间壁式换热器结构分类及其清洗 张茂文 编者按： 在清洗业务中，经常遇到用户想要清洗换热器。一些清洗公司及专业清洗队伍希 望本刊介绍换热器结构、材料及清洗的必要性。为此，本刊发表此文。 换热器是化工中通用的典型设备之一。 一般地说，换热器的占化工装置设备总重的 30? 40%，在化工厂建设中，换热器约占总投资的 11%，在炼油厂一些装置中，换热器要占到总 投资 20%。换热器是石油化学工业生产装置中非常非常重要的组成部分，也是食品、染料、医药、 动力、纺织等工业中大范围的应用的通用设备。 换热器又称为热交换器，是指两种流体通过分隔两流体的固体壁面进行热量传递的设 备。间壁式换热器是石油化学工业中使用最多的换热设备， 因为两流体不相混， 不可能影响热流体 或冷流体的浓度。 一、结构分类 根据使用的场合不同，间壁式换热器分别称作加热器、冷却器、冷凝器、 蒸发器或再沸 器。 按传热面型式可分为管式和板式换热器。 （ 一） 管式换热器 管式换热器是换热壁面为管子的一类换热器，分管壳式、套管式、螺旋管式、蛇管式、 夹管式等多种型式。 管壳式换热器 又称作列管式换热器， 它是石油化学工业中应用最广泛的一种间壁式换热器， 具有结构坚固、 适应性大、材料广等优点，按其结构特点，可有下面几种型式： 固定管板式换热器 固定管板式换热器的结构见图 1，不一样的温度的两种流体分别从管外、管内流过，通过间 壁进行热交换。 这类换热器的结构较简单， 制造较方便， 造价较低， 从而得到普遍采用。在传热面大的 情况下， 管外管间的截面很大， 当流体流量较小时， 为了更好的提高载热体的流速及搅动性以改善 给热条件，可在壳程中装折流挡板。 为提高管内流体的流速， 可将管程分成多程， 在流体进口管箱的封头中装一块隔板， 流 体每次只流经一半管子，这样管程就分成了双程，见图 2。 若两个室中都装置隔板，可以把管程分成 4程、6 程等。 浮头式换热器 浮头式换热器的结构见图 3，它的一端管板固定，另一端板可在壳体内移动，与壳体不 相连的部分称为浮头。 浮头式换热器的管束可以拉出，便于清洗。也可整体清洗。 U形管式换热器 U 形管式换热器的结构见图 4。 这种换热器只有一块管板，弯成 U 形的管子两端都固定在此管板上 , 管程至少有两程， 板上管束可因冷热变化而自由伸缩， 而不会造成温差应力。 能承受较高的温度和压力， 管束 可以抽出，管外壁清洗方便。管内一般是通过干净或不需要机械方法清洗的介质。 图2双程固定管板换热器结构示意图 1 —封头；2—法兰；3 —排气口； 4 —筒体；5—换热管；6 —波形膨胀节；7—折流板（或支承板）; 8—防冲板；9 —壳程接管；10—管板；11—管程接管；12—隔板；13—封头；14—管箱； 15 —排液口； 16—定距管；17—拉杆；18—支座；19—垫片；20、21—螺栓、螺母 图3浮头式换热器示意图 1 —浮头；2 —筒体 图4 U形管式换热器结构示意图 1—外壳；2— U形管 套管式换热器 其结构为将两种直径大小不同的标准管连接成同心套管， 然后将管内和管间分别串联而 成，见图5。每一段套管称为一程。一般程数较多时，作上排列，固定于管架上。 两种不一样的温度的流体分别从内管和套管间隙流过，并多作以逆流方式来进行换热。 1 —内管； 1 —内管；2 —外管；3— U形肘管 蛇管换热器 蛇管换热器又分为沉浸式及喷淋式两种。 沉浸式蛇管换热器 它的结构可由肘管连接直管组成或由盘成蛇旋形的弯管组成，见图 6。除安装成排外， 蛇管可构成一个平面，水平地安装在容器底部。根据容器的形状不相同而弯成有利于操作的形 状。图7为各种不同的蛇管的形状，将蛇管浸没在盛液体的容器中，在蛇道中通入热流体， 用在液态物体加热、蒸发或在蛇管中通入冷流体用在液态物体冷却、冷凝。 该型式换热器，是石油化 工厂中常用作冷凝蒸汽或冷却石油产品的设备。 喷淋式蛇管换热器 该换热器常用作冷却器，是一种效率高的设备，其结构见图 &蛇管结构做成平板式， 固定在管架上。被冷却的液体在蛇管内流动， 冷却水由最上面的喷淋装置中均匀地淋下。 