第一章概论
张延丰赵亮
第一节换热器在工业中的应用
换热器在工、农业的各领域应用十分广泛，在人民生活中传热设备也随处可见，是不可缺少的工艺设备之一。因此冷换设备的研究倍受世界各国政府及研究机构的高度重视，在全世界第一次能源危机爆发以来，各国都在下大力量寻找新的能源及在节约能源上研究新途径，在研究投入大、人力资源配备足的情况下，一批具有代表性的高效换热器和强化传热元件诞生。随着研究的深入，工业应用取得了令人瞩目的成果，得到了大量的回报，如板翅式换热器、大型板壳式换热器和强化沸腾的表面多孔管、T型翅片管、强化冷凝的螺纹管、锯齿管等都得到了国际传热界专家的首肯，社会效益非常显著，大大缓解了能源的紧张状况。
国内各研究机构、高等院校对传热理论及高效换热器的研究一直倍受重视，走过了一条引进、消化、吸收、发展、自主开发的过程，已完全从五、六十年代的照搬发展到七十年代消化、吸收过程。进入八十年代以来国内掀起了自主开发传热技术的新趋势，大量的强化传热元件被推向市场，形成第一次传热开发浪潮，到九十年代中期大量的强化传热技术应用于工业装置中，带来了良好的社会效益和经济效益。近几年国内应用的强化传热技术基本上是八十年代中期开发的，由于国内市场较大，使用者多不了解，认为很多技术都是新开发的。在九十年代大量应用的基础上，积累了很多经验，预计在二OO五年以后将会再掀起一次传热技术开发的新高潮。国内八十年代传热技术高潮时期的代表杰作有折流杆换热器、新结构高效换热器、高效重
沸器、高效冷凝器、双壳程换热器、板壳式换热器、表面蒸发式空冷器等一批优良的高效换热器。
计算机应用的普及大大提高了工作效率，工艺设计技术水平随之提高，HTFS、HTRI软件技术的引进，缩短了国际间传热技术水平的差距，换热流程优化软件物性模拟软件的引进、装置的热强度有了飞跃的提高，已从单套装置的热强度5000 kcal/m2·hr提高到6000kcal/m2·hr以上，个别已达到7000 kcal/m2·hr以上。国内象SW6、Lansys强度软件及新的强化传热技术软件包的开发为上述提供了可靠的保证，目前国内已基本形成自己独特传热技术软件包和开发能力，这些将在未来的十年内使中国步入象HTFS、HTRI具有国际公认水平的技术领域。
换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备，在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30~45%。近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，高温和低温热能的回收带来了显著的经济效益。目前，在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器，管壳式换热器按用途分为：无相变传热的换热器、有相变传热的冷凝器和重沸器。随着环境保护要求的提高，近年来加氢装置的需求越来越多，如加氢裂化、煤油加氢，汽、柴油加氢和润滑油加氢装置等建设量增加，所需的高温、高压换热器数量随之加大，螺纹锁紧环换热器、Ω密封环换热器、金属垫圈式换热器、密封盖板式换热器技术发展越来越快，不仅在承温、承压上满足装置运行要求，而且在传热与动力消耗上发展较快，同时亦适用于乙烯裂解、化肥中合成氨、聚合和天然气等场合，承压可高达35MPa，承温可达700℃
合成气、烟气使用的石油、化工、乙烯、原子能、航天、化肥等领域的换热器，主要是用特殊材料的废热锅炉，各种结构和用途的废热锅炉的应用回收了大量的热能，如炼油装置燃气系统，温度高达550~780℃，航天发动机燃气系统450~1200℃，化肥中合成气系统680~1100℃，乙烯裂解气650~900℃等场合都采用具有特殊结构的一种管壳式换热器。
进入九十年代以来，随着装置大型化的发展要求，大型换热器的使用需求增加，乙烯换热器就是一个例子：换热器直径达，炼油重整装置进料换热器直径达，重量达120吨，传热面积已达3300m2，高度达30m。如何提高传热效率，减少振动损失，是一项十分重要的课题，大型化中换热器面积要达到5000㎡，国外已达到8000㎡，这样大面积的换热器制造难度大，使用要求高，安装难度更大，如何解决大型化的难题，经过20年的努力，在传热技术上国内已研制成功的双壳程换热器、大型板壳式换热器，具有强化传热的高效换热器，有效的解决了传热效率低的问题；折流杆换热器的应用有效的克服了管束的振动，延长了管子的寿命，解决了振动损坏，提高了工艺性能，降低了动力消耗，且宜用于较脏的场合。
板翅式换热器的发展，使换热器的效率提高到新的水平，结构更紧凑。这种换热器的采用，满足了飞机发动机中间冷却和内燃机车发动机、汽车发动机冷却的需要，由于体积小、重量轻、效率高、可处理二种以上介质的优点，迅速在石油化工、乙烯装置中得到推广应用，在低温场合-185℃的氮气冷却、-177℃液态空气冷却、-130~150℃的乙烯冷却、-165℃的天然气冷却和空分装置的冷却，采用板翅式换热器体积可节省5~15倍，重量节约20~30倍以上，随着铝及铝合金钎焊技术的日趋发展，应用场合及范围将越来越广
新型高效、紧凑式换热器的另一个结构型式—板式换热器及板壳式换热器的应用亦不断得到拓展，由于城市集中供热的需求，越来越多的板式换热器得到使用，节省了占地面积，节约了金属耗量。随着城市使集中供热规模越来越大，面积小于1000㎡、使用温度小于200℃、压力小于的板式换热器已不能适应工况的需要，如山西某城市供热系统200MW的场合，换热面积单台需要3600㎡，这无疑需要大型板壳式换热器，单板面积可达12㎡（板式换热器单板面积国外㎡，国内㎡），单台传热面积可达5000㎡，板壳式换热器承温可达700℃，承压可达20MPa，取代管壳式换热器，重量可节省1倍左右，占地面积可节省60%，多回收热量可达总热负荷10%以上，节省设备长度近2倍，节约投资10%左右。单套60万吨/年重整装置的立式换热器采用管壳式换热器面积约需3350㎡，重量125T，高度30M，采用板壳式面积约需1800㎡，重量55T，高度13M，每年可节省燃料油600吨，节省操作费用125万元。国产第一台350㎡板壳式换热器，已在中国石油克拉玛依分公司运行1年零2个月；国产3000㎡板壳式换热器亦即将在中国石油乌鲁木齐石化分公司40万吨/年重整装置中应用，结束了我国大型板壳式换热器依赖进口的局面，这一领域技术已达到国际先进水平。
螺旋板式换热器目前在石油、化工、冶金、电力中的应用较普遍，结构上已开发出可拆和不可拆两种，作为紧凑式换热器品种之一，主要优点是：占地面积较小，安装方便，材料主要有碳钢、不锈钢、钛及其合金，主要用于设计压力小于，温度小于300℃的中、低温位的冷却，化工装置中采用较多，食品、医药中较干净的介质多使用这种换热器，如山东铝厂使用6台90㎡的螺旋板换热器取代列管式换热器，节省传热面积390㎡，节省钢材55T，
场合慎重使用，某厂使用的不锈钢螺旋板用于有45ppm氯离子含量的介质中，使用20多天腐蚀开裂，主要是螺旋板焊缝比例大，无法整体固熔处理。另外在介质较脏的场合亦应慎重使用不可拆式螺旋板换热器。
随着人民生活水平的提高，牛奶、果汁、明胶用量越来越大，大型多效板式蒸发器的开发，适应了食品加工业的发展。板式蒸发器国内技术状况已达到国际先进水平，板间大量蒸发降温既要满足杀菌作用，同时要达到浓缩和保证蛋白质的营养，它的板片形状较为特殊，结构上与普通板式换热器不同，带有很大的蒸发空间，单台面积可达500㎡，可处理20T/hr的牛奶、果汁等介质。
