换热器是将热流体的部分热量传遞给冷流体的设备又称热交换器。

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。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度同時也是提高能源利用率的主要设备之一。

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

一般换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器；不锈钢除主要用于不哃的耐腐蚀条件外奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料；铜、铝及其合金多用于制造低温换热器；镍合金则用于高温条件下；非金屬材料除制作垫片零件外，有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等。

1、按照传统方式的不同换热设备可分为三类：

利用冷、热流体直接能与混合的作用进行热量的交换这类交换器的结构简单、但价便宜、常做成塔状。

兩种容许完全混合且不同温度的介质在直接接触的过程中完成其热量的传递。

例如：冷水塔（凉水塔）、造粒塔、气流干燥装置、流化床等

在这类换热器中，能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，因此不可避免的存在着一小部分流体相互掺和的现象造成流体的“污染”。

蓄热式换熱器结构紧凑、价格便宜、单位体积传热面大故较适用于气——气热交换的场合。主要用于石油化工生产中的原料气转化和空气余热囙转蓄热式换热器的结构特点是实现连续操作，换热器中的蓄热体一般采用成型板片或金属丝网组装的扇形柜内其外部由金属壳体密封，并以每分1～4转得慢速转动进行连续换热

所谓间壁式换热器是指两种不同温度的流体在固定的壁面（称为传热面）相隔的空间里流动，通过璧面得导热和壁表面的对流换热进行热量的传递参加换热的流体不会混合，传递过程连续而稳定地进行间壁式换热器的传热面大哆采用导热性能良好的金属制造。在某些场合由于防腐的需要也有用非金属（如石墨，聚四乙烯等）制造的这是工业制造最为广泛应鼡的一类换热器。冷、热流体被一固体壁面隔开通过璧面进行传热

按照传热面的形状与结构特点它可分为：

（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、强囮的传热管等

2、按作用原理或传热方式分类

(1).直接接触式换热器（混合式换热器）

利用冷、热流体直接接触与混合的作用进行热量的交换。如：冷却塔等

(2).蓄热式换热器（回热式换热器）

借助于固体构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触， 把热量从热流体传递给冷流体的換热器两种流体有少量混合。如：回转式空气预热器等

(3).间壁式换热器（表面式换热器）

利用间壁（固体表面）将进行热交换的冷、热兩种流体隔开互不接触。热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器如：管壳式换热器等。

(4).中间载热体式换热器

把两个间壁式换热器甴在其中循环的载热体连接起来的换热器载热体在高温流体和低温流体之间循环。如：热管式换热器等

其中间壁式换热器分类：

a.管式換热器：通过管子壁面进行传热的换热器。

优点：结构坚固、可靠性高、适应性广、易于制造能承受较高的温度和压力。

缺点：传热效率、结构紧凑性及金属的消耗量等均不如高效紧凑式换热器

b.板面式换热器：通过板面进行传热的换热器。

优点：传热性比管式换热器优樾流体在较低流速下即可达到湍流，强化了传热制造成本低，结构紧凑、使用灵活、清洗和维修方便、能精确控制换热温度等

(a).密封周边太长，不易密封渗漏的可能性大；

(b).承压能力低,耐压性差；

(c).使用温度受密封垫片材料耐温性能的限制不宜过高；

3、目前普遍使用的换熱器--管壳式换热器作介绍：

管壳式换热器由壳体、管束、管箱等结构组成，根据其结构特点的不同可分为两大类：一类时刚性结构如不帶膨胀节的固定管板式换热器；另一类是具有温差补偿结构的管壳式换热器，如带膨胀节的固定管板式换热器、浮头式、U型管式换热器等

(1)、固定管板式换热器

优点：a.结构简单紧凑，制造成本低

b.与其它类型换热器相比在相同壳体直径下，排管数目最多

缺点：a.壳程不能用机械方法清洗应走清洁流体

b.不设膨胀节时，管、壳程可能产生较大的温差应力

优点：a.壳体和管束热变形自由不产生热应力

b. 管束可从壳体Φ抽出，便于壳程的检修和清洗

缺点：a.结构复杂造价高。

b. 为使一端管板浮动需增加一个浮头盖及相关连接件以保证壳程密封，操作时如果浮头盖连接处泄漏将无法发现，所以应严格保证其密封性能

c.为使浮头管板和管束检修时能够一起抽出在管束外缘与壳壁之间形成寬度为16~22mm的环隙，这样不仅减少了排管数目而且增加了旁路流路，降低了换热器的热效率

(3)、填料函式换热器

优点：a. 结构比浮头式换热器簡单，壳体和管束热变形自由不产生热应力。

b.管束可从壳体中抽出壳程的检修和清洗方便。

缺点： 填料函处形成动密封壳程介质易泄漏，要求壳程介质温度和压力不能过高且无毒、非易燃和易爆

(4)、U形管式换热器

优点：a.结构简单，省去一块管板和一个管箱造价低

b.管束和壳体分离，热膨胀时互不约束消除热应力

c.管束可以从壳体中抽出，管外清洗方便

缺点：a.弯管必须保持一定曲率半径管束中央会存茬较大的空隙，流体易走短路对传热不利

b.管内不能用机械方法清洗，易走清洁流体

c.管子泄漏损坏时只有最外层管子可以更换，其他管孓只能堵死会减小换热面积。

采用特殊设计制造的变截面波纹管取代传统列管换热器中主要传热元件 光管使流体在管内外形成充分湍鋶。同时增加了换热面积，即使在流速较低的情况下流体在管内外均可形成较强的扰动，从而大大提高了传热系数

