新型换热设备及应用

化工机械专题——

新型换热设备及应用主讲人：孙启迪专业：化工过程机械指导教师：俞树荣一、简述二、国内外发展现状三、换热器分类四、几种换热设备的介绍五、新型换热设备面临的问题六、强化传热技术一、简述热设备是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换设备。换热设备是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位.在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等,应用更加广泛。二、国内外发展状况目前，我国换热器产业的市场规模大概为420亿人民币。基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器产业在未来一段时期内将保持稳定增长。2010-2012年期间，保持10%-15%匀速增长到2015年，我国换热器产业规模将突破880亿元；到2020年我国换热器产业规模有望达到1500亿元。板式换热器：四平巨元瀚洋、兰石换热设备公司、四平维克斯是我国板式换热器领域内资企业中的龙头企业，产值都在2亿以上。管壳式换热器：生产企业众多，规模较小。抚顺机械设备制造有限公司、兰石集团炼化设备公司、中石化南京化工机械是我国内资管壳式换热器的龙头企业。空冷式换热器：哈空调是我国最大的空冷式换热器生产企业。此外，江苏双良股份、国电集团北京龙源冷却技术有限公司、四川简阳空冷器、蓝科高新（原兰石所）、兰州兰石集团长征机械、西安大秦化工机械（原西安化工机械厂）、湖北长江石化设备、江阴电力设备冷却器公司等企业也具有一定的竞争力。板翅式换热器：杭州杭氧股份和开封空分集团是我国石油化工领域著名的板翅式换热器企业产品类别主要竞争企业板式换热器内资龙头企业：四平巨元瀚洋、兰石换热设备、四平维克斯·外资企业：阿法拉伐（江阴）、舒瑞普（北京、苏州）、APV（上海、北京）、丹佛斯（天津）、传特（北京）、桑德克斯（上海、宁波）、风凯（常州）其它主要企业：沈阳太宇、上海艾克森、蓝科高新、湖北登峰、山东北辰、上海南华、佛山澜石管壳式换热器内资龙头企业：兰石炼化设备、抚顺机械、中石化南京化工机械外资企业：森松（上海）、林德工程（大连）、艾普尔（苏州）、风凯（常州）其它主要企业：张家港化工机械、大连金重、镇海石化建安工程、湖北长江石化设备、西安大秦化工机械、天津国际机械、大连东方亿鹏空冷式换热器·内资龙头企业：哈空调外资企业：基伊埃（芜湖、廊坊）、斯必克（张家口）其它主要企业：江苏双良、国电龙源冷却、四川简阳空冷器、蓝科高新、兰石集团长征机械、西安大秦化工机械、湖北长江石化设备、江阴电力设备冷却器板翅式换热器龙头企业：杭州杭氧股份、浙江银轮股份·外资企业：艾普尔（苏州）其它主要企业：贵州永红航空机械、无锡马山永红换热器、开封空分集团、山东茌平吉星三、换热器分类换热器分类1）按传热原理分为表面式换热器、蓄热式换热器、流体连接间接式换热器、直接接触式换热器2）按用途分为加热器、预热器、过热器、蒸发器3）按结构分为管壳式和板式换热器汽化器分类1）按直接加热方式分为浸没燃烧式汽化器和固体导热式汽化器2）按间接加热方式分为空温式、强制通风式、循环热水水浴式、蒸汽加热水浴式、电加热水浴式汽化器3）按热交换介质分为空浴式、水浴式、海水浴开架式汽化器四、几种常用换热设备管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。管板式换热器在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。特点：结构简单，制造成本低；管程清洗方便；管程可以分成多程，壳程也可以分成双程；规格范围广，故在工程上广泛应用。缺点有：壳体和管壁的温差较大，易产生温差力；壳程无法清洗，管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低，不适用于壳程易结垢场合；壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。板翅式换热器基本结构是由翅片、隔板、封条和导流片组成，在金属平板上放一翅片，再在其上放一金属平板，两边以边缘封条密封而组成一个基本单元，若干基本单元组成内部芯体。对各个通道进行不同方式的叠置和排列就得到逆流、错流、错逆流板翅式换热器板束。