構簡單,能承受高壓,可用耐腐蝕材料制�;其缺點是容器內液體湍動程度�,管外給熱系�(shù)�.為提高傳熱系�(shù),容器內可安裝攪拌器�
    噴淋式換熱器�
    這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架�,熱流體在管內流動,冷卻� 從上方噴淋裝置均勻淋�,故也稱噴淋式冷卻器.噴淋式換熱器的管外是一層湍動程度較高的液膜,管外給熱系�(shù)較沉浸式增大很多.另外,這種換熱器大多放置在空氣流通之�,冷卻水的蒸�(fā)亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度,增大傳熱推動力的作�.因此,和沉浸式相比,噴淋式換熱器的傳熱效果大有改��
    套管式換熱器套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管,并由U形彎頭連接而成.在這種換熱器中,一種流體走管內,另一種流體走�(huán)�,兩者皆可得到較高的流�,故傳熱系數(shù)較大.另外,在套管換熱器中,兩種流體可為純逆流,對�(shù)平均推動力較�。套管換熱器結構簡單,能承受高壓,應用亦方便(可根�(jù)需要增減管段數(shù)�). 特別是由于套管換熱器同時具備傳熱系數(shù)�,傳熱推動力大及能夠承受高壓強的�(yōu)��
    板式換熱器:
    最典型的間壁式換熱�,它在工�(yè)上的應用有著悠久的歷�,而且至今仍在所有換熱器中占�(jù)主導地位。主體結構由換熱板片以及板間的膠條組�。長期在市場占據(jù)主導地位,但是其體積大,換熱效率�,更換膠條價格昂貴(膠條的更換費用大約占整個過程的1/3-1/2�。主要應用于液體-液體之間的換�,行�(yè)內常稱為水水換熱,其換熱效率�5000w/m2.K�
    為提高管外流體給熱系�(shù),通常在殼體內安裝一定數(shù)量的橫向折流檔板。折流檔板不僅可防止流體短路,增加流體速度,還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束,使湍動程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種,前者應用更為廣�.�
    由于中國新版GMP的推�,板式換熱將逐漸退出食�,飲料,制藥等衛(wèi)生級別高的行�(yè)�
    管殼式換熱器�
    管殼�(又稱列管�) 換熱器是管殼式換熱器主要有殼�、管束、管板和封頭等部分組�,殼體多呈圓形,內部裝有平行管束或者螺旋管,管束兩端固定于管板�。在管殼換熱器內進行換熱的兩種流�,一種在管內流動,其行程稱為管程;一種在管外流動,其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱�。管子的型號不一,過程一般為直徑16mm 20mm或�25mm三個型�,管壁厚度一般為1mm�1.5mm�2mm以及2.5mm。進口換熱�,直徑可以到8mm,壁厚僅�0.6mm。大大提高了換熱效率�2012年來也在國內市場逐漸推廣開來。管殼式換熱�,螺旋管束設計,可以限度的增加湍流效果,加大換熱效率。內部殼層和管層的不對稱設計,可以達�4.6倍。這種不對稱設�,決定其在汽-水換熱領域的廣泛應用。換熱效率可以達�14000w/m2.k,大大提高生產效�,節(jié)約成��
    同時,由于管殼式換熱器多為金屬結�,隨著中國新版GMP的推出,不銹�316L為主體的換熱�,將成為飲料,食�,以及制藥行�(yè)的必選�
    雙管板換熱器 也稱P型換熱器�
    該熱換器是在管殼式換熱器的兩頭各加一個管�,可以有效防止泄漏造成的污染。市場上國產品牌較少,價格昂�,一般在10萬元以上,進口可以到幾十萬,符合新版GMP�(guī)�,雖價格昂貴,但決定其市場廣闊�
    混合�
    混合式熱交換器是依靠�、熱流體直接接觸而進行傳熱�,這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側的污垢熱阻,只要流體間的接觸情況良�,就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場合,都可以采用混合式熱交換�,例如氣體的洗滌與冷�、循�(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應用遍及化工和冶金企業(yè)、動力工程、空氣調節(jié)工程以及其它許多生產部門��
    按照用途的不同,可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型:
    (1)冷卻�(或稱冷水�)
    在這種設備�,用自然通風或機械通風的方�,將生產中已經提高了溫度的水進行冷卻降溫之后循環(huán)使用,以提高系統(tǒng)的經濟效�。例如熱力發(fā)電廠或核電站的循�(huán)�、合成氨生產中的冷卻水等,經過水冷卻塔降溫之后再循環(huán)使用,這種方法在實際工程中得到了廣泛的使用�
    (2)氣體洗滌�(或稱洗滌�)
    在工�(yè)上用這種設備來洗滌氣體有各種目的,例如用液體吸收氣體混合物中的某些組�,除凈氣體中的灰�,氣體的增濕或干燥等。但其最廣泛的用途是冷卻氣體,而冷卻所用的液體以水居多??照{工程中廣泛使用的噴淋�,可以認為是它的一種特殊形�。噴淋室不但可以像氣體洗滌塔一樣對空氣進行冷卻,而且還可對其進行加熱處理。但是,它也有對水質要求�、占地面積大、水泵耗能多等缺點:所�,在一般建筑中,噴淋室已不常使用或僅作為加濕設備使用。但�,在以調節(jié)濕度為主要目的的紡織�、卷煙廠等仍大量使用�
    (3)噴射式熱交換�
    在這種設備中,使壓力較高的流體由噴管噴�,形成很高的速度,低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進行傳熱,并一同進入擴散�,在擴散管的出口達到同一壓力和溫度后送給用戶�
    (4)混合式冷凝器
    這種設備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷��
    蓄熱�
    蓄熱式換熱器用于進行蓄熱式換熱的設備。內裝固體填充物,用以貯蓄熱�。一般用耐火磚等砌成火格子(有時用金屬波形帶等)。換熱分兩個階段進行。階段,熱氣體通過火格�,將熱量傳給火格子而貯蓄起來。第二階�,冷氣體通過火格子,接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。這兩個階段交替進行。通常用兩個蓄熱器交替使用,即當熱氣體進入一器時,冷氣體進入另一�。常用于冶金工業(yè),如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學工業(yè),如煤氣爐中的空氣預熱器或燃燒室,人造石油廠中的蓄熱式裂化爐�
    蓄熱式換熱器一般用于對介質混合要求比較低的場合�
    陶瓷
    陶瓷換熱器是一種新型的列管式高溫熱能回收裝�,主要成份為碳化硅,可以廣泛用于冶金、機�、建材、化工等行業(yè),直接回收各種工�(yè)窯爐排放�850�1400℃高溫煙氣余�,以獲得高溫助燃空氣或工藝氣��
    研制成的這種裝置的換熱元件材料系一種新型碳化硅工程陶瓷,它具有耐高溫和抗熱沖擊的優(yōu)異性能,從 1000 � 風冷至室溫,反復50 次以上不出現(xiàn)裂紋;導熱系�(shù)與不銹鋼等同;在氧化性和酸性介質中具有良好的耐蝕�。在結構上成功地解決了熱補償和較好地解決了氣體密封問�。該裝置傳熱效率�,節(jié)能效果顯著,用以預熱助燃空氣或加熱某些過程的工藝氣體,可節(jié)約一次能源,燃料節(jié)約率可達30 %�55%,并可強化工藝過程,顯著提高生產能力�
    陶瓷換熱器的生產工藝與窯具的生產工藝基本相同,導熱性與抗氧化性能是材料的主要應用性能。它的原理是把陶瓷換熱器放置在煙道出口較�,溫度較高的地方,不需要摻冷風及高溫保�,當窯爐溫度1250-1450℃時,煙道出口的溫度應是1000-1300�,陶瓷換熱器回收余熱可達�450-750�,將回收到的的熱空氣送進窯爐與燃氣形成混合氣進行燃燒,這樣直接降低生產成本,增加經濟效��
    陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的�(fā)展,因為它較好地解決了耐腐�,耐高溫等課題。它的主要優(yōu)點是:導熱性能好,高溫強度�,抗氧化、抗熱震性能�。壽命長,維修量�,性能可靠�(wěn)�,操作簡��

