冷換設備基礎知識課件

1、2024/3/30,Slide 1,,,,,吉木乃廣匯液化天然氣工廠2011.9.7,冷換設備基礎知識,培訓課件-4,2024/3/30,Slide 2,主要內容,概述纏繞式換熱器管殼式換熱器空氣冷卻器,2024/3/30,Slide 3,一、概述,2024/3/30,Slide 4,工業(yè)應用,換熱器是廣泛應用的石油化工通用工藝設備在工廠建設中，換熱器約占總投資的11%。它的先進性，合理性和運轉可靠性將直接影響產品的質量，數

2、量和成本。由于使用條件的不同，換熱器可以有各種各樣的形式和結構加熱器、冷卻器、蒸發(fā)器、再沸器、冷凝器等。LNG液化工藝過程換熱器是關鍵設備。,2024/3/30,Slide 5,工業(yè)應用,在完成熱量傳遞的同時，換熱設備還可以在生產工藝流程中起到不同的作用。控制介質的溫度(加熱器、冷卻器)；控制介質的壓力(冷凝器、再沸器、蒸發(fā)器等)；控制介質汽化的流量(蒸發(fā)器、再沸器等)；控制介質冷凝的流量(冷凝器、冷凝冷卻器等),2024

3、/3/30,Slide 6,LNG工廠的應用,在MCHE中制劑與天然氣的換熱23Y01MRC冷劑壓縮機輸送的冷劑的冷凝、冷卻41E01/E02/E03天然氣管路防止水合物凝固的加熱11E01MDEA溶液中汽提CO2分離設備的汽化或冷凝12E02、12E03,2024/3/30,Slide 7,換熱設備基本要求-工藝條件,合理實現所規(guī)定的傳熱量、溫度、壓力、流量、相態(tài)、密度、粘度、腐蝕性根據熱力學、流體力學確定傳熱面積增

4、大傳熱系數k：在考慮流體阻力和不發(fā)生流體誘發(fā)振動前提下，盡量選高流速增大平均溫度差△tm ：盡量采用逆流的傳熱方式,并盡可能的提高熱流體進口溫度或降低冷流體進口溫度合理布置傳熱面A ：在管殼式換熱器中,采用合適的管間距或排列方式可增大傳熱面積、改善流動特性。錯列管束傳熱優(yōu)于并列管束。,2024/3/30,Slide 8,換熱設備基本要求-機械條件,強度，剛度，溫差應力以及疲勞壽命以保證設備安全可靠 合理選材：機械性能（如強

5、度極限、彈性模量、延伸率）物理性能（如導熱系數、線膨脹系數等）化學性能（耐腐蝕性）利于安裝，操作和維修經濟合理,2024/3/30,Slide 9,換熱器的工作原理與分類,兩種溫度不同的流體通過熱量的交換，使一種流體降溫而另一種流體升溫，以加熱原料、回收熱量、冷卻產品按照換熱時流體的熱量傳遞方式換熱設備可分為間壁式、直接混合式和蓄熱式三種類型，間壁式換熱器是應用最為廣泛最主要的類型。它的原理是冷、熱兩股流體被一個固體壁隔開

6、，高溫流體首先將所帶熱量傳給間壁，然后靠間壁將所得熱量傳給被加熱的低溫流體，而冷熱兩種流體互不相混。由于器內流體(熱流體及冷流體)的流動，與管壁之間以對流方式交換熱量，而管壁內部又以導熱方式進行傳遞熱量蓄熱式和直接混合式換熱器則應用較少。,2024/3/30,Slide 10,換熱器的分類,,2024/3/30,Slide 11,換熱設備的分類,直接接觸式換熱器（或混合式換熱器）原理：冷流體和熱流體直接接觸與混合進行熱量的交換應用

7、：涼水塔、氣液混合式冷凝器特點：傳熱效率高、結構簡單、價格便宜，僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場合結構：為增加兩流體的接觸面積，以達到充分換熱，在設備中常放置填料和柵板，通常采用塔形結構。,,,2024/3/30,Slide 12,換熱設備的分類,蓄熱式換熱器（或回熱式換熱器）單位體積的傳熱面大，適合氣—氣交換兩種流體少量混合，注意可能造成流體的“污染”安全問題必須有相應的技術措施用于廢氣溫度很高而需要預熱空氣的場合結構

