1、項目3 化工單元操作任務14 壓縮機操作化工總控工技能鑒定培訓教程高級工目 錄CONTENTS0102030405任務描述考核標準任務實施考核要求相關知識項目拓展思考練習06071任務14.1 換熱器實訓操作2任務14.2 換熱器仿真操作換熱器操作實訓裝置如圖14-1所示。任務14.1 換熱器實訓操作圖14-1 換熱器操作實訓裝置1、熟悉換熱器的結構，能夠熟練拆裝換熱器。2、能夠按操作要求正確操作換熱器，掌握換熱器開車、正常運行和停車操作技能。3、能夠熟練判斷及排除換熱器在運行中的常見故障，掌握其維護保養方法。換熱器操作項目考核標準見表14-1。表14-1 換熱器操作項目考核表考核內容考核要點

2、配分扣分扣分原因得分檢查準備檢查設備、管道、儀表、閥門5 開電源、儀表開關及監控界面5 開蒸汽發生器進水閥，加水至適當液位5 開車開啟相關閥門，打通流程5 蒸汽發生器加熱，控制蒸汽壓力0.070.1 MPa5 啟動冷風風機，調流量至合適值5 開啟水冷卻器各閥門，調節冷卻水流量和冷風溫度5 通入水蒸汽，排不凝性氣、冷凝水5 正常運行控制蒸汽發生器壓力和液位，控制換熱器壓力為00.15 MPa5 調節冷風流量，并讀取冷、熱流體流量及入口和出口溫度5 改變冷風的流量，記錄相關數據并進行比較5 停車停蒸汽發生器，關蒸汽出口閥，蒸汽系統卸壓5 風機出口總管溫度至常溫時停機5 關閉儀表及電源開關5 開系統

3、排污排液，閥門及儀表恢復到初始狀態5 職業素質操作安全規范5 團隊配合合理有序5 現場管理文明安全5 實訓報告書寫認真規范5 數據真實可靠5 考評員簽字 考核日期 合計得分任務14.2 換熱器仿真操作1.能正確標識設備、閥門、各類測量儀表的位號及作用。2.認知換熱系統的構成，學會換熱器正確的開車、停車的操作方法。3.能正確分析常見事故產生的原因，學會常見事故的判斷及處理方法。4.認知簡單控制系統與分程控制系統的構成，學會正確進行流量、壓力、溫度等參數調節方法。1、 工藝流程 帶控制點的工藝流程如圖14-2所示，仿DCS流程如圖14-3所示，仿現場流程如圖14-4所示。圖14-2 換熱器單元帶控

4、制點的工藝流程圖2、設備一覽P101A/B：冷物流進料泵；P102A/B：熱物流進料泵；E101：列管式換熱器。圖14-3 列管式換熱器DCS界面圖14-4 列管式換熱器現場界面為保證熱物料的流量穩定，TIC101采用分程控制，其分程動作如圖14-5所示。TV101A和TV101B分別調節流經E101和副線的流量，TIC101輸出0100%分別對應TV101A開度0100%，TV101B開度100%0。圖14-5 調節器TIC101分程動作示意圖 根據傳熱機理的不同，熱量傳遞有3種基本方式：熱傳導、熱對流和熱輻射。傳熱可依靠其中的一種或幾種方式進行。不管以何種方式傳熱，熱量自發傳遞的方向總是由

5、高溫處向低溫處傳遞的。一、傳熱基本知識1、傳熱的基本方式 實際上，傳熱過程往往不是以某種傳熱方式單獨出現，而是兩種或三種傳熱方式的組合。例如生產中普遍使用的間壁式換熱器中的傳熱，主要是以熱對流和熱傳導相結合的方式進行的。2、加熱劑和冷卻劑的選用 化工生產中要求載熱體比熱容或潛熱較大，能滿足所要求達到的溫度，且溫度調節方便，價格低廉，來源廣泛。同時要求載熱體本身應無毒，不易燃易爆，具有化學穩定性，對設備腐蝕性小。常用加熱劑和冷卻劑的適宜溫度及適用情況見表14-2。表14-2 常用加熱劑和冷卻劑的適宜溫度及適用情況劑型熱載體名稱適宜溫度范圍/優點缺點加熱劑熱水40100利用飽和水蒸氣的冷凝水和廢熱

