新型換熱設(shè)備及應(yīng)用

化工機(jī)械專題——

新型換熱設(shè)備及應(yīng)用主講人：孫啟迪專業(yè)：化工過程機(jī)械指導(dǎo)教師：俞樹榮一、簡述二、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀三、換熱器分類四、幾種換熱設(shè)備的介紹五、新型換熱設(shè)備面臨的問題六、強(qiáng)化傳熱技術(shù)一、簡述熱設(shè)備是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換設(shè)備。換熱設(shè)備是化工,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。二、國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r目前，我國換熱器產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模大概為420億人民幣?；谑汀⒒?、電力、冶金、船舶、機(jī)械、食品、制藥等行業(yè)對換熱器穩(wěn)定的需求增長，我國換熱器產(chǎn)業(yè)在未來一段時期內(nèi)將保持穩(wěn)定增長。2010-2012年期間，保持10%-15%勻速增長到2015年，我國換熱器產(chǎn)業(yè)規(guī)模將突破880億元；到2020年我國換熱器產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)到1500億元。板式換熱器：四平巨元瀚洋、蘭石換熱設(shè)備公司、四平維克斯是我國板式換熱器領(lǐng)域內(nèi)資企業(yè)中的龍頭企業(yè)，產(chǎn)值都在2億以上。管殼式換熱器：生產(chǎn)企業(yè)眾多，規(guī)模較小。撫順機(jī)械設(shè)備制造有限公司、蘭石集團(tuán)煉化設(shè)備公司、中石化南京化工機(jī)械是我國內(nèi)資管殼式換熱器的龍頭企業(yè)?？绽涫綋Q熱器：哈空調(diào)是我國最大的空冷式換熱器生產(chǎn)企業(yè)。此外，江蘇雙良股份、國電集團(tuán)北京龍源冷卻技術(shù)有限公司、四川簡陽空冷器、藍(lán)科高新（原蘭石所）、蘭州蘭石集團(tuán)長征機(jī)械、西安大秦化工機(jī)械（原西安化工機(jī)械廠）、湖北長江石化設(shè)備、江陰電力設(shè)備冷卻器公司等企業(yè)也具有一定的競爭力。板翅式換熱器：杭州杭氧股份和開封空分集團(tuán)是我國石油化工領(lǐng)域著名的板翅式換熱器企業(yè)產(chǎn)品類別主要競爭企業(yè)板式換熱器內(nèi)資龍頭企業(yè)：四平巨元瀚洋、蘭石換熱設(shè)備、四平維克斯·外資企業(yè)：阿法拉伐（江陰）、舒瑞普（北京、蘇州）、APV（上海、北京）、丹佛斯（天津）、傳特（北京）、桑德克斯（上海、寧波）、風(fēng)凱（常州）其它主要企業(yè)：沈陽太宇、上海艾克森、藍(lán)科高新、湖北登峰、山東北辰、上海南華、佛山瀾石管殼式換熱器內(nèi)資龍頭企業(yè)：蘭石煉化設(shè)備、撫順機(jī)械、中石化南京化工機(jī)械外資企業(yè)：森松（上海）、林德工程（大連）、艾普爾（蘇州）、風(fēng)凱（常州）其它主要企業(yè)：張家港化工機(jī)械、大連金重、鎮(zhèn)海石化建安工程、湖北長江石化設(shè)備、西安大秦化工機(jī)械、天津國際機(jī)械、大連東方億鵬空冷式換熱器·內(nèi)資龍頭企業(yè)：哈空調(diào)外資企業(yè)：基伊埃（蕪湖、廊坊）、斯必克（張家口）其它主要企業(yè)：江蘇雙良、國電龍源冷卻、四川簡陽空冷器、藍(lán)科高新、蘭石集團(tuán)長征機(jī)械、西安大秦化工機(jī)械、湖北長江石化設(shè)備、江陰電力設(shè)備冷卻器板翅式換熱器龍頭企業(yè)：杭州杭氧股份、浙江銀輪股份·外資企業(yè)：艾普爾（蘇州）其它主要企業(yè)：貴州永紅航空機(jī)械、無錫馬山永紅換熱器、開封空分集團(tuán)、山東茌平吉星三、換熱器分類換熱器分類1）按傳熱原理分為表面式換熱器、蓄熱式換熱器、流體連接間接式換熱器、直接接觸式換熱器2）按用途分為加熱器、預(yù)熱器、過熱器、蒸發(fā)器3）按結(jié)構(gòu)分為管殼式和板式換熱器汽化器分類1）按直接加熱方式分為浸沒燃燒式汽化器和固體導(dǎo)熱式汽化器2）按間接加熱方式分為空溫式、強(qiáng)制通風(fēng)式、循環(huán)熱水水浴式、蒸汽加熱水浴式、電加熱水浴式汽化器3）按熱交換介質(zhì)分為空浴式、水浴式、海水浴開架式汽化器四、幾種常用換熱設(shè)備管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。