列管式換熱器

列管式換熱器是目前化工及酒精生產(chǎn)上應(yīng)用的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質(zhì) ，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進(jìn)行換熱時，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另一種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，這稱為殼程。

固定管板式

列管式換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊、造價便宜，但管外不能機(jī)械清洗。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。

為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補(bǔ)償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時，為安全起見，換熱器應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置。但補(bǔ)償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于60～70℃和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。一般殼程壓強(qiáng)超過0.6Mpa時由于補(bǔ)償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補(bǔ)償?shù)淖饔?，就?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。

浮頭式

換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個頂蓋，稱之為“浮頭"，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點(diǎn)是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不變殼體約束，因而當(dāng)兩種換熱器介質(zhì)的溫差大時，不會因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其缺點(diǎn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。

填料函式

這類換熱器管束一端可以自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，造價也比浮頭式低。但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，殼程中不應(yīng)處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質(zhì)。

U型管式

U形管式換熱器，每根管子都彎成U形，兩端固定在同一塊管板上，每根管子皆可自由伸縮，從而解決熱補(bǔ)償問題。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點(diǎn)是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，適用于高溫高壓條件。

渦流熱膜

渦流熱膜換熱器采用的渦流熱膜傳熱技術(shù)，通過改變流體運(yùn)動狀態(tài)來增加傳熱效果，當(dāng)介質(zhì)經(jīng)過渦流管表面時，強(qiáng)力沖刷管子表面，從而提高換熱效率。可達(dá)10000W/m2℃。同時這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結(jié)垢功能。其它類型的換熱器的流體通道為固定方向流形式，在換熱管表面形成繞流，對流換熱系數(shù)降低。

據(jù)【換熱設(shè)備推廣中心】的資料顯示，渦流熱膜換熱器的特點(diǎn)在于經(jīng)濟(jì)性和安全性統(tǒng)一。由于考慮了換熱管之間，換熱管和殼體之間流動關(guān)系，不再使用折流板強(qiáng)行阻擋的方式逼出湍流，而是靠換

列管式換熱器

熱管之間自然誘導(dǎo)形成交替漩渦流，并在保證換熱管不互相摩擦的前提下保持應(yīng)有的顫動力度。換熱管的剛性和柔性配置良好，不會彼此碰撞，既克服了浮動盤管換熱器之間相互碰撞造成損傷的問題，又避免了普通管殼式換熱器易結(jié)垢的問題。

渦流熱膜換熱器性能特點(diǎn)：

1.高效節(jié)能，該換熱器傳熱系數(shù)為6000-8000W/m2.0C；

2.全不銹鋼制作，使用壽命長，可達(dá)20年以上,十年內(nèi)出現(xiàn)換熱器質(zhì)量問題免費(fèi)更換；

3.改層流為湍流，提高了換熱效率，降低了熱阻；

4.換熱速度快，耐高溫（400℃），耐高壓（2.5Mpa）;

5.結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，重量輕，安裝方便，節(jié)約土建投資；

6.設(shè)計靈活，規(guī)格齊全，實(shí)用針對性強(qiáng)，節(jié)約資金；

7.應(yīng)用條件廣泛，適用較大的壓力、溫度范圍和多種介質(zhì)熱交換；

8.維護(hù)費(fèi)用低，易操作，清垢周期長，清洗方便。

9.采用納米熱膜技術(shù)，顯著增大傳熱系數(shù)。

10.應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，可廣泛用于熱電、廠礦、石油化工、城市集中供熱、食品醫(yī)藥、能源電子、機(jī)械輕工等領(lǐng)域。

渦流熱膜換熱器性能對比：

   折流擋板

為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。常用的折流擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者更為常用。

   多殼程

列管式換熱器必須從結(jié)構(gòu)上考慮熱膨脹的影響，采取各種補(bǔ)償?shù)霓k法，消除或減小熱應(yīng)力，根據(jù)所采取的溫差補(bǔ)償措施。

技術(shù)參數(shù)