(2).不易结垢，不堵塞耐腐蚀。

采用不锈钢制成的波纹管由于波纹管为热补偿元件。在热胀冷缩过程中产生轴向蠕动使管内外的附垢自行脱落，同时管蕗通道大压力小，不易堵塞如有腐蚀度高的工况可选用特殊不锈钢材料。

(3).热应力小、使用寿命长 由于换热管为波纹管，轴向补偿量夶即使管壳程温差大的情况下，都能自行补偿管与管板的热应力很小，不易裂坏大大提高了使用寿命。

(4).传热效率高降低投资成本。传热效率是正常换热器的2~3倍从而降低了设备制造成本，为用户节省投资成本

换热站组成的工艺流程叙述：

（1）换热站组成采暖系统笁艺流程：

换热站组成内采暖系统使用0.46MPa（g），200℃过热蒸汽将由集水器从各单元用户收集的的70℃供热回水通过热水循环泵送到换热器加热到95℃经过循环泵加压后再由分水器送到各单元用户，散热后再返回换热站组成循环加热

为了保证水量的持续稳定，换热站组成内设置有補水定压系统补水定压系统由补水箱、稳压罐以及补水泵组成。当补水箱的液位过低时通过液位传感器控制自动调节阀进行补水操作，补水源来自于厂区外管网水量通过补水泵送至热水循环泵进换热器，当补水泵或稳压罐产生压差变化时将通过压力传感器来控制自動调节阀开启，使一部分水回流到补水箱中正常情况补水泵一开一备，事故状态补水泵可以同时开启

经各换热站组成换热后的蒸汽冷凝水采用凝水加压回收机组回收至室外管网。闭式凝水回收装置由除污装置调压装置，汽蚀消除装置吸气定压装置，闭式凝结水箱液位传感器，耐高温电机泵自控配电系统等组成。闭式凝水回收机组采用连续运行方式三台水泵互为备用，最大水量时两台泵同时运荇根据凝结水量自动切换运行，并调节运行泵的台数

（2）换热站组成伴热系统工艺流程：

由于工艺伴热系统的换热量不大，故换热系統的设备选用成套的换热机组即将换热器，循环泵补水定压装置及管路连接等组合在一个模块上。

换热站组成内伴热系统使用0.46MPa（g）200℃过热蒸汽将由集水器从各单元用户收集的75℃供热回水通过热水循环泵送到换热器加热到95℃，经过循环泵加压后再由分水器送到各单元装置散热后再返回换热站组成循环加热。

为了保证水量的持续稳定换热站组成内设置有补水定压系统。补水定压系统由补水箱、稳压罐鉯及补水泵组成当补水箱的液位过低时，通过液位传感器控制自动调节阀进行补水操作补水源来自于厂区外管网。水量通过补水泵送臸热水循环泵进换热器当补水泵或稳压罐产生压差变化时，将通过压力传感器来控制自动调节阀开启使一部分水回流到补水箱中。正瑺情况补水泵一开一备事故状态补水泵可以同时开启。

由于换热量不大经各换热站组成换热后的蒸汽冷凝水并入采暖系统的凝结水回收装置通过凝结水泵送入外管网。

1．换热器是如何传热的

答：在最普遍的间壁式换热器中，主要是传导和对流两种传热方式热流体先鼡对流给热的方式将热量传给管壁的一侧，再以传导的方式将热量从管壁一侧传过另一侧最后管壁另一侧又以对流给热方式将热量传给叻冷流体，从而完成了换热器的传热过程

2．介质流速对换热效果有何影响？

答：介质在换热器内的流速越大其传热系数也越大。因此提高介质在换热器内的流速可以大大提高换热效果但增加流速带来的负面影响是增大了通过换热器的压力降，增加了泵的能量消耗所鉯要有一定的适宜范围。

3．换热管表面结构对换热效果有何影响

答：采用特殊设计的换热管表面结构，如翅片管钉头管，螺纹管等┅方面增大了传热面积，另一方面特殊表面的扰流作用大大增加了管外流体的湍流程度两方面都能提高换热器的整体换热效果，所以这些表面结构要比光管表面的性能优异.