管板式換熱器在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設(shè)置了若干塊折流板。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低；管程清洗方便；管程可以分成多程，殼程也可以分成雙程；規(guī)格范圍廣，故在工程上廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)有：殼體和管壁的溫差較大，易產(chǎn)生溫差力；殼程無法清洗，管子腐蝕后連同殼體報廢，設(shè)備壽命較低，不適用于殼程易結(jié)垢場合；殼程清洗困難，對于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。板翅翅式式換換熱熱器器基本本結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)是是由由翅翅片片、、隔隔板板、、封封條條和和導(dǎo)導(dǎo)流流片片組組成成，，在在金金屬屬平平板板上上放放一一翅翅片片，，再再在在其其上上放放一一金金屬屬平平板板，，兩兩邊邊以以邊邊緣緣封封條條密密封封而而組組成成一一個個基基本本單單元元，，若若干干基基本本單單元元組組成成內(nèi)內(nèi)部部芯芯體體。。對對各各個個通通道道進(jìn)進(jìn)行行不不同同方方式式的的疊疊置置和和排排列列就就得得到到逆逆流流、、錯錯流流、、錯錯逆逆流流板板翅翅式式換換熱熱器器板板束束。。錯流流逆流流錯逆逆流流其優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)有有：：傳傳熱熱效效率率高高；；輕輕巧巧且且牢牢固固；；結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)緊緊湊湊；；適適應(yīng)應(yīng)性性好好。。缺點(diǎn)點(diǎn)有有：：流流道道狹狹小小，，容容易易引引起起堵堵塞塞而而增增大大壓壓降降；；易易結(jié)結(jié)垢垢。板翅翅式式換換熱熱器器結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)圖圖空溫溫式式氣氣化化器器空溫溫式式氣氣化化器器包包含含蒸蒸發(fā)發(fā)部部與與加加熱熱部部,蒸發(fā)發(fā)部部由由端端板板管管連連接接并并排排的的導(dǎo)導(dǎo)熱熱管管構(gòu)構(gòu)成成,加熱熱部部由由用用彎彎管管接接頭頭串串聯(lián)聯(lián)成成一一體體的的導(dǎo)導(dǎo)熱熱管管組組成成。。導(dǎo)導(dǎo)熱熱管管是是將將散散熱熱片片和和管管材材擠擠壓壓成成型型,其橫橫截截面面一一般般為為星星形形翅翅片片,翅片片材材質(zhì)質(zhì)采采用用鋁鋁合合金金。。LNG空溫溫式式氣氣化化器器的的安安裝裝形形式式為為立立式式、、露露天天。。特點(diǎn)點(diǎn)：：零零能能耗耗、、節(jié)節(jié)約約能能源源、、低低碳碳環(huán)環(huán)保保、、運(yùn)運(yùn)行行成成本本極極地地；；基基本本免免日日常常維維修修保保養(yǎng)養(yǎng)，，不不產(chǎn)產(chǎn)生生維維修修費(fèi)費(fèi)用用和和管管理理成成本本；；安安全全系系數(shù)數(shù)高高、、運(yùn)運(yùn)行行穩(wěn)穩(wěn)定定性性好好、、管管理理簡簡單單。。開架架式式氣氣化化器器是以以海海水水為為熱熱源源用用來來使使液液態(tài)態(tài)天天然然氣氣氣氣化化的的換換熱熱器器。。其其基基本本組組成成單單元元為為換換熱熱管管，，一一塊塊面面板板由由平平行行分分布布的的約約80根連連接接上上下下總總管管的的換換熱熱管管組組成成，，換換熱熱管管兩兩端端由由集集氣氣管管或或集集液液管管焊焊接接形形成成一一個個板板型型管管束束，，5-6塊面面板板組組合合在在一一起起形形成成一一個個模模塊塊，，組組成成面面板板的的翅翅片片管管為為星星狀狀翅翅型型。。特點(diǎn)點(diǎn)：：工工藝藝簡簡單單，，運(yùn)運(yùn)行行可可靠靠，，耐耐用用性性和和安安全全性性高高，，運(yùn)運(yùn)行行和和維維護(hù)護(hù)方方便便；；應(yīng)應(yīng)用用廣廣泛泛，，海海水水、、河河水水、、鍋鍋爐爐和和工工藝藝廢廢熱熱都都可可以以利利用用，，尤尤其其是是海海水水。。