學(xué)習(xí)情境五__傳熱過程及設(shè)備的選擇與操作

1 學(xué)習(xí)情景五學(xué)習(xí)情景五 傳熱過程及設(shè)備的選擇與操作傳熱過程及設(shè)備的選擇與操作 引引 言言 無論是氣體 液體還是固體 凡是存在溫度的差異 就必然導(dǎo)致熱自發(fā)的從高溫向 低溫傳遞 這一過程被稱為熱量傳遞 簡稱傳熱 化工生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)通常在一定的溫度下進(jìn)行 如合成氨生產(chǎn)中的氫氣 氮?dú)夂?成為氨為放熱反應(yīng) 所使用的催化劑的活性溫度為 673K 最高耐熱溫度為 823 可 實(shí)際 操作溫度只有控制在 743 793K 之間 才能獲得較大的反應(yīng)速度和轉(zhuǎn)化率 因此進(jìn)入合成 塔的氫氣 氮?dú)庖紫燃訜嶂?673K 再進(jìn)入催化劑層 才能保證催化劑的活性 而反應(yīng) 放出的熱量要即使冷卻移走 才能保證在最佳溫度范圍操作 延長催化劑使用壽命 另 外化工生產(chǎn)中的設(shè)備保溫 熱量的回收利用 以及一些單元操作 如蒸發(fā) 蒸餾和干燥 等也都存在供熱和放熱的問題 因此可見 傳熱是化工生產(chǎn)中必不可少的單元操作 一 化工生產(chǎn)中典型的換熱案例 案例案例 1 1 圖 5 1 為化工廠采用為廣泛的管式加熱爐 爐體用鋼構(gòu)件和耐火材料砌 筑 分為對流段和輻射段 一般來說 對流段的作用是回收煙氣余熱 用來氣化原料油 將原料油和稀釋蒸汽過熱至物料的裂解溫度 剩余的熱量用來過熱超高壓蒸汽和預(yù)熱鍋 爐給水 鋼構(gòu)件是因?yàn)殇摰膫鳠嵝Ч?而外包耐火材料是為了防止熱量損失 圖 5 1 管式加熱爐 2 案例案例 2 2 圖 5 2 為硫酸生產(chǎn)過程中 SO2氧化為 SO3的多段中間換熱式轉(zhuǎn)化器 在轉(zhuǎn)化器中 催化劑分 段放置 段間氣體經(jīng)降溫后進(jìn)入下一段催化劑反應(yīng) 為 了合理利用熱量 用反應(yīng)后氣體預(yù)熱反應(yīng)前的氣體 從 而達(dá)到各自所需的溫度 案例案例 3 3 管道的保溫 在化工生產(chǎn)中 對于溫 度較高 或較低 的管道和反應(yīng)器等個高 低 溫設(shè)備 需要采用絕熱措施 其目的在于減少熱 冷 量的損失 以提高換熱操作的經(jīng)濟(jì)效益 維護(hù)設(shè)備正常的操作溫度 保證生產(chǎn)在規(guī)定的溫度下進(jìn)行 降低車間的操作溫度 改善勞動條件 從上面三個案例可以看出 不論是反應(yīng)物料的加熱或冷卻 反應(yīng)熱量的取出或供應(yīng) 還是工業(yè)余熱 廢熱 的回收和熱能的綜合利用都需要進(jìn)行各種傳熱過程 同時我們從上面三個典型的傳熱案例可以看出 他們各自熱能傳遞的途徑是不同的 我們一般把傳熱分為熱傳導(dǎo) 熱對流 熱輻射三種方式 熱傳導(dǎo)又稱導(dǎo)熱 它是借助物質(zhì)的分子 原子或自由電子的運(yùn)動將熱量從物體溫度 較高的部分傳遞到溫度較低部位的過程 熱傳導(dǎo)可發(fā)生在物體內(nèi)部或直接接觸的物體之 間 在熱傳導(dǎo)過程中 沒有物質(zhì)的宏觀位移 對流傳熱指流體由于內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的相對運(yùn)動而產(chǎn)生的熱量傳遞 若流體的運(yùn)動是由于 內(nèi)部各處的溫度差異造成的密度差 引起密度小處流體上升 密度大處流體下降 則稱 為自然對流 如果流體的宏觀運(yùn)動是因泵 風(fēng)機(jī)等造成的外力所致 則稱為強(qiáng)制對流 熱輻射是依靠電磁波傳遞能量啊的過程 不需要中間介質(zhì) 僅當(dāng)物體間的溫度差很 大時 熱輻射才是主要的傳熱方式 案例 1 中管式加熱爐中輻射段就是典型的熱輻射傳熱 同時燃燒產(chǎn)生了高溫的煙氣 密度較小 自下而上運(yùn)動 過熱超高壓蒸汽和預(yù)熱鍋爐給水 這是個對流傳熱過程 案 例 3 中 為了進(jìn)行管道保溫 在管道外面包裹保溫材料來減少熱傳導(dǎo) 圖 5 2 多段中間換熱式轉(zhuǎn)化器 1 催化劑床層 2 內(nèi)部轉(zhuǎn)換器 3 二 工業(yè)換熱任務(wù)二 工業(yè)換熱任務(wù) 工程任務(wù)工程任務(wù) 某石化廠穩(wěn)定精餾塔原料粗汽油的預(yù)熱某石化廠穩(wěn)定精餾塔原料粗汽油的預(yù)熱 要使粗汽油從 90 升溫到 110 顯然必須有提供熱量的熱源 熱源是什么 熱源 怎樣把熱量提供給粗汽油 這就是一個典型的工業(yè)預(yù)熱任務(wù) 為了完成這個穩(wěn)定精餾塔 原料粗汽油的預(yù)熱任務(wù) 必須解決以下幾問題 1 預(yù)熱方案的選擇問題 包括換熱方式 換熱介質(zhì) 流入空間 加熱介質(zhì)流量的選 擇 2 預(yù)熱設(shè)備類型與型號的選擇 3 換熱設(shè)備的操作 常見的故障及預(yù)防措施 4 管道保溫材料的選擇 保溫層厚度的確定 某石化廠將催化裂化得到的產(chǎn)品之一粗汽油進(jìn)行進(jìn)一步的分餾 現(xiàn)有一套穩(wěn)定精餾 塔裝置 進(jìn)塔原料為粗汽油 夾雜著未被分離干凈的催化劑粉末 流量為 23000kg h 塔底產(chǎn)品為穩(wěn)定汽油 流量為 19000kg h 出塔溫度為 150 塔頂產(chǎn)品為干氣和液化氣 穩(wěn)定塔進(jìn)塔原料工藝要求是 110 而粗汽油初始溫度只有 90 現(xiàn)需設(shè)計(jì)一原料預(yù)熱 方案 將原料加熱至入塔溫度 圖 5 3 穩(wěn)定塔流程簡單示意圖 4 模塊一模塊一 工業(yè)換熱方案選擇 分析與評價工業(yè)換熱方案選擇 分析與評價 一 換熱方式的選擇 工業(yè)生產(chǎn)中的換熱方法一般有混合式 蓄熱式 蓄熱式三種 完成本學(xué)習(xí)情景的預(yù) 熱任務(wù)首先需要選擇一種換熱方式 1 混合式換熱 混合式換熱 混合式換熱的特點(diǎn)為冷 熱載體之間的熱交換是在兩流體直接接觸和混合的過程中 實(shí)現(xiàn)的 它具有傳熱速度快 效率高 設(shè)備簡單的優(yōu)點(diǎn) 這種換熱方法一般用于水和空 氣之間的換熱或用于水冷凝水蒸氣等允許兩流體直接接觸并混合的場所 圖 5 4 機(jī)械通風(fēng)式?jīng)鏊?圖 5 4 所示為一種機(jī)械通風(fēng)式?jīng)鏊?