管式加热器

管式加热器（精选九篇）

管式加热器 篇1

应用于电厂首站的汽水换热设备热网加热器, 目前主要分两大类:一类是管壳式换热器, 另一类是板式换热器。管壳式换热器由于其耐用, 维修较为方便, 故首站的汽水换热设备热网加热器主要采用的是管壳式换热器;板式换热器由于受结构影响, 其对使用条件要求较高, 且不便维修, 应用较少, 但是近几年也有采用全焊接板式换热器的。

目前国内对汽水换热设备的强化换热方法[1]、蒸汽凝结换热的计算[2]、换热器内污垢热阻的影响[3]、换热器内流体的流阻特性[4]、换热效率评价[5]等多个方面已经进行了较为深入的研究, 但是对如何从换热器结构方面进行改进, 而实现避免堵塞和冲击, 保证安全运行, 并适应换热负荷变化等方面的研究则较少。

热网加热器的运行特点是在整个采暖季负荷变化非常大, 所以供热温度变化也非常大, 而设计是按最大负荷确定的换热面积, 设备运行的大多数时间是在负荷较低的工况下, 致使设备面积富裕量较大, 设备运行蒸汽压力常在低压甚至负压下运行, 这样在蒸汽进口处的流速就很大, 对管束的冲击就很大, 过去按基本和尖峰热网加热器设计的由于可以按负荷变化进行一定的调节, 情况就要好些。近几年由于较少采用按基本和尖峰热网加热器设计的形式, 所以负荷变化的调节手段有限。由于绝大多数时间热网加热器是在面积富裕量非常大的情况下运行, 所以虽然设备设计运行蒸汽压力较高, 但实际绝大多数设备的运行蒸汽压力是低压甚至负压, 而目前所采用的热网加热器由于受各自结构的限制都存在着一些不可克服的缺陷, 致使在使用中经常发生断管、换热管焊缝开裂、防冲板被冲掉等质量问题影响正常的供热。为此, 本领域技术人员一直致力于设计一种能够避免上述两类换热器存在的不足, 具有高的换热效果和广泛适用性的新型换热器, 能够最大限度的满足热网加热器的安全使用。

2 管式与板式换热器的结构与换热效果分析

现有的城市供热中的汽水换热设备主要是管壳式换热器和板式换热器。从常规意义上讲一般板式要优于管式的传热效果, 但也不可一概而论。关键在于结构设计是否合理。

在热网加热器中因为是汽水换热, 蒸汽的凝结换热系数很高, 影响换热的主要因素是管侧循环水的换热系数, 而换热管与换热板相比在相同材料的前提下主要是材料的厚度和流道的形状, 影响湍流效果, 假定厚度一样则主要影响因素就是流道的形状了。也就是说只要换热管具有好的湍流效果同样可以具有或优于板式的换热效果。

目前应用于汽水热网加热器的板式换热器主要为全焊接式的, 如图1为全焊接板式热网加热器板束结构图。板式热网加热器的一个优点是耐蒸汽冲击的能力优于传统管壳式热网加热器, 对于采用普通窄流道波形换热板片的热网加热器换热效果也优于传统管壳式热网加热器。但由于热网循环水的水质原因采用普通窄流道波形换热板片水中杂质极易堵塞板片, 发生堵塞后无法疏通, 所以目前应用的全焊接板式热网加热器的循环水侧流道大多采用管式流道, 这样即便堵塞板片也可以沿管式流道进行疏通。但这种板型换热效果就大大降低, 反而换热效果不及采用管径相近的波形换热管的管壳式热网加热器好, 同时一旦板片内漏则堵漏非常麻烦, 需将整个板片的流道全都堵死封焊, 对设备的换热影响非常大, 并且板式换热器的耐温耐压性能较差, 而热网加热器的循环水侧的压力是较高的, 蒸汽侧压力较低, 而板式换热器的夹紧板厚度必须按蒸汽侧和循环水侧的最高温度和压力进行设计, 所以需要的夹紧板厚度也特别厚。因此, 全焊接板式热网加热器目前应用并不广泛。

目前应用于汽水热网加热器的管式换热器结构形式主要有固定管板式热网加热器和U型管式热网加热器两种, 采用较多的是固定管板式热网加热器。

对于固定管板式热网加热器, 结构形式为:采用两端管板、换热管为直管, 换热管两端分别与两端的管板焊接加胀接连接, 壳侧筒体设置双半波的波形膨胀节, 进汽口与膨胀节的大径筒体相接, 小径筒体与两端的管板焊接。一方面缓解管壳侧的温差应力, 另一方面使管板布管有效面积增大, 同时也增大了蒸汽流道, 防止对管束的冲击, 但此增大的面积是有限的。它的最大优点是:换热管堵塞便于疏通、必要时可以单根抽管、便于采用高效传热管, 其缺点是具有一定的温差应力。

U型管式热网加热器, 结构形式为:采用单管板、换热管为U形管, 换热管的两个端口在一端与管板焊接加胀接连接, 壳侧筒体与管板焊接。它的最大优点是没有管壳侧的温差应力以及管束可以整体从壳体中抽出, 但管束抽出的意义不大, 其缺点是不能进行换管和缺陷修复, 换热管堵塞不便于疏通, 不便于采用高效传热管。

这两种管壳式热网加热器由于都是传统的圆壳体形式, 在管板布管上为了给进汽口留出蒸汽流通面积而不能满布管, 使管板的有效面积不能充分利用, 致使他们最大的弊端就是进汽流通面积不足, 很难满足进汽不对管束产生冲击。如图2和图3所示, 分别为带有一体式疏水罐的固定管板式热网加热器和U型管式热网加热器的进汽口处的管束截面图。管式换热器的失效绝大部分是由于进汽流通面积不足, 蒸汽进入管束的流速过大对管束的冲击造成。

3 矩形管式热网加热器结构创新

本文介绍的是一种矩形管式热网加热器, 综合了管式和板式换热器的特点, 具有高的换热效果和广泛适用性, 能够最大限度的满足热网加热器的安全使用。

矩形管式热网加热器其主要结构部件与传统管壳式热网加热器相一致, 仍然由管箱、管板、换热管、壳体等组成。循环水依然走管程的换热管内及管箱, 蒸汽依然走壳程。只不过矩形管式热网加热器在部件结构形式上进行了较大的改进, 具体如下:

(1) 采用矩形的管板形状;

(2) 采用波纹管的换热管形式;

(3) 采用半圆筒形的壳体与矩形管板和半圆形堵板相焊接的管箱;

(4) 采用分装式矩形管束支持板的形式或支撑杆 (折流杆) 的管束支撑形式;

(5) 采用半圆筒形壳体与矩形档板和半圆形堵板相焊接的进汽和疏水集箱壳体形式;

(6) 防冲板采用多孔板的蒸汽防冲击结构。

矩形管式热网加热器的结构如图4所示。各部件结构形式改进的原理和效果如下:

在上述结构形式中, 由于采用矩形管板, 并在管板上按矩形布管的方式布管, 可根据进汽量的大小确定横向布管间距, 控制蒸汽进入管束的流速不会对管束造成冲击, 同时使得蒸汽沿两侧矩形挡板和换热管间的间隙及换热管全长的范围内均匀进入管束, 多孔板的蒸汽防冲击结构避免了蒸汽对防冲板造成的强大冲击力。

由于采用波纹管的换热管形式, 可增强换热管的换热效果, 同时也能缓解管壳侧的温差应力无须设置膨胀节, 由于采用的波纹管是管端部比波纹管的波峰小, 所以可使纵向布管间距达到最小实现零间隙, 而不影响管端部与管板的焊接, 真正可最大限度的利用管板面积在有限的空间内使布管数达到最大。

由于采用组装式矩形管束支持板的形式或支撑杆 (折流杆) 的管束支撑形式, 如图5所示, 使得管束支撑稳定可靠, 实现0间隙支撑, 不会由于蒸汽的流入而对管束产生冲击。

