列管式换热器常见故障,壳管换热器

来源：德州高易环保设备有限公司时间：2022-09-20 [举报]

列管换热器特点及选用要点
特点：
1.节能，该换热器传热系数为6000-8000W/m2.0C。
2.全不锈钢制作，使用寿命长，可达20年以上。
3.改层流为湍流，提高了换热效率，降低了热阻。
4.换热速度快，耐高温（400℃），耐高压（2.5Mpa）。
5.结构紧凑，占地面积小，重量轻，安装方便，节约土建投资。
6.设计灵活，规格，实用针对性强，节约资金。
7.应用条件广泛，适用较大的压力、温度范围和多种介质热交换。
8.维护费用低，易操作，清垢周期长，清洗方便
。
9.采用纳米热膜技术，显著传热系数。
10.应用领域广阔，可广泛用于热电、厂矿、石油化工、城市集中供热、食品医药、能源电子、机械轻工等领域
11.传热管采用外表面轧制翅片的铜管,导热系数高，换热面积大。
12.导流板引导壳程流体在换热器内呈折线形连续流动，导流板间距可根据佳流速进行调节，结构坚固，能满足大流量甚至超大流量、脉动频率高的壳程流体换热。
13.当壳程流体为油液时，适用于粘度低和较清洁的油液换热。
选用要点：
1.根据已知冷、热流体的流量，初、终温度及流体的比热容决定所需的换热面积。初步估计换热面积，一般先假定传热系数，确定换热器构造，再校核传热系数K值。
2.选用换热器时应注意压力等级，使用温度，接口的连接条件。在压力降，安装条件允许的前提下，管壳式换热器以选用直径小的加长型，有利于提高换热量。
3.换热器的压力降不宜过大，一般控制在0.01～0.05MPa之间；
4.流速大小应考虑流体黏度，黏度大的流速应小于0.5～1.0m/s；一般流体管内的流速宜取0.4～1.0m/s；易结垢的流体宜取0.8～1.2m/s。
5.高温水进入换热器前宜设过滤器。
6.热交换站中热交换器的单台处理和配置台数组合结果应满足热交换站的总供热负荷及调节的要求。在满足用户热负荷调节要求的前提下，同一个供热系数中的换热器台数不宜少于2台，不宜多于5台。

换热器的安装要点DEZHOU
（1）热交换器应以大工作压力的1.5倍做水压试验，蒸汽部分应不低于蒸汽供汽压力加0.3MPa；热水部分应不低于0.4MPa。在试验压力下，保持10min压力不降。
（2）管壳式换热器前端应留有抽卸管束的空间，即其封头于墙壁或屋顶的距离不得小于换热器的长度，设备运行操作通道净宽不宜小于0.8m。
（3）各类阀门和仪表的安装高度应便于操作和观察。
（4）加热器上部附件（一般指安全阀）的高点至建筑F结构低点的垂直净距应满足安装检测的要求，并不得小于0.2m。
列管换热器腐蚀分析
列管换热器的材料一般以碳钢、不锈钢和铜为主，其中碳钢材质的管板在作为冷却器使用时，其管板与列管的焊缝经常出现腐蚀泄漏，泄漏物进入冷却水系统污染环境又造成物料浪费。
列管换热器在制作时，管板与列管的焊接一般采用手工电弧焊，焊缝形状存在不同程度的缺陷，如凹陷、气孔、夹渣等，焊缝应力的分布也不均匀。使用时管板部分一般与工业冷却水接触，而工业冷却水中的杂质、盐类、气体、微生物都会构成对管板和焊缝的腐蚀，这就是我们常说的电化学腐蚀。研究表明，工业水无论是淡水还是海水，都会有各种离子和溶解的氧气，其中氯离子和氧的浓度变化，对金属的腐蚀形状起重要作用。另外，金属结构的复杂程度也会影响腐蚀形态。因此，管板与列管焊缝的腐蚀以孔蚀和缝隙腐蚀为主。从外观看，管板表面会有许多腐蚀产物和积沉物，分布着大小不等的凹坑。以海水为介质时，还会产生电偶腐蚀。化学腐蚀就是介质的腐蚀，换热器管板接触各种各样的化学介质，就会受到化学介质的腐蚀。另外，换热器管板还会与换热管之间产生一定的双金属腐蚀。
影响因素
综上所述，影响列管换热器腐蚀的主要因素有：
（1）介质成分和浓度：浓度的影响不一，例如在盐酸中，一般浓度越大腐蚀越严重。碳钢和不锈钢在浓度为50%左右的硫酸中腐蚀严重，而当浓度增加到60%以上时，腐蚀反而急剧下降；
（2）杂质：有害杂质包括氯离子、硫离子、氰离子、氨离子等，这些杂质在某些情况下会引起严重腐蚀
（3）温度：腐蚀是一种化学反应，温度每提升 10℃，腐蚀速度约增加1~3倍，但也有例外；
（4）ph值：一般ph值越小，金属的腐蚀越大；
（5）流速：多数情况下流速越大，腐蚀也越大。
HUANRE防腐保护
针对冷却塔防腐问题，传统方法以补焊为主，但补焊易使管板内部产生内应力，难以消除，可能造成冷却塔管板焊缝再次渗漏。现西方国家多采用高分子复合材料的方法进行保护。其具有的粘着性能及抗温、抗化学腐蚀性能，在封闭的环境里可以安全使用而不会收缩，特别是良好的隔离双金属腐蚀和耐冲刷性能，从根本上杜绝了修复部位的腐蚀渗漏，为冷却塔提供一个长久的保护涂层。