需要冷卻的熱水被集中到水塔底部 用泵將 其輸送到塔頂 經(jīng)淋水裝置分散成水滴或者水膜自上而下流動 與自下而上的空氣相接 觸 在接觸的過程中熱水將熱量傳遞給空氣 達(dá)到冷卻水的目的 2 蓄熱式換熱 蓄熱式換熱 蓄熱式換熱的特點(diǎn)是冷 熱兩載體間的熱交換是通過對蓄熱體的周期性加熱和冷卻 來實(shí)現(xiàn)的 圖 5 5 所示的為一蓄熱式換熱器 在器內(nèi)裝有空隙較大的充填物 如耐火磚 之類 作為蓄熱體 當(dāng)流體流經(jīng)蓄熱器時是加熱期 熱流體將熱量傳遞給蓄熱體 熱量 被貯存在蓄熱體內(nèi) 當(dāng)冷流體流過蓄熱器時是冷卻期 蓄熱體將貯存的熱量傳遞給冷流 5 體 這樣冷熱兩載體交替流過蓄熱體 利用蓄熱體的貯存和釋放熱量來達(dá)到冷熱兩個載 體之間的換熱目的 蓄熱式換熱器機(jī)構(gòu)簡單 能耐高溫 一般常用于高低溫氣體介質(zhì)間的換熱 但由于 該類設(shè)備的操作要在兩個蓄熱器之間間歇交替進(jìn)行 且兩流體會有一定程度的混合 故 這類設(shè)備在化工生產(chǎn)中很少使用 常用于冶金行業(yè) 圖 5 5 蓄熱式換熱器原理示意圖 圖 5 6 間壁式換熱器原理示意圖 3 間壁式換熱 間壁式換熱 圖 5 6 為一種典型的間壁式換熱方式 間壁式換熱是工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的換熱方 法 其特點(diǎn)是冷 熱兩種熱載體被一固體間壁隔開 在換熱過程中兩載體互相不接觸 不混合 熱載體通過傳熱壁面將其熱量傳遞給冷流體 用此種換熱方法進(jìn)行傳熱的設(shè)備 稱為間壁式換熱器 由于化工生產(chǎn)中參與傳熱的冷 流體大多數(shù)是不允許互相混合的 因此間壁式換熱器是實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種形式 任務(wù)解決 1 原油換熱方式的選擇 在引言的原油預(yù)熱任務(wù)中 需要預(yù)熱的粗汽油是不允許與別的加熱介質(zhì)混合的 否則會影響原料的純度 以致影響精餾操作和產(chǎn)品質(zhì)量 另外粗汽油本身易揮發(fā) 易 燃易爆 蓄熱式可能導(dǎo)致泄漏造成的爆炸事故 所以我們選擇間壁式換熱的原油預(yù)熱 方法 下面要解決的問題是用什么樣的熱流體作為加熱介質(zhì) 6 二 換熱介質(zhì)的確定 在化工生產(chǎn)中 物料在換熱器內(nèi)被冷卻或加熱時 通常需要用某種流體取走或供給 熱量 此種流體稱為載熱體 其中起冷卻或冷凝作用的載熱體稱為冷卻劑 或冷卻介質(zhì) 起加熱作用的載熱體稱為加熱劑 或加熱介質(zhì) 對一定的換熱過程 待冷卻或加熱物料的初始與終了溫度常由工藝條件所決定 因 此需要取出或提供的熱量是一定的 熱量的多少決定了傳熱過程的操作費(fèi)用 但是 單 位熱量的費(fèi)用因載熱體而異 例如 當(dāng)冷卻時 溫度要求愈低 費(fèi)用愈高 當(dāng)加熱時 溫度要求愈高 費(fèi)用愈高 因此為了提高傳熱過程的經(jīng)濟(jì)效益 必須選擇適當(dāng)溫位的載 熱體 同時選擇載熱體時應(yīng)考慮以下原則 1 載熱體的溫度易調(diào)節(jié)控制 2 載熱體的飽和蒸氣壓較低 加熱時不易分解 3 載熱體的毒性小 不易燃 易爆 不易腐蝕設(shè)備 4 價格便宜 來源容易 工業(yè)上常用的冷卻劑有水 空氣和各種冷凍劑 水和空氣可將物料最低冷卻至環(huán)境 溫度 其值隨地區(qū)和季節(jié)而異 一般不低于 20 一 30 在水資源緊缺地區(qū) 常采用空 氣冷卻 一些常用冷卻劑及其適用溫度范圍見表 5 1 工業(yè)上常用的加熱劑有熱水 飽和蒸汽 礦物油 聯(lián)苯混合物 熔鹽及煙道氣等 它們適用的溫度范圍見表 5 2 若所需的加熱溫度很高 則需采用電加熱 表 5 1 常用冷卻劑及其適用溫度范圍 冷卻劑 水 自來水 河水 井 水 空氣鹽水氨蒸汽 適用溫度范圍 0 80 300 15100 即可達(dá)到湍流 以上各點(diǎn)往往不能同時滿足 應(yīng)抓住主要矛盾進(jìn)行選擇 例如 首先從流體的壓力 腐蝕性及清洗等方面來考慮 然后再考慮滿足其他方面的要求 任務(wù)解決任務(wù)解決 5 5 原料粗汽油和產(chǎn)品穩(wěn)定汽油在換熱器內(nèi)流入空間的選擇 六 換熱器型號的確定六 換熱器型號的確定 前已述及 在本學(xué)習(xí)情景的原料粗氣油預(yù)熱任務(wù)中 前面已解決了原料預(yù)熱過程采 用的換熱方式 換熱介質(zhì) 換熱器的類型 下面主要解決有關(guān)換熱器型號如何確定的問 題 1 傳熱基本方程 傳熱基本方程 確定換熱器型號 首先要了解傳熱基本方程 在本學(xué)習(xí)情境任務(wù)中 熱流體為塔釜產(chǎn)品穩(wěn)定汽油 冷流體為原料粗汽油 粗汽油壓 力較大 操作壓力為 0 6MPa 同時粗汽油里夾雜著從催化裂化設(shè)備里帶出來的催化劑粉 末 而塔釜產(chǎn)品穩(wěn)定汽油則相對清潔很多 從壓力和易于清洗的角度出發(fā) 可以選擇塔 釜產(chǎn)品走殼程 原料粗汽油漿走管程 24 圖 5 23 為一套管式換熱器示意圖 圖 5 23 單程列管換熱器操作示意圖 在此換熱器內(nèi)兩種流體呈逆流流動 假定熱流體在管內(nèi)流動并放出熱量 進(jìn)口溫度 為 T1 出口溫度下降到 T2 冷流體在管外流動吸收熱量 進(jìn)口溫度為 t1 出口溫度上升 到 t2 這一總傳熱過程系由下列步驟組成 首先是熱流體和管壁面之間的對流傳熱 將 熱量傳給管壁面 然后 熱量由管的壁面以熱傳導(dǎo)的方式傳給管的另一壁面 最后 熱 量再由管壁面和冷流體間進(jìn)行對流傳熱 而將熱量傳給冷流體 上述兩種流體間之所以 能進(jìn)行熱交換 是由于熱流體與冷流體之間存有溫度差 即傳熱推動力 所以熱量就從 熱流體自動經(jīng)過管壁壁面?zhèn)飨蚶淞黧w 此傳遞熱量的管壁壁面稱為換熱器的傳熱面 根據(jù)長期的生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié) 可知在上述這一總的傳熱過程中 單位時 間內(nèi)通過換熱器傳遞的熱量和傳熱面積成正比 和冷熱流體間的溫度差亦成正比 倘若 溫度差沿傳熱面是變化的 則取換熱器兩端的溫度差的平均值 上述關(guān)系可用數(shù)學(xué)式表 示為 m tKAQ 5 4 式中 Q 單位時間內(nèi)通過換熱器傳遞的熱量 即傳熱速率 W A 換熱器的傳熱面積 m2 tm 冷 熱流體間傳熱溫度差的平均值 它是傳熱的推動力 平均溫度差的計(jì)算 