管壳式换热器的维护检修.doc
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1、第一章 管壳式换热器概述 过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛,是在化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必需的关键设备,而换热设备则是广泛使用的一种通用的过程设备。1.1 换热器的应用 换热器的应用广泛,日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等,都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。换热器既可是一种单独的设备,如加热器、冷却器和凝汽器等;也可是某一工艺设备的组成部分,如氨合成塔内的热交换器。随着时代的进步,科技的不断发展,换热器在我们的生活、生产中的利用价值越来越突出。 换热器的主要分类 在工业生
2、产中,由于用途、工作条件和物料特性的不同,出现了不同形式和结构的换热器。1.2.1 换热器的分类及特点 按照传热方式的不同,换热器可分为三类: 1.直接接触式换热器 又称混合式换热器,它是利用冷、热流体直接接触与混合的作用进行热量的交换。这类换热器的结构简单、价格便宜,常做成塔状,但仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。 2.蓄热式换热器 在这类换热器中,热量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的。首先让热流体通过,把热量积蓄在蓄热体中,然后再让冷流体通过,把热量带走。由于两种流体交变转换输入,因此不可避免地存在着一小部分流体相互掺和的现象,造成流体的“污染”。 蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜
3、,单位体积传热面比较大,故较适合用于气-气热交换的场合。 3.间壁式换热器 这是工业中最为广泛使用的一类换热器。冷、热流体被一固体壁面隔开,通过壁面进行传热。按照传热面的形状与结构特点它又可分为:(1) 管式换热器:如套管式、螺旋管式、管壳式、热管式等;(2) 板面式换热器:如板式、螺旋板式、板壳式等;(3) 扩展表面式换热器:如板翅式、管翅式、强化的传热管等。1.2.2 管壳式换热器的分类及特点 管壳式换热器是目前用得最为广泛的一种换热器,主要是由壳体、传热管束、管板、折流板和管箱等部件组成,其具体结构如下图所示。壳体多为圆筒形,内部放置了由许多管子组成的管束,管子的两端固定在管板上,管子的
4、轴线与壳体的轴线平行。进行换热的冷热两种流体,一种在管内流动,称为管程流体;另一种在管外流动,称为壳程流体。为了增加壳程流体的速度以改善传热,在壳体内安装了折流板。折流板可以提高壳程流体速度,迫使流体按规定路程多次横向通过管束,增强流体湍流程度。 流体每通过管束一次称为一个管程;每通过壳体一次就称为一个壳程,而图a所示为最简单的单壳程单管程换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板,将全部管子均分为若干组。这样流体每次只通过部分管子,因而在管束中往返多次,这称为多管程;同样为提高管外流速,也可以在壳体内安装纵向挡板,迫使流体多次通过壳体空间,称为多壳程。多管程与多壳程可以配合使用。 这
5、种换热器的结构不算复杂,造价不高,可选用多种结构材料,管内清洗方便,适应性强,处理量较大,高温高压条件下也能应用,但传热效率、结构的紧凑性、单位传热面的金属消耗量等方面尚有待改善。 由于管内外流体的温度不同,因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两流体温度相差较大,换热器内将产生很大的热应力,导致管子弯曲、断裂或从管板上拉脱。因此,当管束与壳体温度差超过50时,需采取适当补偿措施,以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施,管壳式换热器可以分为以下几种主要类型: 图a (1) 固定管板式换热器:其结构如图1所示。换热器的管端以焊接或胀接的方法固定在两块管板上,而管板则以焊接的方法与壳体相连。与
