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换热器综述d


浮头式换热器综述 浮头式换热器综述
过控 0505 戴万宝 一、浮头换热器定义 浮头式换热器的两端管板中只有一端与壳体固定, 另一端可相对壳体自由移动, 称为浮 头。浮头由浮动管板、钩圈和浮头端盖组成,是可拆连接,管束可从壳体内抽出。管束与壳 体的热变形互不约束,因而不会产生热力。 换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备, 在石油化工生产中 它则是重

要的节能设备, 约占化工厂总投资的 20%; 浮头式换热器是管壳式换热器的一种, 这种形式的管束的一端管板被钩圈和浮头法兰夹持,浮头 法兰、浮动管板和浮头盖形成了 管束的浮动端,该浮 头形式可以自由在壳程内浮动,故无须考虑温差应 力,可用于大温差 的场合。另外,管束可以抽出进行机械清洗 ,也适用于易结焦及堵塞的工况。由于这些优 点, 浮头式换热器在炼油行业和乙烯工业中得到了较为广泛地应用。 但是浮头式换热器制造 工序较复杂,尤其试压过程较一般的换热器更为复杂,要满足良好的使用效果,必须严格制 造工艺。 浮头换热器结构 二 、 浮头换热器 结构 它包括圆筒、外头盖侧法兰、浮头管板、钩圈、浮头盖、外头盖及丝孔、钢圈等。 壳体多为圆筒形,内部装有管束,管束两端固定在管板上。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。为提高管外流体的传热分 系数,通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度,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。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角 形排列较紧凑,管外流体湍动程度高,传热分系数大;正方形排列则管外清洗方便,适用于 易结垢的流体。 流体每通过管束一次称为一个管程;每通过壳体一次称为一个壳程。最简单的单 壳程单管程换热器,简称为 1-1 型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置 隔板,将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子,因而在管束中往返 多次,这称为多管程。同样,为提高管外流速,也可在壳体内安装纵向挡板,迫使流 体多次通过壳体空间,称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。

三、浮头换热器特点 浮头换热器特点 浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间,另一端管板可以在壳体内自由 移动,这个特点在现场能看出来。这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的,管束可 以抽出,便于清洗管间和管内。其缺点是结构复杂,造价高(比固定管板高 20%), 在运行中浮头处发生泄漏,不易检查处理。浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大

或壳程介质易结垢的条件。在外头盖侧法兰内侧面设凹型或梯型密封面,并在靠近密 封面外侧钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布,浮头处取消钩圈及相关零部件,浮头管板 密封槽为原凹型槽并另在同一端面开一个以该管板中心为圆心,半径稍大于管束外径 的梯型凹槽,且管板分程凹槽只与梯型凹槽相连通,而不与凹型槽相连通;在凹型和 梯型凹槽之间钻 孔并套 丝或焊设多个螺 杆均布 ,设浮头法兰为 凸型和 梯型凸台双密 封,分程隔板与梯型凸台相通并位于同一端面的宽面法兰,且凸型和梯型凸台及分程 隔板分别与浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相对应匹配,该浮头法兰与无折边球 面封头组配焊接为浮头盖,其法兰螺孔与浮头管板的丝孔或螺杆相组配,用螺栓或螺 帽紧固压紧浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽及其垫片,该结构必要时可适当加大 浮头管板的厚度和直径及圆筒的内径,同时相应变更加大相关零部件的尺寸;另配置 一无外力辅助钢圈,其圈体内径大于浮头管板外径,钢圈一端设法兰与外头盖侧法兰 内侧面凹型或梯型密封面连接并密封,另一端设法兰或其他结构与浮头管板原凹型槽 及其垫片或外圆密封。