由半圆筒形壳体、矩形档板、半圆形堵板三者相焊接而成的进汽集箱形式, 具有与换热管相同的长度, 使蒸汽具有足够的缓冲空间, 和巨大的进入管束的流通面积, 彻底改变了进汽空间不足而使管束遭受冲击的情况;矩形壳板虽然承压能力差, 但它刚好是在压力较低 (压力一般在0.6 MPa以下) 的蒸汽侧, 因此承压能力是没有问题的 (这点与板式换热器有巨大的区别) ;疏水集箱与进汽集箱一样具有较大的容积, 可便于疏水的控制, 而不必再另设疏水罐。

虽然热网加热器循环水侧压力一般较高, 在1.0～2.5 MPa间, 但是由半圆筒形的壳体、矩形管板、半圆形堵板三者相焊接而成的管箱形式, 使管侧的承压能力很高, 完全可以满足要求, 而且由于结构尺寸比传统管壳式的小, 所以壳体厚度也较薄。

蒸汽从上至下的强制流动, 没有任何无效换热区域, 大大的提高了换热效果, 换热效率高, 可充分利用过热蒸汽的过热度及凝结水的热量, 提高给水温度, 降低疏水温度, 实现低温差换热, 并节省蒸汽量。

4 汽水矩形管式加热器的设计方法与应用

目前已经得到应用的城市供热中的汽水换热设备主要有全焊接板式换热器、传统固定管板式管壳换热器、U型管式管壳换热器, 以及经过本文改进设计的矩形管式热网加热器。通过工程实践的检验和总结, 对这四种主要换热器进行对比分析, 结果如表1所示, 说明汽水矩形管式热网加热器具有较高的安全性和换热效果。

汽水矩形管式热网加热器的设计, 设计依据的标准可参考:《钢制压力容器》 (GB150) 、《管壳式换热器》 (GB151) 、《板式热交换器》 (NB/T47004) 、《热网加热器》 (JB/T7837) , 以及原西德AD《压力容器规范》;而关于换热器结构参数的优化计算, 不论是理论方法[5,6]还是数值方法[7,8,9], 都已经较为成熟, 具体的一些计算方法和公式, 例如强度计算、传热系数、计算步骤、相关规定等, 在此就不再赘述。

汽水矩形管式热网加热器的设计要点:

(1) 根据工况参数, 主要是换热量、蒸汽进口压力与温度, 疏水温度, 循环水流量、压力、进出口温度等, 确定工质的物性参数;

(2) 设定一些运行参数和结构参数, 例如流速、换热管直径、流程数等, 计算换热器内的传热系数、沿程阻力系数等;

(3) 计算换热器的换热面积、换热管总长度、根数、流程数等;

(4) 选择有效的管束支撑形式, 换热管管间距、单管长度、排数与列数等, 计算进汽集箱、疏水集箱的尺寸, 换热器的接管尺寸、长宽高等结构参数;

(5) 回头校核第 (2) 步预设的运行参数和结构参数是否合理。如不合理, 则进行相关参数的调整, 重复上述步骤, 直至满足校核要求;

(6) 通过调整横向布管的数量和间距的大小, 可以控制管束内的蒸汽流速, 进而优化换热器的结构参数;

(7) 对换热器进行强度计算, 并优化矩形壳体的尺寸和厚度。

以某一实际工程为例, 换热总负荷35 MW、热网首站蒸汽压力0.3 MPa (a) , 温度240℃, 疏水温度要求低于80℃;循环水量1 200 t/h、供回水温度80℃/55℃、水泵扬程75 m, 用户要求:蒸汽侧, 设计压力1.2 MPa, 设计温度300℃;循环水侧, 设计压力1.6 MPa设计温度150℃。该工程采用汽水矩形管式热网加热器, 依据本文提出的改进结构形式和设计方法, 该矩形加热器的主要参数如表2所示, 具体情况如图6所示。

通过实际运行, 效果非常理想, 无噪音, 满足采暖供热要求。该设备在整个采暖季负荷变化时, 通过循环水泵变频调节循环水量、控制进汽量及设备内的蒸汽压力, 使设备供水温度满足用户采暖要求, 其设备在运行期内的蒸汽压力在0.02 MPa与0.15 MPa间, 各工况下运行稳定, 给水温度满足45～75℃的区间要求, 疏水端差仅1～5℃, 比设计预想效果还要好, 设备在整个采暖季满足用户采暖要求, 无任何异常。

5 结论

通过对传统管式汽水加热器的结构进行创新改进, 设计的汽水矩形管式热网加热器具有如下优点: (1) 换热效果好; (2) 结构紧凑占地空间小; (3) 设备运行无噪音安全性能高; (4) 使用寿命长; (5) 经济性好; (6) 便于维护。工程应用实践证明该换热器能够很好地适应热网负荷变化, 并很好的防止了蒸汽冲击对换热管束的破坏, 是一个节能高效、安全实用的首站汽水换热的热网加热器设备。

参考文献

[1]张文林, 宋卫国, 宗贵龙.强化传热的途径及优化设计[J].河北工业大学成人教育学院学报, 2006, 21 (1) :22-24.

[2]刘宏波, 林志勇, 张扬, 等.新型凝结换热器设计及实验[C].第七届全国工业炉学术年会论文集, 2006:146-151.

[3]赵斌, 张秀东.污垢对管壳式换热器的影响[J].煤气与热力, 2005, 25 (8) :43-44.

[4]季忠敏, 刘晓东.板翅式换热器表面传热与流阻特性数值模拟[J].节能技术, 2010, 28 (2) :107-113.

[5]郭瑞琪, 张林华, 方肇洪.换热器最大温度效率及其在设计中的应用[J].煤气与热力, 1997, 17 (1) :34-36.

[6]雷新义.提高板式换热器效能的优化设计[J].煤气与热力, 2007, 27 (10) :77-79.

[7]贺小华, 尹侠, 陈建钧.换热器管板的参数优化设计[J].南京化工大学学报, 2001, 23 (2) :60-63.

[8]李夔宁, 张继广, 李进, 等.应用遗传算法优化设计壳管式换热器[J].重庆大学学报, 2011, 34 (8) :97-102.

南昌大学食品列管式换热器设计书 篇2

设计题目：列管式换热器的设计

班级：

设计者：

学号：

设计时间：2013 年 5 月 12 日~19 日

指导老师： 食品工程原理课程设计

目录

1.1 概述.............................................................................................................................................3

1.2 换热器的结构与类型..................................................................................................................3

1.2.1 列管式换热器的基本构型与流体行程.....................................................................................4

1.2.2 列管式换热器的类型.................................................................................................................5

1.3 列管式换热器的主要部件...........................................................................................................7

1.3.1 换热管.........................................................................................................................................7

1.3.2 管板.............................................................................................................................................9

1.3.3 封头、管箱、分程隔板.............................................................................................................9

1.3.4 折流挡板的选用.......................................................................................................................10

1.3.5 其他主要部件...........................................................................................................................10

1.4 固定管板式换热器的优点.........................................................................................................11

1.5 确定设计方案............................................................................................................................12

1.5.1 选择换热器的类型...................................................................................................................12

1.5.2 流体流动途径的选择...............................................................................................................12

1.6 传热过程工艺计算....................................................................................................................13

1.6.1 冷热流体的物理性质...............................................................................................................13

...............................................................................................................14 1.6.2 传热面积的初步计算

1.7 核算...........................................................................................................................................16

.......................................................................................................................16 1.7.1 传热系数的计算 1.7.2 核算传热面积 A0......................................................................................................................19 1.7.3 核算压力降...............................................................................................................................20 1.6.3 结构设计及计算........................................................14

1.8 主要附属件的选定....................................................................................................................23

1.8.1 接管直径...................................................................................................................................23

1.8.2 封头的选用...............................................................................................................................24

1.8.3 管板的选择...............................................................................................................................24

1.8.4 管板与管子连接.......................................................................................................................25

1.8.5 管箱的选择...............................................................................................................................25

