换热器培训课件

换热器培训讲义

目录一.换热器的概述二.换热器的结构与分类三.换热器的制造四.换热器的投运步骤及注意事项五.换热器的检修内容六.换热器的故障分析一、换热器概述

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，是一种在不同温度下的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一，又称热交换器。

一、换热器概述二、换热器结构与分类二、换热器结构与分类二、换热器结构与分类二、换热器结构与分类2.1、型号构成二、换热器结构与分类二、换热器结构与分类下图为TEMA标准中结构形式，与GB151基本一致。二、换热器结构与分类举例说明浮头式换热器平盖管箱，公称直径500mm，管程和壳程设计压力均为1.6MPa，公称换热面积54㎡，较高级冷拔换热管外径25mm，管长6m，4管程单壳程的浮头式换热器，其型号为：AES500-1.6-54-6/25-4Ⅰ固定管板式换热器封头管箱，公称直径700mm，管程设计压力2.5MPa，壳程设计压力1.6MPa，公称换热面积200㎡，较高级冷拔换热管外径25mm,管长9m，4管程单壳程的固定管板式换热器，其型号为：BEM700-2.5/1.6-200-9/25-4ⅠU型管式换热器封头管箱，公称直径500mm，管程设计压力4.0MPa，壳程设计压力1.6MPa，公称换热面积75㎡，较高级冷拔换热管外径19mm,管长6m，2管程单壳程的U型管式换热器，其型号为：BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2Ⅰ二、换热器结构与分类二、换热器结构与分类分类方法产品类型及技术特征按是否属于压力容器分类（1）换热压力容器（管壳式、板翅式、板壳式）：受国家质检总局锅炉压力容器制造许可和监督管理（2）非压力容器换热器（板式、空冷式、螺旋板式）：可在全国锅炉压力容器标准化技术委员会热交换器分委员会进行产品安全注册按传热表面结构特点分类（1）管型（管壳式、套管式、蛇管式）：承压能力高，成本较低（2）板型（板式、螺旋板式、板翅式、板壳式）：结构紧凑、传热效果好（3）其它形式按传热原理过程分类（1）间壁式（表面式）：参与换热的两流体互不相溶混（2）直接接触式（混合式）：用于参与换热的两种流体互相溶混，或允许两者之间有物质扩散、机械夹带的场合（3）蓄热式（周期流动式）：用于从高温炉气中回收热量以预热空气或将气体加热至高温，换热过程分两个阶段进行按所用材料分类（1）金属材料：碳素钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、钛及钛合金、镍及镍合金、铜及铜合金、铝及铝合金等（2）非金属材料：石墨、陶瓷、塑料、玻璃按用途分类（1）加热器：用以加热流体（2）冷却器：用以冷却流体，通常用水或空气为冷却剂（3）蒸发器：将液体转变为气体（4）冷凝器：把气体或蒸气冷凝成液体按传热表面紧按表面紧凑性分类（1）紧凑式：传热面积密度≥700m2/m3（2）非紧凑式：传热面积密度≤700m2/m3按流程分类（1）单流程：顺流、逆流及交叉流（2）多流程：扩展表面式（逆流交叉流和顺流交叉流）按流体相态和传热机理分类（1）传热表面两侧无相变对流换热（2）传热表面一侧为无相变对流换热，另一侧为相变对流换热（3）传热表面两侧有相变对流换热（4）对流和辐射的复合换热二、换热器结构与分类2.2管壳式换热器壳体多为圆筒形，内部放置了由许多管子组成的管束，管子的两端固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。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。为了增加壳程流体的速度以改善传热，在壳体内安装了折流板。折流板可以提高壳程流体速度，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。二、换热器结构与分类2.3固定管板式换热器二、换热器结构与分类换热器的管端以焊接或胀接的方法固定在两块管板上，而管板则以焊接的方法与壳体相连。与其它型式的管壳式换热器相比，结构简单，当壳体直径相同时，可安排更多的管子，也便于分程，同时制造成本较低。由于不存在弯管部分，管内不易积聚污垢，即使产生污垢也便于清洗。如果管子发生泄漏或损坏，也便于进行堵管或换管，但无法在管子的外表面进行机械清洗，且难以检查，不适宜处理脏的或有腐蚀性的介质。更主要的缺点是当壳体与管子的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，在壳体与管中将产生较大的温差应力，因此为了减少温差应力，通常需在壳体上设置膨胀节，利用膨胀节在外力作用下产生较大变形的能力来降低管束与壳体中的温差应力。这种换热器结构比较简单，但有其局限性。介质温度及两种流体温差不能过大。二、换热器结构与分类2.4浮头式换热器管子一端固定在一块固定管板上，管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，用螺栓连接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板夹持在用螺柱连接的浮头盖与钩圈之间，形成可在壳体内自由移动的浮头，故当管束与壳体两侧介质的温差较大受热伸长时，二、换热器结构与分类壳体和管束相对膨胀是自由的，两者互不牵制，因而不会产生温差应力。浮头部分是由浮头管板，钩圈与浮头端盖组成的可拆联接，因此可以容易抽出管束，故管内管外都能进行清洗，也便于检修。钩圈一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。由上述特点可知，浮头式换热器多用于温度波动和温差大的场合，尽管与固定管板式换热器相比其结构更复杂、造价更高。

浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。随着浮头式换热器的设计、制造技术的发展，以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。在设计时必须考虑浮头管板的外径。该外径应小于壳体内径，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙等于3~5mm。这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。以便于进行检修、清洗。浮头盖在管束装入后才能进行装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别注意其密封。二、换热器结构与分类2.5U型管式换热器

每根管子都弯成U形，一束管子被弯制成不同曲率半径的U型管，其两端固定在同一块管板上，组成管束，从而省去了一块管板与一个管箱。因为管束与壳体是分离的，在受热膨胀时，彼此间不受约束，故消除了温差应力。进、出口分别安装在同一管板的两侧，并将封头以隔板分成两室。其结构简单，造价便宜，管束可以在壳体中抽出，管外清洗方便，但管内清洗困难，只能用化学方法清洗，故最好让不易结垢的物料从管内通过。由于弯管的外侧管壁较薄以及管束的中央部分存在较大的空隙，故U型管换热器具有承压能力差、传热能力不佳的缺点。通常用于高温高压和物料较清洁的场合。二、换热器结构与分类2.6双重管式换热器

将一组管子插入另一组相应的管子中而构成的换热器，其结构可以参看图4。管程流体（B流体）从管箱进口管流入，通过内插管到达外套管的底部，然后返回，通过内插管和外套管之间的环形空间，最后从管箱出口管流出。其特点是内插管与外套管之间没有约束，可自由伸缩。因此，它适用于温差很大的两流体换热，但管程流体的阻力较大，设备造价较高。二、换热器结构与分类2.7填料函式换热器

管束一端与壳体之间用填料密封，管束的另一端管板与浮头式换热器同样夹持在管箱法兰和壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱、填料压盖等有关零件后，可将管束抽出壳体外，便于清洗管间。管束可自由伸缩，具有与浮头式换热器相同的优点。由于减少了壳体大盖，它的结构较浮头式换热器简单，造价也较低，但填料处容易泄漏，工作压力与温度受一定限制，直径也不宜过大。二、换热器结构与分类

套管式换热器是由大小不同的直管制成的同心套管，并由U型弯头连接而成。每一段套管称为一程，每程有效长度约为4~6m，若管子过长，管中间会向下弯曲。在套管式换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙。二、换热器结构与分类2.8套管式换热器二、换热器结构与分类1、板换的分类一般情况下，我们主要根据结构来区分板式换热器，也就是根据外形来区分，可分为四大类：①可拆卸板式换热器（又叫带密封垫片的板式换热器）、②焊接板式换热器、③螺旋板式换热器、④板卷式换热器（又叫蜂窝式换热器）。其中，焊接板式换热器又分为：半焊接板式换热器、全焊接板壳式换热器、板壳式换热器、钎焊板式换热器。2、板换特点：（板式换热器与管壳式换热器的比较）a.传热系数高，高效节能；b.对数平均温差大，末端温差小；c.适应性强,容易改变换热面积或流程组合；d.重量轻，造价低；结构紧凑占地面积小；制作方便,使用寿命长；易清洗E.热损失小；容量较小；单位长度的压力损失大；F.不易结垢；不串液,易堵塞G.工作压力不宜过大，介质温度不宜过高，可能发生泄漏

