1、第六章换热设备换热器或称热交换器，是石油、化工、生产中重要的化工设备之一。它在石油、化工厂建设总投资中约占20%,在全厂化工设备总重量中约占40%。**节换热设备的分类及工作原理1、换热设备的分类将一温度较高的热流体的热量传给另一温度较低的冷流体的设备叫换热设备。两种温度不同的流体通过热量的交换，使一种流体降温而另一种流体升温。以满足各自的需要， 例如在柴油加氢精制装置中，冷的原料油及冷氢经高压换热器，从反应流出物及热高分气体中获得热量而升高温度送入反应器，热的反应流出物和热高分气体冷却进入下一工序，这样就充分回收了热量。冷凝器和重沸器。主要用象分储塔的微出线冷却器如分储塔塔顶汽油冷凝器炼油厂

　　2、换热设备的形式很多，按用途可分为加热器、冷却器、 于加热物料的叫加热器； 用水等冷却剂来冷却物料的则叫冷却器, 等；热的流体是气态，经过换热后被冷凝成为液态的称为冷凝器,等；一种液体被加热而蒸发成为气态的叫重沸器（再沸器）或汽化器。按换热设备的结构可分为管式换热器和板式换热器。管式换热器的传热面由管子表面构 成，即冷热流体之间以管壁做间壁，如管壳式、套管式、翅管式等。板式换热器的传热面由板面构成，即冷热流体之间以板做间壁，如螺旋板式、平板式等。换热设备的常用材料主要是钢材，其次是铝、铜等。也有一些是用非金属材料制造的换热设备，如石墨、聚四氟乙烯等，它们大多具有耐高、低温及耐腐蚀等特殊性能。2、

　　3、热设备的工作原理热量从高温物体传送给低温物体称为传热。传热的方式有三种：传导、对流和辐射。在换热设备中主要是以传导和对流两种方式进行换热的，如图 6.1所示，热流体（温度t1）先以对流传热方式将热量 Q（kJ/h）传给管（板）壁的一侧（温度为t2）,再以传导传热方式将热量传过管（板）壁（温度由t2变成t3）,*后管（板）壁另一侧又将热量以对流传热方式传给了冷流体（温度为t4）。对于稳定传热过程，上述的传换过程可表示为：Q= K F （及 F（t1 一 t4）式中Q-热负荷，换热器每单位小时传递的热量，kcal /h；F-传热表面积，m3;K-换热器的传热系数，表示冷热流体温差为1C,单位小时内

　　4、穿过1m2的管（板）壁面积所传递的热量。它是一个与流体的性质、流速、管（板）材料、管（板）壁结垢情况及流体状态有关的量。一般工业用换热器的K值的大致范围见表 6-1。图6.1 经过器壁的传热表6.1传热系数K，体一气律气体一家媒旭一水东一宗力激靴一水 5002网 003第二节总体结构与壳程流路典型的管壳式换热器如图6.2、63所示，图中与各件号相应的零部件名称见表6.2。图6.2 AES、BES浮头式换热器（零件名称见表6.2 ）图6.3 BEM立式固定管板式换热器（零件名称见表6.2 ）表6.2 零部件名称E号序号1 帚赛序号i￥拄211-q到生才怕| KW）1

　　5、 2 ;平卡惨邯4部件jJZ3 i住气口.3林除第三1凸彩拉黑d耳式士庙f通件】1飞幅底兰一1貂丹女解土,I鹏声tg忤）巾足声相铝1.1 45申何焉倔GJ舞砧在茎目冠出封火一二二1”?舒南a1 27捍动除核U_, - -|“1内V施苴后瓜货港力JS 1/立语独同胞镶冲强声29孙飞齐r 修J身城*410制ttrtta =Wfla| II拈原做 1 | 311H典31司帖好为用户体1卜”管建痔五班也低13拴杆1 33Fi=i?sef Tafl=)引甘冷期外14r攻密管口京叁法兰131蒲11 a常1MS照C喇克,U-1取餐Ittt戢啤&1皙取CR科）*17尚定:黑拜事下卜箱制片牲口

　　6、-n冷去君增片H1 38於奉SS _ W J*lit 39 性母猿片5flHflI20位呐，1梅淘茄，|3甘柏雷玉片我们把设有管程进出口接管的一端称为前端管箱（对于浮头式换热器， 也称为固定端管箱）与此相对的另一端称为后端（但有时也在后端设管程的进出口）。图6.2为卧式浮头换热器。图左边的固定端管箱部分，以中心线为界表示了两种不同的结构，上半部是平盖式管箱，平盖用法兰与管箱相连，可以拆卸；下半部是封头式管箱，封 头不能单独拆卸。圈 63为立式固定管板换热器。管壳式换热器的壳程，设有多个折流板（图 6.2件号11）,其目的是使壳程流体循序横 向掠过管束，充分的与管内流体作错流换热。由于结构与制造