將在后面討論 K 比例系數(shù) 或稱傳熱系數(shù) 是表示傳熱過程強(qiáng)弱程度的數(shù)值 其物理意義和 單位可由下式看出 tA Q K 5 5 傳熱系數(shù) K 為當(dāng)冷熱兩流體之間溫度差為 1 時 在單位時間內(nèi)通過單位傳熱面積 由熱流體傳給冷流體的熱量 所以 K 值愈大 在相同的溫度差條件下 所傳遞的熱量就 25 越多 即熱交換過程越強(qiáng)烈 在傳熱操作中 總是設(shè)法提高傳熱系數(shù)的數(shù)值以強(qiáng)化傳熱 過程 影響傳熱系數(shù)數(shù)值大小的因素十分復(fù)雜 以后還要作專門討論 式 5 4 稱為傳熱基本方程式 此式也可以寫成如下形式 R t KA t Q mm 1 5 6 則 KA R 1 稱為傳熱總熱阻 式 5 6 表明傳熱速率等于傳熱推動力與傳熱熱阻之比 由傳熱基本方程式 Q KA tm可知 當(dāng)傳熱速率 或熱負(fù)荷 Q 傳熱平均溫度差 tm及傳熱系數(shù) K 確定后 傳熱面積 A 則很容易即可算出 m tK Q A 5 7 下面就分別討論傳熱基本方程式中各項(xiàng) Q K tm在不同情況下的計(jì)算方法 2 傳熱溫度差 傳熱溫度差 tm 的計(jì)算的計(jì)算 前曾指出 傳熱基本方程式中 tm一項(xiàng) 為參加熱交換的冷熱兩流體間的平均傳熱 溫度差 在間壁式換熱器中 按照參加熱交換的兩種流體在沿著換熱器的傳熱面流動時 各點(diǎn)溫度變化的情況 可將傳熱過程分為恒溫傳熱和變溫傳熱兩種 而這兩種傳熱過程 的傳熱溫度差計(jì)算方法是不相同的 恒溫傳熱時的傳熱溫度差恒溫傳熱時的傳熱溫度差 恒溫傳熱即兩流體在進(jìn)行熱交換時 每一流體在換熱器內(nèi)的任一位置 任一時間的 溫度皆相等 例如換熱器內(nèi)間壁一邊為液體沸騰 另一邊為蒸氣冷凝 則兩邊流體的溫 度都不發(fā)生變化 顯然 由于恒溫傳熱時 冷熱兩種流體的溫度都維持不變 所以兩流體間的傳熱溫 度差亦為定值 可表示如下 tm t 5 8 式中 T 熱流體的溫度 t 冷流體的溫度 變溫傳熱時的傳熱溫度差變溫傳熱時的傳熱溫度差 在熱交換過程中 間壁一邊或兩邊流體的溫度僅沿傳熱面隨流動的距離而變化 但 不隨時間而變化的傳熱 稱為穩(wěn)定變溫傳熱 變溫傳熱平均溫度差 tm的計(jì)算與流體的 流向有關(guān) 間壁式換熱器兩側(cè)流體的流動有以下形式 逆流 參與熱交換的兩種流體在間壁的兩邊分別以相反的方向運(yùn)動 并流 參與熱交換的兩種流體在間壁的兩邊以相同反的方向運(yùn)動 26 折流 參與熱交換的兩種流體在間壁的兩邊 呈垂直方向流動 折流 參與熱交換的兩種流體在間壁的兩邊 其中之一只沿一個方向流動 而另一 側(cè)流體反復(fù)改變流向 稱為簡單折流 或既有折留又有錯流的稱為復(fù)雜折流 變溫傳熱時 沿傳熱面冷熱流體的溫差是變化的 因此在傳熱計(jì)算中應(yīng)求取傳熱過 程的平均溫度差 tm 2 1 21 ln t t tt tm 5 9 式中 tm 對數(shù)平均溫度差 K t1 t2 換熱器兩端熱 冷流體溫度差 K 逆流 并流傳熱過程的溫差變化見圖 5 24 說明 a 逆流時 t1 T1 t2 t2 T2 t1 并流時 t1 T1 t1 t2 T2 t2 b t t 時 在工程計(jì)算中 可以用算術(shù)平均溫度差 2 21 tt 代替 對數(shù)平均溫度差 c 對于錯流和折流時的平均溫度差 先按逆流計(jì)算對數(shù)平均溫度差 tm 逆 在乘以考慮流動形式的溫差校正系數(shù) t 即 tm t tm 逆 5 10 t tm 并 工業(yè)上一般采用逆流操作 在傳熱量 Q 及 傳熱系數(shù) K 值相同的條件下 依傳熱速率方程式 m tKAQ 增加傳熱溫差 在 同樣的條件下可節(jié)省傳熱面積 所以 若工藝上無特殊要求 一般采用逆流操作 但在本章穩(wěn)定塔原料預(yù)熱的過程中 為了有效的增加傳熱系數(shù)或使換熱器結(jié)構(gòu)合理 我們采用多管程 單殼程結(jié)構(gòu) 這個時候采用折流比采用逆流更加合理 其中 tw1 90 tw2 110 TW1 150 TW2 120 可得 t1 30 t2 40 因?yàn)?t t 所以 tm 2 21 tt 35 考慮到雙數(shù)管程 單殼程 33 0 90150 90110 11 12 tT tt P 5 1 90110 120150 12 21 tt TT R 查圖 5 25 得 t 0 93 0 8 所以兩流體的平均溫差為 tm t tm 逆 0 93 35 32 55 3 選 選 K 值 估算傳熱面積值 估算傳熱面積 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn) 取 K 250 W m2 K 2 8 149 55 32250 1219000 m tK Q A m 估 4 4 初選換熱器型號 初選換熱器型號 管殼式換熱器型號 34 換熱器代號 公稱直徑 DN mm 管程數(shù) 公稱壓力 PN MPa 公稱換熱面積 SN m2 根據(jù)已經(jīng)選定的換熱器參數(shù) 如類型是固定管板換熱器 操作壓力為 0 6MPa 估算 傳熱面積為 149 8 m2 管子尺寸 25 2 5 三角形排列方式 可以初選 G800 01 200 型換熱器 外殼直徑D 800 管子尺寸 mm 25 2 5 公稱壓力 MPa 1 0 管子長度 m 6 公稱面積 m2 200 管數(shù) N 444 管程數(shù) Np 4 管子排列方式三角形 5 5 計(jì)算計(jì)算傳熱系數(shù) 校正傳熱面積 計(jì)算計(jì)算傳熱系數(shù) 校正傳熱面積 實(shí)際換熱器設(shè)計(jì)中 應(yīng)根據(jù)所選換熱器的相關(guān)參數(shù)來計(jì)算管程和殼程的流速及 Re Pr 從而進(jìn)一步計(jì)算 i和 o 這里從略 i 760W m2 k 0 630W m2 k 同時取污垢熱阻 Rs i 0 9 m2 kW Rs 0 0 3 m2 kW 查得鋼的 導(dǎo)熱系數(shù) 為 46 5 W m k o os mi is ii o R d bd d d R d d K 1 1 00 0 W m2 k 7 212 630 1 0003 0 5 2245 250025 0 20 25 0009 0 20760 25 1 6 6 計(jì)算傳熱面積 計(jì)算傳熱面積 2 176 55 32 7 212 1219000 m tK Q A m 需 所選換熱器實(shí)際面積為 2 0 2 2096025 014 3 444mldnA 