新型換熱設(shè)備及應(yīng)用

化工機械專題——

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)展狀況目前，我國換熱器產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模大概為420億人民幣?；谑?、化工、電力、冶金、船舶、機械、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。撫順機械設(shè)備制造有限公司、蘭石集團煉化設(shè)備公司、中石化南京化工機械是我國內(nèi)資管殼式換熱器的龍頭企業(yè)。空冷式換熱器：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、國電集團北京龍源冷卻技術(shù)有限公司、四川簡陽空冷器、藍科高新（原蘭石所）、蘭州蘭石集團長征機械、西安大秦化工機械（原西安化工機械廠）、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）、風凱（常州）其它主要企業(yè)：沈陽太宇、上海艾克森、藍科高新、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、撫順機械、中石化南京化工機械外資企業(yè)：森松（上海）、林德工程（大連）、艾普爾（蘇州）、風凱（常州）其它主要企業(yè)：張家港化工機械、大連金重、鎮(zhèn)海石化建安工程、湖北長江石化設(shè)備、西安大秦化工機械、天津國際機械、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、藍科高新、蘭石集團長征機械、西安大秦化工機械、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)：貴州永紅航空機械、無錫馬山永紅換熱器、開封空分集團、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、強制通風式、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：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。板翅式換熱器基本結(jié)構(gòu)是由翅片、隔板、封條和導(dǎo)流片組成，在金屬平板上放一翅片，再在其上放一金屬平板，兩邊以邊緣封條密封而組成一個基本單元，若干基本單元組成內(nèi)部芯體。對各個通道進行不同方式的疊置和排列就得到逆流、錯流、錯逆流板翅式換熱器板束。錯流逆流錯逆流其優(yōu)點有：傳熱效率高；輕巧且牢固；結(jié)構(gòu)緊湊；適應(yīng)性好。缺點有：流道狹小，容易引起堵塞而增大壓降；易結(jié)垢。板翅式換熱器結(jié)構(gòu)圖空溫式氣化器空溫式氣化器包含蒸發(fā)部與加熱部,蒸發(fā)部由端板管連接并排的導(dǎo)熱管構(gòu)成,加熱部由用彎管接頭串聯(lián)成一體的導(dǎo)熱管組成。導(dǎo)熱管是將散熱片和管材擠壓成型,其橫截面一般為星形翅片,翅片材質(zhì)采用鋁合金。LNG空溫式氣化器的安裝形式為立式、露天。特點：零能耗、節(jié)約能源、低碳環(huán)保、運行成本極地；基本免日常維修保養(yǎng)，不產(chǎn)生維修費用和管理成本；安全系數(shù)高、運行穩(wěn)定性好、管理簡單。開架式氣化器是以海水為熱源用來使液態(tài)天然氣氣化的換熱器。其基本組成單元為換熱管，一塊面板由平行分布的約80根連接上下總管的換熱管組成，換熱管兩端由集氣管或集液管焊接形成一個板型管束，5-6塊面板組合在一起形成一個模塊，組成面板的翅片管為星狀翅型。特點：工藝簡單，運行可靠，耐用性和安全性高，運行和維護方便；應(yīng)用廣泛，海水、河水、鍋爐和工藝廢熱都可以利用，尤其是海水。