　　7、上的原因，折流板管孔与换热管之间存有间隙，折流板与壳体之间亦有间隙。此外，换热管排列在管板上不可能完全均匀， 在外周以及与管程的分程隔板相对应的地方要排得稀疏一些。因此，壳程流体除了横掠管束的主流一一错流流路 B （见图6.4）之外，还存在着 A、C、E、F四种漏流流路与旁流流路。 在这些流路中的流体，较少与换热管接触，没有足够的换热条件，因此影响了整个换热器的 效率。图6.4 壳程流路第三节管壳式换热器1、管壳式换热器的结构类型管壳式换热器也叫管束式换热器，或叫列管式换热器。它由胀接（或焊接）在管板上的管束装于圆筒形外壳内组成.见图6.2。一种流体（设为高温载体）由管程进口进入管箱，沿管束的

　　8、管内流动再经过管箱由管程出口排出；另一种流体（设为低温热载体）由壳程进口进人，穿过装满管束的壳体空间经壳程出口排出，两种流体在换热器内通过管束的管壁传送热量。 按照结构特点管壳式换热器可分为固定管板式、浮头式、填函式、U型管式和釜式五种，各有其优缺点与适用场合。（1）固定管板式换热器这种换热器（图6.3）的特点是壳体与管板直接焊接，结构简单而紧凑。在壳体直径相同时，排管数*多。因为两管板之间有管子互相支撑，得到了加强，所以管板可以较薄，因此造价比较便宜，应用也较广。但这种换热器的管束不能抽出进行机械请洗；有时为了减少换热器壳体与管子上在工作时产生的温度应力，要在壳体上设膨胀节（见图6.3件号4

　　9、4）,而膨胀节的强度不高，此时壳程承受的压力就不能太大。固定管板式换热器适用于壳程介质不易结垢，或虽有垢但可进行化学清洗的场合；壳壁与管壁因温度差而引起的膨胀量之差不大，或膨胀差虽大但壳程压力不高的情况。（2）浮头式换热器这种换热器（图6.2）的特点是管束可以自由膨胀，并可从壳体内抽出，以清洗壳方管间。但这种换热器的结构比较复杂，造价要比固定管板式高约20%。而且管束和壳体的环隙较大，增大了管束外围的旁流流路，影响了换热器的传热效率。（3）填函式换热器这种换热器（图6.5）的功能与浮头式相向，在后端设填料函见图 6.5件号49,以容许 管束自由胀缩，又保证壳程的密封。 但填函式密封的性能不如法

　　10、兰密封可靠； 所以壳程压力 不能很高。图6.5 APF填料函双壳程换热器（零件名称见表6.2 ）图6.6 AJW填料函分流式换热器（零件名称见表6.2 ）图6.6是填料函分流式换热器，或称活动管板换热器。 管板是填料函的组成部分， 在两组填科函中间设套环（见图6.6中的件号58）,管程或壳程泄漏的流体可从套环引出，以避免互相窜混。这种换热器的适用温度与压力更低。浮头式和两种填函式换热器，都可以抽出管束清洗壳方管间，因而宜于让易结垢的流体走壳程，而让压力高的腐蚀性介质，或流量较少的介质走管程，对于节省材料，提高流速也比较有利。（4） U型管式换热器这种换热器（图6.7）的管束可以自由膨胀， 也可

　　11、抽出来清洗管间。 因为只有一块管板，没有浮头，所以造价比较便宜， 管程也可承受较高的压力。但因缺乏相互支承作甩，要求管板的厚度较大。还要求采用壁厚较大的换热管，以补偿弯管时引起的管壁减薄。图6.7 BIU U形管式换热器（零件名称见表6.2 ）在后端带管箱的各种换热器中，管程流体在后端管箱中都有重新分配问题，当在换热过程中伴有相变化的情况下，介质在返回管程时会形成汽液分层现象，U形管换热器却不存在这种问题。（5）釜式换热器这种换热器（图6.8）的壳体直径为管束直径的1.52.0倍，管束偏置于壳体的下方，液面淹没管束，使管束上部形成一定的汽液分离空间。釜式换热器多用来做蒸发器、精储塔的重沸器或简

　　12、单的废热锅炉。根据需要，管束可以是固定管板型、浮头型或U型管型。图6.8 AKT釜式重沸器（零件名称见表6.2 ）2、管壳式换热器的结构特点（1）管板管扳是管壳式换热器的主要零件。绝大多数管板是圆形平板，板上开很多管孔，每孔还固定连接着换热管，板的周边则与壳体的管箱相连。管板是管程流体分布到各换热管的集散 处，还对管程与壳程起隔离作用，同时承受着管程与壳程压力；此外，管板还承受加热管与壳体在操作条件下热膨胀差所产生的轴向力。平管板一般都比较厚（常见有厚达50mm个别情况还有500mmB管板），大多是用厚钢板加工而成，也有用锻件加工的。管子与管板的连接换热管与管板的连接方式有胀接、焊接、胀焊并用

