換熱器

換熱器,管殼式換熱器,列管式換熱器

ZH高效型水-水（汽-水）熱交換器（換熱器）

1、概述

   ZH高效型熱交換器是利用廢汽廢水的熱量來加熱冷卻水的一種換熱設備。

   加熱水由管箱的一側進入設備經過高效換熱管組成的換熱面，共四個流程將熱量傳送給被加熱水，使被加熱水達到所要求的溫度。本系列換熱器主要用于電廠站化工鍋爐的工業廢汽廢水余熱回收及石油化工環保服務行業，輕工業等汽——液、液——液換熱。

2、技術特性：

  3、主要接管表：

4、設備附件：

5、訂貨注意事項：

a、訂購設備時應在合同中注明是否需要配件，若未注明將視為不配附件，只供本體

b、表中所列參數只供參考，訂貨時可根據用戶具體要求進行設計調整

換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類。

　　混合式換熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必須及時分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以及時分離。

　　蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經蓄熱室中的蓄熱體(填料)表面，從而進行熱量交換的換熱器，如煉焦爐下方預熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。

　　間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應用廣。

　　間壁式換熱器根據傳熱面的結構不同可分為管式、板面式和其他型式。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等；板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求而設計的換熱器，如刮面式換熱器、轉盤式換熱器和空氣冷卻器等。

　　換熱器中流體的相對流向一般有順流和逆流兩種。順流時，入口處兩流體的溫差大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為小。逆流時，沿傳熱表面兩流體的溫差分布較均勻。在冷、熱流體的進出口溫度一定的條件下，當兩種流體都無相變時，以逆流的平均溫差大順流小。

　　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。前者可節省設備費，后者可節省操作費，故在設計或生產使用中應盡量采用逆流換熱。

　　當冷、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，以提高傳熱系數是一個重要的問題。熱阻主要來源于間壁兩側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。但增加流體流速會使能量消耗增加，故設計時應在減小熱阻和降低能耗之間作合理的協調。為了降低污垢的熱阻，可設法延緩污垢的形成，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。

三、換熱器（熱交換器）的制造工藝

    1、選取換熱設備的制造材料及牌號，進行材料的化學成分檢驗，機械性能合格后，對鋼板進行矯形，方法包括手工矯形，機械矯形及火焰矯形。

　　備料－－劃線－－切割－－邊緣加工（探傷）－－成型－－組對－－焊接－－焊接質量檢驗－－組裝焊接－－壓力試驗

　　2、質量檢驗

　　化工設備不僅在制造之前對原材料進行檢驗，而且在制造過程中要隨時進行檢查。

　　質量檢驗內容和方法：

　　設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，具體內容如下：

　�。�1）原材料和設備零件尺寸和幾何形狀的檢驗；

　�。�2）原材料和焊縫的化學成分分析、力學性能分析試驗、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）設備試壓，包括：水壓試驗、介質試驗、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，但由于結構或支撐原因，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）先用試驗壓環和浮頭專用工具進行管頭試壓，對于釜式重沸器尚應配備管頭試壓專用殼體，然后進行管程試壓，后進行殼程試壓；

　　重疊換熱器接頭試壓可單臺進行，當各臺換熱器程間連通時，管程和殼程試壓應在重疊組裝后進行。

　　3、安裝：

　　安裝換熱器的基礎必須滿足以使換熱器不發生下沉，或使管道把過大的變形傳到傳熱器的接管上�；�礎一般分為兩種：一種為磚砌的鞍形基礎，換熱器上沒有鞍式支座而直接放在鞍形基礎上，換熱器與基礎不加固定，可以隨著熱膨脹的需要自由移動。另一種為混凝土基礎，換熱器通過鞍式支座由地腳螺栓將其與基礎牢固的連接起來。

　　在安裝換熱器之前應嚴格的進行基礎質量的檢查和驗收工作，主要項目如下：基礎表面概況；基礎標高，平面位置，形狀和主要尺寸以及預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；放置墊鐵的基礎表面是否平整等。

