換熱器型式的選擇及結(jié)垢處理方法

　　1、溫差較大時，可選用浮頭式換熱器、U形管式換熱器、填料函式換熱器和滑動管板式換熱器。經(jīng)常對殼程進(jìn)行機(jī)械清洗時，可選用管束可抽出的結(jié)構(gòu)。高溫高壓時，可選用U形管式換熱器。殼程介質(zhì)為易燃、易爆、有毒或易揮發(fā)，以及使用壓力、溫度較高時，不宜采用填料函式換熱器。管程介質(zhì)和殼程介質(zhì)不允許相混時，可采用雙管板結(jié)構(gòu)的換熱器。

　　2、列管式換熱器的類型及選用原則

　　（1）列管式換熱器可分為以下幾種主要類型：

　?、?列管式換熱器管束兩端的管板與殼體聯(lián)成一體，結(jié)構(gòu)簡單,但只適用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機(jī)械清洗時的換熱操作。當(dāng)溫度差稍大而殼程壓力又不太高時，可在殼體上安裝有彈性的補(bǔ)償圈，以減小熱應(yīng)力。

　　② 浮頭式換熱器管束一端的管板可自由浮動，完全消除了熱應(yīng)力，且整個管束可從殼體中抽出,便于機(jī)械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應(yīng)用較廣，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價較高。

　?、?列管式換熱器每根換熱管皆彎成U形，兩端分別固定在同一管板上下兩區(qū)，借助于管箱內(nèi)的隔板分成進(jìn)出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，但管程不易清洗。化工生產(chǎn)中強(qiáng)腐蝕性流體的換熱，需采用陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金屬材料制作管殼式換熱器。這類換熱器的換熱性能較差，只用于壓力低、振動小、溫度較低的場合。

　　（2）進(jìn)行換熱的冷熱兩流體，按以下原則選擇流道：

　?、?不潔凈和易結(jié)垢流體宜走管程，因管內(nèi)清洗較方便。

　?、?腐蝕性流體宜走管程，以免管束與殼體同時受腐蝕。

　　③ 壓力高的流體宜走管程，以免殼體承受壓力。

　?、?飽和蒸汽宜走殼程，因蒸汽冷凝傳熱分系數(shù)與流速無關(guān),且冷凝液容易排出。

　　3、固定管板式換熱器的注意事項及工作原理

　　固定管板式換熱器在運行中應(yīng)注意事項有：(1) 換熱器在新安裝或檢修完之后必須進(jìn)行試壓后才能使用。(2) 換熱器在開工時要先通冷流后通熱流，在停工時要先停熱流后停冷流。以防止不均勻的熱脹冷縮引起泄漏或損壞。(3) 固定管板式換熱器不允許單向受熱，浮動式換熱器管、殼兩側(cè)也不允許溫差過大。(4) 啟動過程中，排氣閥應(yīng)保持打開狀態(tài)，以便排出全部空氣，啟動結(jié)束后應(yīng)關(guān)閉。(5) 如果使用碳?xì)浠衔?，在裝入碳?xì)浠衔镏耙枚栊詺怏w驅(qū)除換熱器中的空氣，以免發(fā)生爆炸。(6) 停工吹掃時，引汽前必須放凈冷凝水，并緩慢通氣，防止水擊。換熱器一側(cè)通氣時，必須把另一側(cè)的放空閥打開，以免弊壓損壞，關(guān)閉換熱器時，應(yīng)打開排氣閥及疏水閥，防止冷卻形成真空損壞設(shè)備。(7) 空冷器使用時 要注意部分流量均勻，確保冷卻效果。(8) 經(jīng)常注意監(jiān)視防止泄漏。