　　13、等型式：胀接、焊接和胀焊联合连接。胀接法工艺较简单，管子更换和修补方便，但严密性较差，适用于管、壳程压差不大的场合。当对管子与管板连接紧密性有严格要求时，可采用焊接连接。由于焊接工艺简单， 在换热器制造中所占比重日益增加。焊接连接的缺点是产生焊接应力，且管扳孔与管子存在间隙，易引起应力腐蚀等。因此.对高温高压换热器可采用胀焊联合的方法。该连接方法不仅能提高连接强度，还可以避免应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命。这种方法已得到广泛地应用。管板与壳体、管箱的连接管板与壳体、管箱的连接与换热器的形状有关， 分可拆和不可拆两大类。固定管板式换 热器的管板兼做法兰， 与壳体间采用不可拆的焊接连接； 而浮头

　　14、式、填函式和U形管式换热 器的固定端管板被夹持在壳体法兰和管箱法兰之间，是可拆连接。因此，管束可以抽出进行清洗和检修。各结构的密封形式可根据使用压力、 温度、介质特性、气密性要求等条件决定。（图 6.9 ）图6,9管板与壳体、管箱的连接方式a型：管板通过垫片与壳体法兰和管箱法兰连接；b型：管板直接与壳程圆筒和管箱圆筒形成整体结构；c型：管板与壳程圆筒连为整体， 其延长部分形成凸缘被夹持在活套环与管箱法兰之间；d型：管板与管箱圆筒连为整体， 其延长部分形成凸缘被夹持在活套环与壳体法兰之间；e型：管板与壳程圆筒连为整体，其延长部分兼作法兰，与管箱用螺柱、垫片连接；f型：管板与管箱圆筒连为整体， 其

　　15、延长部分兼作法兰， 与壳体法兰用螺柱、 垫片连接。(2)管束管束分程换热器的管箱内设置隔板，将全部管子平均分隔成若干组，称管程数，使流体在管内依次径返多次，从而提高管程流速，改善传热效果。通常把流体在管束内由管箱到另一端(如浮头)，或由另一端到管箱的流动次数叫管程数。管程数太多，流体的阻力增加，平均温差降低，不利于传热过程的进行。管程数一般有1、2、4、6、8、10、12等七种。常用的管程 布置形式可参照图 6.10。图6.10 管程布置形式管子在管壳式换热器中，由换热管来组成传热表面，它是换热器的核心。常用的换热器，一般采用内外表面光滑，截面为圆形的无缝管。常用的碳钢无缝管规格见表6.3。当

　　16、采用不锈钢或有色金属管材料时，管壁厚度可按表6.3的尺寸减薄0.51.0ms表6.3常用碳钢换热管的规格 14X 2 19X 2 25X2.5 32X 3 38X3 45X 3 57 X 3.5换热管的管子长度大，则换热器单位传热面的材料消耗量低。但是管子过长时，清洗运输、安装都不方便。推荐采用的系列长度为1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、12.0m。6m以上的管长只用在大面积换热器中。对于U型管束换热器，管长是指从管端到弯管的直 段长度。换热管的排列换热管常用的排列形式为正三角形或正方形排列，此外也有采用同心圆排列形式的。正三角形排列（图 6.10 ）适用于壳程

　　17、介质污垢少，不需要进行机械清洗的场合。在相 同直径的管板上，同样的管间距下正三角形的排管数比正方形的多。VI'舞咫LA 1巾图6.10 管子的排列形式正方形排列能使管间小桥形成一条直的通道，能够用机械方法进行清洗。（3）管箱管箱的作用是使管程流体均匀分配与集中，在多管程换热器中， 管箱还起分隔管程， 改变流向的作用。固定端管箱：主要有三类结构，见图 6.11 ,结构（b）装有管箱盖板，拆下平盖板可 以检查胀口与管子内部，并清洗管程，不必拆卸接管法兰，是*常用的型式。平盖板要有足够的刚度，以保证与分程隔板间的密封，避免介质短路。封头管箱（a）适甩介质压力较高时，其缺点是检查管子及清洗时必