其中列管换热器虽在热效率、紧凑性、金属消耗量等方面不如板式换热器，但它却具有结构坚固、可靠程度高、适应性强、材料范围广等特点，因此成为石油、化工生产中，尤其是高温、高压和大型换热器的主要结构形式。
列管式换热器是化工及酒精生产上应用广泛的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质 ，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。板式换热器，板式换热机组，容积式换热器，管壳式换热器，列管式换热器，定压补水机组，多介质过滤器，电子水处理器，旁流水处理器，恒压供水机组，无负压供水设备，真空脱气机组，全程水处理器，全自动软水器，容水机组，立式除污器，自清洁过滤器，加药装置，旋流除砂器，螺旋除污器，分集水器，直通式除污器，压力罐，膨胀罐，胶球在线清洗装置，增压稳压设备，混水机组，水力模块机组，人防供水机组，战时供水机组，反渗透净水设备。电话：同号。

列管式换热器的设计计算
? 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,便需要根据经济衡算来决定.为了节省水量,可使水的出口温度提高些,但传热面积就需要加大；为了减小传热面积,则要增加水量.两者是相互矛盾的.一般来说,设计时可采取冷却水两端温差为5～10℃.缺水地区选用较大的温度差,水源丰富地区选用较小的温度差.
4. 管子的规格和排列方法?
选择管径时,应尽可能使流速高些,但一般不应超过前面介绍的流速范围.易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径.我国目前试用的列管式换热器系列标准中仅有φ25×2.5mm及φ19×mm两种规格的管子.
管长的选择是以清洗方便及合理使用管材为原则.长管不便于清洗,且易弯曲.一般出厂的标准钢管长为6m,则合理的换热器管长应为1.5、2、3或6m.系列标准中也采用这四种管长.此外,管长和壳径应相适应,一般取L/D为4～6(对直径小的换热器可大些).
如前所述,管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等,如第五节中图4－25所示.等边三角形排列的优点有:管板的强度高；流体走短路的机会少,且管外流体扰动较大,因而对流传热系数较高；相同的壳径内可排列更多的管子.正方形直列排列的优点是便于清洗列管的外壁,适用于壳程流体易产生污垢的场合；但其对流传热系数较正三角排列时为低.正方形错列排列则介于上述两者之间,即对流传热系数(较直列排列的)可以适当地提高.?
管子在管板上排列的间距 (指相邻两根管子的中心距),随管子与管板的连接方法不同而异.通常,胀管法取t=(1.3～1.5)do,且相邻两管外壁间距不应小于6mm,即t≥(d+6).焊接法取t=1.25do.
5. 管程和壳程数的确定? 当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时,有时会使管内流速较低,因而对流传热系数较小.为了提高管内流速,可采用多管程.但是程数过多,导致管程流体阻力加大,增加动力费用；同时多程会使平均温度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面积减少,设计时应考虑这些问题.列管式换热器的系列标准中管程数有1、2、4和6程等四种.采用多程时,通常应使每程的管子数大致相等.
管程数m可按下式计算,即:
? (4-121)?
式中?u―――管程内流体的适宜速度, m/s；
? u′―――管程内流体的实际速度, m/s.?