在化肥、天然气液化、乙烯、煤气化装置中，螺旋绕管式换热器被开发于七十年代，应用于制氧等低温过程中。螺纹绕管式换热器结构是芯筒与外筒之间的空间内将传热管按螺旋线形状交替缠绕而成，属盘管换热器之列，相邻两层螺旋状传热的螺旋方向相反，一般分为单层和多层，可同时处理二种以上介质，传热管管程一般采用Φ8～Φ12的传热管，所以传热面积相对较大，结构紧凑，可达100～170m2/m3、承压高≤，有自行补偿热膨胀性能，单台传热面积可达25000㎡，由于管径较小在用于结垢较重的场合易发生堵塞现象，而且无法机械清洗。
在氯碱行业及化工行业中强酸、强碱的强腐蚀场合较多，为了有效的解决强腐蚀的问题，近年来研制成功的列管式石墨换热器、板式石墨换热器、玻璃钢换热器、氟塑料换热器、陶瓷纤维复合换热器等非金属换热器已从耐温、耐压上有所突破，在上述工业装置中得到推广使用，可处理的介质有盐酸、硫酸、醋酸和磷酸等强腐蚀介质，其传热面积最大可达1000㎡，使用
在低温余热回收系统，热管的应用带来了巨大的社会效率，在烟气余热回收系统，国内普遍采用热管来回收低温热源，达到节能的目的，目前开发的无机热管不仅在工业装置中应用而且适用于家庭热水系统，即方便又节约能源，热管主要是利用小的表面积来传递较大的热量，是六十年代中期发展起来的传热元件，国外五十年代进入民用工业，具有效率高、压降低、结构紧凑等优点。如某厂在一座190×104kcal/hr的加热炉回收余热，烟气从399℃降到168℃，使空气温度提高230℃，每小时回收余热×104kcal，使加热炉燃料减少15%，获得显著的经济效益。
由于我国目前油田多进入中、后期开采，原油中盐、硫含量升高，常减压装置常压塔顶的腐蚀、减压塔顶的腐蚀越来越重，在这些场合碳钢换热器的寿命仅为4~18个月左右，防腐已从单纯的涂层发展到采用钛材料的防腐，使钛换热器已从原来化工装置的应用发展到炼油装置。国内早期用于炼油常压塔顶的是齐鲁石化公司炼油厂，目前国内多数炼厂已在此场合应用钛换热器来提高换热器的寿命，一般寿命可达5~10年左右，对长周期运行起到了重大作用。钽和锆换热器近年来发展也较为迅速，在化工工业中得到应用，虽然这些稀有金属价格昂贵，但由于具有特殊的优良性能，耐温、耐蚀好而应用较广，现已开始制定钽和锆压力容器的行业标准，在化工深加工装置中将得到进一步的应用。
防腐涂层换热器的发展也较为迅速，从80年代中期投资低、防腐效果好的847防腐涂料开始，发展到90年代的901，不仅在冷却水系统成功防腐，而且还具有抗垢性能，Ni-P非金属化学镀层在60℃以下海水和氯离子的防腐方面也起到了重要的作用，在110℃以下硫的防腐也发挥了较大的作用，不
随着装置大型化的发展，在66万吨/年乙烯装置、800万吨/年常减压装置、350万吨/年重催装置、计划新建的240万吨/年重整装置中换热器也随之大型化，管壳式换热器国外最大直径已达到Ф4650，国内已达到Ф3200，面积达到7000㎡，重量达到260吨。在换热器大型化过程中，管束的振动是不可忽视的问题，由于核电站换热器的振动破坏的出现，振动损失因此而被重视起来，振动使管子破裂，产生噪音，破坏环境，损坏设备基础和管路。九十年代中期以前，国内换热器应用直径普遍小于Ф1500，但九十年代中后期直径超过Ф1500的换热器应用日增，如燕山乙烯一台直径Ф2000的水冷器，按常规设计壳程介质进口处管束诱导振动指数达到7，大大超过标准规定，如不采取措施将在很短的时间内生产振动损失。美国菲利普斯公司于七十年代开发了折流杆换热器用于换热器大型化，有效的克服了管束的振动，延长了管子的寿命，国内九十年代初期已成功的用于大型化装置中，结果表明不仅克服了振动损失，而且壳程压降降低了1/2~1/15。目前已在冷凝、沸腾介质的换热器中应用，在压缩机级间冷却场合也得到普遍应用，效果非常明显。
随着全球水资源的紧张，空冷式换热器已在石油、化工、冶金、核能、电力行业得到大量的应用。空冷式换热器利用空气作为冷却介质，替代了循环水系统对环境的污染，节能效果非常明显。常用的空冷式换热器有干式空冷器和湿式空冷器，干式空冷器介质温度一般可冷却到环境温度+15~20℃，湿空冷介质温度一般可冷却到高于环境温度+5~10℃，九十年代中期以后国内兰州石油机械研究所针对全球气温变暖，环境温度增高，常规空气冷却能力下降的现实，根据凉水塔的原理，开发了表面蒸发式空冷器用于炼油、化
即节省占地面积1/2，又节省操作费用67%，目前已在工业中大量推广使用，一年内收回全部投资。新世纪的开始，代表国际领先技术水平的板式空冷器研制成功，结构紧凑、占地面积小（仅为1/4）、重量轻（仅为1/3）、面积大（单台3×3，可达860㎡）、压降低（用于减顶空冷压降㎜Hg）、投资低（可节省10%），将在工业装置中起到巨大的作用。
近年来国内在节能、增效、改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积，降低压降，提高装置热强度等研究取得了显著成绩，流程优化软件技术的发展带来了换热器应用的增多。八十年代常减压装置的换热器用量在70台左右，九十年代换热器用量在90~100台，九十年代末至今已超过140台，换热器的大量使用，有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。
第二节换热器传热理论
换热器传热是温度不同的两种介质之间相互热传递发展的一门学科，根据能量守恒定律，热传递也是一种热能量的平衡。热平衡是换热器传热理论的重要组成部分，主要包括从一种高温介质传递到低温介质的能量和二种介质热损失之和，即高温介质传递给低温介质的热量+高温介质的热损失量=低温介质吸收的热量+低温介质的热损失量。
热器热传递过程一般分为三种方式，即传
导、对流和辐射，一般换热器热传递经常是三种方
式同时存在，但根据不同场合，往往是一种方式占
主导，在工业中使用的换热器无论何材料和结构一
般三者并存。主要的传热是热介质通过壁传递给冷
介质，见图2-1，即热介质先传递给壁，再由壁传
递给冷介质，这一过程既有对流又有传导传热，这就是换热器传热的基本理论。
作为换热器传热计算方法的理论根据是从热传递量化发展而来的。目前传热计算方法通常采用柯恩法（Kern ）和贝尔法（Bell ）两种。
柯恩法是五十年代发展起来的，主要是把换热器作为一个整体处理，除
了传热以外，同时将流动、温度分布、污垢及结构等问题一并在计算方法中考虑，同时还将两项流理论包括到计算方法中。
贝尔法是六十年代初期，经过大量试验基础上引入流路校正系数而研究的一种传热计算方法，是一种半分析方法，贝尔法更精确的解决了换热器壳程的传热计算方法。
两种计算方法在传热计算过程中较为常用，但目前多用贝尔法进行传热计算，后来国内又发表了流路分析法，特点是可以计算出各流路条件发生变化时壳程的结构和压降的关系，从而计算出各流路之间的流量分配，使设计者能够更好的分析问题和采取相应的合理措施使换热器的效率更高。
传热计算的基本方程式如下：
Tm
K Q A ?= 图2-1
K —总传热系数（kca/hr·㎡·℃）
Tm ?—平均温差（℃）
1. 热负荷
无相变传热：
)()(1221t t C W T T C W Q pc C ph h -=-=
W —重量流量（㎏/ hr ）
p C —比热（kcal/㎏·℃）
T 、t —分别为热、冷流体温度（℃），1、2分别表示进、出口
有相变传热：
λW Q =
λ—汽化式冷凝潜热（kcal/㎏）
2. 平均温差（MTD ）
m t m t F T Λ-=? 逆流时：??
?
?
??-----=?12211221ln )
()(t T t T t T t T t m 1=T F 并流时：??
?
?