因 结构相对比较简单故便于检修和清洗。 图6蛇管式换热器图7蛇管的形状 图6蛇管式换热器 图7蛇管的形状 喷淋式蛇管换热器示意图1 喷淋式蛇管换热器示意图 1 —水槽；2—管子；3—肘管；4—檐板；5 —底盘 夹套式换热器 它常用于反应器的加热和冷却，如图 9。容器中间放料液。蒸汽加热时蒸汽由连接管 3 进入夹套2,冷凝水则由夹套下部连接 5流出，连接管4 一般作放空夹套内空气之用。冷却 时，冷却水由下部连接管 5进入，而后从夹套上部连接管 3流出。 （二）板式换热器 板式换热器是换热壁面为一类换热器，分板式、螺旋板式、蜂螺、型伞板式、板翅式、 板壳式等多种型式。 1 .板式换热器 是以波纹板为换热面的一种紧凑型热换器， 冷热流体交替地在板片两侧流过， 通过板片 进行热交换。其工作原理见图 10。 图9蒸汽夹套式热交换器示意图1 —容器； 图9蒸汽夹套式热交换器示意图 1 —容器；2—夹套；3、4、5 —连接管 图10板式换热器工作原理示意图 冷介质岀口 传热板片可由很多材料冲压而成。材料可用不锈钢、铜、钛、铝、黄铜、铜镍合金、铝 合金、碳钢等。 螺旋板式换热器 它是由两张平行的薄钢板卷制而成， 构成一对互相隔开的螺旋形流道。 冷热两流体以螺 旋板为传热面相间的流动。传热效率较高，是一种新型换热器，见图 11。 蜂螺型伞板式换热器 伞板式换热器效率高，它的结构见图 12。带有湍流花纹的板片是主要传热零件，板片 带有一定锥角，呈伞状，换热器整体截面以蜂窝状，伞板上的流体象螺旋板式换热器， 故称 作蜂螺型伞板换热器。 图11螺旋板式换热器示意图图12蜂螺型伞型板换热器结构示意图1 图11螺旋板式换热器示意图 图12蜂螺型伞型板换热器结构示意图 1—头盖；2—小垫片；3—带有湍流花纹的板片; 4—大垫片；5—底盖一进岀口接管装置 图13板翅式换热器的板束结构示意图 1 —隔板；2—翅片(波纹板)；3—封条 板翅式换热器 板翅式换热器的基本结构，是由平隔板和各种型式的翅片构成板束组装而成，见图 13。 其传热系数大，传热效率高，结构紧密相连， 换热器单位体积内的传热面积大，比一般列管 式约大10?20倍。重量轻，适应能力强，可用于气一气、气一液、液一液的热交换，也可用 于冷凝与蒸发。通常用介质要求较清洁。 板壳式换热器 也是一种高效换热器，主要由作为传热面的板束和壳体构成的一种换热器， 它有管式与 14是双壳程的板壳式换热器，壳体与 14是双壳程的板壳式换热器，壳体与 15(a)经预加工和表面清理后， 按图15(b) 正反相合严密焊住构成板管。装配后的管束端头见图16 正反相合严密焊住构成板管。装配后的管束端头见图 16。管板式换热器的工作原理是一种 介质经过管程(在管板内流动)，另一种介质经过壳程来达到换热目的。 SF rl^n- -.8图16管束端头 S F rl^n- -. 8 图16管束端头 二、 换热器材料 大部分换热器是由碳钢制造。在化工生产中有各种酸碱的腐蚀，为了抗腐蚀还采用镍、 铬、钢、铜、铝以及钛、钽、锆等稀有金属制作。其他的还有采用非金属材料石墨、氟塑料、 玻璃、陶恣等制作的换热器。 石墨换热器其传热面由不透性石墨构成。 主要型式有管壳式、喷淋式、块孔式和板式等， 具有强耐蚀性，但承受压力较低。 氟塑料换热器是由小直径薄壁氟塑料管组成的一种挠性管束的换热器， 主要有管壳式和 沉浸式两种。 玻璃换热器的元件是由玻璃制作的， 主要型式有盘管、喷淋、列管和套管等。玻璃主要 为硼硅、石英玻璃等。 三、 换热器的清洗 如前所述，换热器在石油化学工业等多种国民经济部门的生产的全部过程中具有十分重的地位。 这 些部门中的许多工艺过程的进行和产品的生产都和冷却水的冷却作用紧密关联， 因此保证换 热器的最大冷却(加热)效率有着十分重要的经济意义。 然而，在循环冷却水系统，由于以下五种情况而给系统造成危害。 CaC03、 CaC03、 Ca(PO4)2、CaS04、MgSiOs 等； 系统中的设备换热器被溶解在冷却水中的氧所腐蚀而形成铁锈； 补充水带来固体悬浮物，冷却水洗涤空气时留下灰尘； 由于菌藻的繁殖和死亡造成生物粘泥； 生产的全部过程中物料的泄漏造成污垢等。 