供 安全系數(shù) 說明所選的換熱器面積余量恰當(dāng) 19 1 176 2 209 需 供 A A 35 實(shí)踐與練習(xí) 1 01 目前 使用最為廣泛的間壁式換熱器的型式是 A 套管式換熱器 B 蛇管式換熱器 C 翅片管式換熱器 D 列管式換熱器 02 以下可以強(qiáng)化傳熱的方法是 A 增加傳熱面的厚度 B 提高流體的流速 C 采用順流操作 D 增大流量 03 工業(yè)換熱方式有三種 在化工生產(chǎn)中經(jīng)常用到的換熱方式是 A 蓄熱式 B 混合式 C 間壁式 04 下列不屬于強(qiáng)化傳熱的方法的是 A 加大傳熱面積 B 加大傳熱溫度差 C 加大流速 D 加裝保溫層 05 工業(yè)采用翅片狀的暖氣管代替圓鋼管 其目的是 A 增加熱阻 減少熱量損失 B 節(jié)約鋼材 增強(qiáng)美觀 C 增加傳熱面積 提高傳熱效果 D 減少熱阻 減少熱量損失 06 有四種液體 其中適宜在列管式殼程中流動的是 A 不清潔的和易結(jié)垢的流體 B 腐蝕性的流體 C 被冷卻的流體 D 壓力高的流體 07 若傳熱系數(shù) K 滿足公式 當(dāng) 時 為了提高 K 值 最有 oi K 111 0 i 效的途徑是 A 提高 B 提高 0 i C 同時提高 D 不能確定 0 i 08 列管式換熱器主要由 等部件構(gòu)成 為了提高管內(nèi)液體的對流傳熱系數(shù)常采取的措施是 為了提高管外對流傳熱系數(shù) 常采取的措施是 01 間壁式換熱器有哪些類型 各有何特點(diǎn) 02 列管式換熱器有哪些類型 各適用于什么場合 03 列管換熱器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 36 01 在逆流操作的列管式換熱器中 用初溫為 20 的水 將流量為 2 5kg s 的某液 體由 80 冷卻到 30 水的出口溫度為 50 冷卻水走管外 換熱器的列管為 25 2 5mm 管長為 3m 總傳熱系數(shù) K0 472 w m2 液體的比熱為 1 9kJ kg 水的比熱為 4 18 kJ kg 試計(jì)算 1 冷卻水的用量 kg s 2 傳熱的平均溫度差 3 列管式換熱器中的換熱管子數(shù) 02 一個內(nèi)管為 180 10mm 套管式換熱器的中 熱水的流量為 3500kg h 需從 100 冷卻到 60 冷水入口溫度為 20 出口溫度為 30 已知基于內(nèi)管管 子外表面積的總傳熱系數(shù) K0 2326 W m2 冷卻水走內(nèi)管 忽略熱損失 熱水的比熱為 4 195kJ kg 試求 1 冷卻水用量 2 逆流流動時的管長 03 在一單程列管式換熱器中 用 100 的飽和水蒸汽將管內(nèi)的水從 30 加熱到 50 列管直徑為 25 2 5mm 長為 6m 管了數(shù)為 92 根 換熱器的熱負(fù)荷為 2500kW 試計(jì)算基于管子外表面積的總傳熱系數(shù) Ko 04 在一面積為 3m2 由 25 2 5mm 管子組成的單程列管式換熱器中 用初溫為 10 的水將機(jī)油由 200 冷卻到 100 水走管內(nèi) 油走管間 已知水和機(jī)油的 流量分別為 1000kg h 和 1200kg h 其比熱為 4 18kJ kg K 和 2 0kJ kg K 水側(cè)和油側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為 2000W m2 K 和 250W m2 K 兩流體呈逆流 流動 忽略管壁熱阻及污垢熱阻 1 計(jì)算說明該換熱器是否合用 2 夏天當(dāng)水的初溫達(dá)到 30 時 該換熱器是否合用 如何解決 假設(shè)傳熱系 數(shù)不變 05 采用逆流換熱器 用初溫為 20 的水將流量為 4500 kg h 的某液體由 80 冷 卻到 50 換熱器的列管為 25 2 5 mm 冷卻水走管程 水側(cè)和液體側(cè)的 對流傳熱膜系數(shù)分別為 0 85kw m2 k 和 1 70kw m2 k 液體的比熱為 1900J kg k 水的出口溫度為 36 水的比熱為 4 18 KJ kg k 試計(jì) 算 1 冷卻水的用量 2 列管式換熱器的傳熱面積 3 若換熱器的管長為 3m 求管子數(shù) 換熱器的管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù) 45W m k 污垢熱阻可忽略不計(jì) 熱損失不計(jì) 37 在化工廠有各種各樣的余熱鍋爐 請查閱有關(guān)資料回答以下問題 1 余熱鍋爐的作用是什么 2 余熱鍋爐中傳熱平均溫度差如何求取 3 下面三個圖都是余熱鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖 a 硝酸生產(chǎn)工藝中氨氧化后的余熱鍋爐 b 煤為原料生產(chǎn)生產(chǎn)合成氣 工藝中的余熱鍋爐 c 合成氨裝置中的余熱鍋爐 指出三個結(jié)構(gòu)圖的異同點(diǎn) 并說明為什么 a b c 38 模塊二模塊二 隔熱與保溫的措施隔熱與保溫的措施 傳熱設(shè)備和低溫設(shè)備當(dāng)其壁溫和環(huán)境溫度有一定溫差時 在生產(chǎn)過程中其設(shè)備表面 上就會散失或吸收熱量 這種熱量散失不僅損耗能量 增加生產(chǎn)成本 降低產(chǎn)量 而且 還使環(huán)境熱污染 影響了勞動條件和安全 因此化工設(shè)備當(dāng)其壁溫超過 50 或低于零度 就需要進(jìn)行保溫和保冷 一 保溫材料的確定 人們把善于傳導(dǎo)熱的物體叫做熱的良導(dǎo)體 把不善于傳導(dǎo)熱的物體叫做熱的不良導(dǎo) 體 固體中的金屬是熱的良導(dǎo)體 其中銀和銅的熱傳導(dǎo)本領(lǐng)最強(qiáng) 其他的固體大都是不 良導(dǎo)體 如石頭 陶瓷 玻璃 木頭 皮革 棉花等 我們用來做飯 燒菜的鍋都是用 善于傳熱的金屬制成的 目的就是能讓熱盡快的傳給待加工的食物 冬季人們穿的是棉 衣 毛衣或羽絨衣 因?yàn)檫@類東西都是熱的不良導(dǎo)體 可以保存身體發(fā)出的熱量 達(dá)到 保暖的目的 如何衡量物質(zhì)導(dǎo)熱性能的高低能 工程上用熱導(dǎo)率來衡量物質(zhì)導(dǎo)熱性能的 好壞 1 熱導(dǎo)率 熱導(dǎo)率 熱導(dǎo)率與流體黏度一樣 是物質(zhì)粒子微觀運(yùn)動特性的表現(xiàn) 它表示了物質(zhì)導(dǎo)熱能力 的大小 是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一 