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化工设备换热器之列管式换热器

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1532214302 发表于 前天 22:54 | 只看该作者 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
列管式换热器 :
1、换热器结构原理
列管式换热器是目前化工生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质 ,可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时,一种流体由封头的连结管处进入,在管中流动,从封头另一端的出口管流出,这称之管程;另-种流体由壳体的接管进入,从壳体上的另一接管处流出,这称为壳程列管式换热器。为提高壳程流体流速,往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种,前者更为常用。
2、种类
1) 固定管板式换热器
固定管板式换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜,但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上,管板分别焊在外壳两端,并在其上连接有顶盖,顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装有一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的,而管内管外是两种不同温度的流体。因此,当管壁与壳壁温差较大时,由于两者的热膨胀不同,产生了很大的温差应力,以至管子扭弯或使管子从管板上松脱,甚至毁坏换热器。
为了克服温差应力必须有温差补偿装置,一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时,为安全起见,换热器应有温差补偿装置。但补偿装置(膨胀节)只能用在壳壁与管壁温差低于60~70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚,难以伸缩,失去温差补偿的作用,就应考虑其他结构。
1) 浮头式换热器
换热器的一块管板用法兰与外壳相连接,另一块管板不与外壳连接,以使管子受热或冷却时可以自由伸缩,但在这块管板上连接一个顶盖,称之为“浮头”,所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是:管束可以拉出,以便清洗;管束的膨胀不变壳体约束,因而当两种换热器介质的温差大时,不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂,造价高。
3) 填料函式换热器
这类换热器管束一端可以自由膨胀,结构比浮头式简单,造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能,壳程中不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒的介质。
4) U型管式换热器
U形管式换热器,每根管子都弯成U形,两端固定在同一块管板上,每根管子皆可自由伸缩,从而解决热补偿问题。管程至少为两程,管束可以抽出清洗,管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难,管子更换困难,管板上排列的管子少。优点是结构简单,质量轻,适用于高温高压条件。
5) 涡流热膜换热器
涡流热膜换热器采用最新的涡流热膜传热技术,通过改变流体运动状态来增加传热效果,当介质经过涡流管表面时,强力冲刷管子表面,从而提高换热效率。最高可达10000W/m2℃。同时这种结构实现了耐腐蚀、耐高温、耐高压、防结垢功能。其它类型的换热器的流体通道为固定方向流形式,在换热管表面形成绕流,对流换热系数降低。
3、换热器泄露
换热器渗漏是换热器使用中最为常见的设备管理问题,渗漏主要是腐蚀造成的,少部分是由于换热器选型和换热器本身的制造工艺缺陷,列管式换热器的腐蚀形式基本有两种:电化学腐蚀和化学腐蚀。列管式换热器在制作时,管板与列管的焊接一般采用手工电弧焊,焊缝形状存在不同程度的缺陷,如凹陷、气孔、夹渣等,焊缝应力的分布也不均匀。使用时管板部分一般与工业冷却水接触,而工业冷却水中的杂质、盐类、气体、微生物都会构成对管板和焊缝的腐蚀。这就是我们常说的电化学腐蚀。研究表明,工业水无论是淡水还是海水,都会有各种离子和溶解的氧气,其中氯离子和氧的浓度变化,对金属的腐蚀形状起重要作用。另外,金属结构的复杂程度也会影响腐蚀形态。因此,管板与列管焊缝的腐蚀以孔蚀和缝隙腐蚀为主。从外观看,管板表面会有许多腐蚀产物和积沉物,分布着大小不等的凹坑。以海水为介质时,还会产生电偶腐蚀。化学腐蚀就是介质的腐蚀,换热器管板接触各种各样的化学介质,就会受到化学介质的腐蚀。另外,换热器管板还会与换热管之间产生一定的双金属腐蚀。一些管板还长期处于腐蚀介质的冲蚀中。尤其是固定管板换热器, 还有温差应力, 管板与换热管联接处极易泄漏,导致换热器失效。
4、影响换热器管板腐蚀的主要因素
1)介质成分和浓度:浓度的影响不一,例如在盐酸中,一般浓度越大腐蚀越严重。碳钢和不锈钢在浓度为50%左右的硫酸中腐蚀最严重,而当浓度增加到60%以上时,腐蚀反而急剧下降;
(2)杂质:有害杂质包括氯离子、硫离子、氰离子、氨离子等,这些杂质在某些情况下会引起严重腐蚀
(3)温度:腐蚀是一种化学反应,温度每提升 10℃,腐蚀速度约增加1~3倍,但也有例外;
(4)ph值:一般ph值越小,金属的腐蚀越大;
(5)流速:多数情况下流速越大,腐蚀也越大。
5、试漏方法
(1)水试漏的方法
传统上我们使用水对换热器的试漏,就是将水注入换热器中,注满水后再用水泵对换热器中的水进行打压,使之达到一定的压力,进行对换热器的查漏。查漏结束做出标记后泄压和排水,再进行堵漏。如果换热器较大、泄漏较严重,水压在较低时就会发生泄漏,不得不排水堵漏,堵漏完成后再充水、充压试漏,反复进行,增加换热器检修时间。由于充水和打压需要大量的时间,泄漏的部位需要动火补焊消漏时,又要对泄漏部位进行干燥处理,否则影响补焊消漏的质量。如果泄漏的换热器内部有可燃介质,必须进行氮气置换,合格后才能动火补焊消漏作业,否则会产生着火和爆炸,危及人身和设备的安全。
(2)氮气试漏的方法
列管式换热器泄漏后使用氮气进行充压试漏,比较快速。用氮气对换热器堵漏动火作业时,不必再进行置换处理,节约检修消漏的时间。
用氮气对换热器堵漏动火作业时,不必再进行置换处理,节约检修消漏的时间。安全注意事项如下:
(1)因为氮气有窒息的风险,使用时必须注意人员的安全,防止人员中毒。
(2)氮气使用时要提前进行管线的预制。
(3)氮气使用时临时管线上要增加压力表,两人用对讲机联系开阀门,防止超压。
(4)氮气使用完成后必须及时泄压、拆除。
(5)氮气使用时必须2人以上用对讲机联系充压和泄压操作,防止管线超压,损坏管线,防止人员窒息,造成人身伤害。
(6)氮气不使用时必须对管线的阀门进行挂“禁动”标识牌,防止人员误动作。
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