6、其它型式的管壳式换热器相比,结构简单,当壳体直径相同时,可安排更多的管子,也便于分程,同时制造成本较低。由于不存在弯管部分,管内不易积聚污垢,即使产生污垢也便于清洗。如果管子发生泄漏或损坏,也便于进行堵管或换管,但无法在管子的外表面进行机械清洗,且难以检查,不适宜处理脏的或有腐蚀性的介质。更主要的缺点是当壳体与管子的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时,在壳体与管中将产生较大的温差应力,因此为了减少温差应力,通常需在壳体上设置膨胀节,利用膨胀节在外力作用下产生较大变形的能力来降低管束与壳体中的温差应力。 (2) 浮头式换热器:其结构如图2所示。管子一端固定在一块固定管板上,管板夹持在壳体法兰与管箱
7、法兰之间,用螺栓连接;管子另一端固定在浮头管板上,浮头管板夹持在用螺柱连接的浮头盖与钩圈之间,形成可在壳体内自由移动的浮头,故当管束与壳体受热伸长时,两者互不牵制,因而不会产生温差应力。浮头部分是由浮头管板,钩圈与浮头端盖组成的可拆联接,因此可以容易抽出管束,故管内管外都能进行清洗,也便于检修。由上述特点可知,浮头式换热器多用于温度波动和温差大的场合,尽管与固定管板式换热器相比其结构更复杂、造价更高。 (3) U型管式换热器:其结构可参见图3。一束管子被弯制成不同曲率半径的U型管,其两端固定在同一块管板上,组成管束,从而省去了一块管板与一个管箱。因为管束与壳体是分离的,在受热膨胀时,彼此间不受
8、约束,故消除了温差应力。其结构简单,造价便宜,管束可以在壳体中抽出,管外清洗方便,但管内清洗困难,故最好让不易结垢的物料从管内通过。由于弯管的外侧管壁较薄以及管束的中央部分存在较大的空隙,故U型管换热器具有承压能力差、传热能力不佳的缺点。 (4) 双重管式换热器:将一组管子插入另一组相应的管子中而构成的换热器,其结构可以参看图4。管程流体(B流体)从管箱进口管流入,通过内插管到达外套管的底部,然后返回,通过内插管和外套管之间的环形空间,最后从管箱出口管流出。其特点是内插管与外套管之间没有约束,可自由伸缩。因此,它适用于温差很大的两流体换热,但管程流体的阻力较大,设备造价较高。(5) 填料函式换
9、热器:图5为填料函式换热器的结构。管束一端与壳体之间用填料密封,管束的另一端管板与浮头式换热器同样夹持在管箱法兰和壳体法兰之间,用螺栓连接。拆下管箱、填料压盖等有关零件后,可将管束抽出壳体外,便于清洗管间。管束可自由伸缩,具有与浮头式换热器相同的优点。由于减少了壳体大盖,它的结构较浮头式换热器简单,造价也较低,但填料处容易泄漏,工作压力与温度受一定限制,直径也不宜过大。 第二章 管壳式换热器的完好标准2.1 零部件 2.1.1 换热器的零部件及附件完整齐全,壳体、管程、封头的冲蚀、腐蚀在允许范围内,管束的 堵管数不超过管束总数的10,隔板、折流板、防冲板等无严重的扭曲变形。 2.1.2 仪表和
10、各种安全装置齐全、完整、灵敏、准确。 2.1.3 基础、机座完好,无倾斜、下沉、裂纹等现象。2.1.4 各部连接螺栓紧固齐全、无锈蚀,符合技术要求。 2.1.5管道、管件、阀门、管架等安装合理, 牢固完整,标志分明,符合要求。2.1.6换热器壳程、管程及外管焊接质量均符合技术要求。2.1.7防腐、保温设施完整有效,符合技术要求。2.2 运行性能 2.2.1 换热器各部温度、压力、流量等参数符合技术要求。 2.2.2 设备各部阀门开关正常。 2.2.3 换热效率达到铭牌出力或查定能力。 2.3 技术资料 2.3.1换热器的设备档案齐全,各项记录填写及时、准确;设备档案内容如下: 2.3.1.1设
11、计单位提供的设计图样和设计、安装(使用)说明书,属于中压和类以上的压力容器管理范围的换热器还应有强度计算书; 2.3.1.2换热器的设备卡片及运行、缺陷、检修、事故记录;运行时间和累计运行时间有统计记录;换热器的密封点统计准确并有消除泄漏的记录; 2.3.1.3换热器的设备图纸齐全,包括制造厂提供的竣工图(如在原蓝图上修改,则必须有修改人、技术审核人的确认标记)、产品质量证明书、产品安全质量监督检验证书; 2.3.1.4换热器的安装检验记录;运行中的检验、检测记录,以及有关的技术文件和资料; 2.3.1.5换热器的修理方案、实际修理情况记录以及有关的技术文件和资料; 2.3.1.6换热器的技术
