管壳式换热设备结构及检修

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1、高 密 度 聚 乙 烯 装 置 李 岩 书 一 、 换 热 设 备 的 应 用 定 义 使 传 热 过 程 得 以 实 现 的 设 备 称 之 为 换 热设 备 。 换 热 器 是 用 来 完 成 各 种 不 同 传 热 过 程 的设 备 。 换 热 器 质 量 好 坏 的 衡 量 标 准 ： 1） 先 进 性 传 热 效 率 高 ， 流 体 阻 力 小 ， 材 料 省 ； 2） 合 理 性 可 制 造 加 工 ， 成 本 可 接 受 ； 3） 可 靠 性 强 度 满 足 工 艺 条 件 。 二 、 换 热 设 备 的 分 类根 据 不 同 的 目 的 ， 换 热 器 可 以 分 为 ：1、

2、冷 却 器1） 用 空 气 作 介 质 空 冷 器2） 用 氨 、 盐 水 、 氟 里 昂 等 冷 却 到 0 20 保 冷 器2、 冷 凝 器1） 分 离 器2） 全 凝 器 3、 加 热 器 （ 一 般 不 发 生 相 变 ）1） 预 热 器 粘 度 大 的 液 体 ， 喷 雾 状 不 好 ， 预 热 使 其 粘 度 下 降 ；2） 过 热 器 加 热 至 饱 和 温 度 以 上 。4、 蒸 发 器 发 生 相 变5、 再 沸 器6、 废 热 锅 炉根 据 不 同 的 目 的 ， 换 热 器 可 以 分 为 ：1、 管 式 2、 板 式 3、 翅 片 式 1、管式换热器 1）沉浸式换热器

3、这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状（多盘成蛇形，常称蛇管），并沉浸在容器内的液体中。蛇管内、外的两种流体进行热量交换。几种常见的蛇管形式如图所示。 优点 ：结构简单、价格低廉，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造 缺点 ：容器内液体湍动程度低，管外对流传热系数小。 演示 2）喷淋式换热器喷淋式换热器也为蛇管式换热器，多用作冷却器。这种换热器是将蛇管成行地固定在钢架上，热流体在管内流动，自最下管进入，由最上管流出。冷水由最上面的淋水管流下，均匀地分布在蛇管上，并沿其两侧逐排流经下面的管子表面，最后流入水槽而排出，冷水在各排管表面上流过时，与管内流体进行热交换。这种换热器的管外形成一层湍动

4、程度较高的液膜，因而管外对流传热系数较大。另外，喷淋式换热器常放置在室外空气流通处，冷却水在空气中汽化时也带走一部分热量，提高了冷却效果。因此， 和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果要好得多。优点：它还便于检修和清洗等。缺点：喷淋不易均匀。 3）套管式换热器 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46m，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，另一种流体走环隙适当选择两管的管径，两流体均可得到较高的流速，且两流体可以为逆流，对传热有利。 优点：套管式换热器构造较简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，应

5、用方便 缺点：管间接头多，易泄露，占地较大，单位传热面消耗的金属量大。因此它较适用于流量不大，所需传热面积不多而要求压强较高的场合。 演示 4）列管式换热器 优点 ：单位体积所具有的传热面积大，结构紧凑、紧固传热效果好。能用多种材料制造，故适用性较强，操作弹性较大，尤其在高温、高压和大型装置中多采用列管式换热器。 在列管式换热器中，由于管内外流体温度不同，管束和壳体的温度也不同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体的温差较大，就可能由于热应力而引起设备变形，管子弯曲，甚至破裂或从管板上松脱。因此，当两流体的温差超过50时，就应采用热补偿的措施。根据热补偿方法的不同，列管式换热器分为以下几种主

6、要形式：演示 （1）固定管板式换热器 优点：结构简单、紧凑、布管多，管内便于清洗，更换、造价低，应用广泛。管坏时易堵漏。 缺点：不易清洗壳程，一般管壳壁温差大于50，设置膨胀节（补偿器）固 定 管 板 式 换 热 器 1封 头 ； 2法 兰 ； 3排 气 口 ； 4壳 体 ； 5换 热 管 ； 6波 形 膨 胀 节 ； 7折 流板 （ 或 支 持 板 ） ； 8防 冲 板 ； 9壳 程 接 管 ； 10管 板 ； 11管 程 接 管 ； 12隔 板 ；13封 头 ； 14管 箱 ； 15排 液 口 ； 16定 距 管 ； 17拉 杆 ； 18支 座 ； 19垫 片 ； 20、21螺 栓 、 螺