??-----=
?22112211ln )
()(t T t T t T t T t m T F 查图可知
3. 总传热系数
i
o
i i m O W o o A A h R A A R R h K ???? ??++++=111
R —污垢热阻（㎡·hr·℃/ kcal ）
h —给热系数（kcal/㎡·hr·℃）
i A —管内表面积（㎡）
m A —()i o A A +2
1（㎡） 换热器的传热计算方法比较复杂，分为无相变传热、有相变传热两个种类，有相变传热有分冷凝传热和沸腾传热两种，各种计算，具体不同，传热计算方法不同，应根据介质的情况、结构情况选择不同的计算公式，计算出合理经济的传热面积和压降，换热器的选型才是最佳。
空冷式换热器的传热和压降的计算更为复杂，但基本方程式相同。
第三节 换热器分类
换热器作为传热设备随处可见，在工业中应用非常普及，特别是耗能用量十分大的领域，随着节能技术的飞速发展，换热器的种类开发越来越多，适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构和型式亦不同，换热器种类随新型、高效换热器的开发不断更新，具体分类如下：
一、 按传热原理分类
1. 直接接触式换热器
这类换热器的主要工作原理是两种介质经接触而相互传递热量，实现
传热，接触面积直接影响到传热量，这类换热器的介质通常是一种是气体，另一种为液体，主要是以塔设备为主体的传热设备，但通常又涉及传质，故很难区分与塔器的关系，通常归口为塔式设备，电厂用凉水塔为最典型的直接接触式换热器。
2. 蓄能式换热器（简称蓄能器）
这类换热器用量极少，原理是通过一种固体物质，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到传递热量
的目的。
3.板、管式换热器
这类换热器用量非常大，占总量的99%以上，原理是热介质通过金属或非金属将热量传递给冷介质的传热设备，这类换热器是我们通常称为管壳式、板式、板翅式或板壳式换热器。
二、按传热种类分类
1.无相变传热
一般分为加热器和冷却器。
2.有相变传热
一般分为冷凝器和重沸器。重沸器又分为釜式重沸器、虹吸式重沸器、再沸器、蒸发器、蒸汽发生器、废热锅炉。
三、按结构分类
1.浮头式换热器；
2.固定管板式换热器；
3.填料函式换热器；
4.U型管式换热器；
5.蛇管式换热器；
6.双壳程换热器；
7.单套管换热器；
8.多套管换热器；
9.外导流筒换热器；
10.折流杆式换热器；
12.插管式换热器；
13.滑动管板式换热器。
四、按折流板分布分类
1.单弓型换热器；
2.双弓型换热器；
3.三弓型换热器；
4.螺旋弓型换热器。
五、按板状分类
1.螺旋板换热器；
2.板式换热器；
3.板翅式换热器；
4.板壳式换热器；
5.板式蒸发器；
6.板式冷凝器；
7.印刷电路板换热器；
8.穿孔板换热器。
六、按密封型式分
此类换热器多用于高温、高压装置中，具体分为：
1.螺旋锁紧环换热器；
2.Ω环换热器；
3.薄膜密封换热器；
4.钢垫圈换热器；
七、非金属材料分类
1.石墨换热器；
2.氟塑料换热器；
3.陶瓷纤维复合材料换热器；
4.玻璃钢换热器。
八、空冷式换热器分类
1.干式空冷器；
2.湿式空冷器；
3.干湿联合空冷器；
4.电站空冷器；
5.表面蒸发式空冷器；
6.板式空冷器；
7.能量回收空冷器；
8.自然对流空冷器；
9.高压空冷器。
九、按材料分类
主要为金属和非金属两大类。金属又可分为低合金钢、高合金钢、低温钢、稀有金属等。
十、按强化传热元件分类
1.螺纹管换热器；
2.波纹管换热器；
3.异型管换热器；
5.螺旋扁管换热器；
6.螺旋槽管换热器；
7.环槽管换热器；
8.纵槽管换热器；
9.翅管换热器；
10.螺旋绕管式换热器；
11.T型翅片管换热器；
12.新结构高效换热器；
13.内插物换热器；
14.锯齿管换热器。
换热器的种类繁多，还有按管箱分类等，各种换热器各自适用于某一种工况，为此根据介质、温度、压力、场合不同选择不同种类的换热器，扬长避短，使之带来更大的经济效益。
第四节换热器的结构和使用特点
换热器作为节能设备之一，在国民经济中起到非常重要的作用，换热器的结构决定了换热器的性能，性能能否发挥作用取决于设计者如何选择合理结构，任何一个场合都有适应于这个场合特点的结构，要使传热效率提高、能耗下降，就必须了解换热器的结构特点，下面着重介绍典型换热器的结构及使用特点。
一、浮头式换热器
图4-1
浮头式换热器（见图4-1）是由管箱、壳体、管束、浮头盖、外头盖等零部件组成。最大的特点是管束可以抽出来，管束在使用过程中由温差膨胀而不受壳体约束，不会产生温差应力，其优点是：
1.管束可以抽出清洗管、壳程；
2.介质间温差不受限制；
3.可在高温、高压下工作，一般温度<450℃，压力< MPa；
4.可用于结垢比较严重的场合；
5.可用于管程易腐蚀场合。
缺点：
1. 小浮头易发生内漏；
2. 金属材料耗量大，成本高20%；
3. 结构复杂。
二、固定管板式换热器
固定管板式换热器（见图4-2）是由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成，其结构较紧凑，排管较多，在相同直径情况下面积较大，制造较简单，最后一道壳体与管板的焊缝无法无损检测，其优点是：
图4-2
1.传热面积比浮头式换热器大20~30%；
2.旁路漏流较小；
3.锻件使用较少，成本低20%以上；
4.没有内漏。
缺点：
1. 壳体和管子壁温差<50℃，大于50℃必须在壳体上设置膨胀节；
2. 管板与管头之间易产生温差应力而损坏；
3. 壳程无法机械清洗；
4. 管子腐蚀后造成连同壳体报废，壳体部件寿命决定于管子寿命，相对较低。
5. 壳程不适用于易结垢场合；
三、U型管换热器
U型管换热器（见图4-3）是由管箱、壳体、管束等零部件组成，只需一块管板，重量较轻，同样直径情况下，面积最大，结构较简单、紧凑，在高温、高压下金属耗量最小，目前加氢换热器基本上全部采用U型管换热器，其优点是：
1. 管束可抽出来机械清洗；
2. 壳体与管壁不受温差限制；
3. 可在高温、高压下工作，一般温度≤500℃，压力≤10MPa ；
4. 可用于壳程结垢比较严重的场合；
5. 可用于管程易腐蚀场合。
缺点：
1. 在U 型处易冲蚀，应控制管内流速；
2. 管程不适用结垢较重的场合；
3. 单管程换热器不适用。
4. 不适用于内导流筒，故死区较大。
四、 双壳程换热器
双壳程换热器（见图4-4），其结构与浮头式换热器、U 型管换热器与固定管板换热器相同，所不同的是在管束中心放置一块纵向隔板，折流板被上下隔开，用密封片将壳程一分为二，改变了壳程介质的流动方式，增加了流体的湍流程度，管壳程介质呈纯逆流流动，
无温度交叉，除具备相应浮头式换热器和固定
管板式换热器优缺点外，还具备如下优点：
图4-3
图4-4
1. 对数温差校正系数为0.1 T F ；
2. 传热面积可减少10~30%；
3. 减少设备数量和金属耗量；
4. 传热效率提高；
5. 适用于大型化装置；
6. 适用于串联台数较多；
7. 适用于高温、高压场合。
缺点：
1. 壳程压降提高4倍；
2. 分程隔板与壳体密封片易泄露；
3. 壳体直径圆度要求较高；
五、 外导流筒换热器
外导流筒换热器（见图4-5），其结构与浮头式换热器基本相同，所不同的是壳程进出口接管与导流筒不同，进出口处增加了壳体直径，使流体流动改变，传热管可排满整个壳体，使旁路泄漏和进出口死区减少，效率增加，
图4-5
1.进出口压降降低90%以上；
2.进出口处流动死区、旁路漏流减小，可提高传热有效面积7%以上；
3.传热面积在DN325~1800系列，增加5~16%传热面积；
4.进出口处流体分布均匀；
5.总传热效率相应提高12~23%；
6.适应与壳程压降要求较小的场合，如减压塔顶冷却器、压缩机级间冷却器、
塔顶冷凝、冷却等场合。
缺点是：
1. 金属耗量增加10%（按相同直径比较）；
2. 制造难度加大，外导流筒处焊缝要求100%RT。
六、折流杆换热器
折流杆（见图4-6）换热器，其结构与浮头式换热器、U型管式换热器与固定管板式换热器基本相同，其差别是将折流板用折流环所取代，流体流动状态为顺管轴向方向流动（称为顺流），防振动效果最好，压降比折流板低几分之一甚至几十分之一，流体流过杆时形成卡曼涡阶，来实现湍流而强化传热。其优点是：
1.不易发生诱导振动损失；
2.传热死区小，传热效率提高20%以上；
3.压降小；
4.抗垢性能优良；
5.有强化冷凝的机理；