图4-49串联列管换热器 当壳方流体流速太低时,也可以采用壳方多程.如壳体内安装一块与管束平行的隔板,流体在壳体内流经两次,称为两壳程,如前述的图4-47和图4-48所示.但由于纵向隔板在制造、安装和检修等方面都有困难,故一般不采用壳方多程的换热器,而是将几个换热器串联使用,以代替壳方多程.例如当需二壳程时,则将总管数等分为两部分,分别安装在两个内径相等而直径较小的外壳中,然后把这两个换热器串联使用,如图4-49所示.
6. 折流挡板?
安装折流挡板的目的,是为了加大壳程流体的速度,使湍动程度加剧,以提高壳程对流传热系数.
第五节的图4－26已示出各种挡板的形式.常用的为圆缺形挡板,切去的弓形高度约为外壳内径的10～40％,一般取20～25％,过高或过低都不利于传热.
两相邻挡板的距离(板间距)h为外壳内径D的(0.2～1)倍.系列标准中采用的h值为:固定管板式的有150、300和600mm三种；浮头式的有150、200、300、480和600mm五种.板间距过小,不便于制造和检修,阻力也较大.板间距过大,流体就难于垂直地流过管束,使对流传热系数下降.
?挡板切去的弓形高度及板间距对流体流动的影响如图3-42所示.
?7. 外壳直径的确定?
换热器壳体的内径应等于或稍大于(对浮头式换热器而言)管板的直径.根据计算出的实际管数、管径、管中心距及管子的排列方法等,可用作图法确定壳体的内径.但是,当管数较多又要反复计算时,作图法太麻烦费时,一般在初步设计时,可先分别选定两流体的流速,然后计算所需的管程和壳程的流通截面积,于系列标准中查出外壳的直径.待全部设计完成后,仍应用作图法画出管子排列图.为了使管子排列均匀,防止流体走"短路",可以适当增减一些管子.?
另外,初步设计中也可用下式计算壳体的内径,即: ? (4-122)
式中 ?D――――壳体内径, m；
? t――――管中心距, m；
? nc―――－横过管束中心线的管数；
? b′―――管束中心线上外层管的中心至壳体内壁的距离, 一般取b′=(1～1.5)do.
nc值可由下面的公式计算.
管子按正三角形排列时: (4-123)
管子按正方形排列时: (4-124)
式中n为换热器的总管数.
?按计算得到的壳径应圆整到标准尺寸,见表4-15.?
8．主要构件?
封头封头有方形和圆形两种,方形用于直径小的壳体(一般小于400mm),圆形用于大直径 的壳体.
缓冲挡板 为防止壳程流体进入换热器时对管束的冲击,可在进料管口装设缓冲挡板.
?导流筒 壳程流体的进、出口和管板间必存在有一段流体不能流动的空间(死角),为了提 高传热效果,常在管束外增设导流筒,使流体进、出壳程时必然经过这个空间.?
放气孔、排液孔 换热器的壳体上常安有放气孔和排液孔,以排除不凝性气体和冷凝液等.?
接管尺寸 换热器中流体进、出口的接管直径按下式计算,即:
?式中Vs--流体的体积流量, /s；
? ?u --接管中流体的流速, m/s.
流速u的经验值为:?
对液体 u=1.5～2 m/s
对蒸汽 u=20～50 m/s?
对气体 u=(15～20)p/ρ (p为压强,单位为atm ；ρ为气体密度,单位为kg/)?
9． 材料选用?
列管换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用.在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降.同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的.目前 常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等.不锈钢和有色金属虽然抗腐蚀性能好,但价格高且较,应尽量少用.
?10． 流体流动阻力(压强降)的计算
? (1) 管程流体阻力 管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得.对于多程换热器,其总阻力 Δpi等于各程直管阻力、回弯阻力及进、出口阻力之和.一般进、出口阻力可忽略不计,故管程总阻力的计算式为: ?