對海海水水有有要要求求：：防防腐腐蝕蝕；；操操作作成成本本大大，，運(yùn)運(yùn)行行費(fèi)費(fèi)用用低低，，成成本本效效益益明明顯顯；；氣氣化化器器設(shè)設(shè)備備比比較較大大，，投投資資較較高高；；受受氣氣候候等等因因素素影影響響較較大大；；管管外外易易結(jié)結(jié)冰冰，，降降低低氣氣化化能能力力。。五、、新新型型換換熱熱設(shè)設(shè)備備面面臨臨的的問問題題1）設(shè)設(shè)備備堵堵塞塞最最典典型型為為板板式式換換熱熱器器，，板板式式換換熱熱器器的的流流道道間間隙隙較較小小（（2.5-6mm），，直直徑徑大大于于1.5-3mm的顆顆粒粒雜雜物物容容易易阻阻塞塞板板片片通通道道，，使使設(shè)設(shè)備備的的壓壓力力降降急急劇劇惡惡化化，，導(dǎo)導(dǎo)致致設(shè)設(shè)備備因因堵堵塞塞而而換換熱熱能能力力大大幅幅降降低低，，嚴(yán)嚴(yán)重重的的造造成成裝裝置置連連續(xù)續(xù)生生產(chǎn)產(chǎn)中中斷斷。。2）結(jié)垢可可導(dǎo)致傳傳熱設(shè)備備的傳熱熱系數(shù)降降低，嚴(yán)嚴(yán)重時還還會堵塞塞通道。。措施：換換熱器不不宜用在在較臟或或易結(jié)垢垢的環(huán)境境（除非非增設(shè)有有效的其其他措施施）；使使用未經(jīng)經(jīng)軟化的的冷卻水水作冷卻卻介質(zhì)時時，操作作溫度應(yīng)應(yīng)控制在在50℃左右或或者更低低，以避避開介質(zhì)質(zhì)中鈣鎂鎂離子析析出的敏敏感溫度度。3）密封失失效壓壓力影響響、溫度度影響、、事件影影響4）腐蝕腐腐蝕是是復(fù)雜的的化學(xué)現(xiàn)現(xiàn)象，材材料為奧奧氏體不不銹鋼的的換熱器器表現(xiàn)出出的腐蝕蝕現(xiàn)象大大多是Cl-引起的應(yīng)應(yīng)力腐蝕蝕[11]，常發(fā)生生在密封封槽底部部以及有有污垢形形成后的的垢底部部位5）其它問問題管板復(fù)合合折流板不不規(guī)范管子截取取不規(guī)范范換熱管底底部結(jié)霜霜（冰））六、強(qiáng)強(qiáng)化傳熱熱1）強(qiáng)化傳傳熱技術(shù)術(shù)的出現(xiàn)現(xiàn)隨著能源源危機(jī)日日益嚴(yán)重重，節(jié)能能和能源源的合理理利用顯顯得尤為為重要。。在工業(yè)業(yè)生產(chǎn)中中占有重重要地位位的換熱熱器作為為能量傳傳遞的基基礎(chǔ)設(shè)備備，其傳傳熱性能能好壞對對節(jié)能有有很大的的影響。。20世紀(jì)70年代初發(fā)發(fā)生的世世界性能能源危機(jī)機(jī)，有力力地促進(jìn)進(jìn)了強(qiáng)化化傳熱技技術(shù)的迅迅猛發(fā)展展。要節(jié)能降降耗，提提高工業(yè)業(yè)生產(chǎn)的的經(jīng)濟(jì)效效益，必必須研究究各種傳傳熱過程程的強(qiáng)化化問題，，開發(fā)適適用不同同過程工工業(yè)要求求的強(qiáng)化化傳熱結(jié)結(jié)構(gòu)及高高效換熱熱設(shè)備，，這是開開發(fā)新能能源和開開展節(jié)能能工作的的迫切任任務(wù)2）強(qiáng)化傳傳熱技術(shù)術(shù)及應(yīng)用用換熱器的的強(qiáng)化傳傳熱就是是力求使使單位面面積在單單位時間間內(nèi)，換換熱單位位傳熱面面積傳遞遞的熱量量達(dá)到最最多。強(qiáng)化傳熱熱主要有有三種途途徑：提提高傳熱熱系數(shù)、、擴(kuò)大傳傳熱面積積和增大大傳熱溫溫差。強(qiáng)化傳熱熱技術(shù)分分為被動動式強(qiáng)化化技術(shù)(亦稱為無無功技術(shù)術(shù)或無源源強(qiáng)化技技術(shù))和主動式式強(qiáng)化技技術(shù)(亦稱為有有功技術(shù)術(shù)或有源源強(qiáng)化技技術(shù))。被動式強(qiáng)強(qiáng)化傳熱熱處理表面面：表面面粗糙度度的小尺尺度的改改變和對對表面涂涂層。粗糙表面面：機(jī)械械加工、、碾軋、、電化學(xué)學(xué)腐蝕等等方法制制作粗糙糙表面。。擴(kuò)展表面面：管內(nèi)內(nèi)外翅片片，如平平直翅片片、齒輪輪形翅片片和橢圓圓形翅片片。擾流裝置置：增強(qiáng)湍動動，破壞壞層流