　　基礎驗收完畢后，在安裝換熱器之前在基礎上放墊鐵，安放墊鐵處的基礎表面必須鏟平，使兩者能很好的接觸。墊鐵厚度可以調整，使換熱器能達到設計的水平高度。墊鐵放置后可增加換熱器在基礎上的穩定性，并將其重量通過墊鐵均勻地傳遞到基礎上去。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。地腳螺栓兩側均應有墊鐵，墊鐵的安裝不應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。當兩個以上重疊式換熱器安裝時，應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熱器安裝前應抽芯檢查，清掃，抽管束時應注意保護密封面和折流板。移動和起吊管束時應將管束放置在專用的支承結構上，以避免損傷換熱管。

　　根據換熱器的形式，應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留有足夠的空間以便能從殼體內抽出管束，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定的條件下運行。應經常對管，殼程介質的溫度及壓降進行監督，分析換熱管的泄漏和結垢情況。管殼式換熱器就是利用管子使其內外的物料進行熱交換、冷卻、冷凝、加熱及蒸發等過程，與其他設備相比較，其余腐蝕介質接觸的表面積就顯得非常大，發生腐蝕穿孔結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備要多加考慮，當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則幾乎沒有變化。冷卻水經常循環使用，由于水的蒸發，使鹽類濃縮，產生沉積或污垢。又因水中含有腐蝕性溶解氣體及氯離子等引起設備腐蝕，腐蝕與結垢交替進行，激化了鋼材的腐蝕。因此必須經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，應根據生產裝置的特點，換熱介質的性質，腐蝕速度及運行周期等情況定期進行檢查，修理及清洗。

四、換熱器（熱交換器）的材料及防腐

換熱器的可用材料牌號較多，選用換熱器的材料一般考慮的因素主要從結構、制造工藝、強度、壓力、介質、腐蝕、安全性能方面來考慮。材料選擇不當將會造成安全性能下降或失效，壽命降低。經濟、合理、安全將是設計者選用材料首要考慮的因素。近年來，大量研制成功的的新材料用于換熱器中。一些進口材料的使用使換熱器性能有顯著提高（如1.25Cr、0.5MoSi、2.25Cr-1Mo等），給使用者帶來了顯著的經濟效益。同時，在標準的更新中也淘汰了一些低性能，擴大了其使用場合。

（一）換熱器的材料

材料一般分為金屬材料和非金屬材料，金屬材料又分為黑色金屬和有色金屬。下面介紹幾種常用材料的牌號及性能。

1、黑色金屬材料

（1）殼體用板材一般選用工藝性能良好、焊接性能好的鎮靜鋼，如：Q235-B、Q235-C、20R，目前國內標準已取消Q235-A和Q235-A.F沸騰鋼。

（2）鍛件一般選用20鍛件，35鍛件很少使用，原因是可焊性較差、易產生裂紋。

（3）管材一般選用10、20、20G

2、低合金鋼

   一般低合金鋼分為碳鋼和CrMo鋼。CrMo鋼主要優點是高溫強度較好，并且具有高溫相愛耐氫腐蝕性能，機械性能較好，無氫脆現象，韌性較好，焊接性能也較好。

（1）殼體板材一般采用16MnR、16MnRH、15MnVR、15CrMoR、15CrMoRH、18MnMoNbR、1.25Cr0.5MoSi、2.25Cr-1Mo。

（2）換熱管一般選用16Mn、15MnV、12CrMo、15CrMo、12Cr2Mo、1Cr5Mo、12Cr1MoVG、09Cr2A1MoV、1.25Cr0.5MoSi、2.25Cr-1Mo。

（3）鍛件一般選用16Mn、20MnMo、15MnV、20MnMoNb、15CrMo、35CrMo、12Cr1Mo、12Cr2Mo1、1Cr5Mo、1.25Cr0.5MoSi、2.25Cr-1Mo。