换热器施工方案班级：安装1101班 姓名：段洪章 学号：21 1.编制依据 [1]《石油化工换热设备施工及验收规范》SH/T3532-2005 [2]《石油化工设备和管道涂料防腐蚀技术规范》SH3022-1999 [3]《管壳式换热器防腐涂层施工技术条件》70BJ013-2005 [4]《管壳式换热器》GB151-1999 [5]《石油化工施工安全技术规程》SH3505-1999 [6]《钢制卧式容器》JB/T4731-2005 2主要工程量一览表
3技术交底 施工前，技术员必须组织施工班组人员进行技术交底，未进行技术交底不准施工。技术交底必须做到交底到每个施工工人，使所有施工人员都了解施工技术和质量要求，清楚施工工艺 4施工准备 熟悉图纸，编写施工技术措施，对施工人员进行技术交底。
做好施工机具、量具、手段用料及消耗材料的准备工作。 5设备验收 1).到货设备应具备下列技术文件和资料: a.产品合格证书; b.产品技术特性表，应包括设计压力、试验压力、设计温度、工作介质、试验介质、换热面积、设备重量、设备类别及特殊要求； c.产品质量证明书，应包括下列内容： （1）主要受压元件材料的化学成分、力学性能及标准规定的复验项目的复验值；（2）无损检测及焊接质量的检查报告（包括超过两次返修的记录） （3）通球记录； （4）奥氏体不锈钢设备的晶间腐蚀试验报告（设计有要求时） （5）设备热处理报告（包括时间——温度记录曲线）； （6）外观及几何尺寸检查报告； （7）压力试验和致密性试验报告。 d.设备制造竣工图。 2).设备开箱检验应按照装箱单和竣工图清点验收下列各项:
换热器的结构 管壳式换热器就是具有换热管和壳体的一种换热设备，换热管与管板连接，再用壳体固定。按其结构型式，主要分为：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器、方形壳体翅片管换热器等。详细结构如下： 固定管板式换热器： 固定管板式换热器结构如上图所示，换热器的两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。换热管可为光管或低翅管。其结构简单，制造成本低，能得到较小的壳体内径，管程可分成多样，壳程也可用纵向隔板分成多程，规格范围广，故在工程中广泛应用。 其缺点是壳侧不便清洗，只能采用化学方法清洗，检修困难，对于较脏或对材料有腐蚀性的介质不能走壳程。壳体与换热管温差应力较大，当温差应力很大时，可以设置单波或多波膨胀节减小温差应力 浮头式换热器 浮头式换热器结构如图所示，其一端管板与壳体固定，而另一端的管板可以在壳体内自由浮动。壳体和管束对热膨胀是自由的，故当两种介质的温差较大时，管束与壳体之间不会产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束可以容易地插入或抽出，这样为检修和清洗提供了方便。这种形式的换热器特别适用于壳体与换热管温差应力较大，而且要求壳程与管程
都要进行清洗的工况。 浮头式换热器的缺点是结构复杂，价格较贵，而且浮头端小盖在操作时无法知道泄漏情况，所以装配时一定要注意密封性能 U形管式换热器 上图为双壳程U形管式换热器。U形管式换热器是将换热管弯成U形，管子两端固定在同 一块管板上。由于换热管可以自由伸缩，所以壳体与换热管无温差应力。因U形管式换热 器仅有一块管板，所以结构较简单，管束可从壳体内抽出，壳侧便于清洗，但管内清洗稍困难，所以管内介质必须清洁且不易结垢。U形管式换热器一般用于高温高压情况下，尤其是 壳体与换热管金属壁温差较大时。 壳程可设置纵向隔板，将壳程分为两程(如图中所示)。 填料函式换热器 上图为填料函式双管程双壳程换热器，填料函式换热器的换热管束可以自由滑动，壳侧介质 靠填料密封。对于一些壳体与管束温差较大，腐蚀严重而需经常更换管束的换热器，可采用 填料函式换热器。它具有浮头换热器的优点，又克服了固定管板式换热器的缺点，结构简单，制造方便，易于检修清洗。 填料函式换热器的缺点：使用直径小；不适于高温、高压条件下；壳程介质不适于易挥发、易燃、易爆、有毒等介质 方形壳体翅片管换热器：
丙烯冷凝器(E-301)设计 ———— 摘要：本文先简单阐述了换热器的研究背景，并附带介绍了换热器的重要作用及其型式的发展过程。然后结合课题设计方向，由于本次设计方向为丙烯冷凝器（E-301）的设计，该冷凝器属于浮头式换热器的一种；在介绍浮头式换热器常见通用结构过程中，讲述一些用于该丙烯冷凝器的元件结构。最后，简单讲述了本次设计所用的技术路线，大致介绍了冷凝器设计的相关步骤和方法。 关键字：浮头式换热器，冷凝器，技术路线 1研究背景 换热设备是化工、炼油工业、医药、冶金、制冷等工业中普遍应用的典型工艺设备，用来实现热量的传递，使热量由高温流体传送给低温流体。在实际生产过程中，为了满足工艺的要求，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、冷凝、蒸发等。一般换热器需要满足如下的基本条件：合理地实现所规定的工艺条件；安全可靠；利于安装、操作、维修；经济合理[1]。 管壳式换热器的使用已有很悠久的历史；在二十世纪30年代，开始出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。近年来，由于能源消耗引起了人们的广泛重视，能源价格的逐渐上升，循环回收再利用观念已开始深入人心，工厂中废热回收也越来越具有吸引力。通过换热器的使用，回收生产过程中产生的废热来提高工厂的效率以减少国家的能源需求，节省资源，对于国家长久的发展来说具有重要的意义。同时，通过对换热器的优化设计，提高各类换热器的工作效率，减少因工作而造成的更多的能源浪费，也是设计换热器的重中之重。
一、问答题 1、造成稳定汽油辛烷值低的原因有哪些？应如何处理？ 答:造成稳定汽油辛烷值低的原因：?反应温度低。?重整空速过大。?精制油含硫及其他杂物含量不合格。?催化剂活性下降。?重整原料油芳烃潜含量低。?催化剂氯含量低。?进料换热器内漏。 处理的方法：?提高反应温度。?降低重整进料量。?调整预加氢操作条件，调整汽提塔的操作。?找出活性下降原因并对症处理，或提高反应温度。?联系调度，更换原料或重整重新调整操作；?加大注氯量。（7）停工检修。 2、在生产过程中，如何保护好重整催化剂？ 答:?操作平稳，反应温度、压力没有大的波动；?严格控制重整原料中的杂质含量，确保符合工艺指标；?在循环氢压机停机时，加热炉熄火。停止重整进料；?空速不能过低；?氢油比不能太小；?做好水－氯平衡的工作。 3、重整催化剂为什么要预硫化？ 答:因为刚还原后的催化剂，具有很高的氢解活性，如不进行硫化，将在进油初期发生强烈的氢解反应，放出大量的反应热，使催化剂床层温度迅速升高，出现超温现象。出现这种情况，轻则造成催化剂大量积炭，损害催化剂的活性和稳定性，重则烧坏催化剂和反应器。对催化剂进行硫化，目的在于抑制催化剂过度的氢解反应，以保护催化剂的活性和稳定性，改善催化剂初期选择性。 4、重整原料干点高对催化剂有何影响？ 答:重整原料一般控制干点≯180℃，当干点过高时，进料中的大分子烃类含量大，由于大分子烃为易于裂解，同时产生缩合生炭反应，促使催化剂积炭加快，影响运转周期。另外还有可能造成重整稳定汽油产品干点超高而产品质量不合格。5、在正常生产情况下脱水塔底脱硫罐投用的操作步骤？ 答:1）稍开脱硫罐的入口阀进行预热及充压。2）当脱硫罐压力与脱水塔压力平衡时，开罐底置换阀，将罐内的粉尘及气体置换干净。3）待出口温度与入口温度相接近后，关闭置换阀，开出口阀和开大入口阀，然后慢慢关闭旁路阀。 6、重整循环氢纯度下降，原因有哪些？ 答:1）原料性质发生变化，如原料芳潜降低等。2）反应温度提高。3）反应压力降低。4）高分罐冷后温度过高。5）重整催化剂活性下降或催化剂中毒。6）重整催化剂氯含量过高或气中水过低。7）采样或化验分析原因。 7、调节阀改付线的切换步骤？ 答:1）外操联系内操，根据表的测量值的变化情况，边开付线边关上游阀，保持表的测量值相对稳定，直至上游阀关闭为止。2）关闭下游阀。3）调节付线阀保持表测量值不变。 8、装置停水有何现象？ 答:（1）循环水低压报警；（2）各水冷后温度升高；（3）各塔顶回流罐，分液罐排气增大或压力超高；（4）凝汽式蒸汽透平机真空度下降。 9、预分馏塔初馏点低应怎样调节？ 答:当预分馏塔底油初馏点低时，可按以下方法调节：1）提高炉出口温度，以提高塔底温度；2）降低塔顶回流；3）降低塔的操作压力。但一般情况下回流与塔压不动，而是提高炉出口温度。 10、写出切换泵的操作步骤？
换热器施工方案 班级：安装1101班姓名：段洪章 学号：21
1.编制依据 [1]《石油化工换热设备施工及验收规范》 SH/T3532-2005 [2]《石油化工设备和管道涂料防腐蚀技术规范》 SH3022-1999 [3]《管壳式换热器防腐涂层施工技术条件》 70BJ013-2005 [4]《管壳式换热器》 GB151-1999 [5]《石油化工施工安全技术规程》 SH3505-1999 [6]《钢制卧式容器》 JB/T4731-2005 2主要工程量一览表
