【正文】 。在冷、熱流體的進出口溫度一定的條件下，當(dāng)兩種流體都無相變時，以逆流的平均溫差最大順流最小。在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減??；若傳熱面積不變，采用逆流時可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設(shè)備費，后者可節(jié)省操作費，故在設(shè)計或生產(chǎn)使用中應(yīng)盡量采用逆流換熱。當(dāng)冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化(沸騰或冷凝)時，由于相變時只放出或吸收汽化潛熱，流體本身的溫度并無變化，因此流體的進出口溫度相等，這時兩流體的溫差就與流體的流向選擇無關(guān)了。除順流和逆流這兩種流向外，還有錯流和折流等流向。在傳熱過程中，降低間壁式換熱器中的熱阻，以提高傳熱系數(shù)是一個重要的問題。熱阻主要來源于間壁兩側(cè)粘滯于傳熱面上的流體薄層(稱為邊界層)，和換熱器使用中在壁兩側(cè)形成的污垢層，金屬壁的熱阻相對較小。增加流體的流速和擾動性，可減薄邊界層，降低熱阻提高給熱系數(shù)。但增加流體流速會使能量消耗增加，故設(shè)計時應(yīng)在減小熱阻和降低能耗之間作合理的協(xié)調(diào)。為了降低污垢的熱阻，可設(shè)法延緩污垢的形成，并定期清洗傳熱面。一般換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫換熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外，有些已開始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等。第1．2節(jié) 換熱器的功能、結(jié)構(gòu)、類型換熱器是化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等,應(yīng)用更加廣泛。換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多。1．2．間壁式換熱器的類型（1）夾套式換熱器這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成,結(jié)構(gòu)簡單。但其加熱面受容器壁面限制,亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動的措施,也可在釜內(nèi)部安裝蛇管. 夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過程的加熱和冷卻。（2）沉浸式蛇管換熱器這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應(yīng)的形狀,能承受高壓,可用耐腐蝕材料制造。其缺點是容器內(nèi)液體湍動程度低,容器內(nèi)可安裝攪拌器。（3）噴淋式換熱器這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動,冷卻水 從上方噴淋裝置均勻淋下,這種換熱器大多放置在空氣流通之處,冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度,和沉浸式相比,噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。（4）套管式換熱器套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管,一種流體走管內(nèi),另一種流體走環(huán)隙,兩者皆可得到較高的流速,在套管換熱器中,兩種流體可為純逆流,對數(shù)平均推動力較大。套管換熱器結(jié)構(gòu)簡單,能承受高壓,應(yīng)用亦方便(可根據(jù)需要增減管段數(shù)目). 特別是由于套管換熱器同時具備傳熱系數(shù)大,傳熱推動力大及能夠承受高壓強的優(yōu)點,在超高壓生產(chǎn)過程(例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產(chǎn)過程)中所用的換熱器幾乎全部是套管式。（5）管殼式換熱器管殼式(又稱列管式) 換熱器是最典型的間壁式換熱器,它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史,而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成,殼體多呈圓形,內(nèi)部裝有平行管束,管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內(nèi)進行換熱的兩種流體,一種在管內(nèi)流動,其行程稱為管程；一種在管外流動,其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。為提高管外流體給熱系數(shù),通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流檔板。折流檔板不僅可防止流體短路,增加流體速度,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。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種,前者應(yīng)用更為廣泛.。流體在管內(nèi)每通過管束一次稱為一個管程,每通過殼體一次稱為一個殼程。