它的定義是在數(shù)值上為導(dǎo)熱面積為 1m2 厚度為 1m 兩側(cè)溫度差為 1K 時 單位時間內(nèi)所傳導(dǎo)的熱量 物質(zhì)的熱傳導(dǎo)率越大 其導(dǎo)熱性能越好 各種物質(zhì)的熱導(dǎo)率通常是由實(shí)驗(yàn)方法測定 它的數(shù)值與物質(zhì)的組成 結(jié)構(gòu) 密度 溫度及壓強(qiáng)有關(guān) 熱導(dǎo)率的數(shù)值變化范圍很大 一般來說 金屬的熱導(dǎo)率最的啊 非金 屬固體的次之 液體的熱導(dǎo)率較小 氣體的熱導(dǎo)率最小 1 1 固體的熱導(dǎo)率固體的熱導(dǎo)率 在所有的固體中 金屬是最好的導(dǎo)熱體 純金屬的導(dǎo)熱率一般隨溫度升高而降低 金屬的熱導(dǎo)率大多隨其純度的增高而增大 合金的熱導(dǎo)率一般比純金屬要低 非金屬的建筑材料或絕熱材料的熱導(dǎo)率與溫度 組成及結(jié)構(gòu)的緊密程度有關(guān) 通常 是隨溫度升高而增大 隨密度增加而增大 2 2 液體的熱導(dǎo)率液體的熱導(dǎo)率 液體可分為金屬液體和非金屬液體 金屬液體的熱導(dǎo)率要比一般的液體要高 大多 數(shù)金屬液體的熱導(dǎo)率隨溫度升高略有減小 一般來說 純液體的熱導(dǎo)率要比其溶液的大 39 3 3 氣體的熱導(dǎo)率氣體的熱導(dǎo)率 氣體的熱導(dǎo)率隨溫度升高而增大 在相當(dāng)大的壓強(qiáng)范圍內(nèi) 氣體的導(dǎo)熱率隨壓強(qiáng)變 化甚微 此時氣體的導(dǎo)熱率隨壓強(qiáng)增高而增大 氣體的熱導(dǎo)率很小 對傳熱不利 但有利于保溫 絕熱 工業(yè)上所用的保溫材料 一般是多孔性或纖維性材料 由于材料的空隙中存有氣體 所以其熱導(dǎo)率低 適用于保 溫隔熱 2 常用的保溫隔熱材料 常用的保溫隔熱材料 利用熱導(dǎo)率很低 導(dǎo)熱熱阻很大的保溫隔熱材料對高溫和低溫設(shè)備進(jìn)行保溫隔熱 以減少設(shè)備與環(huán)境的熱交換 減少熱損失 即削弱傳熱 常用的保溫隔熱材料見表 5 5 表 5 5 常見的保溫隔熱材料 材料名稱主要成分 密度 kg m3 熱導(dǎo)率 W m K 特性 碳酸鎂石棉 85 石棉纖維 15 碳酸 鎂 180 50 0 09 0 12 保溫用涂抹材料 耐溫 300 碳酸鎂磚碳酸鎂 氧化鎂 380 360 50 0 07 0 12 泡花堿黏結(jié)劑 耐溫 300 碳酸鎂管 85 石棉纖維 15 碳酸鎂石棉 280 360 50 0 07 0 12 泡花堿黏結(jié)劑 耐溫 300 硅藻土材料 SiO2 Al2O3 Fe2O3280 450 0 23耐溫 800 泡沫混凝土SiO2和 Al2O3 300 570 0 23 耐溫 250 300 大規(guī)模保溫 礦渣棉高爐渣制成棉 200 300 0 08 耐溫 700 大規(guī)模保溫 膨脹蛭石鎂鋁鐵含水硅酸鹽 60 250 0 07耐溫 1000 蛭石水泥管 復(fù)雜的鐵 鎂含水鋁酸 鹽類礦物 430 5000 09 0 14 耐溫 800 蛭石水泥扳 復(fù)雜的鐵 鎂含水鋁酸 鹽類礦物 430 5000 09 0 14 耐溫 800 瀝青蛭石管鎂鋁酸鐵含水硅酸鹽 350 4000 08 0 1 保冷材料 超細(xì)玻璃棉 石英砂 長石 硅酸鹽 硼酸等 18 300 032 120 400 40 軟木常綠樹木栓曾制成 120 2000 035 0 058 保冷材料 任務(wù)解決 6 預(yù)熱器 精餾塔及管道保溫材料的選擇 二 保溫層厚度的確定 1 傅里葉定律 傅里葉定律 傅里葉定律是傅里葉對物體的導(dǎo)熱現(xiàn)象進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究 揭示出的熱傳導(dǎo)基本 定律 該定律指出 當(dāng)導(dǎo)熱體內(nèi)進(jìn)行的是純導(dǎo)熱時 單位時間內(nèi)以熱傳導(dǎo)方式傳遞的熱 量 與溫度及垂直于導(dǎo)熱方向 S 成正比 傅里葉定律可表示為 5 29 dx dt SQ 式中 Q 導(dǎo)熱速率 即單位時間內(nèi)傳遞過導(dǎo)熱面的熱量 W S 導(dǎo)熱面積 m2 比例系數(shù) 稱為熱導(dǎo)率 導(dǎo)熱系數(shù) W m K 溫度梯度 傳熱方向上單位距離的溫度變化率 K m dx dt 式中的負(fù)號表示熱總是沿著溫度降低的方向傳遞 對于一個傳熱面積為 S 厚度為 材料均勻 熱導(dǎo)率不隨溫度變化而變化 或 取平均熱導(dǎo)率 的單層平壁 兩壁面為保持一定溫度 tw1 和 tw2 的等溫面 傅里葉定律可積分得到 5 30 R t S tt ttSQ ww ww 21 21 式中 平均兩側(cè)壁面的溫度差 為導(dǎo)熱的推動力 K t 石棉是化工設(shè)備中常用的保溫材料 各種石棉灰可用于填充式結(jié)構(gòu)的隔熱 石棉 制品則常用于高溫設(shè)備及管道的隔熱 石棉材料的導(dǎo)熱系數(shù)小 孔隙率大 容重小 化學(xué)穩(wěn)定性較好 耐火 耐酸 耐堿 導(dǎo)熱系數(shù)小 原料比較豐富 容易加工成各種 石棉制品 在本任務(wù)中 我們選取碳酸鎂石棉作為保溫材料 41 導(dǎo)熱熱阻 K W S R 式 5 30 表明導(dǎo)熱速率與導(dǎo)熱推動力成正比 與導(dǎo)熱阻力成反比 即 導(dǎo)熱阻力 導(dǎo)熱推動力 導(dǎo)熱速率 其導(dǎo)熱距離越大 傳熱面積和熱導(dǎo)率越小 導(dǎo)熱阻力則越大 2 平壁熱保溫 平壁熱保溫 在工程計(jì)算中 常常遇到的是多層平壁導(dǎo)熱 即由集中不同材料組成的平壁 例如 房屋的墻壁 以紅磚為主 內(nèi)有石灰層 外抹水泥漿 鍋爐的爐壁 最內(nèi)層為耐火材料 層 中間層為隔熱層 最外層為鋼板 這些都是多層平壁的事例 圖 5 27 多層平壁熱傳導(dǎo) 圖 5 27 表示一個三層不同材料組成的大平壁 各層的壁厚分別為 1 2 3 熱 導(dǎo)率分別為 1 2 3 平壁的表面積為 S 假定層與層之間接觸良好 即相接觸的 兩表面溫度相同 各接觸表面分別為 t1 tw2 tw3和 tw4 且 t1 t2 tw3 tww4 在定態(tài)導(dǎo)熱時 通過各層的導(dǎo)熱 必然相等 Q Q1 Q2 Q3 5 31 321 321 3 3 2 2 1 1 RRR ttt R t R t R t Q 即 5 32 總熱阻 總導(dǎo)熱推動力 