　　18、需拆下接管法兰。结构（c）是把管箱与管板直接焊住，但胀管或焊管时施工不便。其中（c） （i）（上半部）是完全不可拆的，（c） （ii）还可以抽 出管束。图6.11 管箱结构浮头管箱浮头式换热器多采用偶数管程，浮头管箱上没有接管引出。拉拔型浮头如图 6.12,整个浮头能和管束一起抽出，由于浮头管板兼作法兰，外直径 比较大，换热器外壳的内径比法兰外径还要大一些。而管板上可以排管的区域却比较小，因此排管区与壳体间形成了一个较大的不排管环隙a,壳程流体容易在环隙形成旁流短路，不参加热交换。图6.12拉拔型浮头内浮头结构如图6.12所示，在这种结构中，管板的外直径只比排管圆略大，因而壳体的内径可以比外头

　　19、盖内径小得多，以利于防止流体在环隙旁流短路。管板与浮头盖的密封借助于钩圈4,钩圈沿直径剖分为两半，在卸除螺栓9后可以从两侧分别拿开，管束就可以从 壳体抽出。：, ； ：L H咨刊J-外大景西法优；八斗*罡型片Fl-姆条莪塔兰内置/一短苒*6捍1口或玩怖门" T头毋兰律-履人林住B *用酎乂fh ,力用甘生.1”-分野那幅y“一单片Hr可动量一势青ftft图6.12 内浮头结构钩圈有图6.12所示的两种典型结构。 A型是常用的整体锻造钩圈。B型钩圈的内径与相配的管板外径之间的间隙，控制在0. 4mm之内，在上紧螺栓时，间隙因钩圈变形而消失，此时管板的圆柱面对钧圈的内壁起到支撑与加固作用

　　20、从而保证有效的密封。滑动管箱在滑动管板上设软填料密封盒，在轴向压缩软填科， 使填料作径向膨胀，从而抱紧管板的外圆柱面，以保证密封。管板的厚度不足以补偿膨胀量时，可在管板上设浮动管板裙。图6.13 (a)为常用结构，对于管程与壳程介质严禁互混时可采用结构(b),如果任一侧发生泄漏，流体可从套环的检查孔引出。图 6.14是双重填料结构，外层填料有助于漏出 液的收集同图6.13 滑动管板图6.14双填料盒(4)壳程结构壳程结构分为两大部分， 一部分是为了保证流体在壳程中合理流动，以提高传热效果的导流装置，如折流板、纵向隔板、旁路挡板等。另一部分是为了管束的安装和保护管束的辅 助装置，如支承板、管束

　　21、导轨、缓冲板及膨胀节等。折流板、支持板与折流杆折流板主要是为了增加管间流速，使流体横扫管排，增加湍动，提高管间的传热效果。同时也对细长的管子起支承与加固作用。常用的折流板有弓形和圆环形，如图6.15所示，而以前者应用较多。折流板间距为壳体内彳5的0.21倍之间。在大直径的换热器中，如折流板的间距较大，在折流板背后接近壳 体处，会造成液体停滞，形成对传热不利的“死区”。为了消除这一缺陷，可采用双弓形折流板。此时流体分为两股流动， 在折流板之间的流速相同时，其间距只是单弓形的一半，不仅减少了死区，还有利于防止流体诱发的振动。同样，也可采用三重弓形的折流扳，如图6.16所示。图6.15折流板形状、o

　　22、o Go O 、口口口。 00口 OQ口 000 O O0 000 /。0。 /odooa / p口。OOD/rooocTooooLooortdoooCoooooo xcoqooq/图6.16各种弓形折流板纵向隔板当壳程流体的流量较小，而流体温度变化较大时，要求采用多壳程结构。图6.17就是双壳程的结构，其特点是平行于管轴方向设有纵向隔板，壳程流体从换热器的左端进入壳体后，在隔板的上侧，沿轴向折流到换热器的右端，从隔板右端的回流口进入隔板下侧，再返回换热器的左端，由下部出口管引出。在双壳程结构中，壳程流体进出口端的纵

　　23、向隔板，承受全部壳程压降，必须保证密封，并有足够的强度。图6.17双壳程的纵向隔板旁路挡板与假管在换热器管束的外围， 总有一圈不布管的环隙。 在浮头式换热器中环隙可能比较大。在管程分程隔板的对应位置是不设换热管的，这不设管的区域形成了管间通道。壳程中横扫管排的流体，可能从环隙与管间通道短路，不参与热交换。为了减少流体的短路，可在环隙设旁路挡板（图6.18）,在管间通道设假管（图 6.19 ）。旁路挡板可以焊在折流板上。假管实际上是一种两头堵死的盲管，它不起换热作用，而是像旁路挡板一样强制介质流向换热管。假管位于两管板的隔板槽之间但不穿过管板，一般每隔46排管布置一根，也可安装定距管代替假管。图