错流逆流错逆流其优点有：传热效率高；轻巧且牢固；结构紧凑；适应性好。缺点有：流道狭小，容易引起堵塞而增大压降；易结垢。板翅式换热器结构图空温式气化器空温式气化器包含蒸发部与加热部,蒸发部由端板管连接并排的导热管构成,加热部由用弯管接头串联成一体的导热管组成。导热管是将散热片和管材挤压成型,其横截面一般为星形翅片,翅片材质采用铝合金。LNG空温式气化器的安装形式为立式、露天。特点：零能耗、节约能源、低碳环保、运行成本极地；基本免日常维修保养，不产生维修费用和管理成本；安全系数高、运行稳定性好、管理简单。开架式气化器是以海水为热源用来使液态天然气气化的换热器。其基本组成单元为换热管，一块面板由平行分布的约80根连接上下总管的换热管组成，换热管两端由集气管或集液管焊接形成一个板型管束，5-6块面板组合在一起形成一个模块，组成面板的翅片管为星状翅型。特点：工艺简单，运行可靠，耐用性和安全性高，运行和维护方便；应用广泛，海水、河水、锅炉和工艺废热都可以利用，尤其是海水。对海水有要求：防腐蚀；操作成本大，运行费用低，成本效益明显；气化器设备比较大，投资较高；受气候等因素影响较大；管外易结冰，降低气化能力。五、新型换热设备面临的问题1）设备堵塞最典型为板式换热器，板式换热器的流道间隙较小（2.5-6mm），直径大于1.5-3mm的颗粒杂物容易阻塞板片通道，使设备的压力降急剧恶化，导致设备因堵塞而换热能力大幅降低，严重的造成装置连续生产中断。2）结垢可导致传热设备的传热系数降低，严重时还会堵塞通道。措施：换热器不宜用在较脏或易结垢的环境（除非增设有效的其他措施）；使用未经软化的冷却水作冷却介质时，操作温度应控制在50℃左右或者更低，以避开介质中钙镁离子析出的敏感温度。3）密封失效压力影响、温度影响、事件影响4）腐蚀腐蚀是复杂的化学现象，材料为奥氏体不锈钢的换热器表现出的腐蚀现象大多是Cl-引起的应力腐蚀[11]，常发生在密封槽底部以及有污垢形成后的垢底部位5）其它问题管板复合折流板不规范管子截取不规范换热管底部结霜（冰）六、三强三化传三热1）强三化传三热技三术的三出现随着三能源三危机三日益三严重三，节三能和三能源三的合三理利三用显三得尤三为重三要。三在工三业生三产中三占有三重要三地位三的换三热器三作为三能量三传递三的基三础设三备，三其传三热性三能好三坏对三节能三有很三大的三影响三。20世纪70年代三初发三生的三世界三性能三源危三机，三有力三地促三进了三强化三传热三技术三的迅三猛发三展。要节三能降三耗，三提高三工业三生产三的经三济效三益，三必须三研究三各种三传热三过程三的强三化问三题，三开发三适用三不同三过程三工业三要求三的强三化传三热结三构及三高效三换热三设备三，这三是开三发新三能源三和开三展节三能工三作的三迫切三任务2）强三化传三热技三术及三应用换热三器的三强化三传热三就是三力求三使单三位面三积在三单位三时间三内，三换热三单位三传热三面积三传递三的热三量达三到最三多。强化三传热三主要三有三三种途三径：三提高三传热三系数三、扩三大传三热面三积和三增大三传热三温差三。强化三传热三技术三分为三被动三式强三化技三术(亦称三为无三功技三术或三无源三强化三技术)和主三动式三强化三技术(亦称三为有三功技三术或三有源三强化三技术)。被动三式强三化传三热处理三表面三：表三面粗三糙度三的小三尺度三的改三变和三对表三面涂三层。粗糙三表面三：机三械加三工、三碾轧三、电三化学三腐蚀三等方三法制三作粗三糙表三面。扩展三表面三：管三内外三翅片三，如三平直三翅片三、齿三轮形三翅片三和椭三圆形三翅片三。扰流三装置三：增强三湍动三，破三坏层三流底三层，三如管三内装三入麻三花铁三、螺三旋圈三或金三属丝三片。漩涡三流装三置:包括三很多三不同三的几三何布三置和三管内三插入三物。螺旋三盘管三：提三高换三热器三的紧三凑度三。表面三张力三装置三：利三用相三对较三厚的三芯吸三材料三或开三槽表三面来三引导三流体三流动三。添加三物：三添加三剂（三液体三和气三体）三。壳程三强化三：改三变管三外形三或加三翅片;改变三壳程三挡板三或关三键支三撑物三的形三式。波纹管式传热管纵向三翅片三管横向三翅片三管螺旋三槽纹三管缩放三管主动三式强三化传三热机械三搅动三：包三括用三机械三搅动三方法三搅动三、旋三转传三热表三面和三表面三刮削三。表面三振动三：振三动增三强了三流体三扰动三，从三而加三强传三热流体三振动三：振三动强三化中三最实三用的三一类三。静电三场：三使得三传热三表面三附近三的