列管換熱器一、概述

在工業(yè)生產中用于實現(xiàn)物料間熱量傳遞的設備稱為換熱設備，即換熱器。換熱器是化工、動力、食品及其他許多部門中廣泛采用的一種通用設備。換熱器的種類很多，根據(jù)其熱量傳遞的方法的不同，可以分為3種形式，即間壁式、直接接觸式、蓄熱式。

間壁式換熱器又稱表面式換熱器或間接式換熱器。在這類換熱器中，冷、熱流體被固體壁面隔開，互不接觸，熱量從熱流體穿過壁面?zhèn)鹘o冷流體。該類換熱器適用于冷、熱流體不允許直接接觸的場合。間壁式換熱器的應用廣泛，形式繁多。將在后面做重點介紹。

直接接觸式換熱器又稱混合式換熱器。在此類換熱器中，冷、熱流體相互接觸，相互混合傳遞熱量。該類換熱器結構簡單，傳熱效率高，適用于冷、熱流體允許直接接觸和混合的場合。常見的設備有涼水塔、洗滌塔、文氏管及噴射冷凝器等。

蓄熱式換熱器又稱回流式換熱器或蓄熱器。此類換熱器是借助于熱容量較大的固體蓄熱體，將熱量由熱流體傳給冷流體。當蓄熱體與熱流體接觸時，從熱流體處接受熱量，蓄熱體溫度升高后，再與冷流體接觸，將熱量傳給冷流體，蓄熱體溫度下降，從而達到換熱的目的。此類換熱器結構簡單，可耐高溫，常用于高溫氣體熱量的回收或冷卻。其缺點是設備的體積龐大，且不能完全避免兩種流體的混合。概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理一、概述

工業(yè)上最常見的換熱器是間壁式換熱器。根據(jù)結構特點，間壁式換熱器可以分為管殼式換熱器和緊湊式換熱器。

緊湊式換熱器主要包括螺旋板式換熱器、板式換熱器等。

管殼式換熱器包括了廣泛使用的列管式換熱器以及夾套式、套管式、蛇管式等類型的換熱器。其中，列管式換熱器被作為一種傳統(tǒng)的標準換熱設備，在許多工業(yè)部門被大量采用。列管式換熱器的特點是結構牢固，能承受高溫高壓，換熱表面清洗方便，制造工藝成熟，選材范圍廣泛，適應性強及處理能力大等。這使得它在各種換熱設備的競相發(fā)展中得以繼續(xù)存在下來。

概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理二、列管換熱器的分類

列管式換熱器把管子按一定方式固定在管板上，而管板則安裝在殼體內。因此，這種換熱器也稱為管殼式換熱器。常見的列管換熱器主要有固定管板式、帶膨脹節(jié)的固定管板式、浮頭式和U形管式等幾種類型。概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理1、固定管板式換熱器

這類換熱器如圖所示。固定管辦事?lián)Q熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結余構簡單；在相同的殼體直徑內，排管最多，比較緊湊；由于這種結構式殼測清洗困難，所以殼程宜用于不易結垢和清潔的流體。當管束和殼體之間的溫差太大而產生不同的熱膨脹時，用使用管子于管板的接口脫開，從而發(fā)生介質的泄漏。二、列管換熱器的分類概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理2、U型管換熱器

U型管換熱器結構特點是只有一塊管板，換熱管為U型，管子的兩端固定在同一塊管板上，其管程至少為兩程。管束可以自由伸縮，當殼體與U型環(huán)熱管由溫差時，不會產生溫差應力。U型管式換熱器的優(yōu)點是結構簡單，只有一塊管板，密封面少，運行可靠；管束可以抽出，管間清洗方便。其缺點是管內清洗困難；喲由于管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率較低；管束最內程管間距大，殼程易短路；內程管子壞了不能更換，因而報廢率較高。此外，其造價比管定管板式高10%左右。二、列管換熱器的分類概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理3、浮頭式換熱器