　　24、6.18旁路挡板储）一 一（a）无假管时介质流动情况（b）有假管时介质的流动情况图6.19假管扩大管与防冲挡板壳程进口处的管束， 受高速流体的冲蚀，容易被冲蚀或产生振动。 蒸汽入口管应采用扩 大管以起缓冲作用（图 6.20）。也可在壳程进出口处设防冲挡板（图 6.21）。图6.20 进口扩大管图6.21 防冲挡板导流筒壳程的进出口接管，由于法兰或开孔补强等尺寸限制，不能紧靠管板。 这样，容易在接 管与管板之同造成滞流死区， 使这一区域的传热面积不能充分发挥传热作用。 此时宜设置导 流筒。当管束与壳体之间的环隙比较大时，可采用图6.22所示的内导流筒。图6.22 内导流筒6.23 ),此时导流筒

　　25、还兼有膨外导流筒是在壳体之外，套设一段直径较大的导流筒(图 胀节的功能。图6.23 外导流筒滑道对于直径较大或管束较长的卧式换热器，为减少装配或检修时抽装管束的困难，应在管束下方安装滑道。3、壳式换热器型号的表示方法XXMON今拼一竽袋 HSU)I采用碳素制、抵合金钢将拔钢管做换热管时.其管束分1、I两级;I级瞥束 乘用较曹级，高级冷战铜管II I级管束一采用普逋级冷拔钢管!管/壳程救*单亮一时只豆MLN换热恬公称长度一换热管外校fmm).当采用A1,Cu、 Ti换热管时，应在LNA/后面加材料符号,如LWdCu .| 管，壳程设计伍力1M代0,压力相等时只写下公称直径Mm),对于卷式事沸

　　26、罂用分数表东,分子为管箝内直径，分母为映筒内直径 **小字母代表前端管箱型式第二个字母代表壳体型式第三个字母代去后落结树蟹式注：其中前三个字母意义见图6.24壳修疝式由辕管箱型式单程竞悻与A相似的固定管板结恂单进单出冷踞器光体Tt=民有如向潟板的双程光体重式重林好外等流特麻高质管箱讲衰环填料画式巨头U照一哀-I- A平兼管箱用于可拆管束与管和制ML体较置说与行假制成一阵的固定容板臂箱分流双分流"忙后端结构冽式与H和M的囿定管板结构.与（相胆的周延管相结构填料函式浮头3-口版件式换耙器更哼式部灵比障板分流（或摩百箫无体）可抽式浮头图6.24主要部件的分类及代号示例:（1）浮头式换热器

　　27、平盖管箱，公称直径500mm管程和壳程设计压力均为1.6Mpa,公称换热面积 54m2,碳素钢较高级冷拔换热管外径25mm管长6m, 4管程，单壳程的浮头式换热器，其型号为:(2)固定管板式换热器封头管箱，公称直径 700mm管程设计压力 2.5Mpa,壳程设计压力 1.6Mpa,公称换热 面积200m2碳素钢较高级冷拔换热管外径25mm管长9m, 4管程，单壳程的固定管板式换热器，其型号为：BEM700-2.5/1.6-200-9/25-4I(3) U型管式换热器封头管箱，公称直径 500mm管程设计压力 4.0Mpa,壳程设计压力 1.6Mpa,公称换热 面积75m2,不锈钢冷拔换热管外径

　　28、 19mm管长6m, 2管程，单壳程的 U形管式换热器，其 型号为：BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2第四节套管式和水浸式换热器1、套管式换热器套管式换热器的结构如图6.25所示，它是由两根不同直径的管子同心相套，再由弯管连接而成。冷、热两种流体分别经由内管和管间相互逆向通过，以进行换热。它结构简单， 便于拆卸清洗；两种流体完全逆向流动，传热效果好。缺点是金属用量较大，占地面积大， 接头处易发生泄漏。所以它适用于热负荷不大，高粘度易凝固的重油和渣油的废热回收，且两种流体的温差应小于 70 C,否则会因内外管热膨胀量不同而造成接头破裂。A- A1内管2 外观3 一回弯头2、水浸式换

　　29、热器水浸式换热器结构示意图见图6.26 ,在矩形水箱内放置几组蛇形盘管，整个盘管浸没在水里，使管内流体被冷凝冷却。这种冷却器内储水量较大，使用较安全，结构简单，也便 于清洗检修。缺点是金属用量大，占地面积大，传热效果差，故在炼油厂内应用已不多。1进口 2 集合管 3 蛇管4 一出口图6.26水浸式换热器第五节空气冷却器1、分类空气冷却器又称空冷器，通常按以下几种形式进行分组：(1)按管束布置方式：立式、水平式、斜顶式 (人字式，A形)、V形、圆环式、多边形；(2)按通风方式：鼓风式、引风式和自然通风式；(3)按冷却方式：干式空冷、湿式空冷 (包括增湿型、喷雾蒸发型、湿面型 )、联合型;(4)按