以上问题的解决正是水质稳定剂所要达到的目标， 但是要达到这一目标， 彻底而全面地 解决循环冷却水系统的问题，目前还存在着技术上的困难。 因此换热器的清洗及其方法的研究仍然受到很大的重视。 就换热器来说，其清洗可分为开工前清洗和开工后的清洗。 开工前的清洗，特别是循环 冷却水系统设备的开工前清洗，是为了除去设备在制造、运输、安装过程中所造成的铁锈、 油污、尘埃、焊渣等，使其有一个清洁无污的表面， 确保投加水质稳定剂前有良好的预膜效 果，然后使循环水系统正常运作。这方面的清洗一般按下述程序进行： 水冲t脱脂t水洗t酸洗t中和t钝化 换热器开工后的清洗在目前的技术条件下大多仍是隔一定周期后单台单组地进行。 清洗 工程由各个系统有机地联结在一起，如图示： 换热器 换热器 规格和材料 运转情况 有无清洗的历污垢附着的测定污垢的成份 规格和材料 运转情况 有无清洗的历 污垢附着的测定污垢的成份 污垢的生成速度 溶垢试验 史和现场数据 选定清洗液规定现场作业设施 选定清洗液 确定排水处理方法 制定清洗流程及操作程序 施工安全措施调查排水标准 施工安全措施 调查排水(处理)设施 排水处理工作台试验 检验报告重新开车 检验 报告 重新开车 整理清洗施工有关数据 清洗经过报告 整理清洗施工有关数据 清洗经过报告 对维修工作的建议 目测 试片 检验缓蚀剂效果 由于管壁结垢使传热以列管换热器为例，在以水为介质的列管换热器中结垢很严重。 由于管壁结垢使传热 系数急剧降低，为满足工艺技术要求，冷却水消耗量大幅度提升。因结垢和冷却水增量致使压力 损失增大，动力消耗增加，易堵塞流道并且形成垢下腐蚀。在乙烯装置和丁二烯装置中，换 热器由于堵塞和腐蚀而要换掉， 其设备费占每天修设备费的一半以上。 为此，除需要严格 水质处理外还要及时清洗结垢。换热器的清理洗涤方法国外有很多， 国内基本上只采用停工化学 清洗，为了防止酸对金属的腐蚀， 在清洗液中加入缓蚀剂。 化工部化工机械研究发明的 Lan-5 、 Lan-826 缓蚀剂使用效果较好，这种方法正在国内推广使用。杨子公司 30 万吨 /年乙烯装置 工业循环冷却水系统换热器的化学洗涤就是其中的一例。 对于堵死的换热器管道，目前国内采用过的机械清洗方法有高压清洗法 （ 压力从几百牛 顿/厘米2?几千牛顿/厘米2）以及反向清洗法、砂浆清洗法、弹性球法等，但尚无更好的清 洗机械和方法，总公司准备自国外进口部分样机，以便更好地开展这类换热器的清洗。 另外还有在线化学洗涤。 将清洗溶剂注入需要清洗的一侧介质中， 维持换热器内正常流 动状态，这种方法比停车清洗优点是：不受时间限制，节约大量的人力、物力。清洗剂为盐 酸或硝酸加缓蚀剂。 近年发展一些有鳌合能力的有机酸等， 其方法如： 应用多电解质分散剂 或流化剂进行系统清洗；不停车全系统高浓度酸洗；低 pH 酸水循环清洗等。自 73 年进口 14 套大化肥装置以来，化工机械研究院对循环冷却水系统不停车清洗技术进行了试验。通 过试验筛选出硝酸加有机酸加缓蚀剂的清洗方案。 通过在兰州维尼纶厂的工业应用试验， 收 到了一定的清洗效果，但仍有进一步改进配方的必要。 再有在线机械清洗。当用工业循环水作冷却水时，使用 2? 3 个月换热器内污垢系数即 达 到设计值， 如用海水冷却， 三天就达到了。 采用在线清洗后， 随时可扫清污垢， 节能 15 ? 20%，还可节省维修费、药剂费等。 在线机械清洗主要方法有：自动刷洗系统，清洗时切换水流方向，水流冲动钢制毛刷， 在前进中清扫管内水垢， 海绵胶球连续清洗， 已在炼油厂的冷凝、 冷却器中进一步推广应用； 螺旋形弹簧在线清洗，弹簧由于流体的推动在管内振动从而清洗水垢。 上述在线机械清理洗涤方法在国内尚属空白，应组织力量开发研究。 其他型式换热器清洗， 根据其结构不同可选择化学洗涤或机械清洗或是两者联系方法清 洗。

  原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者