滲漏解析

換熱器滲漏是換熱器使用中常見的設(shè)備管理問題，滲漏主要是腐蝕造成的，少部分是由于換熱器選型和換熱器本身的制造工藝缺陷，列管式換熱器的腐蝕形式基本有兩種：電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕。列管式換熱器在制作時，管板與列管的焊接一般采用手工電弧焊，焊縫形狀存在不同程度的缺陷，如凹陷、氣孔、夾渣等，焊縫應(yīng)力的分布也不均勻。使用時管板部分一般與工業(yè)冷卻水接觸，而工業(yè)冷卻水中的雜質(zhì)、鹽類、氣體、微生物都會構(gòu)成對管板和焊縫的腐蝕。這就是我們常說的電化學(xué)腐蝕。研究表明，工業(yè)水無論是淡水還是海水，都會有各種離子和溶解的氧氣，其中氯離子和氧的濃度變化，對金屬的腐蝕形狀起重要作用。另外，金屬結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度也會影響腐蝕形態(tài)。因此，管板與列管焊縫的腐蝕以孔蝕和縫隙腐蝕為主。從外觀看，管板表面會有許多腐蝕產(chǎn)物和積沉物，分布著大小不等的凹坑。以海水為介質(zhì)時，還會產(chǎn)生電偶腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕就是介質(zhì)的腐蝕，換熱器管板接觸各種各樣的化學(xué)介質(zhì)，就會受到化學(xué)介質(zhì)的腐蝕。另外，換熱器管板還會與換熱管之間產(chǎn)生一定的雙金屬腐蝕。一些管板還長期處于腐蝕介質(zhì)的沖蝕中。尤其是固定管板換熱器, 還有溫差應(yīng)力, 管板與換熱管聯(lián)接處極易泄漏,導(dǎo)致?lián)Q熱器失效。

綜上所述，影響換熱器管板腐蝕的主要因素有：

（1）介質(zhì)成分和濃度：濃度的影響不一，例如在鹽酸中，一般濃度越大腐蝕越嚴(yán)重。碳鋼和不銹鋼在濃度為50%左右的硫酸中腐蝕最嚴(yán)重，而當(dāng)濃度增加到60%以上時，腐蝕反而急劇下降；

（2）雜質(zhì)：有害雜質(zhì)包括氯離子、硫離子、氰離子、氨離子等，這些雜質(zhì)在某些情況下會引起嚴(yán)重腐蝕

（3）溫度：腐蝕是一種化學(xué)反應(yīng)，溫度每提升 10℃，腐蝕速度約增加1~3倍，但也有例外；

（4）ph值：一般ph值越小，金屬的腐蝕越大；

（5）流速：多數(shù)情況下流速越大，腐蝕也越大。

試漏方法

   列管換熱器無損檢測

在故障檢測、特別是換熱器部分可使用專業(yè)的知識和儀器，可以檢測腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，這里以美嘉華的技術(shù)產(chǎn)品為例來了解一下無損檢測設(shè)備的功能：

1)可視內(nèi)窺鏡檢測管板內(nèi)表面；

2)定制的問題研究和報價；

3)APR（聲脈沖反射法），一種創(chuàng)新的無損檢測技術(shù)，基于分析管板內(nèi)產(chǎn)生多維聲波的分析；

4)無損檢測直的和彎曲的由有磁性和無磁性材料制成的換熱器管材；

5)快速檢測：每個管材少于 10 秒；

6)檢測泄露、全部和部分堵塞、侵蝕和點(diǎn)蝕；

7)適合橢圓管、方形管、螺旋管、肋片管及從 9/16"直徑出的彎曲；

8)立即可視結(jié)果；

9)數(shù)字存儲用于以后的檢查和比較；

10)定制的問題研究和成本估計 [1]  。

   水試漏的方法

傳統(tǒng)上我們使用水對換熱器的試漏，就是將水注入換熱器中，注滿水后再用水泵對換熱器中的水進(jìn)行打壓，使之達(dá)到一定的壓力，進(jìn)行對換熱器的查漏。查漏結(jié)束做出標(biāo)記后泄壓和排水，再進(jìn)行堵漏。如果換熱器較大、泄漏較嚴(yán)重，水壓在較低時就會發(fā)生泄漏，不得不排水堵漏，堵漏完成后再充水、充壓試漏，反復(fù)進(jìn)行，增加換熱器檢修時間。由于充水和打壓需要大量的時間，泄漏的部位需要動火補(bǔ)焊消漏時，又要對泄漏部位進(jìn)行干燥處理，否則影響補(bǔ)焊消漏的質(zhì)量。如果泄漏的換熱器內(nèi)部有可燃介質(zhì)，必須進(jìn)行氮?dú)庵脫Q，合格后才能動火補(bǔ)焊消漏作業(yè)，否則會產(chǎn)生著火和爆炸，危及人身和設(shè)備的安全。