3技术交底 施工前，技术员必须组织施工班组人员进行技术交底，未进行技术交底不准施工。技术交底必须做到交底到每个施工工人，使所有施工人员都了解施工技术和质量要求，清楚施工工艺 4施工准备 熟悉图纸，编写施工技术措施，对施工人员进行技术交底。 做好施工机具、量具、手段用料及消耗材料的准备工作。 5设备验收 1).到货设备应具备下列技术文件和资料: a.产品合格证书; b.产品技术特性表，应包括设计压力、试验压力、设计温度、工作介质、试验介质、换热面积、设备重量、设备类别及特殊要求； c.产品质量证明书，应包括下列内容： （1）主要受压元件材料的化学成分、力学性能及标准规定的复验项目的复验值；（2）无损检测及焊接质量的检查报告（包括超过两次返修的记录） （3）通球记录； （4）奥氏体不锈钢设备的晶间腐蚀试验报告（设计有要求时） （5）设备热处理报告（包括时间——温度记录曲线）； （6）外观及几何尺寸检查报告； （7）压力试验和致密性试验报告。 d.设备制造竣工图。
2).设备开箱检验应按照装箱单和竣工图清点验收下列各项: a.清点箱数、箱号及检查包装情况； b.核对设备名称、型号及规格； c.检查接管的规格、方位及数量； d.核对设备备件、附件的规格尺寸、型号及数量； e.检查表面损伤、变形及锈蚀情况； 3) .设备开箱检验应在有关单位参加下进行,检验结果应签字认可; 6设备保管 1).设备和备件、附件及技术文件等验收后应清点登记，并妥善保管； 2).换热设备存放地点应设在地势较高、易排水、道路畅通的场所； 3).在露天存放的换热设备应用不透明的覆盖物遮盖，所有管口必须封闭； 4).不锈钢换热设备的壳体、管束及板片等不得与碳钢设备及碳钢材料接触混放； 5).采用氮封或其它惰性气体密封换热设备应保持气封的压力；脱脂后的设备应防止油脂等有机物的污染。 7设备基础中间交接 1). 设备安装前应对基础及预制构件进行中间交接，交方应提供基础标高和纵横向中心线标记； 2). 设备安装前,应对基础进行检查,并符合下列规定: a.混凝土基础的外形尺寸、坐标、位置及预埋件应符合设计图样的要求； b.混凝土基础的允许偏差应符合下表的规定： 混凝土基础的允许偏差
毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目： 学院：化工装备学院 专业班级：过程装备与控制工程0802 学生： 指导教师： 开题时间：2011年10 月18 日
指导教师评阅意见
一、选题的目的及意义： 换热器的基建投资在一般化工、石化企业中约占设备总投资的20%，其中固定管板式换热器约占换热器的70%。 固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈,（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。 特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。 固定管板换热器的结构特点是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，管束根据换热器的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。 固定管板式换热器结构简单，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，规格围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。 本课题所设计的冷却器属于固定管板换热器，是针对给定的设计参数，按照相关规定的要求，通过壁厚计算和强度校核等，设计固定管板式换热器产品。熟悉压力容器设计的基本要求，掌握固定管板式换热器的常规设计方法，把所学的知识应用到实际的工程设计中区，为以后的工作和学习打下扎实的基础。 二、国外现状发展及趋势 2.1 国外情况 对国外换热器市场的调查表明，管壳式换热器占64%。虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但管壳式换热器仍将占主导地位。随着动力、石油化工工业的发展，其设备也继续向着高温、高压、大型化方向发展。而换热器在结构方面也有不少新的发展。螺旋折流板换热器是最新发展起来的一种管壳式换热器是由美国ABB公司提出的。其基本原理为:将圆截面的特制板安装在“拟螺旋折流系统”中每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一其倾角朝向换热器的轴线即与换热器轴线保持一定倾斜度。相邻折流板的周边相接与外圆处成连续螺旋状。每个折流板与壳程流体的流动方向成一定的角度使壳程流体做螺旋运动能减少管板与壳体之间易结垢的死角从而提高了换热效率。在气一水换热的情况下传递相同热量时该换热器可减少30%-40%的传热面积节省材料20%-30%。相对于弓形折
第1章换热器设计软件介绍与入门 孙兰义 2014-11-2
主要内容 1 ASPEN EDR软件 1.1 Aspen EDR简介 1.2 Aspen EDR图形界面 1.3 Aspen EDR功能特点 1.4 Aspen EDR主要输入页面 1.5 Aspen EDR简单示例应用 2 HTRI软件 2.1 HTRI简介 2.2 HTRI图形界面 2.3 HTRI功能特点 2.4 HTRI主要输入页面 2.5 HTRI简单示例应用
Aspen Exchanger Design and Rating（Aspen EDR）是美国AspenTech 公司推出的一款传热计算工程软件套件，包含在AspenONE产品之中。 Aspen EDR能够为用户用户提供较优的换热器设计方案，AspenTech 将工艺流程模拟软件和综合工具进行整合，最大限度地保证了数据的一致性，提高了计算结果的可信度，有效地减少了错误操作。 Aspen7.0以后的版本已经实现了Aspen Plus、Aspen HYSYS和Aspen EDR的对接，即Aspen Plus可以在流程模拟工艺计算之后直接无缝集成转入换热器的设计计算，使Aspen Plus、Aspen HYSYS流程计算与换热器详细设计一体化，不必单独地将Aspen Plus计算的数据导出再导入给换热器计算软件，用户可以很方便地进行数据传递并对换热器详细尺寸在流程中带来的影响进行分析。
Aspen EDR的主要设计程序有： ①Aspen Shell & Tube Exchanger：能够设计、校核和模拟管壳式换热器的传热过程 ②Aspen Shell & Tube Mechanical：能够为管壳式换热器和基础压力容器提供完整的机械设计和校核 ③HTFS Research Network：用于在线访问HTFS的设计报告、研究报告、用户手册和数据库 ④Aspen Air Cooled Exchanger ：能够设计、校核和模拟空气冷却器 ⑤Aspen Fired Heater：能够模拟和校核包括辐射和对流的完整加热系统，排除操作故障，最大限度的提高效率或者找出潜在的炉管烧毁或过度焦化 ⑥Aspen Plate Exchanger ：能够设计、校核和模拟板式换热器； ⑦Aspen Plate Fin Exchanger：能够设计、校核和模拟多股流板翅式换热器
热交换器 戴季煌