　　固定管板式換熱器的工作原理：

　　為固定管板式換熱器的構(gòu)造。A流體從接管1流入殼體內(nèi)，通過管間從接管2流出。B流體從接管3流入,通過管內(nèi)從接管4流出。如果A流體的溫度高于B流體,熱量便通過管壁由A流體傳遞給B流體；反之，則通過管壁由B流體傳遞給A流體。殼體以內(nèi)、管子和管箱以外的區(qū)域稱為殼程，通過殼程的流體稱為殼程流體 (A流體)。管子和管箱以內(nèi)的區(qū)域稱為管程,通過管程的流體稱為管程流體(B流體)。管殼式換熱器主要由管箱、管板、管子、殼體和折流板等構(gòu)成。通常殼體為圓筒形，管子為直管或U形管。為提高換熱器的傳熱效能，也可采用螺紋管、翅片管等。管子的布置有等邊三角形、正方形、正方形斜轉(zhuǎn)45°和同心圓形等多種形式，前3種*為常見。按三角形布置時，在相同直徑的殼體內(nèi)可排列較多的管子，以增加傳熱面積，但管間難以用機(jī)械方法清洗，流體阻力也較大。管板和管子的總體稱為管束。管子端部與管板的連接有焊接和脹接兩種。在管束中橫向設(shè)置一些折流板，引導(dǎo)殼程流體多次改變流動方向，有效地沖刷管子，以提高傳熱效能，同時對管子起支承作用。折流板的形狀有弓形、圓形和矩形等。為減小殼程和管程流體的流通截面、加快流速，以提高傳熱效能，可在管箱和殼體內(nèi)縱向設(shè)置分程隔板，將殼程分為2程和將管程分為2程、4程、6程和8程等。

　　4、浮頭式換熱器的類型及連接方式

　　浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應(yīng)力浮頭式換熱器其一端管板與殼體固定，而另一端的管板可以在殼體內(nèi)自由浮動。殼體和管束對熱膨脹是自由的，故當(dāng)兩種介質(zhì)的溫差較大時，管束與殼體之間不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭端設(shè)計成可拆結(jié)構(gòu)，使管束可以容易地插入或抽出，這樣為檢修和清洗提供了方便。這種形式的換熱器特別適用于殼體與換熱管溫差應(yīng)力較大，而且要求殼程與管程都要進(jìn)行清洗的工況。

　　（1）浮頭式換熱器的優(yōu)點：

　　a 管束可以抽出，以方便清洗管、殼程。

　　b介質(zhì)間溫差不受限制。

　　c可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于450度，壓力小于等于兆帕。

　　d可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的場合。

　　e可用于管程易腐蝕場合。

　　（2）浮頭式換熱器的缺點：

　　a小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏。

　　b金屬材料耗量大，成本高20%。

　　c結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

　?。?）浮頭式換熱器零部件材料的選擇要求：

　?。?）換熱管與管板的連接方式：換熱管與管板的連接方式有脹接、焊接、脹焊并用等型式。

　　a 脹接

　　脹接形成按脹緊度可分為貼脹與強(qiáng)度脹。貼脹是指為消除換熱管與管板之間縫隙的輕度脹接。強(qiáng)度脹是指為保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的脹接。

　　b 焊接

　　換熱管與管板的焊接連接又分為強(qiáng)度焊與密封焊兩種，強(qiáng)度焊是指保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的焊接。密封焊是指保證換熱管與管板連接密封性能的焊接。換熱管與管板的焊接一般采用手工電弧焊，手工亞弧焊和自動旋轉(zhuǎn)氬弧焊。

　　c 脹焊并用

　　從脹焊連接的工藝上來講，又可分為先脹后焊和先焊后脹兩種工藝。脹焊并用適用于密封性能要求高的場合；承受震動或疲勞載荷的場合；有間隙腐蝕的場合；采用復(fù)合管板的場合。

　?。?）熱管與管板連接型式的選擇

　　GB150《壓力容器》中規(guī)定強(qiáng)度脹接的適用范圍是：設(shè)計壓力小于等于4MPa；設(shè)計溫度小于等于300°C；操作中無劇烈的振動，無過大的溫度變化及無明顯的應(yīng)力腐蝕。強(qiáng)度焊的適用范圍是：可用于本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的設(shè)計壓力，但不適用于有較大振動及有間隙腐蝕的場合。脹焊并用適用于密封性能要求高的場合；承受震動或疲勞載荷的場合；有間隙腐蝕的場合；采用復(fù)合管板的場合。

　　5、合理選用換熱介質(zhì)及前期處理方法

　　一般加入阻垢劑和滅藻劑，必要時加硫酸進(jìn)行調(diào)節(jié)PH值，注意循環(huán)水硬度和PH值，及時調(diào)整阻垢劑和硫酸用量，滅藻劑一般采取沖擊式加入法，在加入滅藻劑的1-2天，注意排污。如果有條件可以上軟水處理系統(tǒng)，但是滅藻劑是必須添加的，即便如此，一些生物粘泥也會附著在換熱器上，可以考慮用高壓水進(jìn)行清洗，循環(huán)水系統(tǒng)中所加的藥劑主要是殺菌滅藻劑和緩蝕阻垢劑，其目的是改善循環(huán)水質(zhì)，減緩設(shè)備及管道腐蝕，防止換熱器內(nèi)結(jié)垢，加大污垢熱阻，我們在實際生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格控制相關(guān)工藝參數(shù)，同時在循環(huán)水系統(tǒng)中不同點懸掛掛片，根據(jù)掛片腐蝕情況對藥劑加以適當(dāng)調(diào)整。