1.8.6 定距管.......................................................................................................................................26

1.8.7 拉杆的选择及数量...................................................................................................................26

1.8.8 各零件的选用...........................................................................................................................27

1.9 主题装置图的绘制（见 A1 图纸）...........................................................................................27

2.0 附表...........................................................................................................................................27

2.1 收获及感想.........................................................................................................错误!未定义书签。

2.2 主要参考文献............................................................................................................................30 / 32

食品工程原理课程设计

《食品工程原理及单元操作》课程设计任务

班级：

姓名：

设计一台用饱和水蒸气（表压 400～500kPa）加热水的列管式固 定管板换热器，水流量为 80（t/h），水温由20℃ 加热到 60℃。

1、设计项目：

①热负荷

②传热面积 ④外壳直径及长度 ⑤接管直径

2.设备图主视图、左视图（部分剖）。0 号、1 号或 A4 纸（4 号）画图 3.设备管口表零部件明细表，标题栏表。

管子排列 外壳及管板厚度 ③⑥2 / 32

食品工程原理课程设计

1.1 概述

在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。35％～40％。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。

随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。按用途不同可分为：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器、深冷器、过热器等。按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式，列管式换热器是间壁式换热器的主要类型，也是应用最普遍的一种换热设备。按其结构类型分，有列管式、板面式、版壳式、螺旋板式、板翅式、管翅式等。

列管式换热器发展 较早，设计资料和技术数据较完整，目前在许多国家都已有系列化标准产品。虽然在换热效率、紧凑性材料消耗等方面还不及一些新型换热器，但它具有结构简单、牢固、耐用，适应性强，操作弹性大，成本较低等优点，因此仍是化工、石化、石油炼制等工业中应用最广泛的换热设备。

1.2 换热器的结构与类型 / 32

食品工程原理课程设计

1.2.1 列管式换热器的基本构型与流体行程

列管式换热器主要由壳体、换热管束、管板、封头等部件组成，图 2-1 为它的基本构型，此式为卧式换热器，此外还有立式的。在圆

筒形的壳体内装有换热管束，管束安装固定在壳体内两端的管板上。

封头用螺丝钉与壳体两端的法兰连接，如需检修或清洗，课将封头盖

拆除。

图 2-1 列管式换热器的基本构型

冷热流体在列管式换热器内进行热交换时，一种流体在管束与壳

体间的环隙内流动，其行程称为壳程；另一种流体在换热管内流动，其行程成为管程。如需换热器较大传热面积时，则应排列较多的换热

管束。为提高管程流体流速，强化传热，可将换热管分为若干组，称

为多管程。同样，为提高壳程流体的涡流程度，以提高对流传热系数，强化传热，可在壳体内安装横向式或纵向式的折流挡板。这样，壳程

流体的流速和流向可不断发生改变，使雷诺数在较低时

燃煤锅炉热管式空气预热器技术分析 篇3

【关链词】热管；换热器；空气预热器

锅炉空气预热器所安装的位置，处在锅炉烟道的低温段位置，该预热器实际上就是对于排烟的余热来对于进入到录让内部的助燃空气进行预加热，促使空气在未燃烧的情况下就达到一个良好的燃烧状态下，这对于提升炉膛温度、锅炉热效率、降低燃煤使用量等方面来说，起到了至关重要的作用。该空气预热器本身主要是属于气型换热器。下文主要针对燃煤锅炉热管式空气预热器技术进行了全面详细的分析。

1.传统列管式空气预热器存在的问题

在运行的过程中，列管式预热器是具体工作原理主要是热气从管道内部纵向通过之后，空气会从管道的外部通过，在这期间，热气和空气直接通过管壁来达到换热的目的，进而实现了针对空气进行加热处理的目。在实际使用的过程中，预热器运行期间存在着以下几个方面的问题：

1.1漏风

当管子在长期使用的过程中被烟尘所磨穿或者被严重腐蚀之后，就会出现漏风的情况，这直接导致大量的空气流入到烟气之中，对于整个锅炉本身的安全性、经济性来说，带来了直接影响。

l）使送风引风机负荷加大，电耗加大。

2）由于烟气中混人空气，使得烟温降低，空气预热效果降低，锅炉效率下降，燃煤量增加。

3）当漏风严重时，燃烧所需空气量不够，影响锅炉出力，进而影响生产。

1.2腐蚀

由于烟气本身是直接在管内进行流动，并且持续不断的向外传热，这也就导致烟气管道的每个管子方向的管壁温度有着一定的差异性。如此一来，部分管子始终处在最大腐蚀温度条件之下，长时间之后必然导致管壁穿孔现象出现。

1.3黏性堵灰

工作在烟道低温段的空气预热器堵灰与腐蚀是密切相关的。在酸露点以下工作的管子由于硫酸结露，产生翁灰现象。传统列管式空气预热器由于每根管子两端的管壁温度差别大，很难避开酸露点，致使腐蚀严重，黏性堵灰也很严重且清理很困难。

2.热管式空气预热器技术分析

2.1热管技术发展概况

1968年，美国第1次成功地将热管技术应用于航天器及高空航空器热控制。20世纪80年代初，美国又制造出第1只低成本热管，使热管技术从“天”上转到“地”上，热管制造成本的降低，使该技术应用范围迅速扩大。中国从20世纪70年代开始进行用于航空航天领域的热管技术的理论研究和试验，并日益广泛地用于节能换热等领域。

2.2热管工作原理

热管的典型结构见图1，它由管壳、毛细多孔材料（吸液芯）和蒸气腔（蒸气通道）所组成。从传热状况看，热管沿轴向可分为蒸发段、绝热段、冷凝段3部分。工作时，蒸发段因受热而使毛细材料中的工作液体（工作介质）蒸发，蒸气流向冷凝段，在这里受到冷却使蒸气凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环，热量由热管的一端传至另一端。由于汽化潜热大，所以在极小的温差下就能把大量的热量从热管的蒸发段传至冷凝段。热管几乎是在等温状态下传递热量，导热速度快。实验表明，1根长为0.6m、直径为13mm、质量为0.34kg的热管，在10℃工作温度下输送20W的能量，其温降仅为0.5℃。而输送同等能量的同样长的实心铜棒质量为0.7kg，两端温差竟高达70℃。绝热段作为蒸气通道的不工作部分不承担传热任务，而是为了分开冷、热源并使热管能适应某种布置方式而设置的比叼。

当热管在地面上应用时，只要将热管倾斜放置，加热段在下，冷却段在上，便可利用重力来帮助凝液回流，这样对吸液芯的要求大大降低。当热管与水平方向倾角达到某值时，就可以不加吸液芯，完全依靠重力回流液体，这种热管称为重力热管（或称热虹吸管）。重力热管结构简单，制造容易，成本低，适用于节能工程中。

2.3热管式空气预热器技术特点

1）热管式空气预热器能彻底解决漏风问题。

依据热管换热器本身的具体运行原理以及工作方式来看，采取热管方案的形式，能够切实有效的解决其中所呈现出的漏风问题。而之所以能够起到良好效果，就是由于在实际工作运行期间其中的冷热介质之间被严格的隔开，即便是在这一过程中热管本身被烟气所磨穿，那么也仅仅只能够导致热管失效的现象出现，但另外一端的热管在这期间会依然处在一个完好的狀态之下，避免了外部空气进入到管道内部影响烟气的可能性，所以，该方案有效的解决了漏风问题。

2）热管方案可以减轻腐蚀及控制腐蚀。

热管本身是等温传热效应，也就是管道壁上各个不同的部分温度基本是相等的，如此以来便可以通过让热管只在酸露点以上工作的形式降低腐蚀现象。在壁温自身的温度超出酸露点10℃的情况下，可以有效的防止热面出现受腐蚀的情况。而对于本身处在低温段之下空气预热器来说，可以采取针对设计参数进行调整的方式，来促使在最大腐蚀温度之下的热管管壁温度能够提升，防止最大腐蚀温度对于管壁带来的强烈腐蚀效果，保证热管的腐蚀速度能够处在0.2mm/a。如果说能够使用厚度为2.5mm壁厚的热管，那么在热管方案的保护之下，其工作寿命至少能够保持在10a左右。

