1、設備培訓系列之設備培訓系列之換熱器換熱器2.1 2.1 換熱器換熱器1 1）、概述）、概述 在煉油、化工生產中，絕大多數的工藝過程都有加熱、冷在煉油、化工生產中，絕大多數的工藝過程都有加熱、冷卻和冷凝的過程，這些過程總稱為換熱過程。傳熱過程的進行卻和冷凝的過程，這些過程總稱為換熱過程。傳熱過程的進行需要一定的設備來完成，這些使傳熱過程得以實現的設備就稱需要一定的設備來完成，這些使傳熱過程得以實現的設備就稱之為換熱設備。之為換熱設備。 我車間共有換熱器我車間共有換熱器6565臺，其中固定管板式臺，其中固定管板式4343臺（包括三聯換熱臺（包括三聯換熱器），器），U U型管式型管式1717臺（包括

2、廢鍋臺（包括廢鍋5 5臺），內浮頭式臺），內浮頭式3 3臺，雙管式臺，雙管式1 1臺，特殊型式臺，特殊型式1 1臺（臺（EA-302EA-302）. .2)2)、衡量換熱器的指標、衡量換熱器的指標（1 1）、傳熱）、傳熱效率要高。效率要高。（2 2）、結構要緊湊。）、結構要緊湊。（3 3）、要節省材料。）、要節省材料。（4 4）、流體在設備中的阻力要小，即壓力降要小。）、流體在設備中的阻力要小，即壓力降要小。（5 5）、）、要求結構可靠、制造成本低，便于安裝、檢修、使用周要求結構可靠、制造成本低，便于安裝、檢修、使用周期長。期長。由于要全面滿足上述要求是非常困難的，因而產生了各種各樣由于要全面

3、滿足上述要求是非常困難的，因而產生了各種各樣的換熱器，以適應各種特定的工藝條件。的換熱器，以適應各種特定的工藝條件。3)、換熱器的分類、換熱器的分類（1 1）、）、按傳熱方式可分為：按傳熱方式可分為：直接接觸式直接接觸式、蓄熱式蓄熱式、間壁式間壁式。（2 2）、）、按其工藝用途可分為：按其工藝用途可分為：冷卻器（冷卻器（coolercooler）、冷凝器）、冷凝器（condensercondenser）、加熱器（一般不發生相變）（）、加熱器（一般不發生相變）（heaterheater）、蒸）、蒸發器（發生相變）（發器（發生相變）（evaporatorevaporator）、再沸器（）、再沸器（

4、reboilerreboiler） 、廢熱鍋爐（廢熱鍋爐（waste heat boilerwaste heat boiler） 。（3）、按材料分類：分為金屬材料和非金屬材料換熱器。）、按材料分類：分為金屬材料和非金屬材料換熱器。熱流體熱流體冷流體冷流體熱流體熱流體冷流體冷流體傳熱效果好，但不傳熱效果好，但不能用于發生反應或能用于發生反應或有影響的流體之間有影響的流體之間直接接觸式直接接觸式圖圖2-1 2-1 直接接觸式換熱器直接接觸式換熱器冷流體冷流體冷流體冷流體熱流體熱流體熱流體熱流體溫度較高的場溫度較高的場合，但有交叉合，但有交叉污染，溫度波污染，溫度波動大動大蓄熱式蓄熱式圖圖2 22

5、 2 蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器間壁式間壁式又稱表面式換熱器又稱表面式換熱器利用間壁進行熱交利用間壁進行熱交換。冷熱兩種流體換。冷熱兩種流體隔開，互不接觸，隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體。間壁傳遞給冷流體。圖圖2 23 3 管式換熱器管式換熱器圖圖2 24 4 板式換熱器板式換熱器2.1.12.1.1列管式換熱器的基本結構形式列管式換熱器的基本結構形式1 1）、列管式換熱器的主要結構：）、列管式換熱器的主要結構：殼體、管箱、管板、換熱管、折流擋板以及其它附件組成。殼體、管箱、管板、換熱管、折流擋板以及其它附件組成。2 2）、列管式換熱器的工作原理：）、列管式換熱