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列管式換熱器泄漏后使用氮?dú)膺M(jìn)行充壓試漏，比較快速。用氮?dú)鈱Q熱器堵漏動火作業(yè)時，不必再進(jìn)行置換處理，節(jié)約檢修消漏的時間。

   氮?dú)庠诤铣砂睋Q熱器試漏中的使用

操作要點(diǎn)

（1）由于是高壓氮?dú)猓▔毫?．5MPa），使用時必須要有2人以上作業(yè)開閥門，在兩閥門中間加裝壓力表1個，一人監(jiān)護(hù)壓力表的指示，另一人進(jìn)行開閥門作業(yè)，保證管道壓力在允許的范圍之內(nèi)，防止超壓，造成管線或人員傷害。

（2）換熱器EA103為浮頭式換熱器，試漏時需要做試漏封頭安裝到換熱器上。

（3）投用步驟　先全開1閥和3閥，如圖1，再緩慢打開2閥，對換熱器進(jìn)行充壓，同時注意壓力表壓力，在3．0MPa之內(nèi)。

（4）泄壓步驟　先全關(guān)1閥和2閥，打開泄壓閥門泄壓完成后，全關(guān)3閥。

   兩種試漏方法的比較

從上述使用情況看，用氮?dú)庠嚶┕?jié)約大量的檢修時間，檢修費(fèi)用。水和氮?dú)庠嚶┓椒ǖ谋容^見表1。

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（1）因為氮?dú)庥兄舷⒌娘L(fēng)險，使用時必須注意人員的安全，防止人員中毒。

（2）氮?dú)馐褂脮r要提前進(jìn)行管線的預(yù)制。

（3）氮?dú)馐褂脮r臨時管線上要增加壓力表，兩人用對講機(jī)聯(lián)系開閥門，防止超壓。

（4）氮?dú)馐褂猛瓿珊蟊仨毤皶r泄壓、拆除。

（5）氮?dú)馐褂脮r必須2人以上用對講機(jī)聯(lián)系充壓和泄壓操作，防止管線超壓，損壞管線，防止人員窒息，造成人身傷害。

（6）氮?dú)獠皇褂脮r必須對管線的閥門進(jìn)行掛“禁動"標(biāo)識牌，防止人員誤動作。

清洗

列管式換熱器長期運(yùn)行會導(dǎo)致設(shè)備被水垢堵塞，將會使效率降低、能耗增加、壽命縮短。如果水垢不能被及時地清除，就會面臨設(shè)備維修、停機(jī)或者報廢更換的危險。長期以來傳統(tǒng)的清洗方式如機(jī)械方法（刮、刷）、高壓水、化學(xué)清洗(酸洗)等在對換熱器清洗時出現(xiàn)很多問題：不能清除水垢等沉積物，并對設(shè)備造成腐蝕，殘留的酸對材質(zhì)產(chǎn)生二次腐蝕或垢下腐蝕，最終導(dǎo)致更換設(shè)備，此外，清洗廢液有毒，需要大量資金進(jìn)行廢水處理。企業(yè)可采用高效環(huán)保清洗劑避免上述情況，其具有高效、環(huán)保、安全、無腐蝕特點(diǎn)，不但清洗效果良好而且對設(shè)備沒有腐蝕，能夠保證空壓機(jī)的長期使用。福世泰克清洗劑（的添加濕潤劑和穿透劑，可以有效清除用水設(shè)備中所產(chǎn)生的最頑固的水垢（碳酸鈣）、銹垢、油垢、粘泥等沉淀物，同時不會對人體造成傷害，不會對鋼鐵、紫銅、鎳、鈦、橡膠、塑料、纖維、玻璃、陶瓷等材質(zhì)產(chǎn)生侵蝕、點(diǎn)蝕、氧化等其他有害的反應(yīng)，可大大延長設(shè)備的使用壽命。