浮頭式換熱器的結構如下圖所示。其結構特點是兩端管板之一不與外殼固定連接，可在殼體內沿軸向自由伸縮，該端稱為浮頭。浮頭式換熱器的優(yōu)點是當環(huán)熱管與殼體間有溫差存在，殼體或環(huán)熱管膨脹時，互不約束，不會產生溫差應力；管束可以從殼體內抽搐，便與管內管間的清洗。其缺點是結構較復雜，用材量大，造價高；浮頭蓋與浮動管板間若密封不嚴，易發(fā)生泄漏，造成兩種介質的混合。二、列管換熱器的分類概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理4、填料函式換熱器

填料函式換熱器的結構如圖所示。其特點是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，不會產生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應力。填料函式換熱器的優(yōu)點是結構較浮頭式換熱器簡單，制造方便，耗材少，造價也比浮頭式的低；管束可以從殼體內抽出，管內管間均能進行清洗，維修方便。其缺點是填料函乃嚴不高，殼程介質可能通過填料函外樓，對于易燃、易爆、有度和貴重的介質不適用。二、列管換熱器的分類概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理三、傳熱系數(shù)的影響因素1、傳熱速率傳熱速率方程式:Q=AKΔtm

式中:Q———傳熱速率(冷、熱負荷)，WA———傳熱面積，m2K———總傳熱系數(shù)，W·(m2·℃)－1Δtm———平均溫差，℃

在傳熱量Q和冷、熱流體溫差確Δtm的情況下，設法提高傳熱系數(shù)K可減小傳熱面積A，即減小換熱器的結構尺寸。概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理2、傳熱系數(shù)

在絕大部分的化工操作中，兩個傳熱流體是不相互混合的，兩流體間的傳熱是通過管壁進行的。熱流體向冷流體傳遞熱量需經過三個過程。即熱量通過層流底層的傳熱過程，熱量通過間壁傳熱的過程，以及熱量通過冷流體的層流底層的傳熱過程。

在化工操作過程中，隨著時間的推移，作為冷、熱流體的介質往往會在傳熱間壁的兩邊結垢，這種污垢的存在會影響傳熱。由于污垢的厚度和導熱系數(shù)難以獲得，因此，在工程一般用一個系數(shù)(污垢熱阻)來計污垢對傳熱的影響。故傳熱系數(shù)可以用下式計算:K———總傳熱系數(shù)，W·(m2·℃)－1αi、αo———傳熱管內、外側流體對流傳熱系數(shù)，W·(m2·℃)－1Ｒsi、Ｒso———傳熱管內、外側表面上的污垢熱阻，m2·℃·W－1di、do、dm———傳熱管內徑、外徑及平均直徑，mλ———傳熱管壁導熱系數(shù)，W·(m·℃)－1b———傳熱管壁厚，m三、傳熱系數(shù)的影響因素概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理Nusselt準數(shù)關系式:Nu=αdeλs

對于一定的傳熱面和流動情況，當Ｒe和Pr確定后，強制對流式的Nu也就被決定。強制湍流下對流傳熱系數(shù)的準數(shù)關系式:Nu=CＲemPrnNu———Nusselt準數(shù)α———流體對流傳熱系數(shù)，W·(m2·℃)－1de———流體所流經截面的當量直徑，mλs———流體導熱系數(shù)，W·(m·℃)－1Ｒe———Ｒeynolds準數(shù)Pr———Prandtle準數(shù)C———系數(shù)m、n———指數(shù)

由式

上兩個公式得到強制湍流下對流傳熱系數(shù)與Ｒeynolds準數(shù)和Prandtle準數(shù)的關系:α∝λs/deＲemPrn三、傳熱系數(shù)的影響因素概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理

