Category 换热器清洗

常用换热器选用-
管壳式换热器

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图 3 管壳式换热器

工艺条件

1
温度

冷却水出口温度不宜高于60℃以免结垢严重，高温端的温差不应小于20℃，低温端的温差不应小于5℃。当在两工艺物流之间进行换热时，低温端的温差不应小于20℃。

采用多管程单壳程换热器且用水做冷却剂时，冷却水出口温度不应高于工艺流体的温度。冷却剂入口温度应高于工艺物流中易结冻组分的冰点。当冷凝带有惰性气体的物料时，冷却剂出口温度应低于工艺物料的露点。

2
压力降

增大工艺物流的流速可以增加传热系数，使换热器结构紧凑，但是流速增加关系到换热器的压力降。

3
物流安排

☆ 为节省保温层和减少壳体厚度，高温物流一般走管程，有时候为了物料冷却也可使高温物流走壳程。

☆ 较高压力的物流走管程。

☆ 黏度较大的物流走壳程，在壳程可以得到较高的传热系数。

☆ 腐蚀性较强的物流走管程。

☆ 对压力降有特定要求的工艺物流走管程，因为管程的传热系数和压降计算误差小。

☆ 较脏和易结垢的物流走管程，便于清洗和控制结垢，若走壳程，应采用正方形的排管方式，并采用可拆式换热器。

☆ 流量较小的物流走壳程，易使物流形成湍流状态增加传热系数。

☆ 传热膜系数较小的物流走壳程，易于提高传热膜系数。

结构参数

1
平滑管

☆ 管径：管径越小换热器越紧凑，越便宜，同时压降也越大。常用的管径有19mm、25mm、32mm。

☆ 管长：无相变换热时，管子较长，传热系数增加，对于相同的换热面积，采用长管管程数少，压力降小，且传热面积比价低。

☆ 排布：主要有正方形和三角形两种配布形式，三角形的配布有利于壳程物流的湍流，正方形配布有利于壳程清洗。管心距越小，设备越紧凑，但会引起管板增厚，清洁不便，壳程压降增大，一般选用1.25~1.5倍管外径的间距。

2
管程数及壳程形式

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图4 壳程形式

常用的有1、2管程或4管程，管程数增加，管内流速增加，但是管内流速要受到管程压力降的限制。壳程形式分为单壳程、双分流式、双壳程和分流式。

3
折流板

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图5 圆缺型折流板形式

折流板可以改变壳程流体的方向，使其垂直于管束流动，获得较好的传热效果。一般分为圆缺型折流板、环盘型折流板和孔式折流板。折流板间距影响到壳程物流的流向和流速，从而影响到传热效率。最小的折流板间距为壳体直径的1/5，不应小于50mm。

换热器分类

1
按工艺功能分类

冷却器、加热器、再沸器、冷凝器、蒸发器、过热器、废热锅炉等。

2
按传热方式和结构分类

间壁传递热量式和直接接触传递热量式，其中间壁传热式又分为管壳式、板式、管式、液膜式等其他形式的换热器。

从工艺功能选择换热器

冷却器

1
间壁式冷却器

☆ 当传热量大时，可以选择传热面积和传热系数较大的板式换热器比较经济，但是板式换热器的使用温度一般不大于150℃，压降较大。

☆ 对于压降和温度压力较高的情况，选用管壳式换热器较为合理。

☆ 板翅式换热器由于翅片的作用，适用于气体物料的冷却，其使用温度一般也小于150℃。

☆ 空冷器适用于高温高压的工艺条件，其热物流出口温度要求比设计温度高15~20℃。

2
直接接触式冷却器

☆ 适用于需要急速降低工艺物料的温度、伴随有吸收或除尘的工艺物料的冷却、大量热水的冷却和大量水蒸气的冷凝冷却等工况。

加热器

1
高温情况

当温度要求高达500℃以上时可选用蓄热式或直接火电加热等方式。

2
中温情况

对于150~300℃工况一般采用有机载热体作为加热介质。分为液相和气相两种。

3
低温情况

当温度小于150℃时首先考虑选用管壳式换热器，只有工艺物料的特性或者工艺条件特殊时，才考虑其他形式，例如热敏性物料加热多采用降膜式或波纹板式换热器。

再沸器

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                               图1 四种再沸器类型

多采用管壳式换热器，分为强制循环式、热虹吸式和釜式再沸器三种。其设计温差一般选用20~50℃，单程蒸发率一般为10%~30%。

表1 各种再沸器的比较

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冷凝器

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图2 冷凝器形式

一般用于蒸馏塔塔顶蒸汽的冷凝以及反应气体的冷凝，对于蒸馏塔顶，一般选用管壳式、空冷器、螺旋板式、板翅式等换热器作为冷凝器，对于反应系统，一般选用管壳式、套管式或喷淋式等换热器作为冷凝器。

表2 冷凝器特性比较

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换热器清洗中的化学清洗  

化学清洗是通过化学清洗液产生某种化学反应，使换热器传热管表面的水垢和其他沉积物溶解、脱落或剥离。化学清洗不需要拆开换热器，简化了清洗过程，也减轻了清洗的劳动程度。其缺点是化学清洗液选择不当时，会对清洗物基体腐蚀破坏，造成损失。