3）热管方案的使用，能够最大限度的缓解轻积灰以及堵灰现象，并且在有需要的情况下还可以直接采取避免堵灰的措施。而在该方案本身实际执行的过程中，可以促使热管本身的管壁温度超出酸露点，也就是达到了避免松散性积灰现象出现的目的。

4）热管式空气预热器换热效率高，空气预热效果好，节煤，并且工作稳定性好。

3.结语

综上所述，热管式空气预热器在和列管式空气预热器进行比较之后，能够明显的发现，热管式预热器所呈现出的优势有预热温度高、节省燃料、寿命较长等。特别是热管式预热器能够良好的解决传统预热器的漏风问题、腐蚀问题等，经济效益提升效果极为明显。因此，应当要对于燃煤锅炉热管式空气预热器技术加以广泛的应用，这对于我国的热能供给行业起到极大推动作用。

参考文献

[1]张海峰，唐平.一种气-液翅片管式热管换热器的研制[J].科技信息，2011（10）

[2]苑明舫.换热器运行稳健度的蒙特卡罗评价方法[J].化工装备技术，1999（02）

缠绕管式换热器泄漏修复 篇4

缠绕管换热器是一种高效换热设备, 广泛用于工业深冷, 集团公司使用的深冷氢回收装置11E001再生预热器即为缠绕管式换热器, 其特殊的结构和苛刻的工作条件给检修带来很大困难。换热器采用法国液空公司的专利技术, 为双联管缠绕结构, 分别走净化后的尾气和富氢气。换热管在芯筒与外壳之间的空间内按螺旋线形分层缠绕、相互间隔, 缠绕方向及流向相反, 层间以2mm厚20mm宽的铝带隔开;两种气体分别在上下共8个管箱内进入、汇合。燃料气走中间芯筒。换热器的结构和流程见图1。

整台换热器结构紧凑, 单位容积传热面积比较大, 每立方米传热面积为58.82m2, 同时, 传热强度大, 传热系数高, 流体在螺旋管内流动会形成二次环流, 强化了换热效果, 相当于同体积换热器换热效果的近10倍。换热器各部分所用材料见表1。

二、泄漏情况的确定

1. 事故的发现

设备在正常工艺操作下, 负荷为22km2/h, 入冷箱尾气含氢为62%, 出冷箱燃料气含氢为16%~20%。当运行中燃料含氢突然升高, 且确定HV11002、TV11006处于关闭状态无泄漏, 即可初步确认高压侧管子泄漏。此次泄漏事故中, 燃料气中氢的含量达到40%。进一步证实判断方法的正确性。

2. 泄漏系统确认

割下相关连接管线以及上、下所有管箱, 分别将尾气、氢以及燃料气出入口总管法兰盲死, 使设备与系统隔离。在壳侧接仪表空气 (0.5MPa) , 观察观察各系统压力表指示, 如果某系统有压力形成则证明该系统存在泄漏。此次泄露为氢系统泄露

3. 泄漏位置确认

在氢系统相应管箱管口抹肥皂水试漏, 将冒泡的管子做标记。之后在上管箱做记号的管中分别注水, 下管箱中有水流出的管口即为其对应下管口, 并判断该管泄漏;如果某标记上管口未发现对应的下管口, 则判断该管为断管。经试压确认, 这次此次泄露为氢系统泄露。共8根。

三、检修方案

1. 管箱解体

缠绕管换热器内部管路复杂, 易堵塞, 难疏通, 解体管箱时要避免杂质进入甚至堵管。管箱的解体最好使用砂轮切割, 但为了加快施工进度采用了碳弧气刨。需要注意的是气刨作业时不能直接切透, 否则容易造成换热管堵。应先使用碳弧气刨切薄, 然后使用砂轮机切透, 最后修磨。修磨工作可以在车床上进行, 气刨层要完全切除, 避免碳含量增加;坡口25°平整, 以利焊接。

2. 坏管处理方案

因为此类换热器换热管材料为AL+9%Ni, 过热将有很大的收缩变形, 加上低温高压的环境, 所以堵管工作不宜焊接, 可采用螺纹配合胶连接。

检修采取的胶为环氧类低温粘接专用胶, 有三种组分, 按质量比A∶B∶C=5∶1∶0.2配制。不同温度所需固化时间为60℃为8h, 100℃为2h, 130℃为1h。现场采用130℃环境固化1h, 需要用碘钨灯来烘烤辅助固化。

3. 堵管作业

将漏管和断管管端磨平, 钻孔攻丝, 以丝堵涂密封胶将两端堵死, 适当加热加速固化。这种处理方法仅减小了介质的流通面积, 对换热影响不大。

4. 换热管试漏

堵管工作完成后, 密封上下所有管箱。在壳程用氮气加压至490k Pa, 保压6h。尾气和氢系统中压力表指示为0时, 表明修复良好。一旦未达到要求, 应打开箱管盖板, 进一步查漏修复。

5. 回装及上下管箱和相关管线焊接

管箱承受-196℃低温和10MPa的高压, 对焊缝的低温韧性要求很高, 必须严格控制焊缝中的杂质含量。焊接前需要对焊口100mm范围内使用丙酮清洗, 并采用保护性能好的氩弧焊焊接。管箱材料为德国DIN标准1.4404, 对应美国AISI标准316L, 焊丝应选用ER316L。为使焊缝得到有效的保护, 采取间隙式接头, 并在背后垫316L衬环的方法使焊缝得到充分保护。用塞尺检查时, 衬环与管箱内壁的间隙应<0.5mm。

修复工作完成后, 应按工艺要求对各组件回装焊接。管道的焊接与管箱相同。焊后100%射线探伤, 所有焊缝均须达Ⅱ级以上。相关焊口尺寸见图2。

四、高压试验及修复效果

1. 准备工作

所有阀门、安全阀经检查调试合格, 安装复位。试压用接管、阀门, 应严格检查, 压力表采用PN15680KPa, 1.5级表, 气源为干燥洁净氮气。

2. 试压标准

试压严格按设备试压曲线进行, 压力以每30min、980k Pa缓缓上升, 每升高980k Pa, 保压30min, 并用肥皂水检查各个泄漏点及各焊接处, 如有泄漏做好标记。达到给定压力值11370k P后, 保压6h, 压力每小时降2940k Pa以下, 为密封合格。

换热器自2008年7月大修后, 设备运行状态良好, 氢回收率达到80%, 接近设计值90%, 检修工作达到了预期目的。

摘要：缠绕管式换热器检修方案, 包括管箱解体、坏管处理、堵管作业、换热管试漏、回装及上下管箱和相关管线焊接。

翅片管式换热器除霜方式探讨 篇5

总结相关研究结果可以得到如下结论:1) 在结霜初期传热系数逐渐增大, 这可归结为霜开始形成时表面粗糙度增大, 使传热面积增大, 同时气流扰动增强。2) 随着霜层逐渐增厚, 热阻随之增大, 传热系数减小。3) 传热系数受相对湿度影响较大, 相对湿度高, 则传热系数大。当霜层增厚时, 传热系数减小。

1常用除霜方法

1) 人工除霜。操作人员手拿清除工具直接在蒸发器的表面上去除凝霜的方法称人工除霜, 一般适用于大型冷藏库。人工除霜的特点是落霜不融化, 在除霜过程中蒸发器也可照样正常工作, 基本不影响库房温度的恒定, 所以最适合于冻结物冷藏间的排管除霜。但融霜时人员要进入库内操作, 工作条件较差, 且要增加人员发热耗冷量和人工费用。

2) 水冲霜。将喷水管装于蒸发器的上方, 除霜时通过喷水管向霜层表面均匀喷射带有一定压力的水, 这种除箱方法称为水冲霜。水冲霜方法只能用于冷风机的除霜, 一般和热气融霜结合应用, 单独使用时只适合于冷风机结霜速度慢、霜层比较薄的情况, 水冲霜的优点是除霜操作简单且易于实现自动控制, 缺点是电耗水耗较大, 除霜成本较高。