12、改造方案、图样、材料质量证明书、施工质量检验及技术文件资料; 2.3.1.7有关事故的记录资料和处理报告。2.3.2 如系拆迁的旧换热器,除上述资料外,尚须有换热器原来所属单位提供的设备历史资料,包括使用、检验、改造、修理和事故等记录。2.3.3属于压力容器管理范围的换热器有关压力容器技术资料齐全、准确。2.3.4操作规程、维护检修规程齐全。2.4 设备环境2.4.1 设备及环境整齐清洁、无污垢、垃圾。 2.4.2 设备的胀口、焊口、管口、法兰、阀门等密封面完好,泄漏率在允许范围内。 2.4.3 道路畅通,在安全距离内无危险物和障碍物。第三章 管壳式换热器的检验3.1定期检验 定期检验时换热器
13、所在单位的设备技术管理人员应参加并配合。 定期检验包括外部检查,内、外部检查和液压试验等。3.1.1外部检查 1、换热器的外部检查(用肉眼或10倍放大镜)每季度一次,在换热器运行条件下进行。 2、外部检查的内容如下: A 检查换热器的保温层是否完好,有无漏气或漏液现象;对无保温层的换热器应检查防腐层是否完好及换热器外表面的锈蚀情况;检查换热器的壳体、密封部位、焊缝、接管等有无泄漏、裂缝及变形等; B 检查换热器有无异常声响与振动; C了解换热器在运行中的有关情况,特别是有无介质堵塞和泄漏现象; D 压力表、安全阀等安全附件按规定进行校验或更换。 3.1.2内部检查 1.换热器的内部检查,是在换
14、热器停车或检修时进行,每年一次。 2.内部检查的内容: A 换热器壳体的内、外表面,开孔接管处等部位有无介质腐蚀或冲刷磨损现象。 B 检查管束腐蚀、结垢情况和有无泄漏。 C 检查管束与管板连接部位有无泄漏。 3.检查结果予以记录,发现缺陷予以处理。 3.1.3液压试验 1、液压试验顺序及要求 a.固定管板式 (1)壳体试压:检查壳体、换热管与管板相连接接头及有关部位。 (2)管程试压:检查管箱及有关部位。 b.U形管式换热器、釜式重沸器(带U形管束)及填料函式换热器 (1)壳程试压(用试验压环),检查壳体、管板、换热管与管板连接部位及有关部位。 (2)管程试压,检查管箱的有关部位。 c.浮头式
15、换热器、釜式重沸器(带浮头式管束) (1)用试验压环和浮头专用工具进行管与管板接头试压。对釜式重沸器,还应配备管与管板接头试压专用壳体,检查换热管与管板接头及有关部位。 (2)管程试压,检查管箱、浮头盖及有关部位。 (3)壳程试压,检查壳体、换热管与管板接头及有关部位。 2、液压试验 A 换热器的液压试验一般用洁净的水作为试验介质。有特殊要求的,可以用图纸规定的液体作为试验介质,试压用液体和环境的温度均不得低于5。试验时液体的温度应低于液体本身的沸点和闪点;对奥氏体不锈耐酸钢制容器,用水进行试验后,应立即将水渍去除干净,当无法达到这一要求时,就应控制水中的氯离子含量不超过25ppm。 B 换热
16、器液压试验的试验压力为1.25P(P为换热器的设计压力,下同),设计压力P小于或等于0.6MPa的换热器取1.25P和1.25P0.1MPa中较大者。 C 工作温度大于或等于200的换热器,液压试验的压力Pr为: Pr1.25P/ t式中: Pr 试验压力 MPa; P 设计压力 MPa; 试验温度下的材料许用应力 MPa;t 设计温度下的材料许用应力 MPa。 D液压试验的顺序为先壳程,同时检查换热器管束与管板连接部位,然后再试管程。试压时,将换热器充满液体,滞留在换热器中的气体必须排尽,换热器表面保持干燥,待换热器的壁温与液体的温度接近时,才能缓慢地升压到设计压力,确认无泄漏后继续升压到规
17、定的试验压力,保压30分钟,然后降到设计压力,保压30分钟以上并进行检查。检查期间应保持压力不变, 但不得采用连续加压以维持试验压力不变的做法,不得带压紧固螺栓。 E液压试验中, 无泄漏,无可见的异常变形和异常响声,即为试验合格。 F试验完毕后,应立即将水排尽,并使之干燥。 G 当不能采用液压试验时,可采用气压试验,其试验压力为1.15P(P为设计压力)。采取气压试验时,必须采取严格的安全措施,并经主管部门的技术负责人批准。试验用气体为干燥洁净的空气、氮气或其它惰性气体,试验用气体温度不低于5。介质为易燃易爆的换热器必须彻底清洗和置换,经分析合格方可进行,否则严禁用空气作为试验介质。 H在液压
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