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第三节 换热设备
第一小节 概述
一、换热器的作用：
换热器中热交换器是利用石油加工过程中某一需要冷却的物料之热量来加热另一需要加热的物料，起着热量回收的作用。冷却器是将温度较高的流体用水和空气冷却至常温，水所吸收的热量不加利用。 二、常用换热器的类型：
1. 列管式换热器：这是目前石油化工生产中应用最广的一种换热器，包括固定管 板式换热器、U型管换热器、浮头式换热器等。
2. 套管式换热器：
3. 蛇管式换热器：包括沉浸式蛇管换热器、喷淋式蛇管换热器。
4. 翅片管式换热器：
5. 螺旋板式换热器：
6. 板式换热器：
7. 立式换热器：
三、换热器的开启和停用：
1.启用换热器：
（1）扫线。
（2）改好流程。
（3）慢慢引油，从排空阀放水，看到有油即关排空阀，开换热器出口阀。
2.停用换热器：
（1）将换热器进出口阀门关死。
（2）汽油用水顶后，再用蒸气扫线。
（3）重油需待换热器冷到100℃左右再用蒸气扫线，以防油罐中水突沸而发生事故。
第二小节 技术问答
1、什么叫换热器？按用途可分为哪几类？
答：换热器就是不同温度的介质流经设备的两侧，进行热量交换的设备。按其用途可分为下面几类：
①换热器：两种不同温度的流体进行热量交换，一种升温，一种降温。
②冷凝器：两种不同温度的流体进行热量交换，一种流体从气态冷凝成液态。
③蒸发器：与冷凝器相反，其中一种流体由液体蒸发成气体。
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④冷却器：不回收热量，只单纯为了工艺要求用来冷却流体，常用空气或水。
⑤加热器：利用废热，只单纯用来使一种流体升温。
2、按换热方式分类，换热器可分哪几种？各有何特点？
答：①间壁式换热器：其特点是冷热两种流体之间用一金属或非金属隔开，使两种液体在不相混合的情况下进行热量传递。这是用得最广泛的一种。
②蓄热式换热大：其特点是冷热两种流体依次通过蓄热器，分别与蓄热器内的固体填充物进行换热。
③混合式换热器：其特点是冷热两种流体通过直接混合进行换热。
3、炼厂常用的间壁式换热器，按结构分为哪几类？
答：间壁式换热器种类繁多，从间隔表面的特征来看，可分为管式换热器和板式换热器。快开阀芯
（1）管式换热设备具体可分为：①管壳式换热设备。②套管式换热设备。③水浸式冷却器。④空气冷却器。
（2）板式换热设备常用的类型有：板式换热器，伞板式换热器，螺旋板式换热器及板壳式换热。
4、常用的管式换热器有哪几种？它们各有何特点？
答：①固定管板式：其管束两端的管板是固定在壳体上，因此，它结构简单，造价低。 但由于两端管板是固定，当两种介质温差大时，会引起管子拉脱或变形。并且管外不能清洗，只能适用于温差小（一般不大于50℃），介质比较洁净的场合。当温差较大（＞50℃），而壳体承压不高时，可以在壳体上加膨胀节以消除过大的热应力。
②浮头式换热器：它是目前炼厂内使用最多的换热器。由于它的管板一端固定，一端自由，因此，受热时可在壳体内自由膨胀，不受温差的限制。同时其管束可以抽出，清洗方便，不受介质条件的限制。但它结构复杂，并且小浮头漏了也不易发现，造价也比较高。
③ U热交换设备型管式换热器：其只有一个管板，固定在管箱和壳体之间，另外一端没有管板，可以在壳体内自由伸缩，由于它采用“U”型换热管，没有小浮头，因此不存在小浮头漏的情况，减少了泄漏点。同时管束可以抽出，便于清洗，且结构简单，制造方便，但管子内壁“U”型弯头清洗比较困难，中心部位的管子不易更换，因此适用温差大，压力较高的场合。
④套管式换热器：它是由两种流体分别由管和管间相互逆向通过进行热量交换。它结构简单，便于拆卸清洗，由于两种流体完全是逆向流动，传热效果好，但金属耗量大，占地面积广，并且接头多，容易发生泄漏，一般适用于热负荷不大，不易结垢的场合。
⑤水浸式冷却器，在矩形或圆形的水箱内放置冷却盘管，整个盘管浸入水中，其传热系数低，效果差，但结构简单。
⑥空气冷却器：它由风机、管束等组成，用空气作冷却剂而不用水，可减少环境污染，由于空气干净不结垢，停风机时，空气自然对流也使冷却能力达到设计能力的25%左右，因此使用非常普遍。但由于空气温度一年之内或一天之内变化较大，所以其终冷温度不能太低，有时还要加水冷却器。
5、浮头式换热器各部分有何作用？
答：①管束：它由许多无缝钢管焊接，胀接或胀焊联合的方式固定在两端的管板上，中间用折流板隔开，它是换热器的主要换热部件。
②管箱和浮头：管箱与固定管板连结，其作用是把管程和壳程的流体隔开，同时也起着分程的作用。浮头端可以在壳体内自由伸缩。 ③壳体和头盖：壳体是用来约束壳体流程，使其以强制的流动方式流动，有利于传热，同时对易挥发，易燃的油品换热时起密封作用，有利于安全生产，壳体与头盖组成壳程。
6、换热器壳程为什么要加折流板？有何作用？
答：加折流板主要是引导壳程的流体，避免短路，同时使其速度尽可能加快，以获得较高的传热效果和减少结垢，在卧式换热器中，也起支撑管子防止下垂和振动损坏的作用。
7、换热介质走壳程还是管程是如何确定的？