8、簡單、價格便宜,2024/3/30,Slide 13,換熱設備的分類-間壁式換熱器,利用間壁（固體壁面）將進行熱交換的冷熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體的換熱器。換熱效率、結構緊湊性和單位傳熱面積的金屬消耗量優(yōu)良結構堅固、可靠、適應性強、易于制造、能承受較高的操作壓力和溫度在高溫、高壓和大型換熱器中，管殼式換熱器占絕對優(yōu)勢，是目前使用最廣泛的一類換熱器。管殼式換熱器目前在石化工業(yè)中應用最為普遍，占總量的

9、90%以上。,2024/3/30,Slide 14,換熱器選擇標準,傳熱效率高流體阻力小強度足夠結構可靠材料節(jié)省 成本低制造，安裝，檢修方便。,2024/3/30,Slide 15,發(fā)展趨勢,需求量大對節(jié)約能源和環(huán)境保護的重視，換熱設備的需求量隨之增大，換熱技術獲迅速發(fā)展。種類繁多新型結構也不斷出現發(fā)展方向強化傳熱、高效緊湊、降低熱阻以及防止流體誘導振動等方向發(fā)展,2024/3/30,Slide 16,二、纏繞式

10、換熱器,2024/3/30,Slide 17,纏繞管式換熱器-特點,管內介質以螺旋方式流動，殼程介質逆流橫向交叉通過繞管，換熱器層與層之間換熱管反向纏繞，管、殼程介質以純逆流方式進行傳熱，即使在較低的雷諾數下其流動形態(tài)也為湍流，換熱系數較高；多種介質共存于一臺繞管式換熱器進行傳熱時，由于其傳熱元件為圓管，繞管式換熱器對不同介質之間的壓差和溫差限制要求較小，降低了生產裝置的操作難度，提高了設備的安全性；任何一根管道有泄漏，可在管路兩端

11、堵死管口，防止高壓側流體串通到低壓側。,2024/3/30,Slide 18,纏繞管式換熱器-特點,天然氣液化流程中，換熱器中存在多股流，有氣液兩相混合，換熱器結構復雜。設計計算采用計算機程序，確定換熱器的大小、壓降表面積、管數與管長、總長、螺旋角及管間間距。結構相對緊湊、耐高壓且密封可靠、熱膨脹可 自行補償大型化混合制冷循環(huán)液化流程就是采用纏繞式管式換熱器。,2024/3/30,Slide 19,纏繞管式換熱器-結構,在繞管式

12、換熱器中，鋁管被繞成螺旋形，每層卷繞方向與前一層相反。管路在殼體頂部或底部連接到管板，管的端部插入到管板的孔中，然后脹管：管板固定管子，漲管起密封作用。高壓氣體在管內流動，混合制冷劑在殼體內流動。殼體內部設置一些擋板，減小流通面積，增加流速和擾動，提高傳熱效率。管束置于殼體內，殼體與管板焊成一個封閉的容器。,2024/3/30,Slide 20,纏繞管式換熱器,,2024/3/30,Slide 21,纏繞管式換熱器,2024/

13、3/30,Slide 22,纏繞管式換熱器,2024/3/30,Slide 23,纏繞管式換熱器,2024/3/30,Slide 24,纏繞管式換熱器-工藝參數,本裝置MHCE使用林德公司生產的纏繞式換熱器,2024/3/30,Slide 25,23Y01操作及維護要點,固體顆粒防護加裝過濾器，天然氣管路XAE005，重冷劑管路XAE006，篩孔直徑最大1000μm停車和檢修期間，充氮防止雜質進入。操作極限循環(huán)負載(20年壽命，

14、DCS記錄使用期限內的開、停車次數)總壓降≯1bar溫差，徑向≯60℃;平均≯50 ℃;冷卻和加熱速率，分部30℃/h，總部60℃/h，短時間2℃/min。,2024/3/30,Slide 26,23Y01操作及維護要點,解凍/吹掃介質干燥、無油工藝氣或氮氣，露點-70 ℃（壓力下）。汞含量防止對鋁材料的腐蝕和對維護人員健康的損壞汞≯0.1μg/Nm3由DCS監(jiān)控23Y01的操作溫度、壓力、差壓、流量必須在設計范圍內。,

15、2024/3/30,Slide 27,纏繞管式換熱器,2024/3/30,Slide 28,二、管殼式換熱器,2024/3/30,Slide 29,管殼式換熱器-共同點,由脹接(或焊接)在管板上的管束裝于圓筒形外殼內組成一種流體(高溫)由管程進口進入管箱，沿管束的管內流動再經過管箱由管程出口排出；另一種流體(低溫)由殼程進口進入，穿過裝滿管束的殼體空間經殼程出口排出兩種流體在換熱器內通過管束的管壁傳送熱量。,2024/3/30,S