案例說明：某大型石化電廠中國臺灣獨(dú)資復(fù)盛牌螺桿式空壓機(jī)，換熱器為油水換熱，內(nèi)管為銅管，換熱面積為28平米，正常工作溫度為77℃－93℃，清洗前工作溫度為92℃，采用福世泰克清洗劑原液約15公斤，兌約40公斤的水，循環(huán)泵壓力3公斤，反復(fù)循環(huán)清洗6小時，清洗出各種水垢、銹垢、粘泥等物質(zhì)約1公斤，清洗后開機(jī)工作溫度為81℃， 有效保障設(shè)備的正常生產(chǎn)運(yùn)行。

滲漏解決

通常大多數(shù)企業(yè)的做法就是盡量采購質(zhì)量高的換熱器，經(jīng)過細(xì)心維護(hù)，讓換熱器壽命盡可能的延長，不可避免的出現(xiàn)滲漏以后，就會被迫停機(jī)堆焊，2～4人需要幾天時間才能修復(fù)完成，如果企業(yè)高薪聘請的高級焊工，還能保證換熱器繼續(xù)使用一段時間，如果焊工的技術(shù)一般，那么就會造成更多的漏點(diǎn)甚至報廢，企業(yè)不得不更換新的換熱器，這是由于此種傳統(tǒng)方法造成的種種弊端，不能保證企業(yè)的安全連續(xù)性生產(chǎn)，因此，眾多企業(yè)積極尋求新技術(shù)解決換熱器滲漏問題，通過引入福世藍(lán)高分子復(fù)合材料的耐腐蝕性和抗沖刷性，通過提前對新?lián)Q熱器的保護(hù)，這樣不僅有效治理了新?lián)Q熱器存在的焊縫和砂眼問題，更避免了使用后化學(xué)物質(zhì)腐蝕換熱器金屬表面和焊接點(diǎn)，在以后的定期維修時，也可以涂抹福世藍(lán)高分子復(fù)合材料來保護(hù)裸露的金屬；即使使用后出現(xiàn)了滲漏現(xiàn)象，也可以通過福世藍(lán)技術(shù)及時修復(fù)，避免了長時間的堆焊維修影響生產(chǎn)。正是由于此種精細(xì)化的管理，才使得換熱器滲漏問題出現(xiàn)的概率大大降低，不僅降低了換熱器的設(shè)備采購成本，更保證了產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)時間，提高了產(chǎn)品競爭力。