為提高管內(nèi)流體的速度,可在兩端封頭內(nèi)設(shè)置適當(dāng)隔板,將全部管子平均分隔成若干組。這樣,流體可每次只通過部分管子而往返管束多次,稱為多管程。同樣,為提高管外流速,可在殼體內(nèi)安裝縱向檔板使流體多次通過殼體空間,稱多殼程。在管殼式換熱器內(nèi),由于管內(nèi)外流體溫度不同,殼體和管束的溫度也不同。如兩者溫差很大, 換熱器內(nèi)部將出現(xiàn)很大的熱應(yīng)力,可能使管子彎曲,斷裂或從管板上松脫。因此,當(dāng)管束和殼體溫度差超過50℃時,應(yīng)采取適當(dāng)?shù)臏夭钛a償措施,消除或減小熱應(yīng)力。1．2．混合式換熱器混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門中。按照用途的不同，可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型：(1)冷卻塔(或稱冷水塔)在這種設(shè)備中，用自然通風(fēng)或機械通風(fēng)的方法，將生產(chǎn)中已經(jīng)提高了溫度的水進行冷卻降溫之后循環(huán)使用，以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。例如熱力發(fā)電廠或核電站的循環(huán)水、合成氨生產(chǎn)中的冷卻水等，經(jīng)過水冷卻塔降溫之后再循環(huán)使用，這種方法在實際工程中得到了廣泛的使用。(2)氣體洗滌塔(或稱洗滌塔)在工業(yè)上用這種設(shè)備來洗滌氣體有各種目的，例如用液體吸收氣體混合物中的某些組分，除凈氣體中的灰塵，氣體的增濕或干燥等。但其最廣泛的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液體以水居多?？照{(diào)工程中廣泛使用的噴淋室，可以認為是它的一種特殊形式。噴淋室不但可以像氣體洗滌塔一樣對空氣進行冷卻，而且還可對其進行加熱處理。但是，它也有對水質(zhì)要求高、占地面積大、水泵耗能多等缺點：所以，目前在一般建筑中，噴淋室已不常使用或僅作為加濕設(shè)備使用。但是，在以調(diào)節(jié)濕度為主要目的的紡織廠、卷煙廠等仍大量使用!(3)噴射式熱交換器在這種設(shè)備中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進行傳熱，并一同進入擴散管，在擴散管的出口達到同一壓力和溫度后送給用戶。(4)混合式冷凝器這種設(shè)備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝。1．2． 蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器用于進行蓄熱式換熱的設(shè)備。內(nèi)裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子（有時用金屬波形帶等）。換熱分兩個階段進行。第一階段，熱氣體通過火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來。第二階段，冷氣體通過火格子，接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。這兩個階段交替進行。通常用兩個蓄熱器交替使用，即當(dāng)熱氣體進入一器時，冷氣體進入另一器。常用于冶金工業(yè)，如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學(xué)工業(yè)，如煤氣爐中的空氣預(yù)熱器或燃燒室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。蓄熱式換熱器一般用于對介質(zhì)混合要求比較低的場合。第1．3節(jié) 安裝方法安裝換熱器的基礎(chǔ)必須滿足以使換熱器不發(fā)生下沉，或使管道把過大的變形傳到傳熱器的接管上?；A(chǔ)一般分為兩種：一種為磚砌的鞍形基礎(chǔ)，換熱器上沒有鞍式支座而直接放在鞍形基礎(chǔ)上，換熱器與基礎(chǔ)不加固定，可以隨著熱膨脹的需要自由移動。另一種為混凝土基礎(chǔ)，換熱器通過鞍式支座由地腳螺栓將其與基礎(chǔ)牢固的連接起來。在安裝換熱器之前應(yīng)嚴格的進行基礎(chǔ)質(zhì)量的檢查和驗收工作，主要項目如下：基礎(chǔ)表面概況；基礎(chǔ)標(biāo)高，平面位置，形狀和主要尺寸以及預(yù)留孔是否符合實際要求；地腳螺栓的位置是否正確，螺紋情況是否良好，螺帽和墊圈是否齊全；放置墊鐵的基礎(chǔ)表面是否平整等。基礎(chǔ)驗收完畢后，在安裝換熱器之前在基礎(chǔ)上放墊鐵，安放墊鐵處的基礎(chǔ)表面必須鏟平，使兩者能很好的接觸。墊鐵厚度可以調(diào)整，使換熱器能達到設(shè)計的水平高度。墊鐵放置后可增加換熱器在基礎(chǔ)上的穩(wěn)定性，并將其重量通過墊鐵均勻地傳遞到基礎(chǔ)上去。墊鐵可分為平墊鐵、斜墊鐵和開口墊鐵。其中，斜墊鐵必須成對使用。地腳螺栓兩側(cè)均應(yīng)有墊鐵，墊鐵的安裝不應(yīng)妨礙換熱器的熱膨脹。換熱器就位后需用水平儀對換熱器找平，這樣可使各接管都能在不受力的情況下連接管道。找平后，斜墊鐵可與芝座焊牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死。當(dāng)兩個以上重疊式換熱器安裝時，應(yīng)在下部換熱器找正完畢，并且地腳螺栓充分固定后，再安裝上部換熱器?？沙楣苁鴵Q熱器安裝前應(yīng)抽芯檢查，清掃，抽管束時應(yīng)注意保護密封面和折流板。移動和起吊管束時應(yīng)將管束放置在專用的支承結(jié)構(gòu)上，以避免損傷換熱管。