對流傳熱是流體主體中的對流和層流底層中的熱傳導的復合現(xiàn)象。任何影響流體流動的因素(引起流動的原因、流動型態(tài)和有無相變化等)必然對對流傳熱系數(shù)有影響。Ｒeynolds準數(shù)表示慣性力和粘滯力之比，是表征流動狀態(tài)的準數(shù)。Ｒe=deuρ/μs式中:Ｒe———Ｒeynolds準數(shù)de———流體所流經截面的當量直徑，mu———流體流速，m·s－1ρ———流體密度，kg·m－3μs———流體粘度，Pa·s三、傳熱系數(shù)的影響因素概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理3、管子布局

標準換熱器設計規(guī)范中規(guī)定了四種排列角度。30°和60°排列緊湊，相同殼徑下可獲得較大傳熱面積，具有較高的換熱系數(shù)，但壓降較高，且不利于機械清洗。而45°和90°排列適用于需要機械清洗的場合，且壓降較小。從傳熱效果及壓降角度分析90°＞45°＞60°＞30°，其中30°和45°使用較多，采用30°排列可以比45°多排列約17%的換熱管。根據(jù)換熱器設計規(guī)范要求，管間距t(mm)不應小于1.25倍管外徑，常用的管間距有25mm(Φ19)和32mm(Φ25)。三、傳熱系數(shù)的影響因素概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理4、管程數(shù)

為增加換熱面積，必須增加換熱管數(shù)量N，而介質在管束中的流速隨著換熱管的增加而下降，結果反而是流體的傳熱系數(shù)降低，故增加換熱管不一定達到所需換熱要求。因此要保持流體在換熱管束中較大流速可將管束分成若干程數(shù)，使流體依次通過各程換熱管，以增加流體流速，提高對流傳熱系數(shù)。換熱器常用推薦流速范圍見表。三、傳熱系數(shù)的影響因素概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理5、殼程內徑

換熱器通常采用多管程結構，殼程內徑可根據(jù)經驗計算:式中:D———殼程內徑，mmt———管間距，mmN———換熱管數(shù)量η———管板利用率管板利用效率推薦范圍見表。三、傳熱系數(shù)的影響因素概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理6、折流板

為增進對殼程流體的擾動、提高殼程流體的對流傳熱系數(shù)，同時支撐換熱管束以防止其撓曲變形，在列管式換熱器的殼程通常設置有折流擋板，常見有弓形折流板、矩形折流板和圓盤—圓環(huán)形折流板，其中以圓缺形(又稱單弓形)的構造最簡單、對殼程流體的擾動最劇烈、支撐效果最佳，標準列管換熱器中多采用此種。國內換熱器設計標準規(guī)定折流板間距B(mm)最小為1/5殼程直徑，且不小于50mm。建議切割部分高度在0.2～0.45倍殼體內徑，通常選擇切割率為20%～25%。

通過公式可以看出減小折流板間距B和殼程內徑D可以減小殼程流通截面積So，即在流量一定的條件下提高殼程流速，加強擾動。式中:So———殼程流通截面積，m2B———折流板間距，mdo———換熱管外徑，mmt———管間距，mm三、傳熱系數(shù)的影響因素概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理7、換熱管材質及厚度

換熱管常用材料常用的為碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅、銅鎳合金、鋁合金等。由于物質導熱系數(shù)和物質的組成、結構、密度、壓力和溫度等有關，在工作壓力、溫度、介質腐蝕性等條件滿足的情況下選擇導熱系數(shù)與壁厚比值較大者，即減小壁間傳熱導熱熱阻，提高傳熱系數(shù)。三、傳熱系數(shù)的影響因素概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理7、換熱管材質及厚度

流體物理性質，導熱系數(shù)、粘度、比熱、密度等對對流傳熱系數(shù)α的值影響也比較大。式中:Pr———Prandtle準數(shù)cp———流體比熱，kJ·(kg·K)－1μs———流體粘度，Pa·sλs———流體導熱系數(shù)，W·(m·℃)－1Prandtle準數(shù)表示速度邊界層和熱邊界層相對厚度的一個參數(shù)，反映與傳熱有關的流體物理性質。三、傳熱系數(shù)的影響因素概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理8、污垢熱阻