化学清洗方法

◉ 循环法：用泵强制清洗液循环，进行清洗。

◉ 浸渍法：将清洗液充满设备，静置一定时间。

◉ 浪涌法：将清洗液充满设备，每隔一定时间把清洗液从底部卸出一部分，再将卸出的液体装回设备内以达到搅拌清洗的目的。

化学循环法清洗步骤：

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化学循环法示意图

（1）隔离设备，并把换热器内的水排放干净。

（2）用高压水清洗管道杂质并封闭系统。

（3）隔离阀和交换器之间装球阀，接上输送泵和导管，清洗剂从换热器的底部泵入，从顶部流出。

（4）注入所需要的清洗剂，反复循环清洗。

（5）随时排出气体并注入适当的水。

（6）使用PH 试纸测定清洗剂的有效性。

（7）回收清洗溶液并用清水反复冲洗至PH呈中性。

1. 传热系数高由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺数（一般Re=50~200）下产生紊流，所以传热系数高，一般板式认为是管壳式的3~5倍。

2. 对数平均温差大，末端温差小。在管壳式换热器中，两种流体分别在管程和壳程内流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正系数小，而板式换热器多是并流或逆流流动方式，其修正系数也通常在0.95左右。此外，冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面、无旁流，因此使得板式换热器的末端温差小，对水换热可低于1℃，而管壳式换热器一般为5℃。图片

3. 占地面积小。板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式的2~5倍，也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所，因此实现同样的换热量，板式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/5~1/8。

4. 容易改变换热面积或流程组合，只要增加或减少几张板，即可达到增加或减少换热面积的目的；改变板片排列或更换几张板片，即可达到所要求的流程组合，适应新的换热工况，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。

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5. 重量轻。板式换热器的板片厚度仅为0.4~0.8mm，而管壳式换热器的换热管的厚度为2.0~2.5mm，管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多，板式换热器一般只有管壳式重量的1/5左右。

6. 价格低。采用相同材料，在相同换热面积下，板式换热器价格比管壳式约低40%~60%。

7. 制作方便。板式换热器的传热板是采用冲压加工，标准化程度高，并可大批生产，管壳式换热器一般采用手工制作。

8. 容易清洗。框架式板式换热器只要松动压紧螺栓，即可松开板束，卸下板片进行机械清洗，这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。

9. 热损失小。板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中，因此散热损失可以忽略不计，也不需要保温措施。而管壳式换热器热损失大，需要隔热层。

10. 容量较小。板式换热器是管壳式换热器的10%~20%。

11. 单位长度的压力损失大。由于传热面之间的间隙较小，传热面上有凹凸，因此比传统的光滑管的压力损失大。

空调冷凝器的作用

　　空调制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成，其工作过程如下：制冷剂在压力温度下沸腾，低于被冷却物体或流体的温度。压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气，并将它压缩到冷凝压力，然后送往冷凝器，在压力下等压冷却和冷凝成液体，制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质（通常机房空调采用的空气），与冷凝压力相对应的冷凝温度一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体通过膨胀阀或其他节流元件进入蒸发器。

　　在整个循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气并造成蒸发器中的低压力，冷凝器中的高压力的作用，是整个系统的心脏;节流阀对制冷剂起节流降压作用并调节进入蒸发器的制冷剂流量;蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量，从而达到制取冷量的目的;冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸取的热量连压缩机消耗的功转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走。

　　根据冷却介质种类的不同，冷凝器可归纳为四大类，其作用如下

　　⑴水冷却式：在这类冷凝器中，制冷剂放出的热量被冷却水带走。冷却水可以是一次性使用，也可以循环使用。水冷却式冷凝器按其不同的结构型式又可分为立式壳管式、卧式壳管式和套管式等多种。

　　⑵空气冷却式（又叫风冷式）：在这类冷凝器中，制冷剂放出的热量被空气带走。空气可以是自然对流，也可以利用风机作强制流动。这类冷凝器系用于氟利昂制冷装置在供水不便或困难的场所。

　　⑶水—空气冷却式：在这类冷凝器中，制冷剂同时受到水和空气的冷却，但主要是依靠冷却水在传热管表面上的蒸发，从制冷剂一侧吸取大量的热量作为水的汽化潜热，空气的作用主要是为加快水的蒸发而带走水蒸气。所以这类冷凝器的耗水量很少，对于空气干燥、水质、水温低而水量不充裕的地区乃是冷凝器的优选型式。这类冷凝器按其结构型式的不同又可分为蒸发式和淋激式两种。

　　⑷蒸发—冷凝式：在这类冷凝器中系依靠另一个制冷系统中制冷剂的蒸发所产生的冷效应去冷却传热间壁另一侧的制冷剂蒸汽，促使后者凝结液化。如复叠式制冷机中的蒸发—冷凝器即是。

　　空调冷凝器在整个空调制冷的过程中起着核心作用，在整个制冷系统中，冷凝器管内制冷液直接与管外空气强制进行热交换，以达到制冷空气的效果。

　　冷凝器原理图

　　冷凝器是冷水机系统的核心部件之一，属于换热器的一种，能把气体或蒸气转变成液体，将管中的热量快速传到管子附近的空气中，达到换热的目的，冷凝器工作过程就是一个放热的过程，所以冷凝器温度都是比较高的。

换热器结垢不清洗的危害

（1）结垢使设备热交换效率大幅下降,能源消耗大幅增加,生产成本上升；

（2）结垢使换热设备热传导工况恶化,传热面超温过热,引发鼓疱、裂纹、爆管等安全事故；

（3）结垢会引发垢下腐蚀损伤,造成设备穿孔泄漏,缩短设备使用寿命结垢会使生产工艺不稳,影响产品品质,引发质量事故。

为保证产品质量和生产安全，必须定期对换热器进行除垢清洗。