對海水有要求：防腐蝕；操作成本大，運行費用低，成本效益明顯；氣化器設(shè)備比較大，投資較高；受氣候等因素影響較大；管外易結(jié)冰，降低氣化能力。五、新型換熱設(shè)備面臨的問題1）設(shè)備堵塞最典型為板式換熱器，板式換熱器的流道間隙較小（2.5-6mm），直徑大于1.5-3mm的顆粒雜物容易阻塞板片通道，使設(shè)備的壓力降急劇惡化，導(dǎo)致設(shè)備因堵塞而換熱能力大幅降低，嚴重的造成裝置連續(xù)生產(chǎn)中斷。2）結(jié)垢可導(dǎo)致傳熱設(shè)備的傳熱系數(shù)降低，嚴重時還會堵塞通道。措施：換熱器不宜用在較臟或易結(jié)垢的環(huán)境（除非增設(shè)有效的其他措施）；使用未經(jīng)軟化的冷卻水作冷卻介質(zhì)時，操作溫度應(yīng)控制在50℃左右或者更低，以避開介質(zhì)中鈣鎂離子析出的敏感溫度。3）密封失效壓力影響、溫度影響、事件影響4）腐蝕腐蝕是復(fù)雜的化學(xué)現(xiàn)象，材料為奧氏體不銹鋼的換熱器表現(xiàn)出的腐蝕現(xiàn)象大多是Cl-引起的應(yīng)力腐蝕[11]，常發(fā)生在密封槽底部以及有污垢形成后的垢底部位5）其它問題管板復(fù)合折流板不規(guī)范管子截取不規(guī)范換熱管底部結(jié)霜（冰）六、強化傳熱1）強化傳熱技術(shù)的出現(xiàn)隨著能源危機日益嚴重，節(jié)能和能源的合理利用顯得尤為重要。在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位的換熱器作為能量傳遞的基礎(chǔ)設(shè)備，其傳熱性能好壞對節(jié)能有很大的影響。20世紀70年代初發(fā)生的世界性能源危機，有力地促進了強化傳熱技術(shù)的迅猛發(fā)展。要節(jié)能降耗，提高工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，必須研究各種傳熱過程的強化問題，開發(fā)適用不同過程工業(yè)要求的強化傳熱結(jié)構(gòu)及高效換熱設(shè)備，這是開發(fā)新能源和開展節(jié)能工作的迫切任務(wù)2）強化傳熱技術(shù)及應(yīng)用換熱器的強化傳熱就是力求使單位面積在單位時間內(nèi)，換熱單位傳熱面積傳遞的熱量達到最多。強化傳熱主要有三種途徑：提高傳熱系數(shù)、擴大傳熱面積和增大傳熱溫差。強化傳熱技術(shù)分為被動式強化技術(shù)(亦稱為無功技術(shù)或無源強化技術(shù))和主動式強化技術(shù)(亦稱為有功技術(shù)或有源強化技術(shù))。被動族式強優(yōu)化傳尖熱處理遙表面聾：表稼面粗戶糙度河的小模尺度牧的改更變和車對表綠面涂桃層。粗糙表扛面：機驕械加工植、碾軋憐、電化菠學(xué)腐蝕竄等方法潑制作粗化糙表面達。擴展稻表面證：管廉內(nèi)外席翅片泉，如輪平直掘翅片殘、齒執(zhí)輪形茄翅片酸和橢負圓形剩翅片鐵。擾流裝廊置：增強湍徑動，破悉壞層流駛底層，吸如管內(nèi)貍裝入麻逃花鐵、潤螺旋圈逃或金屬膠絲片。漩渦摔流裝甚置:包括漠很多恥不同置的幾傍何布越置和拘管內(nèi)世插入饅物。螺旋盤丑管：提懲高換熱父器的緊白湊度。表面太張力存裝置露：利韻用相兔對較繡厚的誤芯吸懶材料水或開戰(zhàn)槽表族面來租引導(dǎo)密流體薯流動娛。添加物飄：添加奔劑（液蛋體和氣天體）。殼程依強化血：改殺變管得外形禽或加驅(qū)翅片;改變殼炸程擋板嗚或關(guān)鍵抵支撐物易的形式叫。波紋管式傳熱管縱向翅路片管橫向翅懶片管螺旋廣槽紋葉管縮放塊管主動來式強辯化傳康熱機械攪硬動：包超括用機色械攪動孫方法攪漏動、旋裙轉(zhuǎn)傳熱泥表面和宇表面刮分削。表面翼振動回：振欣動增燭強了克流體顧擾動舌，從朱而加櫻強傳寇熱流體院振動堡：振濟動強窗化中息最實詢用的氣一類冤。靜電場巡壽：使得壟傳熱表壁面附近