　　30、防寒方式：热风内循环式、热风外循环式、蒸汽伴热式。图6.27示出*常用的鼓风式、吸风式和斜顶式空冷器示意。I / JI JI I_凡出(b)图6.27 鼓风式（a）、吸风式（b）、斜顶式（c）空冷示意水平式空冷器的特点是管束为水平布置，用作冷凝器时，为防止冷凝液滞留在管内，管子有3°或1%勺倾斜，管束长度不受限制,管内热流体和管外空气分布比较均匀。适用于多元组合，适宜于场地宽敞和新建的炼油厂。斜顶式空冷器的特点是管束倾斜呈人字形放置，夹角一般在60。占地面积少，为水平式的40%E右；结构紧凑；管内介质和管外空气分布不够均匀，易形成热风再循环；建造成本高。它适用于联合式空冷器、 干-

　　31、湿联合式空冷器，适用于老厂改造和场地较小的情况, 特别运用于汽轮机空冷凝汽器。图6.28湿式空冷的三种结构形式I 恰束热流体入 口 空弋入 口 1 4保环水泵;5排水管t妗一供水管门一挡水板用一网门棘变 F 出 口 flO-热流怦出 口湿式空冷的三种结构型式见图6.28。2、空冷器的基本结构:一台空气冷却器的基本部件如下：(1) 管束：包括管箱、换热管、管束侧梁及支持梁等；(2) 风机：包括轮毂、叶片、支架及驱动机构等；(3) 百叶窗：包括窗叶、调节机构及百叶窗侧梁等；(4) 构架：用于支撑管束、风机、百叶窗及其附属件的钢结构;(5) 风箱：用于导流空气的组装件；(6) 附件：如蒸汽盘管、梯子

　　32、平台等。空冷的基本结构如图 6.29。百叶窗卜|翅片管束|流体出口空气 空气图6.29空冷器的基本结构3、管束A、管束的基本要求、结构和型号：管束是空冷器的核心部件，空气横向掠过管束以冷却管内的热流体.达到换热目的。管束主要由翅片管、 管箱及框架组成.是一个刚性的、独立的结构，应设计成可以完整地在空冷器的构架上进行装卸，其造价约占空冷器主体的60%。对管束的基本要求：管束应为独立结构，是便于整体装卸的组合体;管束应有适应翅片管热膨胀的措施；管束在构架上的横向位置，至少在两边各有6mnm一边有12mm勺移动量；*低一排翅片管下面应设支持梁；支持梁间距不应超过1.8m,且与管束侧梁用螺栓（或焊接

　　33、）固定：支持梁部位的各排翅片管应有支撑件；用于冷凝的单管程管束的翅片管应向流体出口方向倾斜，倾斜度*少为1: 100。多程冷凝器管束的管子不必倾斜；管束中凡产生空气旁流的部位.当间隙超过10mm寸，均应设置挡风件。挡风件厚度不小于3mm且须固定。由于管箱和翅片管的配合形式不同，管束有各种不同的形式。n n n n n n国家规范对管束型式与代号作了如下的规定，见表6.4。表6.4管束型式与代号管束型式代号1管箱型式代号管束型式代号鼓风式水平管束GP段堵式管箱3L型翅片管L 11科避管束X可睇盖板式管箱号双L型机片管I.引风式水平管束YP可卸帽蛊式管箱%系花型翅片青KL集合管式管埴J我金属轧制翎

　　34、片管DR1械嵌型翅片管G国家规范对管束型号的标注作了规定和示例，见图 6.30。管程数翅化比/韧片管型式设计压力，MPa；管箱型式管束换热面积碘片管排数管束公称尺寸；长"宽,m型式图6.30管束型号图示如：鼓风式水平管束：长 9m,宽2m； 6排管；基管换热面积 140m2;设计压力4MPa； 可卸盖板式管箱；镶嵌式翅式管，翅化比 17.3 ; IV管程的管束型号为:GP9X 2-6-140-4K1-17.3/G- VI日翅片管翅片管是空冷器的核心和关链部件，其性能优劣直接影响空冷器的性能和发展、事实上，正是由于翅片管的出现，才使空冷器得以发展。翅片管型式应根据使用条件来选择，因此目

　　35、前有各式各样的翅片管同时被广泛使用，常用的有以下几种。L型翅片管（代号L）。在光管外侧缠绕铝翅片或钢翅片，由于价格低廉，得到广泛的使用，其中在石油化工企业得到广泛的应用的有两种钢管缠绕铝翅片管：高翅片管和低翅片管如图6.31。钢管铝翅片用于流体温度在150 c以下，钢管使用压力低于32MPa铝管使用压力低于0.25MPa,不适于在湿空气或在振动较大的机械中使用。图6.31 L型翅片管（1） 双L型翘片管（又称LL型，代号LL）。 LL型翅片管见图6.32,传热性能和抵 抗大气腐蚀能力高于L型翅片管，可应用于湿式空冷器。这种翅片管的翅片根部互相重叠与管壁接触良好，保证了对管壁完全覆盖，可防止大气