根據(jù)換熱器的形式，應(yīng)在換熱器的兩端留有足夠的空間來滿足條件（操作）清洗、維修的需要。浮頭式換熱器的固定頭蓋端應(yīng)留有足夠的空間以便能從殼體內(nèi)抽出管束，外頭蓋端必須也留出一米以上的位置以便裝拆外頭蓋和浮頭蓋。固定管板式換熱器的兩端應(yīng)留出足夠的空間以便能抽出和更換管子。并且，用機械法清洗管內(nèi)時。兩端都可以對管子進行刷洗操作。U形管式換熱器的固定頭蓋應(yīng)留出足夠的空間以便抽出管束，也可在其相對的一端留出足夠的空間以便能拆卸殼體。換熱器不得在超過銘牌規(guī)定的條件下運行。應(yīng)經(jīng)常對管，殼程介質(zhì)的溫度及壓降進行監(jiān)督，分析換熱管的泄漏和結(jié)垢情況。管殼式換熱器就是利用管子使其內(nèi)外的物料進行熱交換、冷卻、冷凝、加熱及蒸發(fā)等過程，與其他設(shè)備相比較，其余腐蝕介質(zhì)接觸的表面積就顯得非常大，發(fā)生腐蝕穿孔結(jié)合處松弛泄漏的危險性很高，因此對換熱器的防腐蝕和防泄漏的方法也比其他設(shè)備要多加考慮，當(dāng)換熱器用蒸汽來加熱或用水來冷卻時，水中的溶解物在加熱后，大部分溶解度都會有所提高，而硫酸鈣類型的物質(zhì)則幾乎沒有變化。冷卻水經(jīng)常循環(huán)使用，由于水的蒸發(fā)，使鹽類濃縮，產(chǎn)生沉積或污垢。又因水中含有腐蝕性溶解氣體及氯離子等引起設(shè)備腐蝕，腐蝕與結(jié)垢交替進行，激化了鋼材的腐蝕。因此必須經(jīng)過清洗來改善換熱器的性能。由于清洗的困難程度是隨著垢層厚度或沉積的增加而迅速增大的，所以清洗間隔時間不宜過長，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)裝置的特點，換熱介質(zhì)的性質(zhì)，腐蝕速度及運行周期等情況定期進行檢查，修理及清洗。換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應(yīng)用于化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門。它的主要功能是保證工藝過程對介質(zhì)所要求的特定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。換熱器既可是一種單獨的設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的熱交換器。由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好。 第1．4節(jié) 質(zhì)量檢驗內(nèi)容和方法設(shè)備制造過程中的檢驗，包括原材料的檢驗、工序間的檢驗及壓力試驗，具體內(nèi)容如下：（1）原材料和設(shè)備零件尺寸和幾何形狀的檢驗；（2）原材料和焊縫的化學(xué)成分分析、力學(xué)性能分析試驗、金相組織檢驗，總稱為破壞試驗；（3）原材料和焊縫內(nèi)部缺陷的檢驗，其檢驗方法是無損檢測，它包括：射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測等；（4）設(shè)備試壓，包括：水壓試驗、介質(zhì)試驗、氣密試驗等。耐壓試驗和氣密性試驗：制造完工的換熱器應(yīng)對換熱器管板的連接接頭，管程和殼程進行耐壓試驗或增加氣密性試驗，耐壓試驗包括水壓試驗和氣壓試驗。換熱器一般進行水壓試驗，但由于結(jié)構(gòu)或支撐原因，不能充灌液體或運行條件不允許殘留試驗液體時，可采用氣壓試驗。如果介質(zhì)毒性為極度，高度危害或管、殼程之間不允許有微量泄漏時，必須增加氣密性試驗。換熱器壓力試驗的順序如下：固定管板換熱器先進行殼程試壓，同時檢查換熱管與管板連接接頭，然后進行管程試壓；U形管式換熱器、釜式重沸器（U形管束）及填料函式換熱器先用試驗壓環(huán)進行殼程試壓，同時檢查接頭，然后進行管程試壓；浮頭式換熱器、釜式重沸器（浮頭式管束）先用試驗壓環(huán)和浮頭專用工具進行管頭試壓，對于釜式重沸器尚應(yīng)配備管頭試壓專用殼體，然后進行管程試壓，最后進行殼程試壓；重疊換熱器接頭試壓可單臺進行，當(dāng)各臺換熱器程間連通時，管程和殼程試壓應(yīng)在重疊組裝后進行。第2章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計第2．1節(jié) 換熱器型式的確定根據(jù)換熱器工藝條件可知，，用于冷熱流體溫度差不大,且殼程流動的是蒸汽不需機械清洗，所以選用結(jié)構(gòu)簡單的管殼式固定管板換熱器。2．1． 總體結(jié)構(gòu)有工藝條件表可知，換熱器面積為1189，布管方式采用正三角形排列，殼程為蒸汽，管程為C4，乙腈。，設(shè)計溫度為150，設(shè)計溫度為300。管程材料用16Mn。殼程材料16MnR，殼體內(nèi)經(jīng)為1800，總體結(jié)構(gòu)的設(shè)備簡圖如下圖21所示：圖21 再沸器設(shè)備簡圖2．1． 殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）換熱管現(xiàn)取換熱管的外徑d=25mm，管壁厚為δ=，由GB1511999《管殼式換熱器表10可查得外徑偏差為177。，壁厚偏差+。（2）布管：換熱管的排列方式為正三角形排列，如下圖22所示：圖22 再沸器中換熱管的排列方式根據(jù)GB1511999《管殼式換熱器》表12知，換熱管中心距為S=32mm,布管限定直徑有下式確定：=2式中： ：布管限定圓直徑，mm； ：圓筒內(nèi)直徑，mm； 最外層換熱