热交换器2015.01 第一部分GB151-2014 1. 修改了标准名称，扩大了标准适用范围： 1.1提出了热交换器的通用要求，也就是适用于其他结构型式热交换器。并对安装、使用等提出要求。 1.2规定了其他结构型式的热交换器所依据的标准。 2. 范围： GB151-201X《热交换器》规定公称直径范围（DN≤4000mm，原为2600mm）、公称压力（PN≤35MPa）及压力和直径乘积范围（PN×DN≤2.7×104，原为1.75×104）。并且管板计算公式推导过程的许多简化假定不符合。也给制造带来困难。TEMA控制壳体壁厚3〞（76mm）、双头螺柱最大直径为4〞（102mm）。 3.术语和定义 3.1公称直径DN 3.1.1卷制、锻制、圆筒 以圆筒内直径（mm）作为换热器的公称直径。 3.1.2钢管制圆筒 以钢管外径（mm）作为换热器的公称直径。 3.2公称长度LN 以换热管的长度（m）作为换热器的公称长度，换热管为直管时，取直管长度；换热管为U形管时，取U 形管的直管段长度。 3.3换热面积A 3.3.1计算换热面积 换热面积是以换热管外径为基准，以二管板内侧的换热管长度来计算换热面积，计算得到的管束外表面积（m2）；对于U形管换热器，一般不包括U形管弯管段的面积。当需要把U形弯管部分计入换热面积时，则应使U形端的壳体进（出）口安装在U形管末端以外，以消除U形管末端流体停滞的换热损失。 3.3.2公称换热面积 公称换热面积是将计算面积经圆整后的换热面积（m2），一般取整数。 4.工艺计算（新增加） 4.1设计条件（用户或设计委托方应以正式书面形式向设计单位提出工艺设计条件），内容包含 4.1.1操作数据：包括流量、气相分率、温度、压力、热负荷等； 4.1.2物性数据：包括介质密度、比热、粘度、导热系数或介质组成等； 4.1.3允许阻力降； 4.1.4其他：包括操作弹性、工况、安装要求（几何参数、管口方位）等。 4.2选型应考虑的因素 4.2.1合理选择热交换器型式及基本参数，满足传热、安全可靠性及能效要求； 4.2.2考虑经济性，合理选材； 4.2.3满足热交换器安装、操作、维修等要求。 4.3计算 热交换器工艺计算时应进行优化，提高换热效率，满足工艺设计条件要求。需要时管壳式热交换器还应考虑流体诱发振动。 5.设计参数 5.1压力 5.1.1压差设计 同时受管、壳程压力作用的元件，当能保证制造、开停工、及维修时都能达到按规定压差进行管、壳程同时升、降压和装有安全装置时，方可按元件承受的压差设计。 5.1.2真空设计 真空侧的设计压力，应按GB150的规定，当元件一侧受真空作用，另一侧受非真空作用时，其设计压力应为两侧设计压力之和，即为最苛刻的压力组合。
1 介质不同，传热系数各不相同我们公司的经验是：1、汽水换热：过热部分为800~1000W/m2.℃饱和部分是按照公式K=2093+786V(V是管内流速）含污垢系数0.0003。水水换热为：K=767(1+V1+V2)(V1是管内流速，V2水壳程流速）含污垢系数0.0003 实际运行还少有保守。有余量约10% 冷流体热流体总传热系数K，W/(m2.℃) 水水850～1700 水气体17～280 水有机溶剂280～850 水轻油340～910 水重油60～280 有机溶剂有机溶剂115～340 水水蒸气冷凝1420～4250 气体水蒸气冷凝30～300 水低沸点烃类冷凝455～1140 水沸腾水蒸气冷凝2000～4250 轻油沸腾水蒸气冷凝455～1020 不同的流速、粘度和成垢物质会有不同的传热系数。K值通常在 2 800~2200W/m2·℃范围内。列管换热器的传热系数不宜选太高，一般在800-1000 W/m2·℃。螺旋板式换热器的总传热系数（水—水）通常在1000~2000W/m2·℃范围内。板式换热器的总传热系数（水（汽）—水）通常在3000~5000W/m2·℃范围内。1．流体流径的选择哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为例) (1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。 (2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。 (3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。(4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。(5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。(6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。(7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100) 下即可达到湍流，以提高对流传热系数。在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，例如首先考虑流体的压强、防腐蚀及清洗等要求，然后再校核对流传热系数和压强降，以便作出较恰当的选择。 2. 流体流速的选择增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准；单程变为多程使平均温度差下降。这些也是选择流速时应予考虑的问题。 3. 流体两端温度的确定若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，就不存在确定流体两端温度的问题。若其中一个流体仅已知进口温度，则出口温度应由设计者来确定。例如用冷水冷却某热流体，冷水的进口温度可以根据当地的气温条件作出估计，而换热器出口的冷水温度，便需要根据经济
苯乙烯装置进出料换热器国产化制造 刘斌，邢芳，张勇。王亮 （大庆石油化工机械厂，黑龙江大庆１６３７１１） 摘要：阐述了某苯乙烯装置进出料换热器的制造，重点介绍了３０４Ｈ材料的采购技术指标；到货检 验及复验、内孔焊工艺的操作要点及工艺试验、挠性密封条制作、整体组装方案。通过采取合理的 机械加工、焊接及组装工艺，成功地完成苯乙烯装置进出料换热器的国产化制造，制造质量完全满 足国外工艺技术及设计图样要求。’关键词：３０４Ｈ；材料检验；组装顺序；内孔焊；挠性密封条 中图分类号：ｖＱ０５１．５文献标识码：Ｂ文章编号：１００１—４８３７（２００８）０８—００２８—０５ ＤｏｍｅｓｔｉｃＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆＯｕｔ—－ｆｅｅｄＨｅａｔＥｘｃｈａｎｇｅｒ ｉｎＳｔｙｒｅｎｅＤｅｖｉｃｅｓ ＬＩＵＢｉｎ，ＸＩＮＧＦａｎｇ，ＺＨＡＮＧＹｏｎｇ，ＷＡＮＧＬｉａｎｇ （ＤａｑｉｎｇＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＭａｃｈｉｎｅｒｙＦａｃｔｏｒｙ，Ｄａｑｉｎｇ１６３７１１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｅｘｐａｔｉａｔｅｓｏｎｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｏｕｔ—ｆｅｅｄｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｉｎｔｈｅｓｔｙｒｅｎｅｄｅｖｉｃｅｓ．Ｉｔｅｍ。 ｐｈａｓｅｓｏｎ ｔｈｅｐｕｒｃｈａｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｃａｌｉｎｄｅｘｏｆ３０４Ｈ，ｔｅｓｔａｎｄｒｅｔｅｓｔ，ｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｏｉｎｔａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆｔｈｅｉｎｎｅｒ—ｈｏｌｅｗｅｌｄｉｎｇ．ｍａｋｉｎｇｏｆｆｌｅｘｉｂｌｅｓｅａｌ—ｓｈｅｅｔａｎｄｇｅｎｅｒａｌａｓｓｅｍｂｌｙｐｌａｎ．Ｗｅｓｕｃｃｅｅｄｉｎｆａｂ? ｒｉｃａｔｉｏｎｏｕｔ—ｆｅｅｄｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｔｈｒｏｕｇｈｒｅａｓｏｎａｂｌｅｍａｃｈｉｎｉｎｇ，ｗｅｌｄｉｎｇａｎｄａｓｓｅｍｂｌｙｐｒｏｃｅｓｓ．Ｉｔｓｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｍｅｅｔｓｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｂｌｕｅｐｒｉｎｔｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：３００Ｈ；ｍａｔｅｒｉａｌｔｅｓｔｉｎｇ；ａｓｓｅｍｂｌｙｓｅｑｕｅｎｃｅ；ｉｎｎｅｒ—－ｈｏｌｅｗｅｌｄｉｎｇ；ｆｌｅｘｉｂｌｅｓｅａｌ １前言 进出料换热器是某石化公司新建ｌＯ万嘭年苯乙烯装置项目的核心设备。该换热器为立式结构，总高度９３２１ｍｍ，总重２９５４０ｋｇ，材质为３０４Ｈ系列，规格为ＤＮ２０００ｍｍ×１６ｍｍ。该设备结构复杂，质量要求高，制造难度大。为充分考虑这些特点，制定了合理的制造工艺方案，采取了一系列工艺保证措施，解决了内孔焊用管板加工、内孔焊接、挠性密封条压制等问题，设备经最终检验，满足国外技术条件及设计图样要求。 ?２Ｒ．２设备结构特点及设计参数 设备结构简图见图１，特殊结构特点有： （１）换热管与上管板采用对接结构，即内孔焊； （２）每块折流板上设置有挠性密封条，密封条材料特殊且厚度较薄（６＝０．８ｍｉｌｌ，材料为８００Ｈ），与折流板采用焊接结构； （３）折流板与壳体之间单侧间隙不得大于２．９ｍ／ｎ，并要求安装后进行每块折流板与简体内壁实际间隙的测量； （４）为减少壳体接管的焊接应力，壳程接管采 万方数据