6、水的余熱只用于低溫，傳熱效果差，溫度不易調節飽和水蒸汽100180可以通過調節蒸汽壓力，準確地調節溫度；蒸汽的汽化潛熱很大，且加熱均勻不適于高溫加熱礦物油180250礦物油的飽和蒸氣壓比水的低,其飽和蒸汽來源較容易、加熱均勻、不需加壓加熱效果不如水蒸氣，易著火，只能利用顯熱導生油液態：115250氣態：255380沸點高（258 ），蒸汽壓低；加熱溫度范圍很廣極易滲透軟性石棉填料，使用時所有管道法蘭連接處需要金屬墊片無機熔鹽380530常壓下溫度較高比熱容小煙道氣5001000溫度高傳熱差，比熱容小，易局部過熱電1000溫度范圍廣成本高冷卻劑空氣30成本低,經濟合理對流傳熱效果差水080使用最

7、廣泛 冷凍鹽水-155可用于較低溫度能耗高二、換熱器的熱量衡算 與其他傳遞過程類似，傳熱速率可表示為：1、傳熱基本方程 傳熱過程的推動力即為溫度差，非常直觀；傳熱過程的熱阻卻受很多因素的影響。提高傳熱速率的關鍵在于減小傳熱熱阻。間壁式換熱器的傳熱速率與換熱器的傳熱面積、傳熱推動力等有關，理論證明，傳熱速率與傳熱面積成正比，與傳熱推動力成正比，即引入比例系數，寫成等式，即或 式中傳熱速率，W熱通量，W/m2傳熱系數，W/(m2K)傳熱面積，m2換熱器的傳熱推動力，或稱平均傳熱溫度差，傳熱熱阻，K/W,R=1/(KS)。式(14-1)稱為傳熱基本方程，又稱總傳熱速率方程。2、熱量衡算與熱負荷的確定

8、 (1)熱量衡算 對于間壁式換熱器，以單位時間為基準，換熱器中熱流體放出的熱量(或稱熱流體的傳熱量）等于冷流體吸收的熱量(或稱冷流體的傳熱量)加上散失到空氣中的熱量(熱量損失，簡稱熱損)，即式中 熱流體放出的熱量，kJ/h或kW冷流體吸收的熱量，kJ/h或kW熱損，kJ/h或kW熱量衡算用于確定加熱劑或冷卻劑的用量或確定一端的溫度。 (2)熱負荷的確定 當換熱器保溫性能良好，熱損可以忽略不計時，式(14-2)可寫為：此時，熱負荷取或均可。當換熱器的熱損不能忽略時，必定有，此時，熱負荷取還是 ，需根據具體情況而定。顯熱的計算 物質在相態不變而溫度變化時吸收或放出的熱量，稱為顯熱。若流體在換熱過程

9、中沒有相變化，且流體的比熱容可視為常數或可取為流體進、出口平均溫度下的比熱容時，其傳熱量可按下式計算： (3)傳熱量的計算式中，熱、冷流體的質量流量，kg/h，熱、冷流體的定壓比熱容，kJ/(kgK)，熱流體的進、出口溫度，K冷流體的進、出口溫度，K.潛熱的計算 流體溫度不變而相態發生變化時吸收或放出的熱量，叫潛熱。若流體在換熱過程中僅僅發生相變化(飽和蒸汽變為飽和液體或反之)，而沒有溫度變化，其傳熱量可按下式計算：式中，熱、冷流體的汽化潛熱，kJ/kg 若流體在換熱過程中既有相變化又有溫度變化，則可把上述兩種方法聯合起來求取其傳熱量。例如，飽和蒸汽冷凝后，冷凝液出口溫度低于飽和溫度(或稱冷凝