答：在选择管、壳程介质时，应按介质性质、温度、压力、允许压力降，结垢以及提高传热系数等条件综合考虑。
①有腐蚀、有毒性、温度和压力很高的介质，还有易结垢的介质均应走管程，其理由是：有腐蚀生介质走壳程时，管壳材质均遭到腐蚀，因此一般腐蚀的介质走管程可以降低对壳程材质的要求，有毒介质走管程使泄漏机会较少，温度、压力高走管程可以降低对壳程的材质要求，积垢在管内容易清扫。
②着眼于提高总传热系数和最充分的利用压降。
③从两侧膜传热系数大小来定，如相差很大，可将膜传热系数小的走壳程，以便采用管外强化传热设施，如螺纹管或翅片管。
8、换热器管板有什么作用？
答：管板是换热器中最重要的部分，其基本用途是隔开管侧和壳侧的流体，其次为管子和拉杆提供固定支撑点，附带还支撑管程分程隔板。
9、换热器管箱有几种形式？它们各有何特点？结构如何？
答：换热器的管箱有盲板管箱和封头型管箱两种。
盲板管箱：管箱可与壳体做成一体或螺栓固定在壳体上。管箱带有端盖，可直接清管子而不必拆除管路系统。
封头管箱：用螺栓固定在壳体上，，没有可拆端盖，处理管子时，管箱必须拆下，故往往要拆管路连接系统，不过其造价低。其结构如图所示：
10、常见的换热管规格为多少？
答：常见的换热管其直径有Ф19×2和Ф25×2.5两种规格。在固定管板式换热器Ф25×2.5，以三角形排列。在浮头式换热器中，其长度分别有1.5m，2m，3m，6m，几种，其中3m和6m最为普遍。
11、为什么冷换系统开工时要先开冷路后开热路？停开时又要先停热路后停冷路？
答：冷换系统的开工顺序，冷却器要先进冷油，换热器要先进冷油，这是由于先进热油会
造成各部件急剧热胀，后进冷介质会使各部件急剧收缩。这种温差应力促使密封点产生泄漏。故开工时不允许先进热油。反之，停工时要先停热油后停冷油。
12、水冷却器是控制入口水量好还是出口水量好？
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答：对油品冷却而言，用冷却水入口阀控制弊多利少。控制入口虽可节省冷水，但入口水量限死，可引起冷却器内水流短路或流速减慢，造成上热下凉。采用出口控制能保证流速和换热效果。一般不宜使用入口控制。
13、空冷器的主要构成？空冷器型号表示方法如何？
答：由管束，管箱，风机，构架及百叶窗等组成。
空冷器型式代号：水平式空冷器－P；斜顶式空冷器－X；翅片管型式、缠绕式代号－R；镶式－X；管箱型式代号、丝堵式－S、法兰式－F脱硝催化剂成分；集合管式－J。
14、Ｕ型管换热器的特点？
答：U型管式换热器具有双管程和浮头式换热器的某些特点，每根U型管均可自由膨胀而不
受别的管子或壳体的约束，具有弹性大、热补偿性能好，管程流速高，传热性能好，承压能力强，结构紧凑，不易泄漏，以及管束可抽出便于安装等优点。其缺点是清洗不便，中心部位管子不易更换，最内层管子弯曲半径不能太小而限制了管板上排列的管子数目。
15、管壳式换热器的主要部件包括哪些？
答：包括前管箱、壳体和管束以及后端结构四部分。
（1） 壳程的结构型式
① F型壳结构；F型换热器，壳程具有一块纵向挡板，这是双壳程特有的。原因是，当换热器为双管程时，纵向挡板可以使管壳程内的流体得到纯逆流。
②多壳程串联型式：无论管程与壳程，在一定的液体流量下，程数增加往往对传热有好处，因此工艺上往往要求管壳程都是多程，但在一个壳体内壳程超过两程结构，制造与维护都有困难。一般采取多壳程串联的结构。虽然在每个壳体内两流体仍然是混合式流动的，但从壳程串联后管壳程二流体总体上流动布置来看，各个换热器内的流体是互相逆流的。
（2） 壳程挡板的结构类型
①单弓形挡板：这种挡板能提供高的湍流度和好的热传递性能，因为其流体对管束的流向主要呈横流型式。
②双弓形挡板：其特点是大的开孔面积。双弓形挡板可以减小挡板间距或由于压降的限制而减少错流。
③纵向挡板：这种挡板结构提供了多壳程或分流式的壳程流型。
（3） 管板的结构类型
①浮头式管板：浮头式管板一般指的是具有钩圈的内浮头。这种结构使用一个剖分环法兰（即钩圈），用螺栓联接管板与浮头，可以减少壳程旁路有害空间，其管束在壳体中是可拆的。但是这种结构在浮头连接处易渗漏而引起壳程和管程处流体的混合。
②管子在管板上的固定：管子在管板上的固定，如果连接不严，就会产生泄漏。管子在管板上的固定方法通常有胀接和焊接两种。在高温高压时，采用胀接加焊接的方法。
第三小节 加氢装置换热器介绍
一、 管壳式换热器
1、结构
管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造， 能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。 结构由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成（见图管壳式换热器）。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束， 增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。
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