北京化工大学北方学院 NORTH COLLEGE OF BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY （2016）届本科生毕业设计 文献综述 题目： 6000吨/年醋酸酐生产装置工艺设计 学院：化工与材料工程学院专业：应用化学 学号：姓名：
指导老师： 2015年11月30日 文献综述 前言 醋酸酐是一种无色透明液体，有刺鼻辛辣的嗅味，与乙醚可以任一比溶解在乙醇和水中放出分解热水解成醋酸，溶于醇，醚，丙酮等有机溶剂。 醋酸酐又名乙酸酐，是重要的乙酰化试剂，广泛应用于医药工业，染料工业及香料工业中。例如在医药工业中用于制造合霉素，咖啡因和阿司匹林等；在染料工业中用于生产分散深蓝HCL，分散大红S-SWEL，分散黄棕S-2REL等；在香料工业中用于生产香豆素，乙酸龙脑酯，葵子麝香，乙酸柏木酯等。 用作溶剂和脱水剂,也是重要的乙酰化试剂和聚合物引发剂。应用最终产物是醋酸纤维素和醋酸纤维塑料,这种纤维大部分用于制造香烟的过滤嘴、船舶工业的织物和日用织物,还可制造旋风炸药三次甲基三硝基胺。 醋酸酐还可用于制造漂白剂和聚合反应的引发剂等，应用十分广泛。
1.醋酸酐的生产工艺 目前醋酸酐的生产工艺主要有醋酸裂解法（又称乙烯酮法），乙醛氧化法和醋酸甲酯羰基合成法。 1.1乙烯酮法 乙烯酮法（又称醋酸裂解法）生产醋酐是醋酸在高温和催化剂存在下进行的。工艺过程分两步进行，首先是气相醋酸裂解生成乙烯酮，然后醋酸和乙烯酮经吸
收生产粗酐，经精馏提纯制得成品醋酐。 醋酸脱水经过乙烯酮制备醋酐的工艺中，醋酸首先分解成乙烯酮和水，其最佳反应温度为730~750℃。反应在0.2%-0.3%(wt)磷酸三乙酯催化剂存在下的气相中进行，达到平衡转化点(占醋酸量的85%~90%)后通入氨气，破坏催化剂，稳定平衡。乙烯酮的选择性为90%(mo1)~95%(mo1)。乙烯酮在分段冷却器系统中从沸点较高的醋酐、醋酸和水中排出，然后与循环的醋酸反应转化成醋酐。反应过程中不断补充新鲜醋酸，在此处，乙烯酮选择性接近100%。 该法的最大特点是生产工艺流程复杂，副反应多，能耗大，但由于技术成熟，生产的安全性高，另外，对在醋酸裂解部分醋酸的质量要求并不高，可以使用其它装置和本身回收的醋酸，因此，在国外早期建设的装置应用该法，目前我国仍普遍采用。醋酸裂解的产物乙烯酮是一种重要的中间体，它可以用于生产农药、食品防腐剂等，这种产物在羰基化的工艺中不会出现，因此，乙烯酮工艺的裂解部分是很有生命力的。 1.2乙醛氧化法 乙醛氧化制醋酐的工艺原理与乙醛氧化制醋酸的原理相似，催化剂可以是醋酸锰和醋酸铜，醋酸钴和醋酸镍，或者醋酸高脂肪酸的钴盐和铜盐，醋酸锰可以阻碍乙醛氧化过程中爆炸量的过氧醋酸的生成。乙醛氧化生成过氧醋酸，实际上是生成单过氧醋酸酯，它反应生成醋酐和醋酸。当温度在40~60℃和铜存在下液相反应时，单过氧醋酸酯近乎定量分解为醋酐和水。 由于醋酐水解，所以也有醋酸形成。如果醋酐产生率要求最大化，那么水解反应必须最小化。乙醛转化成醋酸和醋酐的总选择性为95%以上，产品中醋酐与醋酸比例为56:44。为了保持产品中较高的醋酐比例，产品必须从反应器中的气相排出，以维持反应器中醋酐的限度高于醋酸浓度。使用共沸溶剂，比如醋酸乙酯也可以促进水蒸气从反应区域中排出。乙醛氧化法虽然流程简单，工艺成熟，可以实现醋酸和醋酐的联产，但腐蚀严重且操作条件要求比较高，消耗高，成本高，目前该法已逐渐被淘汰。 1.3醋酸甲酯羰基合成法
设计任务和设计条件 某生产过程的流程如图所示。反应器的混合气体经与进料物流℃之后，进入60换热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至为量的流 知混合气体组吸塔收其中的可溶性分。已吸收237301，压力为6.9，循环冷却水的压力为0.4，循环MPaMPa hkg水的入口温度为29℃，出口的温度为39℃，试设计一列管式换热器，完成生产任务。
物性特征：混和气体在35℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）： 密度3?mkg/?901定压 比热容 =3.297kj/kg℃c1p热导率 =0.0279w/m ?1粘度5??Pas51?.?1011 下的物性数据：34℃循环水在3/m=994.3 密度㎏?1℃ =4.174kj/kg定压比热容c1p =0.624w/m℃热导率 ?1粘度3??Pas10742?0.?1确定设计方案 1．选择换热器的类型 两流体温的变化情况：热流体进口温度110℃出口温度60℃；冷流体进口温度29℃，出口温度为39℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。2．管程安排 从两物流的操作压力看，应使混合气体走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使循环水走管程，混和气体走壳程。
浮头式换热器介绍 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2 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，因此便于清洗和检修。故浮头式换热器应用较为普遍，但它的结构比较复杂，造价较高。 确定物性数据
换热器计算程序 2.1设计原始数据 表2—1 名称设计压力设计温度介质流量容器类别设计规范单位Mpa ℃/ Kg/h / / 壳侧7.22 420/295 蒸汽、水III GB150 管侧28 310/330 水60000 GB150 2.2管壳式换热器传热设计基本步骤 （1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能 （2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。 （3）确定流体进入的空间 （4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据 （5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核 （6）选取管径和管内流速 （7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核 （8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍 l （9）选取管长 N （10）计算管数 T （11）校核管内流速，确定管程数 D和壳程挡板形式及数量等 （12）画出排管图，确定壳径 i （13）校核壳程对流传热系数 （14）校核平均温度差 （15）校核传热面积 （16）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。
2.3 确定物性数据 2.3.1定性温度 由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。 对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。其壳程混合气体的平均温度为： t=420295 357.5 2 + =℃（2-1） 管程流体的定性温度： T=310330 320 2 + =℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 2.3.2 物性参数 管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1】 表2—2 密度ρ i- =709.7 ㎏/m3 定压比热容c pi =5.495 kJ/㎏.K 热导率λ i =0.5507 W/m.℃ 粘度μ i =85.49μPa.s 普朗特数Pr=0.853 壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】 表2—3
第一章换热器 换热器是很多工业部门广泛应用的一种常见设备，通过这种设备进行热量的传递，以满足生产工艺的需要。 一、换热器的分类 可按用途、换热方式、结构型式三种不同的方法进行分类。按结构型式分类如下： 换热器分为管式换热器、板式换热器、新型材料换热器和其他型式的换热器。 管式换热器又分为：套管式换热器、管壳式换热器、沉浸式换热器、喷淋式换热器和翅片管式换热器。 板式换热器又分为：夹套式换热器、平板式换热器、伞板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器。 新型材料换热器分为：石墨换热器、聚四氟乙烯换热器、玻璃换热器和钛材及其他稀有金属材料换 其他形式的换热 二、换热器旗本类型 1、直接接触式 传热效果好，但不能用于发生 反应或有影响的流体之间 冷流体