? （4-125）?
式中 ?Δp1、Δp2------分别为直管及回弯管中因摩擦阻力引起的压强降,N/；?
? Ft-----结垢校正因数,无因次,对于φ25×2.5mm的管子, 取为1.4,对φ19×2mm的管子,取为1.5；
? ? Np-----管程数；
? ? Ns-----串联的壳程数.?
上式中直管压强降Δp1可按章中介绍的公式计算；回弯管的压强降Δp2由下面的经验公式估算,即:
? ? (4-126)
(2) 壳程流体阻力 现已提出的壳程流体阻力的计算公式虽然较多,但是由于流体的流动状况比较复杂,使所得的结果相差很多.下面介绍埃索法计算壳程压强Δpo的公式,即:
? ? (4-127)
式中 Δp1′-------流体横过管束的压强降,N/；
?Δp2′-------流体通过折流板缺口的压强降,N/；?
?Fs --------壳程压强降的结垢校正因数,无因次,对液体可取 1.15,对气体或可凝蒸气 可取1.0
而 (4-128)
(4-129)
式中 F----管子排列方法对压强降的校正因数,对正三角形排列F=0.5,对正方形斜转45°为0.4,正方形排列为0.3；
? fo----壳程流体的摩擦系数,当Reo＞500时,
nC----横过管束中心线的管子数；
? NB----折流板数；? ?
h ----折流板间距,m；?
uo----按壳程流通截面积Ao计算的流速,而.
一般来说,液体流经换热器的压强降为 0.1～1atm,气体的为0.01～0.1atm.设计时,换热器的工艺尺寸应在压强降与传热面积之间予以权衡,使既能满足工艺要求,又经济合理.
?三、 列管式换热器的选用和设计计算步骤
? 1． 试算并初选设备规格?
(1) 确定流体在换热器中的流动途径.?
(2) 根据传热任务计算热负荷Q.?
(3) 确定流体在换热器两端的温度,选择列管式换热器的型式；计算定性温度,并确定在定性 温度下流体的性质.
?(4) 计算平均温度差,并根据温度校正系数不应小于0.8的原则,决定壳程数.?
(5) 依据总传热系数的经验值范围,或按生产实际情况,选定总传热系数K选值.?
(6) 由总传热速率方程?Q＝KSΔtm,初步算出传热面积S,并确定换热器的基本尺寸(如d、L、n及管子在管板上的排列等),或按系列标准选择设备规格.?
2． 计算管、壳程压强降? 根据初定的设备规格,计算管、壳程流体的流速和压强降.检查计算结果是否合理或满足工 艺要求.若压强降不符合要求,要调整流速,再确定管程数或折流板间距,或选择另一规格的设备,重新计算压强降直至满足要求为止.?
3． 核算总传热系数? 计算管、壳程对流传热系数αi 和αo,确定污垢热阻Rsi和Rso,再计算总传热系数K',比较K得初始值和计算值,若K'/K＝1.15～1.25,则初选的设备合适.否则需另设K选值,重复以上计算步骤 .?
通常,进行换热器的选择或设计时,应在满足传热要求的前提下,再考虑其他各项的问题.它们之间往往是互相矛盾的.例如,若设计的换热器的总传热系数较大,将导致流体通过换热器的压强降(阻力）增大,相应地增加了动力费用；若增加换热器的表面积,可能使总传热系数和压强降降低,但却又要受到安装换热器所能允许的尺寸的限制,且换热器的造价也提高了.

换热器的管程和壳程是通过管板和换热管分割开来的，管板上焊接着换热管和壳程筒体；而管程和壳程的温度压力不同时，造成换热管和筒体的伸长量是不同的，但是这两者同时被管板刚性约束，如何来平衡这两者的热伸长量的不同呢？ 那就是通过在壳体上增加补偿器--也就是膨胀节来自由调节和补偿。。。。这就是固定管板列管换热器需要热补偿的原因

以管壳式换热器为例需要参数如下： 管壳式换热器
1、壳侧蒸汽温度、压力、流量。 2、管侧进、出口水温、流量。 3、换热器材料以确定换热效率。 4、设计过程中对换热器过热度等的要求。等等

标签：德州列管换热器,列管换热器设计,列管换热器加工,列管换热器批发责任编辑：陈瑞雪