10、溫度)時，其傳熱量可按下式計算式中冷凝液的飽和溫度，K焓差法計算傳熱量 若能夠得知流體進、出狀態時的焓，則不需考慮流體在換熱過程中能否發生相變，其傳熱量均可按下式計算：式中，熱流體進、出狀態時的焓，kJ/kg 需要注意的是，當流體為幾個組分的混合物時，很難直接查到其比熱容、汽化潛熱和焓。此時，工程上常常采用加權平均法近似計算，即：，冷流體進、出狀態時的焓，kJ/kg代表混合物中的或或混合物中組分的或或混合物中組分的分數3、傳熱平均溫差 間壁兩側流體傳熱平均溫度差的計算，必須考慮兩流體的溫度沿傳熱面的變化情況以及流體相互間的流向。流向可分為并流、逆流、錯流和折流四類。 （1）恒溫傳熱 沿傳熱壁面

11、的不同位置上，兩種流體的溫度皆不變化，稱為恒溫傳熱。例如間壁一側為飽和水蒸氣在一定溫度下冷凝，另一側是液體在一定溫度下沸騰，兩流體溫度沿傳熱面無變化，溫差也處處相等，可表示為：式中 T、t分別表示熱、冷流體的溫度，。因此，恒溫傳熱時，溫差的表示與流向無關。（2）變溫傳熱 若間壁一側或兩側的流體溫度沿著傳熱壁面在不斷變化，稱為變溫傳熱。 在變溫傳熱時，沿傳熱面的局部溫差是變化的。要進行傳熱計算就必須求出傳熱過程的平均溫度差 。逆流和并流時的平均溫度差為逆流時，并流時，4、傳熱系數 傳熱系數K的物理意義是當傳熱平均溫度差為1 時，在單位時間內通過單位傳熱面積所傳遞的熱量。K值是衡量換熱器工作效率的

12、重要參數。 K值除上述計算方法外，還可選用生產實際的經驗數據或直接測定。表14-3列出了列管式換熱器中傳熱系數值的大致范圍，可供參考。傳熱系數可由下式計算：表14-3 列管式換熱器K值大致范圍熱流體冷流體傳熱系數K/Wm-2-1熱流體冷流體傳熱系數K/Wm-2-1水水8501700低沸點烴類蒸汽冷凝（常壓）水4551140輕油水340910高沸點烴類蒸汽冷凝（減壓）水60170重油水60280水蒸氣冷凝水沸騰20004250氣體水17280水蒸氣冷凝輕油沸騰4551020水蒸氣冷凝水14204250水蒸氣冷凝重油沸騰140425水蒸氣冷凝氣體30300 5、傳熱面積計算 換熱器傳熱面積可以通過

13、傳熱速率式得出： 為了安全可靠以及在生產發展時留有余地，實際生產中還往往考慮10%25%的安全系數，即實際采用的傳熱面積要比計算得到的傳熱面積大10%25%。 在化工生產中使用廣泛的套管式和列管式換熱器，面積可按下式計算：6、強化傳熱 所謂強化傳熱，就是設法提高換熱的傳熱速率。從傳熱基本方程 可以看出，增大傳熱面積 、提高傳熱推動力 以及提高傳熱系數 都可以達到強化傳熱的目的，但是，實際效果卻因具體情況而異。 減小污垢熱阻的具體措施有，提高流體的流速和擾動，以減弱垢層的沉積，控制冷卻水出口溫度，加強水質處理，盡量采用軟化水；加入阻垢劑，防止和減緩垢層形成；定期采用機械或化學的方法清除污垢。 （