2、蓄热式 温度较高的场合，但 有交叉污染，温度波动大 3、间壁式——又称变面试换热器 利用间壁（固体壁面）进行热交换。冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体。应用最为广泛，形式多种多样，如管壳式换热器、板式换热器等 三、管壳式换热器 1、固定管板式换热器
固定管板式换热器
四、管壳式换热器基本结构 管壳式换热器的主要零部件有壳体、接管、封头、管板、换热管、折流元件等，对于温差较大的固定管板式换热器，还应包括膨胀节。管壳式换热器的结构应该保证冷、热两种流体分走管程和壳程，同时还要承受一定温度和压力的能力。
管板：管板是换热器的重要元件，主要是用来连接换热器，同时将管程和壳程分隔，避免冷热流体相混合。当介质无腐蚀或有轻微腐蚀时，一般采用碳素钢、低合金钢板或其锻件制造。 管子与管板的连接：管子与管板的连接必须牢固，不泄漏。既要满足其密封性能，又要有足够的抗拉强度。其连接形式主要有强度胀接、强度焊接、胀焊结合等。 管箱：其作用是把管道中来的流体均匀分布到各换热管中，将换热管内流体汇集在一起送出换热器。 折流板和支承板：壳程内侧装设折流板或支承板，折流板的作用是组成壳间流道，使流体以适当的流速冲刷管束，提高传热系数，改善传热效果，以达到一定的传热强度。常用的折流板有弓形和圆环形两种，弓形折流板又分为单弓形、双弓形和三弓形。 拉杆和定距管：折流板的安装一般是用拉杆和定距管组合并与管板固在一起。拉杆与管板连接的一端可用焊接或螺纹连接，另一端也用焊接或螺纹固定。一般拉杆的直径不得小于10mm、数量不得小于4根管板与壳体的连接：其连接型式可分为不可拆式和可拆式。 第二章塔设备 塔设备是炼油、化工生产中最重要的工艺设备之一。它可使气（汽）液或液液两相之间进行紧密接触达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的单元操作有:精馏、吸收、解吸及萃取等。下面我们主要介绍塔设备的类型及应用和常见的几种塔设备。
相变换热器文献综述 学院：材料与化学工程学院 专业：过程装备与控制工程 班级：2011-01 姓名：*** 学号：***
相变储热换热器文献综述 ***（郑州***化工学院） 摘要：本文通过对换热器发展历史的回顾，总结相变储热换热器的理论技术和结构设计，对其物性数据，相变储热材料等做了简要评述。1引言 在工业生产中，为了实现物料之间热量传递过程的一种设备，统称为换热器。它是化工、炼油、动力、原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备。对于迅速发展的化工、炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。通常在化工厂的建设中，换热器约占总投资的10~20%。在石油炼厂中，换热器约占全部工艺设备投资的85~40%。在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝等。换热器就是用来进行这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足工艺上的需要。由于使用的条件不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。另外，在化工生产中，有时换热器作为一个单独的化工设备，有时则把它作为某一个工艺设备中的组成部分。其他如回收排放出去的高温气体中的废热所用的废热锅炉，有时在生产中也是不可缺少的。总之，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。 2换热器发展历史简要回顾 二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管
制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新材料料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。 节能和环保已经成为当今世界的两大主题，经济高速发展、人口不断增长、过度开采和能源的利用率过低导致能源供需矛盾越来越大．能源紧缺受到人们越来越多的关注，能量存储随之引入了人们的生活。近年来,相变储换热器在太阳能利用、工业废热利用及暖通空调蓄冷和蓄热等领域获得了广泛的应用。相变储换热器有多种形式如管簇式、球形堆积床式和平板式,一些研究者对其热性能进行了模拟和实验研究。 3实验研究的主要成果 3.1相变储能材料的导热强化
AspenPlus与外部换热器设计软件的使用 主要分为下面几个步骤： 1 设置AspenPlus生成冷热曲线所需要用到的物性； 2 在AspenPlus换热器模型/塔模型里新建冷热曲线； 3 把生成的曲线数据导入到HTRI,B-Jac,HTFS软件中，利用AspenPlus simulation Engine生成一个D at文件； 4 用HTRI,B-Jac,HTFS打开生成的DAT文件进行换热器设计计算。 下面详细说明一下用法 1 设置AspenPlus生成冷热曲线所需要用到的物性数据 在Data Browser->ProPerties->Pro-Sets->New 新建一个名为“PS-1”的物性集然后添加物性。 如图1-2。 2 在AspenPlus换热器模型/塔模型里新建冷热曲线
例如：在一个塔里面设计塔顶冷凝器和塔底再沸器这样必须生成各自的曲线，以冷凝曲线为例。 A Data Browser->Blocks->T305->Condenser Hcurves->New 新建一条名为“1”的曲线 在Setup中选择一个独立变量Heat duty/Temperature/Vapor fraction和设置计算点的个数(默认为1 0)。如图3 。 在Additional Properties标签页中添加物性集。如图4 3把生成的曲线数据导入到HTRI,B-Jac,HTFS软件中。 打开AspenPlus simulation Engine窗口 a 程序->AspenTech->AspenPlus XX.X->AspenPlus simulation Engine。 b 用DOS命令来到存放AspenPlus文件的文件夹下,然后使用HTXINT命令格式为“HTXINT AspenPl us文件名”。如图5。
换热器施工方案 Prepared on 22 November 2020
换热器施工方案 班级：安装1101班 姓名：段洪章 学号：21 1.编制依据 [1]《石油化工换热设备施工及验收规范》 SH/T3532-2005 [2]《石油化工设备和管道涂料防腐蚀技术规范》 SH3022-1999 [3]《管壳式换热器防腐涂层施工技术条件》 70BJ013-2005 [4]《管壳式换热器》 GB151-1999 [5]《石油化工施工安全技术规程》 SH3505-1999 [6]《钢制卧式容器》 JB/T4731-2005 2主要工程量一览表
3技术交底 施工前，技术员必须组织施工班组人员进行技术交底，未进行技术交底不准施工。技术交底必须做到交底到每个施工工人，使所有施工人员都了解施工技术和质量要求，清楚施工工艺 4施工准备 熟悉图纸，编写施工技术措施，对施工人员进行技术交底。 做好施工机具、量具、手段用料及消耗材料的准备工作。 5设备验收
1).到货设备应具备下列技术文件和资料: a.产品合格证书; b.产品技术特性表，应包括设计压力、试验压力、设计温度、工作介质、试验介质、换热面积、设备重量、设备类别及特殊要求； c.产品质量证明书，应包括下列内容： （1）主要受压元件材料的化学成分、力学性能及标准规定的复验项目的复验值； （2）无损检测及焊接质量的检查报告（包括超过两次返修的记录） （3）通球记录； （4）奥氏体不锈钢设备的晶间腐蚀试验报告（设计有要求时） （5）设备热处理报告（包括时间——温度记录曲线）； （6）外观及几何尺寸检查报告； （7）压力试验和致密性试验报告。 d.设备制造竣工图。 2).设备开箱检验应按照装箱单和竣工图清点验收下列各项: a.清点箱数、箱号及检查包装情况； b.核对设备名称、型号及规格； c.检查接管的规格、方位及数量； d.核对设备备件、附件的规格尺寸、型号及数量； e.检查表面损伤、变形及锈蚀情况； 3) .设备开箱检验应在有关单位参加下进行,检验结果应签字认可; 6设备保管 1).设备和备件、附件及技术文件等验收后应清点登记，并妥善保管；