6、器的工作原理：高溫流體高溫流體A A（紅色）由管箱進入換熱管，低溫流體（紅色）由管箱進入換熱管，低溫流體B B （藍色）（藍色）在管外流動，由于兩種流體存在溫度差，于是通過管壁進行熱在管外流動，由于兩種流體存在溫度差，于是通過管壁進行熱量交換。量交換。圖圖2 25 5 列管式換熱器列管式換熱器2.1.22.1.2列管式換熱器的主要類型列管式換熱器的主要類型從結構上分從結構上分固定管板式換熱器固定管板式換熱器浮頭式換熱器浮頭式換熱器U U形管式換熱器形管式換熱器填料函式換熱器填料函式換熱器2.1.2.1 2.1.2.1 固定管板式換熱器固定管板式換熱器1 1）、結構特點：兩塊管板均與殼體相焊接，

7、并加入了熱補償）、結構特點：兩塊管板均與殼體相焊接，并加入了熱補償原件原件膨脹節。膨脹節。2 2 ）、優點：結構簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價低，）、優點：結構簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價低，管程清洗方便，管子損壞時易于堵管或更換。管程清洗方便，管子損壞時易于堵管或更換。3 3）、缺點：不易清洗殼程，殼體和管束中可能產生較大的熱）、缺點：不易清洗殼程，殼體和管束中可能產生較大的熱應力。應力。4 4）、適用場合：適用于殼程介質清潔，不易結垢，管程需清）、適用場合：適用于殼程介質清潔，不易結垢，管程需清洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的場合洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大

8、的場合。圖7-2 固定管板式換熱器圖7-3 帶補償器的固定管板式換熱器圖圖2 26 6 固定管板式換熱器固定管板式換熱器圖圖2 27 7 帶膨脹節的固定管板式換熱器帶膨脹節的固定管板式換熱器膨脹節的作用：由于兩塊管板都與殼體固定，當殼體、換膨脹節的作用：由于兩塊管板都與殼體固定，當殼體、換熱管受熱、受壓都會發生變形，加入膨脹節減少熱應力來熱管受熱、受壓都會發生變形，加入膨脹節減少熱應力來吸收熱膨脹差。吸收熱膨脹差。2.1.2.12.1.2.1浮頭式換熱器浮頭式換熱器1 1）、結構特點：一塊管板固定，另一塊是浮動的與浮頭蓋用）、結構特點：一塊管板固定，另一塊是浮動的與浮頭蓋用浮頭鉤圈法蘭相連。浮

9、頭鉤圈法蘭相連。圖圖2 28 8 浮頭結構圖浮頭結構圖1 1 浮動管板浮動管板 2 2 浮頭鉤圈法蘭相連浮頭鉤圈法蘭相連 3 3 浮頭蓋浮頭蓋2 2）、優點：管內和管間清洗方便，不會產生熱應力。）、優點：管內和管間清洗方便，不會產生熱應力。3 3）、缺點：結構復雜，設備笨重，造價高，浮頭端小蓋在操）、缺點：結構復雜，設備笨重，造價高，浮頭端小蓋在操作中無法檢查。作中無法檢查。4 4）、適用場合：殼體和管束之間壁溫相差較大，或介質易）、適用場合：殼體和管束之間壁溫相差較大，或介質易 結垢的場合結垢的場合圖7-4 浮頭式換熱器圖圖2 29 9 浮頭式換熱器浮頭式換熱器2.1.2.3 U2.1.2.

10、3 U形管式換熱器形管式換熱器1 1）、結構特點：只有一塊管板，換熱管呈）、結構特點：只有一塊管板，換熱管呈U U形。形。圖7-6 U形管式換熱器圖圖2 210 U10 U型管式換熱器結構圖型管式換熱器結構圖2 2）、優點：結構簡單，價格便宜，承受能力強，不會產生熱）、優點：結構簡單，價格便宜，承受能力強，不會產生熱應力。應力。3 3）、缺點：布板少，管板利用率低，管子壞時不易更換。）、缺點：布板少，管板利用率低，管子壞時不易更換。4 4） 、適用場合：特別適用于管內走清潔而不易結垢的高溫、適用場合：特別適用于管內走清潔而不易結垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。高壓、腐蝕性大的物料。圖圖2 21

11、0 U10 U型管式換熱管箱器型管式換熱管箱器 結構圖結構圖圖圖2 210 U10 U型換熱管結構圖型換熱管結構圖2.1.2.4 2.1.2.4 填料函式換熱器填料函式換熱器1 1）、結構特點：該換熱器的結構與浮頭式換熱器的結構相似，）、結構特點：該換熱器的結構與浮頭式換熱器的結構相似，只是浮頭伸到了殼體外，浮頭與殼體之間采取填料函式密封。只是浮頭伸到了殼體外，浮頭與殼體之間采取填料函式密封。填料函式密封填料函式密封圖圖2 211 11 填料函式換熱器填料函式換熱器2 2）、優點：結構簡單，加工制造方便，造價低，管內和管間）、優點：結構簡單，加工制造方便，造價低，管內和管間清洗方便。清洗方便。