14、1）增大傳熱面積 （2）提高傳熱推動力 （3）提高傳熱系數 三、換熱器的分類與結構1、換熱器的分類 根據換熱器換熱方法的不同，通常有如下幾種類型。（1）間壁式換熱（2）直接接觸式換熱（3）蓄熱式換熱 按換熱器的用途分類：用于加熱飽和蒸汽，使其達到過熱狀態。用于加熱液體，使之蒸發汽化。（1）加熱器（2）預熱器（3）過熱器（4）蒸發器（5）再沸器（6）冷卻器（6）冷卻器用于把流體加熱到所需的溫度，被加熱流體在加熱過程中不發生相變。用于流體的預熱，以提高整套工藝裝置的效率。用于加熱液體，使之蒸發汽化。用于冷卻流體，使之達到所需的溫度。用于冷凝飽和蒸汽，使之放出潛熱而凝結液化。 按換熱器傳熱面形狀和結

15、構分類：通過管子壁面進行傳熱，按傳熱管的結構不同，可分為列管式換熱器、套管式換熱器、蛇管式換熱器和翅片管式換熱器等幾種。管式換熱器應用最廣。（1）管式換熱器 （2）板式換熱器（3）特殊形式換熱器 通過管子壁面進行傳熱，按傳熱管的結構不同，可分為列管式換熱器、套管式換熱器、蛇管式換熱器和翅片管式換熱器等幾種。管式換熱器應用最廣。通過板面進行傳熱，按傳熱板的結構形式，可分為平板式換熱器、螺旋板式換熱器、板翅式換熱器和熱板式換熱器等幾種。這類換熱器是指根據工藝特殊要求而設計的具有特殊結構的換熱器。如回轉式換熱器、熱管換熱器、同流式換熱器等。（1）金屬材料換熱器 是由金屬材料制成，常用金屬材料有碳鋼、

16、合金鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金等。由于金屬材料的熱導率較大，故該類換熱器的傳熱效率較高，生產中用到的主要是金屬材料換熱器。 按換熱器所用材料分類：（2）非金屬材料換熱器 由非金屬材料制成，常用非金屬材料有石墨、玻璃、塑料以及陶瓷等。該類換熱器主要用于具有腐蝕性的物料。由于非金屬材料的熱導率較小，所以其傳熱效率較低。2、列管式換熱器列管式換熱器又稱管殼式換熱器，是一種通用的標準換熱設備。它具有結構簡單、單位體積換熱面積大、堅固耐用、用材廣泛、清洗方便、適用性強、在生產中得到廣泛應用，在換熱設備中占主導地位。如圖14-6所示，為一固定管板式列管換熱器，主要由殼體、封頭、管束、管板等部件

17、構成。圖14-6 列管式換熱器結構圖U形管式換熱器，其結構特點是只有一個管板，管子呈U形，管子兩端固定在同一管板上，如圖14-7所示。管束可以自由伸縮，當殼體與管子有溫差時，不會產生溫差應力。U形管式換熱器的優點是結構簡單，只有一個管板，密封面少，運行可靠，造價低，管間清洗較方便。其缺點是管內清洗較困難，可排管子數目較少，管束最內層管間距大，殼程易短路。U形管式換熱器適用于管程、殼程溫差較大或殼程介質易結垢而管程介質不易結垢的場合。圖14-7 U形管式換熱器浮頭式換熱器 其結構特點是兩端管板之一不與殼體固定連接，可以在殼體內沿軸向自由伸縮，該端稱為浮頭。填料函式換熱器 其結構特點是管板只有一端

18、與殼體固定，另一端采用填料函密封。釜式換熱器 其結構特點是在殼體上部設置蒸發空間。3、套管換熱器套管換熱器是由兩種直徑不同的直管套在一起組成同心套管，然后將若干段這樣的套管連接而成，如圖14-8所示。一種流體在管內流動，另一種流體在環隙中流動，通過內管壁面進行熱量交換，因此內管壁面面積即為傳熱面積。每一段套管稱為一程，程數可根據所需傳熱面積的多少而增減。圖14-8 套管換熱器4、蛇管換熱器 蛇管換熱器根據操作方式不同，分為沉浸式和噴淋式兩類。沉浸式蛇管換熱器 此種換熱器通常以金屬管彎繞而成，制成適應容器的形狀，沉浸在容器內的液體中，管內流體與容器內液體隔著管壁進行換熱。噴淋式蛇管換熱器 此類換