7、 母 适用场合：适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。演示 (2)浮头式换热器浮头式换热器的特点是有一端管板不与外壳连为一体，可以沿轴向自由浮动。这种结构不但完全消除了热应力的影响，且由于固定端的管板以法兰与壳体连接，整个管束可以从壳体中抽出优点：管束可以抽出，便于清洗；缺点：换热器结构较复杂，金属耗量较大。适用场合：适用于介质易结垢的场合。 浮 头 式 换 热 器1防 冲 板 ； 2折 流 板 ； 3浮 头 管 板 ； 4钩 圈 ； 5支 耳 演示 (3)U型管式换热器 U型管式换热器每根管子都弯成U型，进出口分别安装在同一管板的两侧，封头用隔

8、板分成两室。这样，每根管子可以自由伸缩。而与其他管子和壳体均无关。这种换热器结构比浮头式简单，重量轻，但管程不易清洗，只适用于洁净而不易结垢的流体。 优点：结构简单，造价低，壳程可清洗，一个管板，管子可自由伸缩，无温差应力； 缺点：管程不能清洗，管板上布管少，结构不紧凑，管子坏时不易修补。 适用场合： 适用于管、壳壁温差较大的场合，尤其是管内介质清洁不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。 U形 管 式 换 热 器 1中 间 挡 板 ； 2U形 换 热 管 ； 3排 气 口 ； 4防 冲 板 ； 5分 程 隔 板演示 管 壳 式 换 热 器 流 体 的 流 程 一 种 流 体 走 管 内 、

9、称 为 管 程 ， 另 一 种 流 体 走 管 外 、称 为 壳 程 。 管 内 流 体 从 换 热 管 一 端 流 向 另 一 端 一 次 ，称 为 一 程 ； 对 U形 管 换 热 器 ， 管 内 流 体 从 换 热 管 一 端 经过 U形 弯 曲 段 流 向 另 一 端 一 次 ， 称 为 两 程 。 双程列管式换热器单程列管式换热器演示演示 换 热 管 及 其 在 管 板 上 的 排 列 换 热 管 在 管 板 上 的 排 列 形 式 有 正 三 角 形 、 转 角正 三 角 形 、 正 方 形 和 转 角 正 方 形 等 。 管 板 和 管 子 的 连 接 管 板 和 管 子 的 连

10、 接 方 式 有 胀 接 和 焊 接 ， 对 于 高温 高 压 下 常 采 用 胀 、 焊 并 用 的 方 式 。 胀 接 胀 接 适 用 于 换 热 管 为 碳 钢 ， 管 板 为 碳 钢 或 低 合 金 钢 ， 设 计 压 力 不 超 过 4MPa、 设 计 温 度 不 超 过 350 ， 且 无 特 殊要 求 的 场 合 。 焊 接 碳 钢 或 低 合 金 钢 ， 温 度 在 300 以 上 ， 大 都 采 用 焊接 连 接。 管 箱 管 箱 位 于 壳 体 两 端 ， 其 作 用 是 控 制 及 分 配 管 程 流 体 。 管 箱 结 构 形 式1隔 板 ； 2管 板 ； 3箱 盖 壳

11、 体 及 其 与 管 板 的 连 接 在 壳 程 进 口 接 管 处 常 装 有 防 冲 板 或 称 缓 冲 板 。 进 口 接 管 及 防 冲 板 的 布 置 在 固 定 管 板 式 中 ， 两 端 管 板 均 与 壳 体 采 用 焊 接 连接 、 且 管 板 兼 作 法 兰 用 ， 在 浮 头 式 、 U形 管 式 及 填 料函 式 换 热 器 中 采 用 可 拆 连 接 ， 将 管 板 夹 持 在 壳 体 法 兰和 管 箱 法 兰 之 间 。 管 板 与 壳 体 连 接 结 构 折 流 板 折 流 板 的 作 用 引 导 壳 程 流 体 反复 地 改 变 方 向 作 错 流 流 动或 其