16、lide 30,管殼式- U型管式,結構特點：管束為多根U形管固定在一端管板，另一端可自由伸縮殼體與U形管有溫差時，不會產生熱應力。結構簡單、價格便宜，承壓能力強。受彎管曲率半徑限制，換熱管排布少，殼程流體易形成短路管子泄漏時，壞一根U形管相當于壞兩根管，報廢率較高。適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質易結垢需要清洗，又不適宜采用浮頭式和固定管板式的場合。,2024/3/30,Slide 31,管殼式-浮頭式,熱補償結構由浮頭

17、管板、浮頭端蓋和兩個半圓型壓圈(鉤圈）組成浮頭和殼體不固定，管束可以自由脹縮并可抽出，避免了管束和殼體因溫差產生的熱應力。浮頭處于殼程介質中，浮頭處的密封結構工作可靠管間和管內清洗方便；結構復雜，造價比固定管板式換熱器高，設備笨重，材料消耗量大。適用于殼體和管束之間溫差較大或殼程介質易結垢的場合。,2024/3/30,Slide 32,浮頭式換熱器結構,,2024/3/30,Slide 33,管殼式換熱器-固定管板式,結構簡單

18、、緊湊、能承受較高的壓力，造價低，管程清洗方便，管子損壞時易于堵管或更換。當管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數相差較大時，殼體和管束中將產生較大的熱應力。適用于殼側介質清潔且不易結垢，管、殼程兩側溫差不大，壓力不高的場合。為減少熱應力，設置膨脹節(jié)、撓性管板吸收熱膨脹差。,2024/3/30,Slide 34,釜式重沸器-結構,有浮頭式、U形管式和固定管板式殼體上部設置一個蒸發(fā)空間，蒸發(fā)空間的大小由產氣量和所要求的蒸氣品質所決定。

19、清洗維修方便，可處理不清潔、易結構的介質，能承受高溫、高壓。,2024/3/30,Slide 35,換熱器結構示意圖,,2024/3/30,Slide 36,結構特點-管箱,目的 ：把從管道來的流體均勻分布到各傳熱管或把管內流體匯集一起送出換熱器。管箱結構形式,2024/3/30,Slide 37,結構特點,管板與殼體的聯(lián)接,殼程入口接管,2024/3/30,Slide 38,結構特點-管子與管板,管子與管板的連接形式有三種脹接、

20、焊接和脹焊聯(lián)合連接高溫高壓換熱器可采用脹焊聯(lián)合的方法提高連接強度，避免應力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命。,2024/3/30,Slide 39,結構特點-管子與管板,管子在管板上的排列有三角形排列和正方形排列。常用管子規(guī)格為Φ19×2(mm)、Φ25X 2.5(mm)長度有3m、6m和9m。,2024/3/30,Slide 40,結構特點-管束的分程,管箱內設置隔板，將全部管子平均分隔成若干組，稱管程數使流體在管內依

21、次往返多次，提高管程流速，改善傳熱效果。管束內由管箱到另一端(如浮頭)，或由另一端到管箱的流動次數叫管程數。,2024/3/30,Slide 41,折流板,殼程的橫截面積比管程的橫截面積大，為增加流速，使流體垂直于管子流過，在殼程設置折流板提高傳熱效果，起支撐管束作用折流板有弓形和圓環(huán)形，弓形缺口的高度一般取為殼體內徑20-25%擋板間距過大，流速小，不能保證流體垂直流過管束；間距過小，流動阻力增加，且不便于檢修。標準規(guī)定：

22、固定管板式：150、300 和 600 mm 三種規(guī)格；浮頭式：150、200、300、480 和 600 mm 五種規(guī)格。,2024/3/30,Slide 42,國標-換熱器型號說明,,2024/3/30,Slide 43,換熱器型號說明,,2024/3/30,Slide 44,,,2024/3/30,Slide 45,三、工廠冷換設備簡介,2024/3/30,Slide 46,LNG工廠冷換設備,首字母- B：封頭是管