3) 热气融霜。由于目前多数食品冷库用氨制冷系统, 所以热气融霜又称热氨融霜。该方法是把蒸发器作为冷凝器使用, 利用四通阀实现转化。融霜前必须排除蒸发器里原有的低温制冷剂液体, 因此热氨融霜的制冷系统需要设置排液设施来承接融霜前蒸发器内的残液和融霜过程中热气凝成的液体。

4) 电热融霜。电热除霜是用电加热提供化霜热, 多用在翅片管式冷风机上, 适合于小型制冷装置或单个库房。电热元件附在翅片上, 为了防止融化后的霜水在排出库房之前再次结冰, 还必须在接水盘和排水管上系绕带状加热器, 融化后的霜水应及时排到库外。电热除霜具有系统简单、除霜完全、实现控制简单的优点, 在小型装置上广泛采用。主要缺点是耗能, 单纯用电热来融化霜层的除霜方法是所有方法中能耗代价最高的。在大中型冷库的制冷系统中一般很少使用纯热电融霜的方法。

5) 压缩空气除霜。连续冻结式食品速冻装置在工作期间的中途除霜 (一般用热气融霜+水冲霜) 会严重影响装置的生产能力, 浪费生产资料和提高生产成本 (因为除霜期间生产工人要原地待命) 。无霜式速冻装置的问世解决了“中途除霜”的各种弊端。这种速冻装置采用压缩空气巡回式喷射蒸发器表面, 随时清除蒸发器表面的微小凝霜, 使蒸发器表面始终保持“无霜”的状态。这是一种针对特殊生产工艺的除霜方法, 它的优势在于保证制冷系统的连续工作, 从而提高装置的日产量。但由于需要压缩空气, 融霜过程也是比较耗电的, 另外装置的价格昂贵也是一大缺点。

2除霜能耗

2.1蒸发器除霜时输入的总热量

其中, Q1为霜层溶解成0℃的水所需的热量;Q2为蒸发器、水盘、金属框架升温的加热量;Q3为蒸发器盘管内残存制冷剂工质的吸热量;Q4为对周围环境的加热量。

从达到良好的除霜效果和节能的角度考虑, 除了Q1是必要的, Q2, Q3, Q4的值应越小越好。因为当库房投入正常运行时, 这部分的热量必须要消耗制冷量来抵消, 这将付出不必要的能耗。为了降低这部分附加能耗, 可以采取一系列相应的措施。

2.2除霜效率η

除霜效率η为霜层融化成0℃的水所需热量Q1与除霜时所需的总热量Q的比值, 即:。电热融霜是由盘管的外部加热, 而热气融霜可以从霜层内部加热, 霜容易从冷却表面脱落, 所以实际上融霜的热量比理论值小得多。同时, 霜层融化由内到外, 在融霜初期没有水蒸气向蒸发器外逸出。只有当霜融化脱落后, 肋管上的热才向外辐射, 但此时除霜阶段也趋于结束, 因此与库内及周围围护结构的换热量少, 其除霜效率比较高, 热气除霜操作复杂, 只适用于制冷剂直接蒸发系统。

2.3霜的融化热Q1

其中, Gf为欲被融化的霜层重量, kg, 可根据蒸发器的外表面积、霜层厚度和霜层的平均密度计算得到;Cpf为霜层的平均比热;tf为霜层的平均温度, 根据情况在蒸发温度和冷库温度之间取值;rf为霜的融化热。

3新型三对称大直径圆孔翅片管式蒸发器的结霜实验

3.1新型翅片的节能情况

经过反复实验的比较, 三对称圆孔翅片的强化传热效果最好, 主要表现在:1) 与平翅片相比较, 制冷量最大提高了16.87%, 平均提高了9.1%。2) 翅片表面传热系数与矩形平翅片相比, 最大提高了80.15%, 最小提高了49.66%, 平均提高了64.29%。3) 能效比COP值最大提高30.16%, 最小提高14.95%, 平均提高22.93%。

3.2实验目的

通过结霜实验, 掌握新型翅片管式换热器的结霜特征。针对其特征对电热除霜方式进行改进。即研究电热除霜管的布置方式及其布置位置, 提出高效的除霜方法, 这种方法既要节省电能, 又要有利于换热。

3.3新型翅片管式换热器结霜情况

实验中, 三对称圆孔翅片管式蒸发器的结霜一开始是沿基管的表面向管的径向方向增厚, 同时基管表面的结霜量明显厚于翅片表面, 原因如下:制冷剂是下进上出的, 下部基管与节流阀相连接, 从节流阀流出的氟利昂含气量较低, 制冷能力更强;再则由于重力的作用, 凝结水从翅片的顶部往下流, 汇集到底部上。

压缩机运行3 h后, 翅片管上的结霜量明显增大, 基管中间部分的空气流道有明显的堵塞现象, 这部分翅片表面积满了霜, 基管上的霜已相互连在一起。另外翅片管表面霜层分布非常不规则。压缩机运行5.5 h后停止时, 整个气流通道2/3面积积满了霜, 换热效果已严重恶化, 同时蒸发器的阻力也很大, 必须进行除霜。这时, 蒸发器底部的翅片管表面的结霜量明显比其他地方厚, 而且越靠近铜管翅片上的霜层越厚。另外由于圆孔对气流的扰动, 翅片管中心部位翅片的积霜量也明显增多。整个翅片管的中心和底部部位已被霜层堵塞。

4结语

实验中, 制冷换热器由三排翅片管组成。运行结束后, 第一排翅片已结满了霜;第二排翅片结了很少量的霜;第三排翅片未结霜。针对这一结霜特征, 电热除霜管只布置在第一排翅片上, 而第二、三排翅片因只结了很少量的霜或不结霜而不用布置除霜管。在布置除霜管时, 可以采用特定的布置方式, 使得除霜管在起到除霜作用的同时还能强化换热效果, 进一步提高制冷系统能效比。由于除霜管是针对了制冷换热器的结霜特征进行布置的, 只在第一排翅片布置即可节约全部布置2/3的电能。在接下来的试验中, 我们将对换热器的结霜规律进行进一步总结, 根据结霜的规律提出具体的电热除霜管布置方式。结合结霜和除霜特征, 找出最佳除霜点, 进行合理配置, 从而提高电热除霜的效率。

参考文献

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[9]童军茂.冷风机自动除霜控制方法分析[J].制冷技术, 1994 (4) :36-39.

管式加热炉温度控制系统的设计 篇6

1 管式加热炉的工作过程分析

管式加热炉一般由烟囱、对流室、辐射室及燃烧器四个主要部分组成, 其中燃烧器是使燃料雾化并混合空气燃烧的设备, 通风系统将燃烧用空气引入燃烧器, 油气联合燃烧器喷出高达几米的火焰, 温度可高达1 000~1 500℃, 大部分热量主要以辐射的方式, 传给辐射室 (炉膛) 的炉管内流动的油品。烟气沿着辐射室上升到对流室, 温度降到700~900℃。再以对流传热的方式继续将部分热量传给对流室炉管内流动着的原料油, 最后温度降至200~450℃的烟气从烟囱排气。因为火焰温度很高, 为保护炉管及保证工艺质量和稳定, 所以出口温度及炉膛温度的控制都非常重要。管式加热炉工作过程见图1。

2 操纵变量的选择

通常工艺要求将原料油的出口温度作为被控变量, 引起原料油出口温度变化的扰动因素很多, 主要有: (1) 燃料油的组分和阀前压力; (2) 喷油用的过热蒸汽压力; (3) 被加热原料油的流量和入口温度; (4) 配风、炉膛漏风和大气温度。其中, 燃料油的流量对出口温度比其他干扰的影响更加灵敏, 也是工艺上允许调节最可控、最经济的因素, 因此选择燃料油流量为操纵变量, 当其他影响因素 (扰动) 使出口温度偏离给定值时, 操纵变量则起到对抗其他影响因素, 将被控变量回复到给定值。