　　6、從換熱器操作的工藝控制方面減少、消除結(jié)垢形成

　　換熱器的工藝條件包括傳熱量、流體的熱力學(xué)參數(shù)（溫度、壓力、流量、相態(tài)等）與物理化學(xué)性質(zhì)（密度、粘度、腐蝕性等）。在保證傳熱效能的同時，盡量減少結(jié)垢形成的條件；操作時要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，一般做法是：

　　（1）增大傳熱系數(shù)。在綜合考慮流體阻力及不發(fā)生流體誘發(fā)振動的前提下，盡量選擇高的流速。

　　（2）提高平均溫差。對于無相變的流體，盡量采用接近逆流的傳熱方式。因為這樣不僅可提高平均溫差，還有助于減少結(jié)構(gòu)中的溫差應(yīng)力。在允許的條件時，可提高熱流體的進(jìn)口溫度或降低冷流體的進(jìn)口溫度。

　　（3）妥善布置傳熱面。例如換熱器、冷盤等，采用合適的管間距或排列方式，不僅可以加大單位空間內(nèi)的傳熱面積，還可以改善流體的流動特性。錯列管束的傳熱方式比并列管束的好。

　　（4）已形成結(jié)垢的清理方法

　?、?化學(xué)方法

　　化學(xué)方法即利用化學(xué)反應(yīng)清除積垢或利用化學(xué)反應(yīng)使積垢疏松，再用外力清除。當(dāng)然，對于化學(xué)方法清洗，應(yīng)請有經(jīng)驗的專業(yè)公司進(jìn)行*好，自己清洗成本低，洗前應(yīng)先分析結(jié)垢的成份，并制定詳盡的施工方案。清洗時確保藥液對換熱管及工藝管線不被侵蝕。

　?、?機(jī)械方法

　　(a) 高壓水射流清洗：一般采用1—5MPa壓力經(jīng)噴槍噴嘴形成強(qiáng)力射流，水量達(dá)80—120 L／min，對垢層進(jìn)行破碎沖刷，達(dá)到清洗目的。目前基本上采用人工手持柔性或剛性噴槍對傳熱管內(nèi)側(cè)逐根沖洗，對管束外側(cè)逐段轉(zhuǎn)動從多個方向沖洗。為提高效率，減輕勞動強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)垢物情況，采用不同的噴射器具，如改進(jìn)噴嘴(噴孔大小、形狀、數(shù)量與角度)進(jìn)行清洗，對于某些難溶垢與堵塞物，應(yīng)采用特殊的清洗方法，如高壓水噴射鉆頭或用>70 MPa的超高壓水射流清洗。也可通過藥劑或加熱進(jìn)行聯(lián)合清洗。 (b) 用手工清理或用管道機(jī)械清洗刷進(jìn)行清洗：用手工清理或管道機(jī)械清洗刷進(jìn)行清洗管子內(nèi)壁，此法適應(yīng)性較好，可多次清理，但須注意不可對管壁造成損壞。

　?、?定期清洗

　　為消除換熱器運行中結(jié)垢，可定期暫時地增大流量或進(jìn)行逆流操作，能有效消除管內(nèi)壁的輕質(zhì)附著物，但要在設(shè)備上預(yù)設(shè)逆洗管線。也可用膠球清洗。也可根據(jù)流體種類注入合適的化學(xué)藥劑，將污垢去除。每次停車檢修時要及時清洗效果*好。

　　④ 停車時的清洗

　　換熱器停車清洗應(yīng)對不同類型換熱器及結(jié)垢情況采用不同的方法，主要由高壓水射流清洗、化學(xué)清洗與機(jī)械清洗。機(jī)械清洗為人力拉通條或用電動鉆頭旋轉(zhuǎn)逐根對傳熱管進(jìn)行除垢清洗、如壓縮油冷器檢修完應(yīng)及時清洗，放的時間長不容易清洗，勞動強(qiáng)度大、且易損傷鋼管內(nèi)壁。

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