23、箱;中部字母- E：單程殼體; K：釜式重沸器;尾部字母- U：U型管束; M：固定管板結構,2024/3/30,Slide 47,LNG工廠換熱器基本類型,2024/3/30,Slide 48,原料氣加熱器（11E01）,型號：BEU400-7.0/0.6-20-2.1/25-2Ⅱ,2024/3/30,Slide 49,胺汽提塔再沸器（12E02）,型號：BKU1300/1800-0.57/0.4-353-5

24、/25-2Ⅱ,2024/3/30,Slide 50,進料加熱器（12E05A/B）,型號：BEM1000/-4.9/4.9-593-10/25-2Ⅱ,2024/3/30,Slide 51,脫氮塔冷凝器（23E01）,型號：BEU1800/-3.2/1.0-594-7/25-2Ⅰ,2024/3/30,Slide 52,板式換熱器-結構特點,由一組長方形薄金屬傳熱板片、密封墊片、壓緊裝置組成板片表面壓制成波紋形或槽形，增板剛度，增大流體湍

25、流度，提高傳熱效率。兩相鄰板片邊緣用墊片夾緊密封，板與板之間形成一定間隙，構成板片間流體通道。冷熱流體交替在板片兩側流過，通過板片傳熱。板片間流通的當量直徑小，板形波紋擾動作用激化，較低流速下可達湍流，較高傳熱效率。結構緊湊、使用靈活、清洗和維修方便、能精確控制換熱溫度。但密封周邊長，滲漏可能性大，承壓能力低，使用溫度不易過高，流道狹窄，易堵塞，處理量小，流動阻力大。,2024/3/30,Slide 53,貧/富液換熱器（12

26、E01）-板式換熱器,型號:AN15L2/307/PN10/316L 裝機面積:199.55m2 數量:1,2024/3/30,Slide 54,啟動冷換設備程序,準備工作檢查冷換設備閥門,法蘭,頭蓋,螺栓,溫度計套管等是否齊全好用啟用倒好流程，正確無誤，關閉所有放空閥，防止跑液。 ①稍開放空閥將換熱器內的存液排空后關閉放空。②打開出口閥，維持系統(tǒng)壓力平衡。 ③冷介質充滿后，全開進、出口閥停付線。引熱源（

27、或冷源，與環(huán)境溫度比較，苛刻介質后進先出原則 ）①緩慢打開出口閥，維持系統(tǒng)壓力平衡②熱油（或冷源）充滿后，全開進出口閥，停付線（如果有） 檢查①有無泄漏情況。②放空是否關嚴,2024/3/30,Slide 55,停用冷換設備程序,先打開熱源（或冷源）付線。再停熱源（或冷源）進出口閥。 打開冷源付線。停冷源進出口閥。放盡換熱器內存液。用氮氣吹掃管線時，殼程要排空，吹掃殼程時，管程排空，防止密閉加熱或致

28、冷而發(fā)生泄漏。,2024/3/30,Slide 56,四、空氣冷卻器,2024/3/30,Slide 57,空氣冷卻器-工作原理,依靠環(huán)境空氣與物料之間巨大的溫差將其冷卻冷凝，不需要冷卻水，節(jié)省了大功率水泵和水量的消耗，達到節(jié)能降耗的目的。 空冷器工作時，物料氣體從集氣管進口進入翅片式冷凝管束，依靠軸流風機將空氣從設備下部吸入，工藝介質通過空氣冷卻器管束把熱量傳給翅片管外的空氣，熱空氣通過上方的風機抽走再從底部進入新的空氣進行循環(huán)，使

29、物料氣體冷凝。,2024/3/30,Slide 58,空氣冷卻器-組成,管束、管箱、風機、構架、百葉窗組成軸流風機在管束下面用軸流式風機，強制空氣吹過管束將管內流體冷凝冷卻空氣的給熱系數小，管束均由外翅片管所組成風機也可裝于管束上部，進行誘導式通風，空氣自下而上流動。一組或幾組放在框架之上的管束，長度有3、4.5、6、9m四種規(guī)格水平式(臥式)空冷器，翅片管分層排列常用的排數是3～8排，管子材料一般為碳鋼。尺寸常采用φ2

30、5×2.5mm的規(guī)格，翅片為鋁制環(huán)形翅片，安裝形式分為纏繞式和鑲嵌式。管箱寬度有1.0、1.5、2.0、3.0m四種。換熱管兩端固定在管板上，管板、管箱壁及管箱蓋板構成完整的集流式管箱。側面壁及支架,2024/3/30,Slide 59,風機形式,2024/3/30,Slide 60,管箱的結構,焊接絲堵式管箱兩端管箱絲堵式結構，聯(lián)結結構強度高，密封性好，適用于高壓條件法蘭式管箱適用于低壓集合管式管箱為適應管束