　　36、对管子表面的接触和腐蚀，使用温度有一定提tWj。图6.32 LL 型翅片管（2） 镶嵌式翅片管（又称G型翅片管，代号 G）。铝片嵌入钢管表面被挤压的深约0.250.5mm的螺旋槽中，同时将槽中挤出的金属用滚轮压回翅片根部。这种翅片管的*大优点是热工性能好，工作温度可达 350-400C,翅片温度可达 260C,缺点是不耐腐蚀，造价较高，如果压接不良（槽缘不贴紧铝翅片），传热性能会大大降低，翅片管结构如图6.33所示。图6.33镶嵌式翅片管上述三种翅片管的尺寸见表6.5 。表6.5 L型、LL型、G型翅片管结构尺寸表L型翅片管LL型熠片管型矮片管高翅片低锡片高翅片低姻片高趣并低翅片i基管外径U2

　　37、栩根百符d, 1 mn2625.3% , mm2625.84工 * mm2726.()究片外转4.箱制片高厘片 , nirti16J2...5蛆片厚度3, mm0.5口不G.10.40.4题片厚度,mm0.250.21Q.25。二仇20,2*高使用温度，七130no多50注t本表所列翅片管的翅片闾即(mm)为:3.6.3工.212.52.3。（3） 滚花型翅片管(代号KL)°KL翅片管是L型翅片管的另一种型式，由于在制造中多了两道滚花工艺，使其综合性能有所提高。滚花型翅片管的特点如下：传热性能高， 接触热阻小；

　　38、翅片与管子接触面积大，贴合紧密、牢靠，能保持性能常期不变；翅片根 部抗大气腐蚀能力强；管束维护方便，制造容易。（4） 双金属轧制翅片管(代号DR)。双金属轧片管是较为理想的抗腐蚀的管子，完全克服了 L型.LL型翅片管的缺点。双金属轧片管的内外管可以分别选材，内管根据热流 体腐蚀情况和压力选定，如碳钢、不锈钢、合金钢、黄铜等。外管可选用既有较好的延展性， 抗大气腐蚀能力强，又有良好的传热性能的金属，一般用铝和铜，经过轧制内外管可以完全紧密结合在一起。双金属轧片管除可用于管内为高腐蚀性流体外，还可用于湿式空冷器以抵抗管外侧的腐蚀。其缺点是造价高于L型翅片管，当轧制质量不佳时、会导致内外管接触不良，

　　39、使传热效果恶化。优点是抗腐蚀性能好，使用寿命长，传热效率高，压降小，翅片整 体性和刚度高.由于翅片牢固，不易变形，可用高压水清洗。C、管箱管箱是被冷却介质的集流箱，是空冷器的受压容器。(1)对管箱的基本要求（5） 管箱的允许工作压力见表 6.6。表6.6 管箱允许工作压力管箱形式充普工柞压力，MP疝可卸盖板式，可卸盍帽式住堵式集合管式，(b)同一管箱上流体进出口之间温差大于表6.7的规定时，应采用分解管箱，U形管结构或其它可以减少温度应力的措施。表6.7管箱钢材适用温度范围!纲材进出口温差，七 _ >110_ - 一 一 奥氏淖例>30(c)板制空冷器管箱管板的厚度应不小于表6.8

　　40、的规定。表6.8板制管箱各板的厚度的规定名 称殿素铜及低合金属高合金钢管板，mm2016丝堵板，mmin16盖板，mm25|25顶板，底板，端板，山m1210管程隔板t加强板,mm126(d)管箱各管程的流通横截面积应大于或等于相应管程翅片管的流通面积。(e)管箱中的横向流速应不超过接管中的流速。对于管束运行中的热变形问题，必须给以足够的重视，通常将管束两端的管箱分别做成 固定式和浮动式两种。依靠浮动管箱沿管轴线方向的自由浮动来消除热应力。另外，在多管程空冷器运行中， 介质进出口温差很大， 进口端管排的热变形将远比出口 端管排的大.有可能使管束产生弯曲，如图6.34(a)所示。因此，当碳素钢管

　　41、束的进出口温差超过110c时，应采用分解管箱。如图 6.34(b)和图6.35。lb)分解管箱多管程管束的热变形图6.34多管程管束的热变形和分程管箱图6.35分解管箱的几种形式(2)管箱型式(a) 丝堵式管箱。在每根翅片管管端处有一丝堵(即螺塞)，便于装配时胀接翅片管，也便于检修时清扫。这类管箱因为制造简单，被作为基本型式，如图 6.36,广泛应用于 中、低压管束，用于汽油、煤油、柴油及其它轻质油品，溶剂及介质污垢系数不大于0.m2C/W的各种场合。*高设计压力，国内经验值为4MPa。缺点是丝堵及垫因数量较多，加工量较大。(b) 可卸盖板式管箱(图6.37)。用于易凝介质，用于污垢