2.9可拆卸板式换热器1.固定板2.压板3.支撑4.横梁5.导向杆6.扎架托辊7.拉紧螺栓8.固定螺丝9.橡胶衬垫（钛、不锈钢）10.垫片（橡胶）11.板式转换层二、换热器结构与分类可拆卸板式换热器是由许多冲压有一定波纹形状的金属薄板按一定间隔，板间的四周通过胶条垫片密封，并用框架和压紧螺旋重叠压紧而成，各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板片和垫片的四个角孔形成了流体的分配管和汇集管，同时又合理地将冷热流体分开，使其分别在每块板片两侧的流道中流动，通过板片进行热交换。板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。二、换热器结构与分类2.10半焊式板式换热器

半焊式板式换热器是用两张板片沿密封槽采用激光焊焊接成板片对，把板片对用密封垫密封，以叠加的形式夹装在固定压紧板、活动压紧板中间的一种换热器。

二、换热器结构与分类2.11全焊式板（框）式换热器板片采用焊接方式制造，由板束、导流管箱、缓冲管箱、压紧板、夹紧螺栓、法兰盖板及支座等主要元件构成。

二、换热器结构与分类2.12蓄热式换热器换热器由蓄热材料构成，并分成两半，冷热流体轮换通过它的一半通道，从而交替式地吸收和放出热量，即热流体流过换热器时，蓄热材料吸收并储蓄热量，温度升高，经过一段时间后切换为冷流体，蓄热材料放出热量加热冷流体。一般用于气体，如锅炉中间转式空气预热器，全热回收式空气调节器等。二、换热器结构与分类

2.13螺旋板式换热器由两张间隔一定的平行薄金属板卷制而成，在其内部形成两个同心的螺旋形通道。换热器中央设有隔板，将螺旋形通道隔开，两板之间焊有定距柱以维持通道间距。在螺旋板两侧焊有盖板。冷热流体分别通过两条通道，在器内逆流流动，通过薄板进行换热。二、换热器结构与分类1、壳体垫片；2、管板；3、垫片；4、定位螺栓；5、分合环；6、管箱主垫片；7、固定环；8、压环；9、内圈螺栓；10、管箱盖板；11、密封盘；12、螺纹锁紧环；13、外圈螺栓；14、内套筒；15、内部螺栓；16、内圈压环；17分程箱；18、外圈压环；19、外圈顶销；20内圈顶销

2.14螺纹环锁紧式换热器二、换热器结构与分类螺纹环锁紧式换热器有以下几个突出优点：1）密封性能可靠这是由于本身的特殊结构所决定的。由图可见，在管箱中由内压引起的轴向力通过管箱盖10和螺纹锁紧环12传递给管箱壳体16承受。它不像普通法兰型换热器，其法兰螺栓载荷要由两部分组成：一是流体静压力产生的轴向力使法兰分开，需克服此端面载荷；二是为保证密封性，应在垫片或接触面上维持足够的压紧力。因此所需螺栓大，拧紧困难，密封可达性相对较差。而螺纹环锁紧式密封结构的螺栓只需提供给垫片密封所需的压紧力，流体静压力产生的轴向力通过螺纹环传导到了管箱壳体上，由管箱壳体承受，所以螺栓小，便于拧紧，很容易达到密封效果。

2）拆装方便拆装可在短时间内完成。因为它的螺栓很小，很容易操作。同时，拆装管束时，不需移动壳体，可节省许多劳力和时间。而且在拆装的时候，是利用专门设计的拆装架，使拆装作业可顺利进行。一般，从拆卸、检查到重装，这种换热器所需的时间要比法兰型少三分之一以上。二、换热器结构与分类三、换热器的制造3.1下料三、换热器的制造3.2刨边三、换热器的制造3.3卷板三、换热器的制造3.4纵缝焊接三、换热器的制造3.5校圆三、换热器的制造3.6管箱与管板法兰焊接三、换热器的制造3.7筒体组对定位焊三、换热器的制造