12、3 3）、缺點：填料處易泄漏。）、缺點：填料處易泄漏。4 4）、適用場合：）、適用場合： 4MPa 4MPa 以下，且不適用于易揮發、易燃、易以下，且不適用于易揮發、易燃、易爆、有毒及貴重介質，使用溫度受填料的物性限制。爆、有毒及貴重介質，使用溫度受填料的物性限制。2.1.3 2.1.3 列管式換熱器的組成元件及其連接列管式換熱器的組成元件及其連接2.1.3.12.1.3.1 換熱管換熱管1 1）、概述：）、概述： 換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件，主要通過管壁的內外換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件，主要通過管壁的內外面進行傳熱，所以換熱管的形狀、尺寸和材料，對傳熱有很大面進行傳熱，所以換熱管的形

13、狀、尺寸和材料，對傳熱有很大的影響。的影響。 小管徑且管壁較薄的管子在相同的殼徑內可以排列較多的小管徑且管壁較薄的管子在相同的殼徑內可以排列較多的管子，使換熱器單位體積的傳熱面積增大、結構緊湊，單位傳管子，使換熱器單位體積的傳熱面積增大、結構緊湊，單位傳熱面積金屬耗量少，傳熱效率也稍高一些，但制造麻煩，且易熱面積金屬耗量少，傳熱效率也稍高一些，但制造麻煩，且易結垢，不易清洗。結垢，不易清洗。 所以一般對清潔流體用小直徑管子，粘性較大的或污染的所以一般對清潔流體用小直徑管子，粘性較大的或污染的流體采用大直徑管子。流體采用大直徑管子。我國管殼式換熱器常用換熱管為：我國管殼式換熱器常用換熱管為：碳鋼

14、、低合金鋼管有：碳鋼、低合金鋼管有：19192 2、 25252.52.5、 38383 3、 57573.5 3.5 ；不銹鋼管有不銹鋼管有25252 2、 38382.52.5。長度規格有長度規格有1.51.5、2.02.0、3.03.0、4.54.5、6.06.0、7.57.5、9.09.0、12.0m12.0m。換。換熱管一般都用光管，為了強化傳熱，也可用螺紋管、帶釘管熱管一般都用光管，為了強化傳熱，也可用螺紋管、帶釘管及翅片管。及翅片管。2 2）、換熱管在管板上的排列方式）、換熱管在管板上的排列方式: :有正三角形、轉角正三角形、正方形和轉角正方形等。如圖有正三角形、轉角正三角形、正

15、方形和轉角正方形等。如圖2 21111所示。所示。流流體體流流動動方方向向流流體體流流動動方方向向正三角形正三角形轉角正三角形轉角正三角形流流體體流流動動方方向向流流體體流流動動方方向向正方形正方形轉角正方形轉角正方形 正三角形最普遍，因為在相同的管板面積上排管最多，結正三角形最普遍，因為在相同的管板面積上排管最多，結構緊湊，但管外清洗不方便；正方形排管少，結構不夠緊湊構緊湊，但管外清洗不方便；正方形排管少，結構不夠緊湊,但管外清洗較方便。一般在固定管板式換熱器中多用三角形但管外清洗較方便。一般在固定管板式換熱器中多用三角形排列，浮頭式換熱器多用正方形排列。排列，浮頭式換熱器多用正方形排列。圖

16、圖2 212 12 換熱管排列圖換熱管排列圖圖圖2 213 13 管板管板圖圖2 214 14 焊接管口焊接管口2.1.3.2 2.1.3.2 管子與管板的連接管子與管板的連接管子與管板的連接方法有：脹接、焊接、脹焊接結合等。管子與管板的連接方法有：脹接、焊接、脹焊接結合等。1 1）、）、脹接脹接 利用脹管器擠壓伸入管板孔中的管子端部，使管端發生塑性利用脹管器擠壓伸入管板孔中的管子端部，使管端發生塑性變形，管板孔同時產生彈性變形，取去脹管器后，管板與管子變形，管板孔同時產生彈性變形，取去脹管器后，管板與管子產生一定的擠壓力，貼在一起達到密封緊固連接的目的。產生一定的擠壓力，貼在一起達到密封緊固