用于管板的高厚度涂料：

1)恢復(fù)損壞的管板，阻止由氣蝕或電蝕引起的腐蝕；

2)可應(yīng)用到罐體、管道、閥門，涂層厚度適合很多重要的應(yīng)用環(huán)境；

3)恢復(fù)由于不正確擴(kuò)展操作所引起腐蝕或損壞管板的完整性和不透水性；

4)管板與冷卻液絕緣，中斷腐蝕引發(fā)的電路；

5)流線型進(jìn)口處理面可以減少氣蝕也可以促進(jìn)連續(xù)清洗系統(tǒng)的性能；

6)解決與過度快速流速、氣蝕、渦輪和懸浮磨損顆粒有關(guān)的問題；

7)將進(jìn)口恢復(fù)到液壓條件；

8)鑄件減少的涂層厚度也不存在與塑料和金屬基嵌入物的問題（在嵌入物的末端氣蝕；電阻）。

換熱器、冷凝器的管徑內(nèi)表面涂層保護(hù)：

1)管板涂層是一種對于任何管板內(nèi)表面問題的快速耐用的解決方案；

2)防止因污垢、各種腐蝕、侵蝕和氣蝕所引發(fā)的損壞；

3)適合在各種水服務(wù)環(huán)境中浸泡；

4)是99%無揮發(fā)性有機(jī)化合物并通過認(rèn)證可以在飲用水中使用；

5)通過使用我們的的半自動設(shè)備可以快速應(yīng)用（20 米/秒）從 30 微米到 250 微米；

6)根據(jù)客戶的要求有不同的涂膜厚度；

7)內(nèi)直接范圍從 15 到 80mm 管材長度達(dá) 25m；

8)應(yīng)用時間：在維護(hù)停機(jī)期間；

9)內(nèi)窺鏡控制、DFT 確保完整的涂料效率；

10)研究和測試表明該涂料提高換熱率 一個用該涂料保護(hù)過的換熱器保持一種高換熱效率， 同時需要更少的清洗干預(yù)及不容易泄露。

10 個使用美嘉華內(nèi)管板涂料系統(tǒng)的原因：

1)立即終止各種腐蝕過程；

2)對新及服務(wù)中換熱器的長期解決方案；

3)多種可行涂層可延長有效服務(wù)使用壽命；

4)增加換熱效率和冷凝器真空；

5)通過改善工廠性能全面增加電力輸出；

6)通過減低污垢而提高抗污性；

7)冷工作技術(shù)對于換熱器、工廠和人員是安全的；

8)對于恢復(fù)管板是一種節(jié)省成本的選擇——50%更快，30%更便宜；

9)現(xiàn)場應(yīng)用；

10)根據(jù) ASTM D5162-28 標(biāo)準(zhǔn)測試確保 99%表面覆蓋量。

21世紀(jì)初國內(nèi)河南省鞏義市終于研制出了碳化硅質(zhì)列管式陶瓷換熱器。　陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發(fā)展，因為它較好地解決了耐腐蝕，耐高溫等課題，成為了回收高溫余熱的換熱器。經(jīng)過多年生產(chǎn)實(shí)踐，表明陶瓷換熱器效果很好。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：導(dǎo)熱性能好，高溫強(qiáng)度高，耐腐蝕、抗氧化、抗熱震性能好。壽命長，維修量小，性能可靠穩(wěn)定，操作簡便。是目前回收高溫?zé)煔庥酂岬难b置。

次攻克金屬等傳統(tǒng)材料在高溫或惡劣環(huán)境下容易損壞的難題。研發(fā)并投入使用的以陶瓷替代金屬的換熱器新技術(shù)已經(jīng)列入了國家火炬計劃。這一新技術(shù)將工業(yè)窯爐原來用的冷空氣變成了熱空氣，不僅提高了工作效率還節(jié)約了大量能源。由于陶瓷換熱器是提高能源利用率的主要設(shè)備之一，工業(yè)用途廣泛，因而其推廣應(yīng)用前景十分可觀。

陶瓷換熱器可以用于冶金、有色、耐材、化工、建材等行業(yè)主要熱工窯爐，正在為世界的節(jié)能減排事業(yè)作出了巨大的貢獻(xiàn)。

設(shè)計注意

   冷熱流體流動通道的選擇

在列管式換熱器內(nèi)，冷熱流體流動通道可根據(jù)以下原則進(jìn)行選擇：

（1）不潔凈和易結(jié)垢的的液體宜走管程，因管內(nèi)清洗方便；

（2）腐蝕性流體宜走管程，以免管束和殼體同時受腐蝕；

（3）壓強(qiáng)高的宜走管程，以免殼體承受壓力；

（4）飽和蒸汽宜走殼程，因飽和蒸汽比較清潔，對流傳熱系數(shù)與流速無關(guān)而且冷凝液容易排出；

（5）被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱；

（6）若兩流體溫差較大，對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，宜將對流傳熱系數(shù)大的流體通過殼程，可減少熱應(yīng)力；

（7）流量小而粘度大的流體宜走殼程；

   流體進(jìn)出口溫度的確定

如果換熱器以冷卻為目的熱流體的進(jìn)出口溫度已由工藝條件確定，而冷卻介質(zhì)的出口溫度則需要選擇。若選擇較高的出口溫度，可選小換熱器，但冷卻介質(zhì)的流量要加大；反之要選擇低的出口溫度，冷卻介質(zhì)流量減少了，但要選大的換熱器，因此冷卻介質(zhì)的出口溫度要權(quán)衡二者的投資大小來確定。