R t SSS tt Q ww 3 3 2 2 1 1 41 對于 n 層平壁 其導(dǎo)熱速率方程式為 42 5 33 n i i i n n i i n i i S b tt R t Q 1 11 1 1 式 5 30 和式 5 31 說明 多層平壁熱傳導(dǎo)的總推動力為個層推動力之和 總熱阻為各層熱 阻之和 多層平壁的導(dǎo)熱熱阻計(jì)算如同直流電路中串聯(lián)電阻 若用電路中歐姆定律分析 有關(guān)傳熱的問題是相當(dāng)直觀的 必須指出的是 在上述多層平壁的計(jì)算中 是假設(shè)層與層之間接觸良好 兩個相接 觸的表面具有相同的溫度 而實(shí)際多層平壁的導(dǎo)熱過程中 固體表面并非是理想平整的 總是存在著一定的粗糙度 因而使固體表面接觸不可避免的出現(xiàn)附加熱阻 工程上成為 接觸熱阻 接觸的大小與固體表面的粗糙度 接觸面的擠壓力和材料間硬度匹配等有 關(guān) 也與截面間隙內(nèi)的流體性質(zhì)有關(guān) 例例 5 3 5 3 有一個工業(yè)爐 其爐壁由三層不同的材料組成 內(nèi)層為厚度 240mm 的耐火磚 熱導(dǎo) 率為 0 9W m K 中間為 120mm 絕熱磚 導(dǎo)熱率為 0 2 W m K 最外層是厚度為 240mm 普通建筑磚 熱導(dǎo)率為 0 63 W m K 已知耐火磚內(nèi)壁溫度為 940 建筑磚外 壁溫度為 50 試求單位面積爐壁的導(dǎo)熱量 q 值 并求出各磚層接觸面的溫度 解 解 先求單位面積爐壁的導(dǎo)熱量 q 值 由題意可知為三層平壁導(dǎo)熱 2 3 3 2 2 1 1 41 713 63 0 24 0 2 0 12 0 9 0 24 0 50940 mW tt S Q q ww 再求各接觸面的溫度 tw2和 tw3 由于為定態(tài)導(dǎo)熱 q q1 q2 q3 所以應(yīng)有 1 1 21 ww tt q 750 9 0 24 0 713940 1 1 12 qtt ww 3 3 43 ww tt q 322 63 0 24 0 71350 3 3 43 qtt ww 將各層熱阻和溫差分別計(jì)算列入表 5 5 表 5 5 例 5 3 計(jì)算結(jié)果 項(xiàng)目項(xiàng)目耐火磚層耐火磚層絕熱磚層絕熱磚層建筑磚層建筑磚層 熱阻熱阻 m m2 2 K W K W 0 2670 60 3810 381 43 溫差溫差 K K 190190482482272272 由表 5 5 可知 系統(tǒng)中任一層的熱阻與該溫度層的溫差 推動力 成正比 即該層溫 差越大 熱阻也越大 利用這一概念可從系統(tǒng)溫差分布情況判斷各部分熱阻的大小 拓展知識 3 圓筒壁熱保溫 圓筒壁熱保溫 化工生產(chǎn)中 經(jīng)常遇到圓筒壁的導(dǎo)熱問題 它與平壁導(dǎo)熱的不同之處在于圓筒裨的傳熱 面積和熱通量不再是常量 而是隨半徑而變 同時溫度也隨半徑而變 但傳熱速率在穩(wěn) 態(tài)時依然是常量 對單層筒壁 工程上可用圓筒的內(nèi)外表面積的平均值來計(jì)算圓筒壁的 導(dǎo)熱速率 5 34 R tt r r l tt r r tt lQ wwwwww21 1 2 21 1 2 21 ln 2 1 ln 2 式中 為圓筒壁的導(dǎo)熱熱阻 為導(dǎo)熱推動力 1 2 ln 2 1 r r l R 21ww tt 在工程上 多層圓筒壁的導(dǎo)熱情況也比較常見 例如 在高溫或低溫管道的外部包 上一層乃至多層保溫材料 以減少熱損 或冷損 在反應(yīng)器或其他容器內(nèi)襯以以工程塑 料或其他材料 以減小腐蝕 在換熱器換熱管的內(nèi) 外表面形成污垢等 以三層圓筒壁為例 如圖 所示 假設(shè)各層之間接觸良好 各層的熱導(dǎo)率分別 為 1 2 3 各層圓筒的半徑分別為 r1 r2 r3 r4 長度為 L 圓筒的內(nèi) 外表面及交 界面的溫度分別為 tw1 tw2 tw3和 tw4 且 tw1 tw2 tw3 tw4 根據(jù)串聯(lián)熱阻的加和性 通過該三層圓筒壁的導(dǎo)熱速率方程可以表示為 W 5 35 321 41 3 4 32 3 21 2 1 4321 ln 2 1 ln 2 1 ln 2 1RRR tt r r Lr r Lr r L tttt Q ww 5 36 n i i i i ww r r L tt Q 1 1 41 ln 2 1 多層圓筒壁導(dǎo)熱速率方程也可按多層平壁導(dǎo)熱速率方程的形式寫出 但各層的平均 面積和厚度要分層計(jì)算 不要相互混淆 44 設(shè)備 管道外壁的保溫或保冷 有時為了維持內(nèi)部的物料溫度保證生產(chǎn)工藝要求 有時為了減少設(shè)備的能量損耗 也可能是出于勞動保護(hù)和建筑結(jié)構(gòu)上的要求 由于保溫 目的的不同 保溫層所需要的厚度也是不一樣的 由于保溫層經(jīng)濟(jì)厚度的影響因素比較多 計(jì)算比較復(fù)雜 通常工程上采用控制保溫 層表面散失熱量的半經(jīng)驗(yàn)公式來確定保溫層的厚度 對于外徑小于 1000mm 的設(shè)備和管路 可用下列公式計(jì)算 5 37 ln 01 2 2 tt tt r r r s sw 5 38 A tts 0 其中 r1 r2 圓筒保溫前及保溫后的半徑 m Tww t0 壁溫與環(huán)境溫度之間的溫差 保溫層外壁上的對流給熱系數(shù) kJ h m2 在室內(nèi)布置的平壁保溫層 2 0 014 ts t0 kJ h m2 在室內(nèi)布置的圓筒形保溫層 2 0 01 ts t0 kJ h m2 保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù) kJ m m2 ts 保溫層表面溫度 t0 全年平均氣溫 A 散熱量 kJ m2 h tw 250 A 36 250 tw 400 A 47 8 400 tw 500 A 59 8 對于外徑大于 1m 的設(shè)備可近似平面導(dǎo)熱公式計(jì)算即 5 39 0 tt tt X s sw 實(shí)踐與練習(xí)實(shí)踐與練習(xí) 2 01 在冬季 人們喜歡穿棉衣 這是因?yàn)?A 棉花的導(dǎo)熱系數(shù)大 B 棉花的導(dǎo)熱系數(shù)小 62 C 棉花的溫度較高 D 棉花較柔軟 02 導(dǎo)熱系數(shù)是物質(zhì)的物性系數(shù) 所以 A 其大小只與物質(zhì)的種類有關(guān) 而與其它條件無關(guān) B 物性系數(shù)不僅與物質(zhì)種類有關(guān) 