图 2 浮头式换热器(间壁式) 四、浮头换热器流道的选择 浮头换热器流道的选择 热器 进行换热的冷热两流体, 按以下原则选择流道: ①不洁净和易结垢流体宜走管程, 因管内清洗较方便;②腐蚀性流体宜走管程,以免管束与壳体同时受腐蚀;③压力高 的流体宜走管程,以免壳体承受压力;④饱和蒸汽宜走壳程,因蒸汽冷凝传热分系数 与流速无关,且冷凝液容易排出;⑤若两流体温度差较大,选用固定管板式换热器时, 宜使传热分系数大的流体走壳程,以减小热应力。 浮头换热器注意事项 五 、 浮头换热器 注意事项 浮头式换热器的一端管板与壳体固定,而另一端的管板可在壳体内自由浮动,壳 体和管束对膨胀是自由的,故当两张介质的温差较大时,管束和壳体之间不产生温差 应力。浮头端设计成可拆结构,使管束能容易的插入或抽出壳体。(也可设计成不可 拆的)。这样为检修、清洗提供了方便。但该换热器结构较复杂,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。 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。 在设计时必须考虑浮头管板的外径 Do。该外径应小于壳体内径 Di,一般推荐浮 头管板与壳体内壁的间隙 b1=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。 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。随着幞头式换热器 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。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。

六 、 浮 头换热器优缺点 优点 (1)管束可以抽出,以方便清洗管、壳程;(2)介质间温差不受限;(3) 可在高温、高压下工作,一般温度小于等于 450 度,压力小于等于 6.4 兆帕;(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) 缺点 结构复杂 浮头换热器质量检验 七 、 浮头换热器 质量检验 化工设 备不 仅在制 造之 前对原 材料 进行检 验, 而且在 制造 过程中 要随 时进行检 查。 质量检验内容和方法:设备制造过程中的检验,包括原材料的检验、工序间的检 验及压力试验, 具体内容如下:(1) 原材料和设备零件尺寸和几何形状的检验;(2) 原材料和焊缝的化学成分分析、力学性能分析试验、金相组织检验,总称为破坏试验; (3)原材料和焊缝内部缺陷的检验,其检验方法是无损检测,它包括:射线检测、 超声波检测、磁粉检测、渗透检测等; (4)设备试压,包括:水压试验、介质试验、 气密试验等。 耐压试验和气密性试验:制造完工的换热器应对换热器管板的连接接头,管程和 壳程进行耐压试验或增加气密性试验,耐压试验包括水压试验和气压试验。换热器一 般进行水压试验,但由于结构或支撑原因,不能充灌液体或运行条件不允许残留试验 液体时,可采用气压试验。 如果介质毒性为极度,高度危害或管、壳程之间不允许有微量泄漏时,必须增加 气密性试验。浮头式换热器压力试验的顺序如下:浮头式管束先用试验压环和浮头专 用工具进行管头试压,对于釜式重沸器尚应配备管头试压专用壳体,然后进行管程试 压,最后进行壳程试压。 浮头换热器维护 八 、 浮头换热器 维护 换热器不得在超过铭牌规定的条件下运行。应经常对管,壳程介质的温度及压降 进行监督,分析换热管的泄漏和结垢情况。管壳式换热器就是利用管子使其内外的物 料进行热交换、冷却、冷凝、加热及蒸发等过程,与其他设备相比较,其余腐蚀介质 接触的表面积就显得非常大,发生腐蚀穿孔结合处松弛泄漏的危险性很高,因此对换 热器的防腐蚀和防泄漏的方法也比其他设备要多加考虑,当换热器用蒸汽来加热或用 水来冷却时,水中的溶解物在加热后,大部分溶解度都会有所提高,而硫酸钙类型的 物质则几乎没有变化。冷却水经常循环使用,由于水的蒸发,使盐类浓缩,产生沉积 或污垢。又因水中含有腐蚀性溶解气体及氯离子等引起设备腐蚀,腐蚀与结垢交替进 行,激化了钢材的腐蚀。因此必须经过清洗来改善换热器的性能。由于清洗的困难程 度是随着垢层厚度或沉积的增加而迅速增大的,所以清洗间隔时间不宜过长,应根据

生产装置的特点,换热介质的性质,腐蚀速度及运行周期等情况定期进行检查,修理 及清洗。 参考文献 1 GB151—1999 管壳式换热器 2 GB150—1998 钢制压力容器 3 郑津洋、董其伍、桑芝富主编过程设备设计 化学工业出版社 2005 4 邹广华、刘强主编过程装备制造与检测 化学工业出版社 2003


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