3、低溫用鋼

   低溫用鋼一般指設計溫度≤－20℃的鋼材。高合金鋼一般均可用于低溫狀態。低合金鋼在低溫狀態下使用應具有良好的韌性，且金屬組織穩定。

（1）殼體用板材一般選用16MnDR、09Mn2VDR、07MnNiCrMoVDR、09MnNiDR、15MoNiDR。

（2）傳熱管一般選用16Mn、09MnD。

（3）鍛件選用16MnD、09Mn2VD、09MnNiD、16MnMoD、20MnMoD、08MnNiCrMoD、10Ni3MoVD。

4、高合金鋼

   高合金鋼又分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼。馬氏體不銹鋼對鐵離子、亞硫酸氣體、硫化氫和環烷酸具有抗腐蝕作用。但馬氏體組織熱處理有淬硬性、焊接性能較差、易產生裂紋。鐵素體不銹鋼對氧化性酸、硝酸、堿性溶液、無氯溫水、苯和洗滌劑有良好的耐蝕性，但焊接性能差、易產生裂紋。奧氏體不銹鋼有穩定的組織、有良好的耐蝕性，低溫性能好，一般使用于－50～－196℃范圍使用，用量較大。為此選用高合金鋼應根據不同介質和溫度，選用不同組織的不銹鋼，一般選用牌號如下。

（1）殼體板材選用0Cr13A1、0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr19Ni13Mo3、00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni13Mo3、00Cr18Ni5Mo3Si2。

（2）傳熱管選用0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr19Ni13Mo3、00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni13Mo3。

（3）鍛件選用0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2、00Cr18Ni5Mo3Si2。

5、有色金屬及合金

（1）銅及銅合金

     銅又分為紫銅和黃銅（也稱為海軍銅），由于具有良好的導熱性、塑性好，低溫沖擊韌性好，在深冷中應用較多。紫銅在空氣預熱器中使用較多。黃銅在稀硫酸、亞硫酸、中等濃度的鹽酸、醋酸、氫氟酸、苯性堿中抗腐蝕良好，因此，海水冷卻器中應用較普遍。

     海軍銅牌號一般為H62、H65、H70-1、H70Sn-1。

（2）鋁及合金

     鋁在大氣中形成致密的氧化保護膜，故在中性溶液、弱酸中穩定性良好，鋁鎂合金在海水冷卻器中使用有良好的抗蝕性。

（3）鎳及合金

     鎳有很高的強度和韌性，在堿及堿液中形成氧化膜而具有良好的抗腐蝕性能，在鹽酸、氯氣、有機酸中耐腐蝕性較好，抗高溫可達900℃.

6、稀有金屬

   鈦、鉭和鋯及其合金具有很強的耐腐蝕性，但價格昂貴，使用量很小。目前常減壓裝置常壓塔頂冷卻器和空冷器對鈦使用較多，以延長設備壽命。

7、非金屬材料

   用來制造換熱器的非金屬材料主要有石墨、玻璃鋼、陶瓷纖維復合材料、氟塑料等。非金屬材料主要用于強腐蝕介質的場合，如有硝酸、濃硫酸、鹽酸、苛性堿、過氧化物等介質的場合。由于管壁熱阻較高，所以傳熱效率較低，且強底低，耐溫耐壓低，抗沖擊性能也較差。

（二）換熱器的防腐

     換熱器使用量大、包括在新建項目、改造項目、更新項目中的使用。而在更新項目中，主要是對損壞的換熱器進行更換。損壞的原因一般有腐蝕造成，據統計，大概占有90％以上。全國每年由于腐蝕更換的換熱器投資約20億美元，為此防腐成為技術發展的重點。近年來防腐研究經費投入很大，但技術發展緩慢，效果不明顯。由于石油工業中的原油開采已進入中后期，石油中含酸值逐年增加，腐蝕逐年加重。再則中東含酸原油進口量猛增，設備防腐的投資也越來越大。因此，抗腐蝕材料及防腐措施尤為重要。目前，換熱器防腐有如下幾種措施。