而且與溫度有關(guān) C 物性系數(shù)不僅與物質(zhì)的種類有關(guān) 而且與流體的流動形態(tài)有關(guān) D 它與對流膜系數(shù)性質(zhì)相同 03 用兩種不同導(dǎo)熱系數(shù)的材質(zhì)保溫 A 導(dǎo)熱系數(shù)小的放在內(nèi)有利 B 導(dǎo)熱系數(shù)大的放在內(nèi)有利 C 無論怎樣放置都一樣 01 已知某壁爐由單層均質(zhì)料組成 0 57W M 用熱電偶測得爐外壁溫度為 50 距外壁 厚度的溫度為 250 求爐內(nèi)壁溫度 02 某工業(yè)壁爐由下列三層依次組成 耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù) 1 05W m 厚度 為 0 23 絕熱層導(dǎo)熱系數(shù) 0 144W m 紅磚導(dǎo)熱系數(shù) 0 94W m 厚度為 0 32m 已知耐火磚內(nèi)側(cè)溫度 t 1300 紅磚外側(cè)溫度為 50 單位面積 的熱損失為 607W m 試求 絕熱層的厚度 耐火磚與絕熱層接觸溫度 下廠實(shí)習(xí)時觀察和分析管道和加熱爐保溫的方式 各自有什么特點(diǎn) 45 模塊三模塊三 傳熱操作技能培訓(xùn)傳熱操作技能培訓(xùn) 一 實(shí)訓(xùn)目的和要求 1 熟悉傳熱裝置的流程及主要設(shè)備的結(jié)構(gòu) 2 掌握各種換熱設(shè)備的操作原理 操作要點(diǎn)及參數(shù)的控制方法 3 根據(jù)任務(wù)完成相應(yīng)的操作 二 實(shí)訓(xùn)裝置 本實(shí)訓(xùn)裝置是一套綜合性的的傳熱操作實(shí)訓(xùn)裝置 工藝流程詳見圖 5 28 本裝置中包括以下幾個系統(tǒng) 1 蒸汽與熱水產(chǎn)生系統(tǒng) 本系統(tǒng)的核心是導(dǎo)熱油加熱器 通過電熱棒將電能轉(zhuǎn)化為熱能給導(dǎo)熱油加熱 為熱 水罐 蒸汽發(fā)生器提供熱源 2 蒸汽與冷水換熱系統(tǒng) 該系統(tǒng)包括 沉浸式蛇管換熱器系統(tǒng) 噴淋式換熱器 套管式換熱器 3 熱水與冷水換熱系統(tǒng) 該系統(tǒng)包括 浮頭換熱器 固定板式換熱器 螺旋板式 換熱器 在每個系統(tǒng)中除了核心設(shè)備換熱器外 還有各種型號的泵 閥門 各種規(guī)格的管子 各種測壓儀表 液位計(jì)測溫儀表 詳見現(xiàn)場裝置 46 圖圖 5 28 傳熱綜合實(shí)訓(xùn)裝置流程圖傳熱綜合實(shí)訓(xùn)裝置流程圖 V 101 V 102 冷水罐 V 103 膨脹槽 V 104 導(dǎo)熱油加熱器 V 105 蒸汽發(fā)生器 V 106 熱水罐 E 101 套管式換熱器 E 102 螺旋板式換熱器 E 103 蛇管噴淋換熱器 E 104 浮頭換熱器 E 105 固定板式換熱器 P 101 P 102 P 103 P 104 P 105 水泵 47 三 工業(yè)列管換熱器的基本操作要點(diǎn) 1 開車步驟 開車步驟 a 檢查裝置上的儀表 閥門等是否齊全好用 b 打開冷凝水閥 排放積水 找開放空閥 排除空氣和不凝性氣體 放凈后逐一關(guān) 閉 c 打開冷流體進(jìn)口閥通入流體 而后打開熱流體入口閥 緩慢或逐次通入 做到先預(yù) 熱后加熱 防止驟冷驟熱對換熱器壽命的影響 通入的流體應(yīng)干凈 以防結(jié)垢 d 調(diào)節(jié)冷 熱流體的流量 以達(dá)到工藝要求所需的溫度 e 經(jīng)常檢查冷熱流體的進(jìn)出口溫度和壓力變化情況 如有異常現(xiàn)象 應(yīng)立即查明原因 排除故障 f 在操作過程中 換熱器的一側(cè)若干蒸汽的冷凝過程 則應(yīng)及時排放冷凝液和不凝氣 體 以免影響傳熱效果 g 定時分析冷熱流體的變化情況 以確定有無泄漏 如有泄漏及時修理 h 定期檢查換熱器及管子與管板的連接處是否有損壞 外殼有無變形以及換熱器有無 振動現(xiàn)象 若有應(yīng)及時排除 2 停車步驟 停車步驟 在停車時 應(yīng)先停熱流體 后停冷流體 并將殼程及管程內(nèi)的液體排凈 以防換熱器凍 裂和銹蝕 在操作使用換熱器時 必需注意如下幾個方面 a 投產(chǎn)前應(yīng)檢查壓力表 溫度計(jì) 液位計(jì)以及有關(guān)閥門是否齊全好用 b 輸進(jìn)蒸汽前先找開冷凝水排放閥門 排除積水和污垢 打開放空閥 排除空氣和其化 不凝性氣體 c 換熱器投產(chǎn)時 要先通入冷流體 緩慢或數(shù)次通入熱流體 做到先預(yù)熱后加熱 切忌 驟冷驟熱 d 如果含有大顆粒固體雜質(zhì)和纖維質(zhì) 一定要提前過濾和清除 防止堵塞通道 e 經(jīng)常檢查兩種流體的進(jìn)出口溫度和壓力 發(fā)現(xiàn)溫度 壓力超出正常范圍時 在立即 查出原因 采取措施 使之恢復(fù)正常 f 定期分析流體的成分 以確定有無內(nèi)漏 以便及時處理 g 定期檢查換熱器有無滲漏 外殼有無變形以及有無振動 定期排放不凝性氣體和冷 凝液 定期進(jìn)行清洗 3 具體操作要點(diǎn) 具體操作要點(diǎn) a 蒸汽加熱時 必須不斷排除冷凝水 同時還必須經(jīng)常排除不凝性氣體 b 熱水加熱時 要定期排放不凝性氣體 c 煙道氣加熱時 必須時時注意被加熱物料的液位 流量和蒸汽產(chǎn)量 還必須做到定 期排污 48 d 導(dǎo)熱油加熱時 必須嚴(yán)格控制進(jìn)出口溫度 定期檢查進(jìn)出口及 時性介質(zhì)流道是否 結(jié)垢 做到定期排 定期放空 過濾或更換導(dǎo)熱油 e 水和空氣冷卻時 注意根據(jù)季節(jié)變化調(diào)節(jié)水和空氣的用量 用水冷卻時 還要注意定 期清洗 f 冷凍鹽水冷卻時 應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)出口溫度 防止結(jié)晶堵塞介質(zhì)通道 要定期放空和排 污 g 冷凝時 要定期排放蒸汽側(cè)的不凝生氣體 特別是減壓條件下不凝性氣體的排放 四 工業(yè)換熱器的常見故障及預(yù)防措施 換熱器的日常維護(hù) 1 換熱器的常見故障及預(yù)防措施 換熱器的常見故障及預(yù)防措施 1 管束故障 管束由于的腐蝕 磨損造成管束泄露或者管束內(nèi)結(jié)垢造成堵塞引起系列故障 冷卻水中含有鐵 鈣 鎂等金屬離子及陰離子和有機(jī)物 活性離子會使冷卻水的腐 蝕性增強(qiáng) 其中金屬離子的存在引起氫或氧的去極化反應(yīng)從而導(dǎo)致管束腐蝕 