污垢熱阻表示換熱設備傳熱面上因沉積物而導致傳熱效率下降程度的數(shù)值，即換熱面上沉積物所產生的傳熱阻力，又稱污垢系數(shù)，指換熱器換熱表面上積有某種污垢(如水垢、污泥、油污和煙灰等)。污垢熱阻的逐步形成，必將導致?lián)Q熱器傳熱系數(shù)的相應減小，促使換熱器的傳熱性能日益惡化。對于容易結垢的介質，盡量提高流體流速，換熱器間壁應定期清洗，以防止傳熱系數(shù)K值的明顯下降。三、傳熱系數(shù)的影響因素四、常見故障及處理1、管壁積垢

1.1管壁積垢的原因

在生產過程中，由于冷卻介質(冷卻水等)硬度較高，或介質中含有泥沙、懸浮物、顆粒物等，都會使換熱管內、外壁嚴重積垢。積垢會嚴重阻礙流體通過，隨著積垢層不斷加厚，熱阻相應增大，從而影響換熱效率。1.2管壁積垢的檢查方法

通過測量冷熱流體出口溫度來檢驗，如果被冷卻介質出口溫度超過冷卻介質出口溫度的1.1倍時，說明換熱器已經積垢，應采取相應的方法進行清除。概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理1.3管壁積垢的清除方法（1）手動機械除垢法

利用手動摩擦、切削、刷、磨、拋光、噴砂等方法清除管壁積垢。該方法操作簡便，設備簡單，但生產效率較低，勞動強度較大。只能適用于容積小，列管容易拆卸和更換的換熱器。（2）噴射清洗法

利用高壓水沖洗管板和管束，也是除去管束內外表面及管板積垢的一種有效方法。該方法適用于設備容積小，污垢容易清除，且管程和殼程容易拆卸的換熱器。四、常見故障及處理概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理1.3管壁積垢的清除方法（3）機械清洗法

清除列管式換熱器管內積垢時，經常用到的是風動或電動工具除垢法。

對于管徑大于60mm的換熱器，把風動渦輪機和清除工具(刷子、鉆頭、刀具等)一起放進換熱管內，風動渦輪機連上軟管，在軟管中不斷通入高壓空氣，清除工具在風動渦輪機的帶動下，高速旋轉，積垢就可以從管壁上刮削下來。

對于管徑小于60mm的換熱器，受尺寸限制，電動或風動渦輪機不能與清除工具一起放到管子中去。利用清除工具末端的螺紋連接萬向聯(lián)軸器，萬向聯(lián)軸器連上軟軸，風動渦輪機通過軟軸帶動清除工具高速旋轉。在離心力的作用下，清除工具作錐形運動，刮削和沖擊積垢，積垢被剝離下來。積垢清除原理如圖所示。

該方法不但適用于直管，而且還可以除去彎管的積垢，但在除垢過程中，清除工具可能對管壁造成刮傷，或因為機械振動導致管束松動等。因此，該方法也有一定的負面效應。1-積垢；2-管子；3-清除工具；4-萬向聯(lián)軸器；5-傳動軟軸四、常見故障及處理概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理1.3管壁積垢的清除方法4）化學清洗法

利用化學清洗液在換熱器內進行循環(huán)，使污垢與清洗液進行化學反應，達到溶解并除去污垢的效果。常用的化學清洗劑是5%~10%的鹽酸溶液。在化學清洗過程中，為了保證適當?shù)那逑匆簼舛龋瑧磿r補充新鮮溶液。在化學清洗結束時，清洗液濃度應保持在初始濃度的50%以上。該方法適用于大型列管式換熱器，設備不需要拆卸就可以除去污垢。在