焊接工艺三、换热器的制造焊接接头分类三、换热器的制造焊接接头三、换热器的制造三、换热器的制造3.8管板堆焊三、换热器的制造换热器的焊接工艺三、换热器的制造焊接接头系数是根据对接接头的焊缝形式及无损检测的长度比例确定三、换热器的制造接头系数焊缝余高三、换热器的制造三、换热器的制造3.9筒体开孔焊接坡口三、换热器的制造焊接坡口三、换热器的制造焊接坡口三、换热器的制造焊接坡口三、换热器的制造三、换热器的制造3.10筒体接管法兰焊接三、换热器的制造3.11焊缝探伤三、换热器的制造3.12热处理三、换热器的制造钢在加热时的组织转变三、换热器的制造退火三、换热器的制造三、换热器的制造正火三、换热器的制造淬火回火三、换热器的制造三、换热器的制造3.13折流板加工三、换热器的制造3.14管板加工三、换热器的制造3.14管板加工三、换热器的制造3.15管板与折流板组装3.16穿管三、换热器的制造3.17筒体与管束组装三、换热器的制造3.18筒体与管板焊接无损检测三、换热器的制造射线检测1.能力范围：a)能检测出焊接接头中存在的未焊透、气孔、夹渣、裂纹和坡口未熔合等缺陷；b)能检测出铸件中存在的缩孔、夹杂、气孔和疏松等缺陷；c)能确定缺陷平面投影的位置、大小以及缺陷的性质；d)射线检测的穿透厚度，主要由射线目旨量确定。2.局限性：a)较难检测出厚锻件、管材和棒材中存在的缺陷；b)较难检测出T型焊接接头和堆焊层中存在的缺陷；c)较难检测出焊缝中存在的细小裂纹和层间未熔合；d)当承压设备直径较大采用y射线源进行中心曝光法时较难检测出焊缝中存在的面状缺陷;e)较难确定缺陷的深度位置和自身高度。超声检测1.能力范围：a)能检测出原材料（板材、复合板材、管材、锻件等）和零部件中存在的缺陷；b)能检测出焊接接头内存在的缺陷，面状缺陷检出率较高；c)超声波穿透能力强，可用于大厚度（100mm以上）原材料和焊接接头的检测；d)能确定缺陷的位置和相对尺寸。2.局限性：a)较难检测粗晶材料和焊接接头中存在的缺陷；b)缺陷位置、取向和形状对检测结果有一定的影响；c)A型显示检测不直观，检测记录信息少；d)较难确定体积状缺陷或面状缺陷的具体性质。三、换热器的制造磁粉检测1.能力范围能检测出铁磁性材料中的表面开口缺陷和近表面缺陷。2.局限性：a)难以检测几何结构复杂的工件；b)不能检测非铁磁性材料工件。渗透检测1.能力范围a)能检测出金属材料中的表面开口缺陷，如气孔、夹渣、裂纹、疏松等缺陷。2.局限性b)较难检测多孔材料。三、换热器的制造三、换热器的制造3.19管头焊接三、换热器的制造3.20胀管三、换热器的制造3.21管头热处理三、换热器的制造3.22管程水压试验三、换热器的制造3.23壳程水压试验四、换热器投运步骤及注意事项1、换热器的投运步骤先仔细检查换热器，确保所有堵头装好，所有紧固螺栓无松动。所有阀门应在关闭位置。

(a)充冷介质

(1)确认换热器冷介质旁路阀开

(2)稍开换热器冷介质出口阀。

(3)稍开换热器放空阀（不允许外排的介质，容器接放出介质）(4)确认换热器充满介质(5)关闭放空阀

无论是冷凝、冷却器还是加热器，换热器的操作必须抓住两个主要问题，即防止漏油与正确开停。(b)投用冷介质(1)缓慢打开换热器冷介质出口阀(2)缓慢打开换热器冷介质入口阀(3)缓慢关闭换热器冷介质旁路阀(c)充热介质(1)确认换热器热介质旁路阀开(2)稍开换热器热介质出口阀(3)稍开换热器放空阀（不允许外排的介质，容器接放出介质）(4)确认换热器充满介质(5)关闭放空阀四、换热器投运步骤及注意事项(d)投用热介质(1)缓慢打开换热器热介质出口阀