31、的熱膨脹，一端管箱不固定，容許沿管長方向位移。,2024/3/30,Slide 61,空冷器型號表示：,循環(huán)壓縮機級間冷卻器（41E01A/B/C/D/E/F/G/H/I/J)YP10.5×3.5/10–TF42/10-YJP10.5×7/5引風式水平管束、長×寬為10.5m ×3.5m、10片;停機手動調角風機、直徑4200mm 10臺;水平式構架，長×寬為10.5m ×

32、7m,2024/3/30,Slide 62,空冷器型號及參數,2024/3/30,Slide 63,引風式空冷器設計特點,吸風器置于管束上方可以遮擋大部分換熱管束上表面，避免灰塵、雨雪、橫風對換熱的影響非常適合吉木乃地區(qū)的氣象環(huán)境。風機傳動形式：長軸傳動，電機下置，葉輪與電機由長軸連接（直升機螺旋槳形式） ，葉輪置于管束上方，電機置于管束下方（若電機置于管束上方，出風溫度高，影響電機使用壽命） ，方便維護，配置不停機加油系統(tǒng)，操作方

33、便,2024/3/30,Slide 64,雙金屬軋片管技術特點：,經過脹管工藝加工后的雙金屬軋片管，有效地消除了兩種金屬之間的空氣熱阻，傳熱效率提高節(jié)省設備數量和占地面積，風機數量可相應減少，節(jié)省電耗,2024/3/30,Slide 65,空冷器技術特點,防腐手段：熱浸鋅空冷器管束的結構件（側立板等）采用整體熱浸鋅的工藝，防腐性能好。 管箱形式采用集合管箱，泄漏點基本可以杜絕。方便維護。 材質位號12E03設備采用304L不

34、銹鋼， 規(guī)格型號φ32×2； 其它設備基管材質采用10# （標準：GB9948）鋼，規(guī)格型號φ32×3；翅片采用鋁翅片。,2024/3/30,Slide 66,冬季防凍,針對新疆地區(qū)冬季天氣寒冷，管內介質容易結冰導致爆管、堵塞，在空冷器上采用變頻風機（部分變頻控制） ，當環(huán)境氣溫較低時，空冷器風機可以降頻運行，以節(jié)省用電，并且有效防凍。 在結構形式上，換熱盤管設計了較大的傾斜度（2%左右） ，使凝結介質更容易的流

35、出，保護換熱管不易凍結。 位號為12E03和12E04的空冷器設備上預留輔助電加熱器安裝位置， 以保證在較低的環(huán)境溫度下，采用電伴熱的方式使設備有效防凍。,2024/3/30,Slide 67,空冷器風機變頻控制,空冷器通過風機的變頻控制， 來實現在環(huán)境溫度下降并對介質的出口溫度產生影響時，對介質的出口溫度進行控制，使其在規(guī)定的范圍內。所有控制均進入DCS系統(tǒng)。,2024/3/30,Slide 68,空冷器溫度的控制方法,改變百葉窗

36、的開度；改變風機的轉速；改變風機葉片的傾角。,2024/3/30,Slide 69,空冷器啟動程序,啟動前的檢查與準備：①檢查風機出入口風道聯(lián)接是否完好②盤車檢查風機各部間隙尺寸轉動部分與固定部分有無磨擦現象③聯(lián)軸器加好防護罩④向風機軸承箱內加入潤滑油⑤檢查儀表及電氣線路是否正確。⑥手動設定好百葉窗開度正確。風機啟動：①現場操作柱就地啟動或CCR遙控啟動空冷器變頻電機，使風機正常運行。②觀察DCS指示管束介質出口溫

37、度變化情況，同時注意電機電流不得超過額定值。,2024/3/30,Slide 70,思考題：,1、管殼式換熱器主要有哪幾種形式，各有何優(yōu)缺點？分別畫出示意圖，并注明各零部件名稱。2、我國常用換熱管的長度有哪些？3、換熱管在管板上的固定方式有哪些，各適用范圍如何？4、管子在管板上排列的形式有哪些？各適用于什么場合？5、折流板的作用如何？常用有哪些形式？6、固定管板式換熱器中溫差應力是如何產生的？有哪些補償溫差應力的措施。7、管