3 自动化控制系统的选择

3.1 简单控制系统

当上述扰动存在时, 都要先通过炉膛, 然后通过管壁的传热过程才能引起原料油出口温度变化, 这个调节通道容量很长, 滞后很大, 时间常数约有15min, 而温度控制器TC是根据原料油的出口温度与给定值的偏差工作的, 所以当干扰作用在对象上后, 上述简单控制系统必须等到出口温度改变后, 再改变操纵变量, 因此不能较快地产生控制作用, 偏差在较长时间内不能被消除。在工艺要求不高的时候, 可以采用针对原料油出口温度的简单控制系统 (图2) 。

3.2 串级控制系统

当工艺要求高, 比如原料油的出口温度的变化范围为± (1~2) ℃, 需对加热炉的工艺作进一步分析, 重点解决容量通道太长和调节滞后问题。

方案一、双温度串级控制系统

因为管式加热炉是通过炉膛与原料油的温度差将热量传给原料油的, 因此各种扰动总是先从影响炉膛温度开始的, 可以模仿人工操作采用以原料油出口温度为主被控变量、炉膛温度为副被控变量的双温度串级控制系统 (图3) 。

系统采用两套检测变送器和两个调节器, 前一个调节器的输出作为后一个调节器的给定值, 后一个调节器的输出送往燃料流量调节阀。当炉膛温度变化时, TC可以及时动作, 克服干扰。当某一时刻, 当燃料油的压力、组成发生变化, 或者原料油本身流量、温度发生变化, 炉膛温度θ2首先发生改变, 炉温控制器T2C开始进行工作, 改变燃料油的流量, 可以使炉膛温度的偏差减小, 避免出口温度θ1产生更大的偏差。

由于引进了副回路, 不但能迅速克服作用于副回路内的干扰, 也能加速克服主回路的干扰。也即副回路具有先调、初调、快调的特点;主回路具有后调、细调、慢调的特点, 对副回路没有完全克服干扰的影响能彻底加以消除。由于主副回路相互配合, 使控制质量显著提高。

方案二、温度压力串级控制系统

当管式加热炉的干扰主要来自于燃料油的阀前压力波动时, 也可以将燃料油的压力作为副控制变量, 设计成温度压力串级控制系统 (图4) 。某一时刻, 当燃料油的压力发生变化, 压力控制器PC开始进行工作, 改变燃料油的阀门 (流量) , 可以使炉膛温度的偏差减小, 避免出口温度θ1产生更大的偏差。和方案一一样, 压力控制副回路的引进, 迅速克服作用于副回路内的燃料油的压力变化引起的干扰, 减弱了主回路的干扰。

3.3 前馈控制

在加热炉出口温度控制方案中, 对加热炉出口温度影响最大因素除了燃料的流量, 另一个就是原油的进料总量。由于作为生产负荷的原油进料的总量通常是不能作为控制量来进行调节的, 但是可以将其作为前馈量, 以出口温度作为反馈量, 将燃料流量作为控制量, 舍去炉膛温度环节, 同时将各种可测干扰作为前馈引入, 避开炉膛温度测量不准确的影响, 设计成前馈-反馈控制系统 (图5) 。

用“前馈”来克服主要干扰, 再用“反馈”来克服其他干扰, 这种控制方式已经在某石化公司炼油厂加热炉上得到了成功应用, 并取得了良好的控制效果。

3.4 控制器的选择

3.4.1 控制器规律的选择

(1) 简单控制系统

因为系统只有一个温度测量变送器和一个控制器, 而且被控变量的时间常数和滞后都比较大, 为提高控制质量, 选择比例积分微分控制器:比例控制及时, 积分作用可以消除余差, 微分作用能超前调节, 对克服容量滞后有显著效果。

(2) 串级控制系统

(1) 副控制器的选型:副控制器的任务是要快速动作以迅速消除进入副回路内的扰动, 而且副参数并不要求无差, 所以一般都选纯比例控制器 (P) 。 (2) 主控制器的选型:主控制器的任务是准确保持被调量符合生产要求。采用串级控制的生产过程, 一般对控制的品质都是很高的, 不允许被调量存在余差, 因此主调节器必须具有积分作用, 又考虑到燃料油出口温度的控制通道很长, 时间常数和滞后都比较大, 同时又有很多扰动落在副回路以外, 本次设计的两种串级控制系统都采用比例积分微分控制器 (PID) 。

(3) 前馈-反馈控制系统

和串级控制系统一样, 前馈控制器FC选纯比例 (P) , 反馈控制器TC选用比例积分微分 (PID) 。

3.4.2 控制器正反作用的选择

(1) 简单控制系统

为了在控制阀气源突然断气时, 炉温不继续升高, 采用了气开阀 (停气时关闭) , 是“正”方向。炉温是随燃料的增多而升高的, 以炉子也是“正”方向作用的。变送器是随炉温升高, 输出增大, 也是“正”方向。为了使控制系统形成负反馈回路, 控制器必须为“反方向”, 才能当炉温升高时, 使阀门关小, 炉温下降。

(2) 串级控制系统

炉膛—原料油出口双温度串级控制系统, 副控制器T1C作用的选择原理同上, 为反作用;因为两个温度偏离时对控制阀的动作要求一致, 所以, 主控制器T2C为反作用。

燃料油压力—原料油出口温度的串级控制系统, 两个控制器的选择原则同双温度控制, PC和TC均为反作用。

(3) 前馈-反馈控制系统

将前馈和反馈控制分别当作简单控制系统分析, 确定前馈控制器FC为正作用, 反馈控制器TC为反作用, 两个控制器信号相加。

系统投运之前要熟悉整个系统的工艺流程及控制方案, 对各个设备及仪表进行反复检查、校验, 检查控制器的正反作用及阀门的气开气关型式, 先人工操作旁路阀, 再过渡到手动遥控, 等到工况趋于稳定以后切换到自动, 再对PID参数整定至合适。

但是任何设计都不是一劳永逸的, 对一个控制系统, 即使原来的设计非常优越, 随着时间的推移, 由于催化剂的失效, 设备中管道的堵塞以及测温元件被包裹等多种运行环境的变化等, 都会使系统控制质量下降, 所以这就需要对控制器参数进行重新整定, 才能保证控制装置始终处在最佳的运行状态。

参考文献

[1]厉玉鸣.化工仪表及自动化高职第五版[M].北京:化学工业出版社, 2014.

[2]朱玉琴.管式加热炉[M].北京:中国石化出版社, 2016.

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[4]周猛飞, 王树青, 金晓明.加热炉先进控制系统经济性能评估[J].计算机与应用化学, 2010, (27) .

[5]于秀娜.加热炉温度控制系统设计[J].科技创业, 2014, (10) .