(2)缓慢打开换热器热介质入口阀

(3)缓慢关闭换热器热介质旁路阀(e)换热器投用后的检查和调整一确认换热器无泄漏一按要求进行热紧一检查调整换热器冷介质入口和出口温度、压力、流量一检查调整换热器热介质入口和出口温度、压力、流量一换热器吹扫、置换蒸汽线加盲板一放空阀和排凝阀加盲板域丝堵一确认换热器运行正常一恢复保温四、换热器投运步骤及注意事项(f)最终状态确认：一换热器冷介质入口、出口温度、压力和流量正常一换热器热介质入口、出口温度、压力和流量正常一换热器放空阀、排凝阀加盲板域丝堵一换热器蒸汽吹扫置换线加盲板(g)换热器停用

一打开热介质旁路阀

一关闭热介质入口阀

一关闭热介质出口阀

一打开冷介质旁路阀

一关闭冷介质入口阀

一关闭冷介质出口阀（h）换热器备用(1)热备用一打开冷介质出口阀一稍开冷介质入口阀一打开热介质出口阀一稍开热介质入口阀一确认换热器充满热介质一确认热介质无冻凝一确认换热器充满冷介质一确认冷介质无冻凝、无汽化四、换热器投运步骤及注意事项(2)冷备用

一关闭热介质出口阀

一关闭热介质入口阀

一关闭冷介质出口阀

一关闭冷介质入口阀

一拆换热器蒸汽线线盲板

一拆换热器放空阀、排凝阀丝堵或盲板

一吹扫蒸汽排凝

一打开热介质侧的蒸汽阀

一打开换热器冷介质侧的蒸汽阀

一确认热介质侧吹扫，置换合格

一关闭热介质侧蒸汽阀

一打开热介质侧排凝阀和放空阀

一确认冷介质侧吹扫，置换合格

一关闭冷介质侧蒸汽阀

一打开冷介质侧排凝阀和放空阀注意换热器置换时，防止超温、超压；防止烫伤；泄压时，应特别注意防冻凝，严禁有毒有害及污染环境介质随地排放.四、换热器投运步骤及注意事项五、换热器的检修内容《热交换器》GB/T151-2014；《换热器完好要求和检查评定方法》SJ/T31411-1994；《石油化工换热器钢制鞍式支座技术条件》SH/T3418-2007《管壳式换热器维护检修规程》SHS01009-2004；《高压套管换热器维护检修规程》SHS03051-2004；《恒力石化（大连）化工有限公司设备管理制度》检查依据：检查内容：五、换热器的检修内容设备表面有无防腐层脱落、锈蚀设备本体、接管焊缝有无裂纹、变形、泄漏等。阀门、法兰密封面是否完好，阀门是否泄漏。本体及连接管道是否有异常振动，泄漏等。压力表、温度表是否完好，是否在检验有效期内，表盘是否清晰准确，压力表上线限标识是否准确。压力表、温度表设备铭牌、检验标识牌及设备标识是否齐全和完好。是否准确。五、换热器的检修内容设备绝热是否完好，无破损、脱落、异常漏热、冻凝现场。基础、支承或支座是否完好，卧式设备滑动端是否正常滑动无卡涩。静电接地是否完好、无破损接、虚接设备连接管道支撑良好，应无外力作用与设备管口。液位计是否完好，刻度显示、上下限标识是否清晰、准确。有无超温、超压等现象。

管壳式换热器的主要零部件包括：筒体、封头、管束、管板、折流板、接管、法兰及膨胀节等，在不同的工况和介质环境下，可能会发生多种形式的失效。从结构上分析，易发生失效的部位是各构件间的连接处，如管子和管板的连接处；从受力角度分析，在结构的曲面不连续，尤其是应力突变处往往由于存在附加应力而引起失效，如筒体和管板的焊缝处；从使用工况分析，由于高温高压而引起热应力或附加应力、工作介质具有腐蚀性、频繁地开停机而引起换热管的流体诱导振动等，都会造成筒体、换热管甚至整机失