　　42、系数大于0.m2C/W的介质，其特点是对翅片管和管箱的清扫方便。制造技术要求较丝堵式为高。可卸盖板 式管箱由于密封面较大，容易产生泄漏，故其盖板、法兰都较厚，用料多，使用压力较丝堵 式低，我国规范规定使用压力w2.5MPa。(c) 可卸帽盖式管箱(图6.38)。可卸帽盖式管箱和可卸盖板式管箱部属于法兰型管箱，其区别在于盖板式管箱可以不移动管线即可打开盖板，而盖盖式则需将管线移动后才 能打开法兰。可卸盖盖式适用于椭圆型翅片管束，对翅片管的装配和检修更为方便。图6.36丝堵式管箱图6.37可卸盖板管箱图6.38 可卸盖帽式管箱32MPB。适用于含氢介质，采用不锈钢或其它耐腐蚀(d) 集合

　　43、管式管箱用于高压情况下，国内经验值为 材料制造，如图 6.39。图6.39 集合管式管箱(e) 锻造型法兰管箱用于高压情况下，国内经验值为32MPa。检修时更换翅片管极为便利，管箱使用寿命长。加热精度要求高，加工量大。一次投资高。(3)管子与管箱的连接管子与管箱的连接， 有胀接、焊接及胀焊结合三种型式。胀接由于加工效率高.质量可靠，费用低，多被采用，尤其是丝堵式管箱几乎全部采用胀接型式。焊接型式有密封焊、 强度焊之分，用于管内流体渗透性较强的介质。 在密封焊型式中又 分表面式、内壁式和半内壁式.通常碳钢与碳钢之间采用半内壁式焊接，不锈钢与不锈钢之间采用内壁式焊接。焊胀结合型式用于设计压力大于1

　　44、4MPa的介质，这种方式要求胀接之后，要在管板表面上施焊，不允许在管板孔中的尖槽式密封面上施焊。4、风机风机由叶片、轮鼓、支架、传动机构、风筒及电动机等组成。空冷器风机的典型结构见 图 6.40。风机在空冷器强化传热中起着关键的作用.风机性能的优劣是衡量空冷器性能优劣的重要标志。由于空冷器需要的风量很大，而需要的压头却不是很大，所以空冷器的风机采用低压轴 流风机，主要由轮毂和叶片组成的叶轮、传动装置和驱动装置组成，此外还有风圈、防护网和支架。自动调角风机还有一套比较复杂的自调机构。风机已规范化，一般规范直径为2.59.14M,每台风机的叶片数为 412枚、以46枚为*多。叶片角调节范围为45。

　　45、风机叶片角度有手调和自调两种。为了控制风机的噪声,风机叶捎速度不得超过 60m/s。图6.40风机的基本结构1一叶片这一轮毂门一风圉H防护网5 一支架;传动装置;7动力装置风机的运行方式有两种：(1) 鼓风式：空气先经风机再至管束，使用温度为(-40卜(80) C;(2) 引风式：空气先经管束再至风机，使用温度为(-40卜(120) C。(1)国家规范对风机型式与代号的规定国家规范对风机型式与代号作了如下规定，见表6.9风机型号表示方法，见图 6.41。mm表6.9风机的型式与代号通风方式代号风量说节方式代号叶片型式代号风机传动方式个号鼓风式心停机手动调角风机TFR型地端钢叶片V嗜停动V弓1

　　46、风式'Y小偿机手动调用风机BFB型茨璃纲叶片B挡轮减速器传动C自动国角国机:卯恃铝叶片L电动机直接传罚Z自初调角风机ZJS悬挂式V带传动， 电机轴朝上%悬挂式V常传司， 电机轴朝下1V图6.41 风机型号表不例：鼓风式，停机手动调角风机、直径2400mm、B型玻璃钢叶片、叶片数 4个.悬挂式电动机朝上 V带传动、电动机功率 18.5kW的风机型号为：G-TF24B4-V s18.5(2)风机的调节方式调角式：停机手调，运行中手调，运行中用压缩空气遥控，运行中用仪表自控。调速式：运行中遥控，运行中用仪表自控调角风机和调速风机相比.其成本费用较低，安装维修简便。近年来，我国有关行业已采用自动调角风机，经济效益明显。从理论和实践都表明，调角风机仍具有生命力。的。调角风机和调速风机在低流量能耗差别是很大的,在某些情况下，采用调速风机是有利风机的传动方式有：直接传动：电机与风机叶轮直连，要求采用多极电机，效率高，适用于调速式风机；齿轮传动：运行可靠，效率较高，构造复杂，

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