浅谈管式加热炉的改进和工艺优化 篇7

关键词：管式加热炉,工艺优化,辐射传热

有关资料显示, 目前中国石化集团公司有600多台加热炉, 热负荷已经超过5000兆瓦。管式加热炉是炼油生产厂必不可少的设备, 更担任着炼油生产厂中的耗能大户。压缩机能耗和加热炉能耗在能耗结构中, 是最大的两个能耗来源。在总体能耗中加热炉能耗占67%左右, 压缩机能耗21%左右, 在延迟焦化装置的能耗组成中, 10%左右由蒸汽消耗, 15%左右由电消耗, 70%左右由燃料消耗, 与此同时, 在半再生重整装置能耗结构中, 76%左右的能耗来源于加热炉, 11%左右的能耗来源于压缩机;所以, 优化并改进加热炉对于企业对国家都有重大的积极作用。[1]

一、关于提高热效率可采取的几项措施

1. 桥墙与炉管的增设

利用燃料燃烧所产生的热量及烟气, 经辐射与对流把温度传递给炉管, 再然后传给管内流动的液体, 以此使其达到相应的温度。为了最大程度地吸收炉膛内辐射和对流的热量, 在底部增加几根用M型的布置方式用钢架予以支撑的炉管。为了延长介质在炉内经过的时间, 可以保持流速不变增加炉管的数量, 以便获取更多的热能, 相应地提高介质的温度。除此之外, 在炉膛的中间增设一堵桥墙增加炉膛内的辐射面, 使其导热更加均匀, 从而加热炉的热负荷被提高, 辐射室内的热量分布得到改善。经验证, 对于提高加热炉的热效率这一方法非常有用。

2. 采用全密封技术减少散热

选用耐热轻质材料衬里减少加热炉的热量损失, 为了提高加热炉的升温速度, 可以在衬里表面喷涂上一层耐高温、重量轻以及抗气流冲刷性能强的新型陶瓷纤维材料。与此同时, 利用密度高的硅酸铝材质, 敷上一层大概4毫米厚的钢板, 弯头箱内部用硅酸岩填充满以此增加保温层。为了解决炉体的密封问题可选用新研制的填充材料与新式的看火孔盖。经过测试, 采用此技术后可控制加热炉辐射室的表面温度在50摄氏度以下。整体上, 利用这一技术显著减少了加热炉的热量损失。

3. 研制新型燃烧器

方箱炉是常见的加热炉, 当火嘴的数量少导致其分配不均时, 炉膛内部就容易出现烧偏情况。这样一来经过长时间运行, 燃烧器的喷头就会结焦, 燃烧孔道必然出现堵塞事故, 影响火焰的正常工作。如果遇到燃料油雾化不均的情况, 火盆砖就会被火焰烧到导致火盆的破损。单以燃油燃烧器为例, 通过论证与经验, 采用新型高效燃油燃烧器, 其燃油喷嘴与配风旋流器采用的微旋流混合技术, 加强了燃料与空气之间的相互渗透, 从另一角度强化燃烧反应, 不仅可以解决燃料油雾化不良的现象, 而且可以大大提高燃烧效率, 从而使得燃烧器在满足生产工艺所需释热能的前提下节约燃料25%左右, 显著降低了燃料油的单耗。火嘴被代替后单个火嘴所承受的热负荷能得到有效控制, 为了使炉膛内的热负荷更加均匀可以经过增加火嘴的数量实现, 同时, 为了提高燃料油的流量调节精度与范围可把燃料油的闸阀改为截止阀。如此一来, 炉膛温度就能下降大概40摄氏度。

4. 除垢与在线水洗清灰技术

利用炉管充当传热面, 随着炉管的运行时间变长, 炉管的表面势必会生成氧化层, 产生的氧化层影响了炉管的导热能力。因为要保持炉出口的温度不变在操作过程中必须提高炉膛的温度, 提高温度势必降低了性能以及促进炉管的耗损。为了提高辐射管的传导能力, 我们必须根据炉管管壁的温度和炉膛的温度等相关数据, 定期对辐射室的炉管进行去垢处理。相对来说, 最容易积灰的流管应该是针头管, 然而在流管束间隔比较大的地方才能安装蒸汽吹灰器。所以吹灰效果相对差的区域是管子排列比较紧密的地方;面对能吹到灰的地方相对小而无法对对流管束进行彻底处理这一状况, 我们可以学习国外的在线水洗清灰技术和经验, 通过分析对流室炉管的分布状况, 采用凝结水在原吹灰器的地方对流室炉管水洗清灰。这种方法已被实践证明非常有效。它工作原理是蒸发产生的能量带走灰垢, 这种方法能有效清灰除垢。[2]

二、改进加热炉的方向

在目前的化工生产中, 利用以上方法可以明显提高管式加热炉加热能力, 已经可以满足加热炉稳定安全的运行, 然而管式加热炉不完善的方面还有很多很多。当然, 这些问题会随着经济水平发展和科学技术的进步依次得到解决, 本人总结出以下可以改进的几个方面。

第一、实现人工智能化控制。随着信息化全面发展, 石化企业必然会实现智能控制, 积极探索全设备的智能化控制。利用智能控制, 实现使燃料燃烧情况处于最佳状态, 可以利用智能化系统控制炉膛温度、过剩空气系数、排烟温度、烟道挡板的开度以及炉管温度等, 使加热炉的热效率处于最高状态。

第二, 在保温材料上要有新突破。必须投身于研发体积小、经济实惠以及隔热效果良好的保温材料来减少热量损失, 最大限度的控制炉内热量的损失和炉外壁的温度。

第三、培养技术人员的综合素质。必须对操作人员进行一定的培训来培养加热炉技术人员的整体素质。培训结束后必须进行相关知识的考核, 确保操作锅炉相关工作的技术人员考核合格。除此之外, 更要挖掘人的才能实现经济效益最大化。[3]

三、结束语

众所周知, 有许多途径能够改善管式加热炉热效率, 依据系统、装置的特点和装置的操作情况合理地确定如何利用。当热效率高时, 主要降低热负荷;相反, 主要提高热效率。管式加热炉的热效率得到提高并使管式加热炉热负荷下降是最理想的也是效益最大的。在制定最佳的合理的计划时必须考虑到带来的相关问题, 充分提高管式加热炉的热效率以实现利益的最大化。

参考文献

[1]陈颖.张静伟.梁宏宝.杨鹤.智春生.管式加热炉节能的研究进展.化工进展.2011年.

[2]王震雷.崔伟妮.提高管式加热炉热效率的有效措施.黑龙江科技信息.2012年.

列管式换热器管束泄漏快捷查找方法 篇8

一、常见堵漏方法利弊分析

对于AES或BES封头式换热器, 常用移位抽芯堵漏和在位不抽芯堵漏两种方法。移位抽芯堵漏是把换热器管束拆下, 装入专用的打压筒体内, 注水加压检漏。该方法的缺点是打压筒体制作费用高、工作量大、耗费工时, 不便于及时恢复装置生产作业, 在实际设备检修中一般不采纳。常用在位不抽芯检漏方法。

1. 注胶堵漏法

该方法是通过拆下列管式换热器的管箱盲板, 找到泄漏的管束, 然后用长度比换热器管束到浮头长30~40 mm, 直径小2~3 mm的金属杆从管箱端插入到管束的浮头端, 再用注胶枪向泄漏管束逐步倒退注胶, 直至管束的漏点完全密封, 最后用堵头将泄漏管束两端密封固定, 这种方法缺点是漏点查找慢, 封堵材料成本较高。

2. 假帽试压圈堵漏法

该方法是将浮头管板与壳体法兰之间加以密封, 只露出浮头管板的换热管口侧, 就可以对壳程注水加压、查找管束漏点。这种方法需制作密封筒体结构, 筒体包括打压法兰、短筒、填料函和填料压盖。该方法缺点是密封筒体制作费用高、制作周期长、闲置率高, 还需现场组对焊接, 不能满足低成本和快速恢复生产的需要。

二、新检漏堵漏法

介绍一种能够快速查找漏点的新方法, 该方法能够快速查找泄漏的管束, 具有成本低廉、查找快捷、施工周期短等特点, 在生产现场获得广泛运用。

1. 施工步骤

(1) 拆卸与清洗。拆卸管箱盲板和内外浮头, 用高压水枪对管束和管板表面进行冲洗, 确保管束和管板表面清洁无污物。根据管束内径提前加工堵头, 用于泄漏管束的封堵, 可以为整个作业节省时间。为保证焊接质量, 要求堵头的材料与管束一致。

(2) 干燥管束。用带压干燥的工厂风或仪表风对每根管束的内表面进行吹扫风干, 直到管束内无水渍并达到干燥为止。否则管束中的余水会造成泄漏管束的错误判断。

(3) 管束封堵。内浮头侧的管束用胶泥或合适的橡胶塞进行封堵, 封堵情况如图1所示。管束封堵后, 安装内浮头和外浮头, 对壳程进行试压。值得注意的是, 在塞胶泥的时候, 要让胶泥深入管内50 mm左右, 然后用力让胶泥与管板紧密贴合, 防止胶泥脱落。