17、連接的目的。（a a）脹管前）脹管前（b b）脹管后）脹管后圖圖2-15 2-15 脹管前后示意圖脹管前后示意圖適用范圍：換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設計適用范圍：換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設計壓力壓力4MPa4MPa，設計溫度，設計溫度300300，且無特殊要求的場合。，且無特殊要求的場合。要求：管板硬度大于管子硬度，否則將管端退火后再脹接。脹要求：管板硬度大于管子硬度，否則將管端退火后再脹接。脹接時管板上的孔可以是光孔，也可開槽接時管板上的孔可以是光孔，也可開槽( (開槽可以增加連接強開槽可以增加連接強度和緊密性度和緊密性) )。圖圖2-16 2-16 液壓脹管器

18、液壓脹管器液壓脹接液壓脹接機械脹接機械脹接2 2）、焊接）、焊接 焊接連接是將換熱管的端部與管板焊在一起。焊接連接是將換熱管的端部與管板焊在一起。v優點：優點：在高溫高壓條件下，焊接連接能保持連接的緊密性，在高溫高壓條件下，焊接連接能保持連接的緊密性，管板加工要求可降低，節省孔的加工工時，工藝較脹接簡單，管板加工要求可降低，節省孔的加工工時，工藝較脹接簡單，壓力較低時可使用較薄的管板。壓力較低時可使用較薄的管板。v缺點：缺點：在焊接接頭處產生的熱在焊接接頭處產生的熱 應力可能造成應力腐蝕開裂和應力可能造成應力腐蝕開裂和 疲勞破裂，同時管子、管板間疲勞破裂，同時管子、管板間 存在間隙，易出現存在

19、間隙，易出現“縫隙腐蝕縫隙腐蝕”。管板管板換熱管換熱管間隙間隙圖圖2-17 2-17 換熱管焊接示意圖換熱管焊接示意圖3 3）、焊脹結合）、焊脹結合v脹焊結合連接主要有：脹焊結合連接主要有： 強度焊密封脹強度焊密封脹先焊后脹。先焊后脹。 強度脹密封焊強度脹密封焊先脹后焊。先脹后焊。 概念解釋：密封焊概念解釋：密封焊不保證強度，只防漏；不保證強度，只防漏； 強度焊強度焊既防漏，又保證抗拉脫強度；既防漏，又保證抗拉脫強度； 密封脹密封脹只消除間隙，不承擔拉脫力；只消除間隙，不承擔拉脫力； 強度脹強度脹既消除間隙，又滿足脹接強度。既消除間隙，又滿足脹接強度。目前，先焊后脹與先脹后焊兩派學說仍處于爭議

20、之中。目前，先焊后脹與先脹后焊兩派學說仍處于爭議之中。2.1.3.3 2.1.3.3 管板與殼體的連接管板與殼體的連接 不同類型的管殼式換熱器其殼體與管板的連接方式不同，不同類型的管殼式換熱器其殼體與管板的連接方式不同，在固定管板式換熱器中，兩端管板均與殼體采用焊接連接，這在固定管板式換熱器中，兩端管板均與殼體采用焊接連接，這種連接稱為管板與殼體的不可拆連接；在浮頭式、種連接稱為管板與殼體的不可拆連接；在浮頭式、U U形管式換形管式換熱器中固定端的管板與殼體采用可拆連接。熱器中固定端的管板與殼體采用可拆連接。1 1）、不可拆連接結構）、不可拆連接結構 將管板直接焊接在殼體上，根據管板是否兼作法

21、蘭其結構將管板直接焊接在殼體上，根據管板是否兼作法蘭其結構不同，（下面兩組圖分別表示其結構）多數情況下采用管板兼不同，（下面兩組圖分別表示其結構）多數情況下采用管板兼作法蘭的結構。作法蘭的結構。圖圖2-18 2-18 管板兼作法蘭時與殼體的連接結構（焊接）管板兼作法蘭時與殼體的連接結構（焊接）圖圖2-19 2-19 管板不兼作法蘭時與殼體的連接結構（焊接）管板不兼作法蘭時與殼體的連接結構（焊接）2 2）、可拆連接結構）、可拆連接結構 在浮頭式、在浮頭式、U U形管式換熱器中固定端的管板與殼體采用可拆形管式換熱器中固定端的管板與殼體采用可拆連接，將管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，這樣便于管束連接，將管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，這樣便于管束從殼體中抽出進行清洗和維修。從