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换热器型式的选择及结垢处理方法

发布时间:2021-09-08      点击次数:73
  1、温差较大时,可选用浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器和滑动管板式换热器。经常对壳程进行机械清洗时,可选用管束可抽出的结构。高温高压时,可选用U形管式换热器。壳程介质为易燃、易爆、有毒或易挥发,以及使用压力、温度较高时,不宜采用填料函式换热器。管程介质和壳程介质不允许相混时,可采用双管板结构的换热器。
  2、列管式换热器的类型及选用原则
  (1)列管式换热器可分为以下几种主要类型:
  ①列管式换热器管束两端的管板与壳体联成一体,结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时,可在壳体上安装有弹性的补偿圈,以减小热应力。
  ②浮头式换热器管束一端的管板可自由浮动,完全消除了热应力,且整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广,但结构比较复杂,造价较高。
  ③列管式换热器每根换热管皆弯成U形,两端分别固定在同一管板上下两区,借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力,结构比浮头式简单,但管程不易清洗。化工生产中强腐蚀性流体的换热,需采用陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金属材料制作管壳式换热器。这类换热器的换热性能较差,只用于压力低、振动小、温度较低的场合。
  (2)进行换热的冷热两流体,按以下原则选择流道:
  ①不洁净和易结垢流体宜走管程,因管内清洗较方便。
  ②腐蚀性流体宜走管程,以免管束与壳体同时受腐蚀。
  ③压力高的流体宜走管程,以免壳体承受压力。
  ④饱和蒸汽宜走壳程,因蒸汽冷凝传热分系数与流速无关,且冷凝液容易排出。
  3、固定管板式换热器的注意事项及工作原理
  固定管板式换热器在运行中应注意事项有:
  (1)换热器在新安装或检修完之后必须进行试压后才能使用。
  (2)换热器在开工时要先通冷流后通热流,在停工时要先停热流后停冷流。以防止不均匀的热胀冷缩引起泄漏或损坏。
  (3)固定管板式换热器不允许单向受热,浮动式换热器管、壳两侧也不允许温差过大。
  (4)启动过程中,排气阀应保持打开状态,以便排出全部空气,启动结束后应关闭。
  (5)如果使用碳氢化合物,在装入碳氢化合物之前要用惰性气体驱除换热器中的空气,以免发生爆炸。
  (6)停工吹扫时,引汽前必须放净冷凝水,并缓慢通气,防止水击。换热器一侧通气时,必须把另一侧的放空阀打开,以免弊压损坏,关闭换热器时,应打开排气阀及疏水阀,防止冷却形成真空损坏设备。
  (7)空冷器使用时要注意部分流量均匀,确保冷却效果。
  (8)经常注意监视防止泄漏。
  固定管板式换热器的工作原理:为固定管板式换热器的构造。A流体从接管1流入壳体内,通过管间从接管2流出。B流体从接管3流入,通过管内从接管4流出。如果A流体的温度高于B流体,热量便通过管壁由A流体传递给B流体;反之,则通过管壁由B流体传递给A流体。壳体以内、管子和管箱以外的区域称为壳程,通过壳程的流体称为壳程流体(A流体)。管子和管箱以内的区域称为管程,通过管程的流体称为管程流体(B流体)。管壳式换热器主要由管箱、管板、管子、壳体和折流板等构成。通常壳体为圆筒形,管子为直管或U形管。为提高换热器的传热效能,也可采用螺纹管、翅片管等。管子的布置有等边三角形、正方形、正方形斜转45°和同心圆形等多种形式,前3种最为常见。按三角形布置时,在相同直径的壳体内可排列较多的管子,以增加传热面积,但管间难以用机械方法清洗,流体阻力也较大。管板和管子的总体称为管束。管子端部与管板的连接有焊接和胀接两种。在管束中横向设置一些折流板,引导壳程流体多次改变流动方向,有效地冲刷管子,以提高传热效能,同时对管子起支承作用。折流板的形状有弓形、圆形和矩形等。为减小壳程和管程流体的流通截面、加快流速,以提高传热效能,可在管箱和壳体内纵向设置分程隔板,将壳程分为2程和将管程分为2程、4程、6程和8程等。
  4、浮头式换热器的类型及连接方式
  浮头式换热器两端的管板,一端不与壳体相连,该端称浮头。管子受热时,管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩,完全消除了温差应力浮头式换热器其一端管板与壳体固定,而另一端的管板可以在壳体内自由浮动。壳体和管束对热膨胀是自由的,故当两种介质的温差较大时,管束与壳体之间不会产生温差应力。浮头端设计成可拆结构,使管束可以容易地插入或抽出,这样为检修和清洗提供了方便。这种形式的换热器特别适用于壳体与换热管温差应力较大,而且要求壳程与管程都要进行清洗的工况。
  (1)浮头式换热器的优点:
  a管束可以抽出,以方便清洗管、壳程。
  b介质间温差不受限制。
  c可在高温、高压下工作,一般温度小于等于450度,压力小于等于兆帕。
  d可用于结垢比较严重的场合。
  e可用于管程易腐蚀场合。
  (2)浮头式换热器的缺点:
  a小浮头易发生内漏。
  b金属材料耗量大,成本高20%。
  c结构复杂。
  (3)浮头式换热器零部件材料的选择要求:
  (4)换热管与管板的连接方式:换热管与管板的连接方式有胀接、焊接、胀焊并用等型式。
  a胀接:胀接形成按胀紧度可分为贴胀与强度胀。贴胀是指为消除换热管与管板之间缝隙的轻度胀接。强度胀是指为保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的胀接。
  b焊接:换热管与管板的焊接连接又分为强度焊与密封焊两种,强度焊是指保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的焊接。密封焊是指保证换热管与管板连接密封性能的焊接。换热管与管板的焊接一般采用手工电弧焊,手工亚弧焊和自动旋转氩弧焊。
  c胀焊并用:从胀焊连接的工艺上来讲,又可分为先胀后焊和先焊后胀两种工艺。胀焊并用适用于密封性能要求高的场合;承受震动或疲劳载荷的场合;有间隙腐蚀的场合;采用复合管板的场合。
  (5)热管与管板连接型式的选择
  GB150《压力容器》中规定强度胀接的适用范围是:设计压力小于等于4MPa;设计温度小于等于300°C;操作中无剧烈的振动,无过大的温度变化及无明显的应力腐蚀。强度焊的适用范围是:可用于本标准规定的设计压力,但不适用于有较大振动及有间隙腐蚀的场合。胀焊并用适用于密封性能要求高的场合;承受震动或疲劳载荷的场合;有间隙腐蚀的场合;采用复合管板的场合。
  5、合理选用换热介质及前期处理方法
  一般加入阻垢剂和灭藻剂,必要时加硫酸进行调节PH值,注意循环水硬度和PH值,及时调整阻垢剂和硫酸用量,灭藻剂一般采取冲击式加入法,在加入灭藻剂的1-2天,注意排污。如果有条件可以上软水处理系统,但是灭藻剂是必须添加的,即便如此,一些生物粘泥也会附着在换热器上,可以考虑用高压水进行清洗,循环水系统中所加的药剂主要是杀菌灭藻剂和缓蚀阻垢剂,其目的是改善循环水质,减缓设备及管道腐蚀,防止换热器内结垢,加大污垢热阻,我们在实际生产过程中要严格控制相关工艺参数,同时在循环水系统中不同点悬挂挂片,根据挂片腐蚀情况对药剂加以适当调整。
  6、从换热器操作的工艺控制方面减少、消除结垢形成
  换热器的工艺条件包括传热量、流体的热力学参数(温度、压力、流量、相态等)与物理化学性质(密度、粘度、腐蚀性等)。在保证传热效能的同时,尽量减少结垢形成的条件;操作时要严格按照规范进行,一般做法是:
  (1)增大传热系数。在综合考虑流体阻力及不发生流体诱发振动的前提下,尽量选择高的流速。
  (2)提高平均温差。对于无相变的流体,尽量采用接近逆流的传热方式。因为这样不仅可提高平均温差,还有助于减少结构中的温差应力。在允许的条件时,可提高热流体的进口温度或降低冷流体的进口温度。
  (3)妥善布置传热面。例如换热器、冷盘等,采用合适的管间距或排列方式,不仅可以加大单位空间内的传热面积,还可以改善流体的流动特性。错列管束的传热方式比并列管束的好。
  (4)已形成结垢的清理方法
  ①化学方法:即利用化学反应清除积垢或利用化学反应使积垢疏松,再用外力清除。当然,对于化学方法清洗,应请有经验的专业公司进行最好,自己清洗成本低,洗前应先分析结垢的成份,并制定详尽的施工方案。清洗时确保药液对换热管及工艺管线不被侵蚀。
  ②机械方法
  (a)高压水射流清洗:一般采用1—5MPa压力经喷枪喷嘴形成强力射流,水量达80—120L/min,对垢层进行破碎冲刷,达到清洗目的。目前基本上采用人工手持柔性或刚性喷枪对传热管内侧逐根冲洗,对管束外侧逐段转动从多个方向冲洗。为提高效率,减轻劳动强度,应根据垢物情况,采用不同的喷射器具,如改进喷嘴(喷孔大小、形状、数量与角度)进行清洗,对于某些难溶垢与堵塞物,应采用特殊的清洗方法,如高压水喷射钻头或用>70MPa的超高压水射流清洗。也可通过药剂或加热进行联合清洗。
  (b)用手工清理或用管道机械清洗刷进行清洗:用手工清理或管道机械清洗刷进行清洗管子内壁,此法适应性较好,可多次清理,但须注意不可对管壁造成损坏。
  ③定期清洗:为消除换热器运行中结垢,可定期暂时地增大流量或进行逆流操作,能有效消除管内壁的轻质附着物,但要在设备上预设逆洗管线。也可用胶球清洗。也可根据流体种类注入合适的化学药剂,将污垢去除。每次停车检修时要及时清洗效果好
  ④停车时的清洗:换热器停车清洗应对不同类型换热器及结垢情况采用不同的方法,主要由高压水射流清洗、化学清洗与机械清洗。机械清洗为人力拉通条或用电动钻头旋转逐根对传热管进行除垢清洗、如压缩油冷器检修完应及时清洗,放的时间长不容易清洗,劳动强度大、且易损伤钢管内壁。
  
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