19、熱器常用于用冷卻水內熱流體。各排蛇管均垂直地固定在支架上，蛇管的排數根據所需傳熱面積的多少而定。圖14-9 沉浸式蛇管圖14-10 噴淋式蛇管換熱器5、翅片管式換熱器 翅片管式換熱器又稱管翅式換熱器，其結構特點是在換熱管的外表或內表面或同時裝有許多翅片。常用翅片有縱向和橫向兩類。6、夾套換熱器 夾套換熱器由一個裝在容器外部的夾套構成，容器內的物料和夾套內的加熱劑或冷卻劑隔著器壁進行換熱，器壁就是換熱器的傳熱面。7、螺旋板式換熱器 螺旋板式換熱器的結構如圖14-11所示。它是由焊在中心隔板上的兩塊金屬薄板卷制而成，兩薄板之間形成螺旋形通道，兩板之間焊有一定數量的定距撐以維持通道間距，兩端用蓋板焊

20、死。兩流體分別在兩通道內流動，隔著薄板進行換熱。其中一種流體由外層的一個通道流入，順著螺旋通道流向中心，最后由中心的接管流出；另一種流體則由中心的另一個通道流入，沿螺旋通道反方向向外流動，最后由外層接管流出。兩流體在換熱器內作逆流流動。圖14-11 螺旋板式換熱器8、板翅式換熱器 板翅式換熱器為單元體疊加結構，其基本單元體由翅片、隔板及封條組成，如圖14-12所示。翅片上下放置隔板，兩側邊緣由封條密封，并用釬焊焊牢，即構成一個翅片單元體。將一定數量的單元體組合起來，并進行適當排列，然后焊在帶有進出口的集流箱上，便可構成具有逆流、錯流或錯逆流等多種形式的換熱器。圖14-12 板翅式換熱器四、換熱

21、器的操作1開車前，應檢查壓力表、溫度計、安全閥、液位計以及有關閥門是否完好。1、列管式換熱器的操作2在通入熱流體之前，應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。3開車時要先通入冷流體，待換熱器中液位達到規定位置時，緩慢或分次通入熱流體，先預熱后加熱，切忌驟冷驟熱。4進入換熱器的冷熱流體如果含有大顆粒固體雜質和纖維質，一定要提前過濾和清除，防止堵塞通道。5根據工藝要求，調節冷、熱流體的流量，使其達到所需要的溫度。6經常檢查冷熱流體的進出口溫度和壓力變化情況，發現溫度、壓力有異常。應立即查明原因，及時消除故障。7定期分析流體的成分，根據成分變化確定有無內漏，以便

22、及時進行堵管或換管處理。8定期檢查換熱器有無滲漏，外殼有無變形以及有無振動，若有應及時處理。9定期排放不凝性氣體和冷凝液，以免影響傳熱效果；根據換熱器傳熱效率下降情況，應及時對換熱器進行清洗，以消除污垢。10停車時，應先關閉熱流體的進口閥門，然后關閉冷流體進口閥門并將管程及殼程流體排凈，以防凍裂和產生腐蝕。列管式換熱器常見故障及處理方法見表14-4。故障現象產生原因處理方法傳熱效率下降列管結垢或堵塞管道或閥門堵塞不凝氣或冷凝液增多清理列管或除垢清理疏通排放不凝氣或冷凝液列管和脹接口滲漏列管腐蝕或脹接質量差殼體與管束溫差太大列管被折流板磨破更換新管或補脹補脹換管振動管路振動殼程流體流速太快支座剛

23、度較小加固管路調節流體流量加固支座管板與殼體連接處有裂紋腐蝕嚴重焊接質量不好殼體歪斜鑒定后修補修理補焊調整找正1開車前應確認設備管道是否完好連接，儀表是否安裝到位。2、板式換熱器的操作2開車時先打開高溫介質進口閥，引高溫介質，待升到一定壓力后，引低溫介質、操作時，應防止換熱器驟冷驟熱，嚴格控制開啟速度，防止水擊。3引工藝介質時，如出現微漏現象，可觀察運行12 h，如仍有微漏，則用扳手均勻再緊固一遍。4進入換熱器的冷、熱流體如果含有大顆粒泥砂（12 mm）和纖維質，一定要提前過濾、防止堵塞狹小的間隙。5運行中，溫差突變或阻力降增大，一般是入口處有雜物或換熱板流體通道堵塞，應首先清理過濾器，如效果