浮頭�

    設計要求
    隨著經濟的發(fā)�,各種不同型式和種類的換熱器�(fā)展很�,新結構、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了適應發(fā)展的需�,中國對某些種類的換熱器已經建立了標�,形成了系列。完善的換熱器在設計或選型時應滿足以下基本要求:
    �1� 合理地實�(xiàn)所�(guī)定的工藝條件�
    �2� 結構安全可靠�
    �3� 便于制造、安�、操作和維修�
    �4� 經濟上合��
    浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定,而另一端的管板可在殼體內自由浮�,殼體和管束對膨脹是自由的,故當兩張介質的溫差較大時,管束和殼體之間不產生溫差應�。浮頭端設計成可拆結�,使管束能容易的插入或抽出殼體。(也可設計成不可拆的)。這樣為檢修、清洗提供了方便。但該換熱器結構較復�,而且浮動端小蓋在操作時無法知道泄露情況。因此在安裝時要特別注意其密��
    浮頭換熱器的浮頭部分結構,按不同的要求可設計成各種形�,除必須考慮管束能在設備內自由移動外,還必須考慮到浮頭部分的檢修、安裝和清洗的方��
    在設計時必須考慮浮頭管板的外徑Do。該外徑應小于殼體內徑Di,一般推薦浮頭管板與殼體內壁的間隙b1=3~5mm。這樣,當浮頭出的鉤圈拆除�,即可將管束從殼體內抽出。以便于進行檢修、清洗。浮頭蓋在管束裝入后才能進行裝配,所以在設計中應考慮保證浮頭蓋在裝配時的必要空間�
    鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質間的串漏起著重要作�。隨著幞頭式換熱器的設計、制造技術的�(fā)�,以及長期以來使用經驗的積累,鉤圈的結構形式也得到了不段的改進和完善�
    鉤圈一般都為對開式結構,要求密封可�,結構簡單、緊�、便于制造和拆裝方便�
    浮頭式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應�,在長期使用過程中積累了豐富的經�。盡管受到不斷涌�(xiàn)的新型換熱器的挑�(zhàn),但反過來也不斷促進了自身的發(fā)展。故迄今為止在各種換熱器中仍占主導地��
    �(yōu)缺點
    �(yōu)點:
    �1)管束可以抽出,以方便清洗管、殼程;
    �2)介質間溫差不受限制�
    �3)可在高溫、高壓下工作,一般溫度小于等�450�,壓力小于等�6.4兆帕�
    �4)可用于結垢比較嚴重的場��
    �5)可用于管程易腐蝕場合�
    缺點�
    �1)小浮頭易發(fā)生內��
    �2)金屬材料耗量�,成本高20%�
    �3)結構復�
    制造工�
    選取換熱設備的制造材料及牌號,進行材料的化學成分檢驗,機械性能合格�,對鋼板進行矯形,方法包括手工矯�,機械矯形及火焰矯形�
    備料--劃線--切割--邊緣加工(探傷)--成型--組對--焊接--焊接質量檢驗--組裝焊接--壓力試驗
    質量檢驗
    化工設備不僅在制造之前對原材料進行檢驗,而且在制造過程中要隨時進行檢查�

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