化學清洗的過程中，清洗液不僅能與水垢起化學反應，而且會與設備本體金屬起化學反應，對設備本體造成腐蝕。因此，化學法清洗結束后，應立即用蒸汽或清水進行洗滌。該方法不僅可以除去換熱器管外積垢，還可以除去管內積垢。四、常見故障及處理概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理全國營銷網(wǎng)絡圖2、列管泄漏

列管泄漏主要是因為腐蝕而引起的，產生腐蝕的原因主要有：介質本身具有腐蝕性，對設備本體造成腐蝕；積垢對管子造成腐蝕；異物積聚在管子內外壁上，管子產生局部腐蝕；管程流體速度過大，對管子形成沖蝕；管程流體流速太小，一些沉淀物附著在管內壁上，出現(xiàn)電位差，導致管子腐蝕等。2.2管子泄漏檢查的方法

通常情況下，檢查管子是否泄漏的方法是：在冷卻介質出口設置取樣管，定期對冷卻介質取樣并化驗分析。假如冷卻介質中出現(xiàn)另一種物料成分，說明出現(xiàn)了泄露的管子。2.3檢查某根管子泄漏的方法（1)對于管束能夠拆除的換熱器，在檢查是否泄露時，先把管板與管束一起從換熱器殼體中拆除下來，管板一端加盲板，將管束浸泡入水池中，分別從各管口通入壓縮空氣，如果管子有泄漏，則泄漏點有氣泡冒出，在該管管口作上標記。（2)對管束無法拆除的固定管板式換熱器，可拆除換熱器一端封頭，在此端管板處加盲板；拆除另一端封頭，從殼程流體入口管通入循環(huán)水，充滿殼程，如果某根管子出現(xiàn)泄漏，則水從該管管口流出，然后在該管口作上標記。四、常見故障及處理概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理2、列管泄漏2.4泄漏列管的修理方法

根據(jù)列管泄漏數(shù)量的多少，采用不同的修理方法。（1）對少數(shù)列管泄漏的處理

如果管束中僅有一根或為數(shù)不多的幾根管子泄漏時，對換熱器的換熱效率不會造成大的影響，對泄漏的管子，用帶錐度的金屬塞分別堵塞兩端管口，被堵塞的管子不再使用。通常情況下，被堵塞管子數(shù)量小于列管總數(shù)的10%。（2）對較多列管泄漏的修理

如果管子泄漏較多，只能采取更換新管子方法來處理。1)拆除油冷卻器等薄壁金屬管時，可采用鉸孔或鉆孔的方法，也可使用尖鏨鏨削漲接的管口。鉸孔或鉆孔時，把列管在管板孔口內脹接部分的基本金屬切削掉，列管將會從管板孔口中拆除出來。鏨削拆除時，利用尖鏨鏨削脹接部分管口，使其向里收縮，將列管與管板脫離，從管板的孔口中拆除管子。2)對于壁厚較厚的管子，可先用氧-乙炔火焰，在列管脹接部分切割出4~8個豁口，用手錘等工具把列管管口向里敲擊使其收縮，使管子與管板上的孔口脫開，然后用專用工具牽拉出管子。更換上的新管子，規(guī)格與材質與原來管子一致。根據(jù)不同的生產工藝、工作溫度、操作壓力、管道材質、流體性質等，列管與管板采取不同的連接方式。通常情況下，連接方法有焊接、脹接和脹焊相結合三種方法。另外，還可以根據(jù)工藝條件不同，選擇合適的列管材料；在冷熱介質中加入緩蝕劑等方法，預防管子腐蝕泄漏。四、常見故障及處理概述分類團隊介紹傳熱系數(shù)營銷網(wǎng)絡常見故障及處理全國營銷網(wǎng)絡圖3、列管振動3.1列管產生振動的原因(1)為了加強傳熱和減小結垢，常采用提高殼程流