1、防腐涂層    一般采用非金屬涂層，常用的水冷器有防腐、防垢涂料847和901，還有Ni-P鍍，但在油氣系統使用較多的是涂陶瓷，現場證明效果較好。但由于換熱管一般可達6m長，在長度上涂均勻很難做到。如果有一個點狀缺陷沒涂到腐蝕將會加劇，所以涂均勻是控制質量的重要因素。

2、金屬涂層    一般有鍍Ni、鍍Ti、鍍銅等，工藝效果雖好，但造價昂貴是阻礙使用的障礙。

3、金屬堆焊    一般采用碳鋼、CrMo鋼堆焊不銹鋼較多，用來抗硫化氧和酸腐蝕。該方法造價較低，效果很好，一般化肥、乙烯、煉油中加氫、重整、預加氫使用很多。另外，還有復合板、雙向鋼管用量也較大，效果較好。

4、緩蝕劑      目前煉油裝置、化工裝置多采用一脫四注的方式較多，效果也較明顯。國外也有露點腐蝕處注水的方式，控制露點腐蝕。

雖然采用了很多措施，但多數場合收效不大，目前已趨于使用稀有金屬，提高腐蝕技術將是新世紀的關鍵課題。

五、熱管問題在熱管換熱器應用中分析及對策 

熱管換熱器的核心元件是熱管。熱管是一種新型相變高效傳熱元件,其獨特的傳熱特性引起了人們的極大興趣,應用領域從空間擴大到地面,從工業擴展到民用。然而,在熱管技術蓬勃發展的今天,其在工業應用中仍然存在一些問題,會限制熱管技術的使用和深入發展。筆者對這些問題進行了研究,并提出了合理的解 早期的熱管研究人員就注意到了管殼材料與工質的化學相容性問題,早期工業應用的熱管一般采用銅材管壁或鋼銅復合管,產品成本很高,限制了熱管技術在工業上的廣泛應用。鋼水熱管以其成本低、強度高、制造工藝簡單及適應溫度范圍廣得到了大家的認同,在工業上得到廣泛的應用,然而鋼 水熱管的使用壽命不足0.5ａ,無法滿足工業應用的要求。通過多年的研究人們認識到,鋼 水熱管中存在著化學反應和電化學反應,這是一種不可避免也不可能消除的金屬腐蝕過程,只能抑制或延緩,因此,鋼 水熱管相容性問題的對策只能是延長熱管的使用壽命。  
   由于管材與工質的化學不相容性,使得鋼 水熱管內部發生腐蝕產生不凝氣體氫氣。氫氣越多,換熱效果越不好,氫氣積聚到一定程度可以使熱管完全喪失傳熱功能。 氣相換熱的熱管換熱器熱管外都采用加肋強化傳熱,翅片形式多選用穿片或螺旋形纏繞片,這些翅片結構緊湊,肋化比高,效果明顯,但缺點是極易積灰結垢。對于高粉塵流體,即使翅片間距取12～20ｍｍ,在某些情況下也會出現嚴重積灰。對于高含塵流體,目前趨向于選擇以下2種結構�！� 
    　(1)軸對稱單列縱向直肋翅片　該翅片結構簡單,制作方便,相對肋化比低,不易積灰。如果將翅片做成不等高,即降低背后翅片高度,可進一步減少積灰。目前此結構的熱管換熱器已投入工業應用效果較好。 
  　　(2)釘頭管　釘頭管作為換熱設備的傳熱元件一般多用于粘結性積灰部位。例如,在燃油加熱爐的對流室中,為了減少熱管換熱器的積灰堵塞,將釘頭管制成的熱管空氣預熱器用于以高含硫油為燃料的常減壓加熱爐中,投用多年無積灰堵塞現象。