同時 由 于冷卻水中含有 Ca2 Mg2 離子 長時間在高溫下易結(jié)垢而堵塞管束 為了提高傳熱效果 防止管束腐蝕或堵塞 采取了以下幾種方法 對冷卻水進(jìn)行 添加阻垢劑并定期清洗 例如對煤氣冷卻器的冷卻水采用離子靜電處理器或投加阻垢緩 蝕劑和殺菌滅藻劑 去除污垢 降低冷卻水的硬度 從而減小管束結(jié)垢程度 保持管 內(nèi)流體流速穩(wěn)定 如果流速增大 則導(dǎo)熱系數(shù)變大 但磨損也會相應(yīng)增大 民生煤化對 地下水泵進(jìn)行了變頻改造 使地下水管網(wǎng)壓力比較穩(wěn)定 提高了熱交換器換熱效果和降 低了管束腐蝕 選用耐腐蝕性材料 不銹鋼 銅 或增加管束壁厚的方式 當(dāng)管的端 部磨損時 可在入口 200mm 長度內(nèi)接入合成樹脂等保護(hù)管束 2 振動造成的故障 造成振動的原因包括 由泵 壓縮機(jī)的振動引起管束的振動 由旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生的脈 動 流入管束的高速流體 高壓水 蒸汽等 對管束的沖擊 降低管束的振動常采用以 下方法 盡量減少開停車次數(shù) 在流體的入口處 安裝調(diào)整槽 減小管束的振動 減小擋板間距 使管束的振幅減小 盡量減小管束通過擋板的孔徑 3 法蘭盤泄漏 法蘭盤的泄漏是由于溫度升高 緊固螺栓受熱伸長 在緊固部位產(chǎn)生間隙造成的 因此 在換熱器投入使用后 需要對法蘭螺栓重新緊固 換熱器內(nèi)的流體多為有毒 高 壓 高溫物質(zhì) 一旦發(fā)生泄漏容易引發(fā)中毒和火災(zāi)事故 在日常工作中應(yīng)特別注意以下 幾點(diǎn) 盡量減少密封墊使用數(shù)量和采用金屬密封墊 采用以內(nèi)壓力緊固墊片的方法 采 用易緊固的作業(yè)方法 2 換熱器的日常維護(hù) 換熱器的日常維護(hù) 49 換熱器運(yùn)行質(zhì)量的好壞和時間長短 與日常維護(hù)保養(yǎng)是否及時 合適有非常密切的 關(guān)系 主要是日常的檢查和清洗 1 運(yùn)行中的檢查和清洗 根據(jù)熱交換器運(yùn)行過程中流體的流量 溫度 壓力等工藝指標(biāo)的變化判斷熱交換器 的狀況 一般來說 溫度 流量 壓力等指標(biāo)發(fā)生變化 應(yīng)考慮管束結(jié)垢或堵塞影響換 熱效果 定期用無損探傷儀檢測換熱器外壁的壁厚判斷其腐蝕程度 對于容易結(jié)垢的流體 可在規(guī)定的時間增大流量或采用逆流的方式進(jìn)行除垢 2 運(yùn)行停止時的檢查與清洗 a 一般檢查 熱交換器與其他壓力容器一樣 停止運(yùn)行后 應(yīng)進(jìn)行以下各項(xiàng)檢查 檢查沾污程度 污垢的附著狀況 測定厚度 檢查腐蝕情況 檢查焊接處的腐蝕和破裂情況 b 管束的檢查 管束的檢查是熱交換器中最難 但又是最重要的部分 應(yīng)認(rèn)真對筒側(cè)入口的噴管處 的管子表面 管端的入口處 擋板與管子的接觸處和流動方向改變部位的腐蝕 沾污 壁厚減薄等處進(jìn)行檢查 此外 可利用管道檢查器或者光源檢查管子內(nèi)表面狀況 管束安裝處的間隙 可采 用實(shí)驗(yàn)環(huán)進(jìn)行泄漏試驗(yàn) c 清洗 噴射清洗 將高壓水從噴嘴中噴出 是除去管束內(nèi)表面結(jié)垢和外表面污垢的有效 方法 可采用手持噴槍進(jìn)行手工操作的清洗 噴射清洗適用于容積小 容易拆卸和更換 的熱交換器 機(jī)械清洗 在疏通機(jī)的軸端裝上刷子 鉆頭 刀具等 插入管孔中 使其旋轉(zhuǎn)以 除去污垢 此方法不僅適合于直管 而且還可以清洗彎曲管子 但由于機(jī)械振動及鉆頭 等對管孔壁的刮傷 故有一定的局限性 機(jī)械清洗和噴射清洗一樣 適用于容積較小 容易拆卸和更換的熱交換器 化學(xué)清洗 使用化學(xué)藥品在熱交換器內(nèi)進(jìn)行循環(huán) 以溶解并除去污垢 具有以下 特征 由于熱交換器不經(jīng)拆卸就可以除去污垢 這對大型容器十分有利 可以清洗用其 它方法不能除去的污垢 可以在不傷及金屬或鍍層的條件下 對設(shè)備進(jìn)行清洗 混合清洗 因焦化廠生產(chǎn)環(huán)境影響 煤氣冷卻器的垢中含有煤粉 碳渣及油性物 質(zhì)等 單純采用化學(xué)清洗 除垢效果有時不太理想 可采用化學(xué)清洗后再噴射清洗的方 式進(jìn)行除垢 應(yīng)注意化學(xué)清洗后檢測管束的腐蝕程度 根據(jù)管束的壁厚調(diào)整相應(yīng)的水壓 防止水壓過高造成管束爆管或泄露 通過對換熱器故障的分析和采取相應(yīng)的措施來預(yù)防換熱器的腐蝕 結(jié)垢和泄漏 定 時對換熱器的進(jìn)行檢查和清洗 取得了延長換熱器使用壽命的良好效果 50 五 本裝置實(shí)訓(xùn)操作規(guī)程 1 打開儀控柜總電源 觀察 U V W 三相電壓是否正常 再打開 PLC 電源 2 檢查各閥門 傳感器 儀表是否正常 然后將冷水罐其中之一 A 或者 B 熱水 罐 蒸汽發(fā)生器內(nèi)液位加到 2 3 處 如果水注入 A 罐 則打開 B 罐上的冷水閥門 反之 亦然 3 打開電腦 運(yùn)行 PLC 控制傳熱綜合實(shí)驗(yàn) mcg 按 F5 運(yùn)行 看一下實(shí)時數(shù)據(jù) 窗口 檢查一下數(shù)據(jù)是否正常 4 檢查導(dǎo)熱油膨脹槽液位 確保能看到導(dǎo)熱油 打開導(dǎo)熱油循環(huán)油泵進(jìn)出口閥門 關(guān)閉蒸汽發(fā)生器油泵和熱水罐油泵進(jìn)出口閥門 按下循環(huán)油泵啟動按鈕 待油泵正常工 作時 看循環(huán)油泵出口壓力表是否有讀數(shù) 按下導(dǎo)熱油電加熱按鈕 在實(shí)時軟件上也可 以打開關(guān)閉每一個泵和電加熱器 設(shè)置好導(dǎo)熱油要加熱到的溫度 不超過 250 攝氏度 開始電加熱 5 等導(dǎo)熱油加熱到預(yù)設(shè)的溫度 打開熱水罐油泵進(jìn)出口 閥門 按下控制柜上熱水罐油泵按鈕 設(shè)置好熱水溫度設(shè)定 值 不超過 60 攝氏度 檢查熱水罐油泵是不是正常 出口 壓力表是否有讀數(shù) 6 等熱水溫度到了設(shè)定值 關(guān)掉熱水罐油泵及油泵進(jìn)出 口閥門 打開蒸汽發(fā)生器油泵進(jìn)出口閥門 按下蒸汽發(fā)生器 油泵啟動按鈕 直至蒸汽壓力達(dá)到設(shè)定值 100kpa 以下 7 套管換熱器操作 按下套管換熱器冷水泵啟動按鈕 打開套管換熱器冷