(4) 试压检漏。确认胶泥封堵完成后, 安装内外浮头, 从设备低点处往壳程注水, 在壳程高点排气, 注水过程不能太快, 否则不利于排气。确认壳程灌满水后, 用试压泵加压。压力为设备工作压力的1.5倍, 同时观察管箱侧的管束和管板情况, 确认是否有水流出。在有水流出的管子做好标记。为一次性试出所有裂纹穿孔的缺陷管束, 稳压时间可适当延长。升压过程如图2所示。

2. 堵管作业

泄漏管束确认后, 将壳程里的水排出。拆除浮头端的内外浮头, 查看内浮头端的胶泥是否有被冲掉或出现松动的现象。如果有这种情况, 则标记为泄漏管束。将标记的管束两端用堵头焊接封堵。

(1) 焊接前准备。将管束内余水用干燥空气吹干以免影响焊接质量, 对焊接部位进行除锈并用砂纸打磨出金属光泽。如果介质含硫, 则用丙酮对焊接部位周围进行清洗。加工如图3所示堵头, 堵头材料与管束材料应一致。为保证可焊性, D1尺寸应比管束内径小0~0.1 mm, 保证堵头能放入管束内并且与管板平齐, D2尺寸比管束内径小1~1.5 mm即可, 长15~20 mm。

(2) 将堵头放入管束内, 保证堵头与管板平齐或略微凸出, 以方便焊接。

(3) 焊接控制。以20#钢为例, 为避免焊接过程中在热影响区出现裂纹, 采用控制焊接参数、焊后缓冷等方法。焊缝冷却后用磁粉探伤废热方法进行检测, 观察是否出现焊接热裂纹。焊材选择和焊接参数如表1所示。图4为堵头焊接过程, 焊后效果如图5所示。堵管作业完成, 待焊缝冷却后按试压程序再次升压检漏, 直到将泄漏管束全部找出并封堵为止。

三、效果及成本

此种查漏堵漏方法不需要其他特殊机具和设备, 胶泥采用小学生教学用材料, 成本低廉, 易于获得。该方法已经非常成熟, 可快速找出泄漏管束进而封堵并使换热器投入正常生产使用, 能够成功解决了列管式换热器管束泄漏问题, 从而保障装置短时间内恢复生产。通过多年的实践, 经过该方法处理后, 设备没有出现过复漏现象。

四、结语

管式加热器 篇9

关键词：翅片管式换热器,强化换热,开缝,CFD模拟

一、前言

随着科技、工艺的发展和能源的短缺, 工业对换热器的依赖性越来越大, 要求换热器设备紧凑、高效、轻巧, 这促使人们去研究新型高效换热器, 其中翅片管换热器是人们研究得最多的高效换热器之一。经过多年的发展, 翅片管换热器的管外翅片由无缝平直翅片发展成波纹翅片、百叶窗式翅片、开孔翅片, 开缝翅片等多种高效形式。相关学者对开缝翅片进行了一些研究。蒋翔、李晓欣等人分析了在不同应用条件下翅片管的应用情况, 并给出了应用结果, 为翅片管换热器的应用方法提供了借鉴[1];徐百平、吴清鹤等人建立了双缝翅片管翅式换热器三维物理模型, 对换热器内的流动与传热进行了数值模拟研究。结果表明, 双缝片可使传热提高22.7%~42%[2];Ju-Suk B、Jinho L等人通过安排翅片位置和改变翅片特性来研究翅片造成的压力降和传热特性, 分别研究了百叶窗式翅片、双边开缝翅片、单边开缝翅片和无缝翅片的JF因子[3]。本文主要是通过对翅片管换热器进行模拟计算, 研究其开缝形式和开缝大小对流动和换热性能的影响, 最终确定合适的开缝翅片形式。

二、翅片管换热器模型的建立与计算

1.确定模型。本文所研究是某款空调室外机所用的翅片, 所选用的翅片管式换热器初始结构参数如表1所示。

管束采用叉排形式, 且成等边三角形分布, 任一相邻两管的间距为25mm, 管外径9.52mm, 管壁厚1.2mm, 翅片厚1mm, 翅片间距为3mm。模型构建及数值模拟的部分如图1所示。

2.分析计算模型的类型。本文主要对五种翅片开缝形式的翅片进行模拟计算, 包括无开缝形式、三角开缝形式、横条开缝形式、竖条开缝形式和横竖条混合开缝形式, 如图2至图6。

3.定解条件的设设置。为了进行流体换热情况和流动阻力的模拟, 选中Models中的能量方程求解器。设置管材料选为铜, 其热边界条件设置为Coupled;设置翅片材料为铝, 根据空调制冷量定管内热流量, 热流密度为4483.64W/m2;设置进口为质量进口, 进口流量为0.00030625kg/s, 空气进口温度为293K。采用标准k-ε模型进行数值模拟, 求解方法选用SIMPLE方法, 依次对各个模型进行数值模拟, 计算至收敛, 最后保存项目。

三、分析计算结果

在计算结果收敛的基础上, 对其中形式的翅片形式进行换热与流动的分析。各形式翅片的模拟结果如下:

平滑无缝翅片, 压降为25.962Pa, 管壁温度为300.89K;三角形开缝翅片, 压降为25.141Pa, 管壁温度为298.57K;横条开缝翅片, 压降为37.891Pa, 管壁温度为297.63K;竖条开缝翅片, 压降为24.814Pa, 管壁温度为297.83K;横竖结合的开缝, 压降为32.936Pa, 管壁温度为297.69K。

1.各种开缝方式的换热情况对比。从模拟结果不难看出, 由于翅片开缝, 对空气流动的边界层有所破坏, 换热效果都得到了不同程度的加强, 相比无缝翅片, 其管外壁温度都有明显的降低。三角形开缝翅片的换热效果不如条形开缝效果好;横条开缝形式的换热效果和竖条开缝形式换热效果比较接近。

2.横条开缝方式和竖条开缝方式的对比。从模拟结果的数据可以看出, 当空气经过横条开缝时, 具有较大的压力降, 说明横条开缝较竖条开缝对空气流动产生的阻力更大。横条开缝方式的管道的迎风面处的压力梯高于竖条开缝方式。这也是横条开缝方式的压力降高于竖条开缝方式的原因之一。同时也证明了管间的竖条开缝, 具有一定的导流作用, 能一定程度上降低空气对后排管排的冲刷作用, 分散冲向后排管排的空气。

而横竖结合的开缝方式, 其两管排间的横向开缝又影响了这种导流作用, 使得换热器的压力降较单纯的竖条开缝又有所升高。但是从数据对比上来看, 它还是比单纯的横条开缝的方式具有更小的压力降, 说明这种导流作用还是起到一定效果的。

3.无缝翅片、三角形开缝翅片以及竖条开缝翅片的研究。从研究得知三角形开缝和竖条开缝方式的进出口压降甚至比无缝翅片所造成的压降还要低。这是因为无缝翅片换热器的压降主要是由于叉排管束间空气流动方向变化产生的局部阻力。

三角形开缝方式和竖条开缝方式, 使空气在到达管道迎风面前产生一个导流作用, 分散了空气, 减弱了空气对管道的冲刷。从总体来看, 反而这两种开缝方式产生了更小的阻力压降, 并且还加强了空气的换热。

四、结论

(1) 横条开缝较竖条开缝方式具有较大的压力降, 对换热效果的提高程度高于竖条开缝, 但是提升效果有限, 总体上看, 还是竖条开缝方式最佳。

(2) 竖条开缝和三角形开缝方式具有一定的导流作用, 能减小后排管排迎风面处的压降, 从而降低整个换热器的压降。

(3) 推荐选择的最佳翅片开缝方式为竖条开缝方式。

参考文献

[1]蒋翔, 李晓欣, 朱冬生.几种翅片管换热器的应用研究[J].化工进展, 2003, 22 (2) :183-186.