24、不明顯，則應安排計劃檢修清洗換熱板。6經常察看壓力表和溫度計數值，及時掌握運行情況。7當傳熱效率下降20%30%時，要清理結疤和堵塞物，清理方法用竹板鏟刮或用高壓水沖洗，沖洗時波紋板片應墊平，以防變形。嚴禁使用鋼刷刷洗。8使用中發現墊口滲漏時，應及時沖洗結疤，擰緊螺栓，如無效，應解體組裝。9根據需要對換熱器保溫，防止雨淋和節約能源，導軌和滑輪定期防腐。10停車時，緩慢關閉低溫介質入口閥門，待壓力降至一定值后，關高溫介質進口閥門。保持冷、熱流體壓差不大。待流體壓力降至常壓、溫度降至常溫后，交付檢修。板式換熱器常見故障及處理方法見表14-5。故障現象產生原因處理方法密封墊處泄漏膠墊未放正或扭曲歪斜

25、螺栓緊固力不均勻或緊固力小膠墊老化或有損傷重新組裝緊固螺栓更換新墊內部介質滲漏波紋板有裂紋進出口膠墊不嚴密側面壓板腐蝕檢查更新檢查修理補焊、加工傳熱效率下降波紋板結垢嚴重過濾器或管路堵塞解體清理清理五、蒸發操作1、蒸發基本知識 將含非揮發性物質的稀溶液加熱沸騰使部分溶劑汽化并使溶液得到濃縮的過程稱為蒸發。 蒸發按加熱方式分為，直接加熱和間接加熱；按操作壓強分為，常壓蒸發、真空蒸發和加壓蒸發；按蒸發器的效數分為，單效蒸發和多效蒸發；按操作方式分為，間歇蒸發和連續蒸發。2、蒸發裝置 蒸發器是蒸發裝置中的主體設備，其型式多種，基本可分為循環型和非循環型（單程型）兩大類。 蒸發器都包括加熱室和分離室（

26、蒸發室）兩個基本部分，還包括使液沫進一步分離的除沫器、除去二次蒸汽的冷凝器以及真空蒸發采用的真空泵等輔助設備。3、蒸發流程 工業生產中被蒸發的物料多為水溶液，且常用飽和水蒸氣為熱源通過間壁加熱。熱源蒸汽習慣上稱為生蒸汽，而從蒸發器汽化生成的水蒸氣稱為二次蒸汽。單效蒸發中，用加熱蒸汽將水溶液加熱，使部分水沸騰汽化。單效蒸發汽化出來的二次蒸汽直接冷凝排放，不再利用。多效蒸發使用一次熱源蒸汽可多次汽化出二次蒸汽，即用1kg加熱蒸汽可汽化出1kg以上的水，因而能節約大量能源，大型工業生產過程都采用多效蒸發。 由于多效蒸發中溶液的流向可以有不同的方式，按溶液與加熱蒸汽流向的相對關系可以有以下四種操作流程。并流加料流程逆流加料流程分流加料（習慣上也稱平流加料）流程錯流加料流程一、任務14.1操作檢查準備開車正常運行停車二、任務14.2操作正常工況操作參數冷態開車正常停車事故處理1、下列列管式換熱器操作程序哪一種操作不正確（ ）。A.開車時，應先進冷物料，后進熱物料B.停車時，應先停熱物料，后停冷物料 C.開車時要排出不凝氣D.發生管堵或嚴重結垢時，應分別加大冷、熱物料流量，以保持傳熱量2、會引起列管式換熱器冷物料出口溫度下降的事故有（ ）。A.正常操作