12、 他 形 式 的 流 动 ， 并 可调 节 折 流 板 间 距 以 获 得 适宜 流 速 ， 提 高 传 热 效 率 。另 外 ， 折 流 板 还 可 起 到 支撑 管 束 的 作 用 。 搭设脚手架拆除保温加盲板 连接螺栓喷涂松动剂拆封头拆浮头盖 拆管箱抽芯子换热器宏观检查 芯子专业清洗换热器吹扫、清理腐蚀、裂纹等缺陷检查支座及基础检查l螺栓螺母检查，涂抹二硫化钼l密封面检查l回装垫片检查l回装芯子l螺栓紧固l回装状态确认（盲板）l管与管板接头试压（假帽子、假法兰试压）l管程试压（小浮头试压）l壳程试压（整体试压）l盲板拆除l保温恢复l拆脚手架，清理现场 演示 浮动板式管壳换热器常见的泄漏

13、1、管束换热管泄漏。 2、管束的固定板和浮动板与换热管焊接口（或胀接）泄漏。 3、浮动板密封面泄漏（包括钩圈问题）。 4、固定板密封面壳程侧泄漏。 5、固定板密封面管程侧泄漏。 6、壳体封头（大盖）密封面。 7、管程出入口密封面、管程箱体、附件泄漏等问题。 8、壳程出入口密封面、壳程箱体、附件泄漏等问题。 换 热 管 束固 定 管 板 打 压 工 具 钩 圈浮 动 管 板 浮头式换热器试压 试 压 步 骤第一步：管束的压力试验：管束的压力试验分为管程试验和壳程试验两种方案，其中优选壳程试验。实际施工中要依据施工队伍所具备的施工工具的情况决定。 1、管束试验的管程试验方案：（如下图） 2、管束试

14、验的壳程试验方案：（如下图）打 压 工 具固 定 管 板 壳 体 浮 动 管 板打 压 工 具 第一步：要求确认下列任务： 1、管束换热管泄漏。 2、管束的固定板和浮动板与换热管焊接口（或胀接）泄漏。 第二步：安装后的管程压力试验： 第二步要求确认下列任务： 3、浮动板密封面无泄漏。 5、固定板密封面管程侧无泄漏。 7、管程出入口密封面、管程箱体、附件无泄漏等问题。 第二步：要求复查下列任务： 1、管束换热管泄漏。 2、管束的固定板和浮动板与换热管焊接口（或胀接）泄漏。 第三步：安装后的壳程试压： 第三步要求确认下列任务： 4、固定板密封面壳程侧无泄漏。 6、壳体封头（大盖）密封面无泄漏。 8

15、、壳程出入口密封面、壳程箱体、附件无泄漏等问 题。 水压试验要求 1 应在设备最高处和最低处各设置一块量程相同并经检定合格的压力表。 2 常压及低压设备压力表的精度等级不应低于2.5 级，中压及高压设备不应低于1.5 级。（低压(代号L) 0.1MPa p1.6MPa ，中压(代号M) 1.6MPa p10.0MPa） 3 压力表的量程不应小于1.5 倍且不应大于3 倍的试验压力；压力表的直径不应小于100mm。立式设备以卧置进行液压试验时，试验压力应为立置时的试验压力加液柱静压力，并应对设备顶部进行应力校核。试验介质宜采用洁净水。奥氏体不锈钢设备用水作介质时，水质氯离子含量不得超过25mg/

16、L。试验介质也可采用不会导致发生危险的其他液体。试验介质的温度应符合下列规定： 1.碳素钢、16MnR、15MnNbR 和正火15MnVR 钢制设备液压试验时，液体温度不得低于5；其他低合金钢制设备液压试验时，液体温度不得低于15。 2 .由于板厚等因素造成材料无延性转变温度升高及其他材料制设备液压试验时，液体的温度按设计文件规定执行。 液压试验时，设备外表面应保持干燥，当设备壁温与液体温度接近时，缓慢升压至设计压力；确认无泄漏后继续升压至规定的试验压力，保压时间不少于30min；然后将压力降至规定试验压力的80%，对所有焊接接头和连接部位进行全面检查，符合下列情况为合格： 1. 无渗漏。 2.无可见的变形。 3.试验过程无异常的响声。根据设备状况，试验压力可选择为最高工作压力的1.1-1.25倍。 浮头式换热器清洗 U形管式换热器试压