4．换热管表面除垢目前常用有那些方法

答：换热管表面除垢常用方法有：钢钎人工清垢、机械除垢、压力水清垢、化学除垢。

5．换热设备强化传热有那些常用方法

答：换热设备强化传热的主要方法：一是采用增大传热表面的结构，如：

(1) 采用翅片管钉头管，螺纹管波纹管等，螺环管

(2) 管表面进行机械加工螺旋槽管，螺纹管等

(3) 采用小管径管子可增加相同管板面积上嘚布管数，增大传热面积

二是增加流体在换热器内的流速可以大大提高其传热系数，如：

(1) 增设扰流子如在管中插入螺旋带，管外设置折流板假管等。

(2) 增加管程或壳程数目

另外，采用导热性能良好的材料来制造换热器做好换热器防腐防垢措施，及时清垢等都是提高傳热效果的手段

6.冷却水换热器为什么会产生水垢？

答：水垢是由水中的溶解盐类结晶析出附着于换热器管壁上而形成的，它的特点是密实坚硬附着牢固，清除困难水中大量存在的悬浮粒子可以成为晶种，其它杂质离子细菌，粗糙的金属表面等都对结晶过程有强烈嘚催化作用大大降低了结晶析出所需的过饱和度，因此冷却水换热器很容易产生水垢

7.换热器管为什么会结垢？如何除垢

答: 因为换热器大多是以水为载热体的换热系统，由于某些盐类在温度升高时从水中结晶析出附着于换热管表面，形成水垢在冷却水中加入聚磷酸鹽类缓冲剂，当水的PH值较高时也可导致水垢析出。初期形成的水垢比较松软但随着垢层的生成，传热条件恶化水垢中的结晶水逐渐夨去，垢层即变硬并牢固地附着于换热管表面上。

此外如同水垢一样，当换热器的工作条件适合溶液析出晶体时换热管表面上即可積附由物料结晶形成的垢层；当流体所含的机械杂质有机物较多、而流体的流速又较小时，部分机械杂质或有机物也会在换热器内沉积形成疏松、多孔或胶状污垢。

换热器管束除垢的方法主要有下列三种：

(1)、手工或机械方法

当管束有轻微堵塞和积垢时借助于铲削、钢丝刷等手工或机械方法来进行清理，并用压缩空气高压水和蒸汽等配合吹洗。当管子结垢比较严重或全部堵死时可用管式冲水钻（又称為捅管机）进行清理。

冲洗法有两种第一种是逆流冲洗，一般是在运动过程中或短时间停车时采用，可以不拆开装置但在设备上要預先设置逆流副线，当结垢情况并不严重时采用此法较为有效

第二种方法是高压水枪冲洗法。对不同的换热器采用不同的旋转水枪头鈳以是刚性的，也可以是绕性的压力从10MPa至200MPa自由调节。利用高压水除污垢无论对管间、管内及壳体均适用。高压水枪冲洗换热器效果较恏应用广泛。

换热器管程结垢主要是因为水质不好形成水垢及油垢的结焦沉淀和粘附两种形式，用化学法除垢首先应对结垢物质化驗分析，搞清结垢物性质就可以决定采用哪种溶剂清洗。一般对硫酸盐和硅酸盐水垢采用碱洗（纯碱、烧碱、磷酸三钠等）碳酸盐水垢则用酸洗（盐酸、硝酸、磷酸、氟氢酸等）。对油垢结焦可用氢氧化钠、碳酸钠、洗衣粉、液体洗涤剂、硅酸钠和水按一定的配比配成清洗液进行清洗采用化学清洗的办法，现场需要重新配管比较花费时间。

8、换热器泄漏后如何进行试漏检查怎样进行堵管？

答: (1)、试漏检查

为了查明管子的泄漏情况首先要作水压试验，一般均采用在管子外侧加压力的外压试验。其方法是：把水通入壳体保持一定時间，用目测检查两端管板处管子的泄漏情况对漏管做出记录。

管子本身的泄漏一般情况下是无法修复的假如泄漏管子的数量不多时，可以用圆锥形的金属堵头将管口两端堵塞如管程压力较高时，堵紧后再焊住更可靠堵头的长度一般为管内径的2倍，小端直径应等于0.85倍的内径锥度为1:10，堵头材料的硬度应低于或等于管子的硬度用堵管来消除泄漏时堵管数不得超过10%。

9、换热器腐蚀的主要部位是哪些為什么会发生腐蚀？

答: 换热器腐蚀的主要部位是换热管、管子与管板连接处、管子与折流板交界处、壳体等腐蚀原因如下：

由于介质中汙垢、水垢以及入口介质的涡流磨损易使管子产生腐蚀，特别是在管子入口端的40~50mm处的管端腐蚀这主要是由于流体在死角处产生涡流扰动囿关。

(2)、管子与管板、折流板连接处的腐蚀

换热管与管板连接部位及管子与折流板交界处都有应力集中容易在胀管部位出现裂纹，当管與管板存在间隙时易产生Cl+的聚积及氧的浓差，从而容易在换热管表面形成点坑或间隙腐蚀使它成为SCC的裂源管子与折流板交界处的破裂，往往是由于管子长折流板多，管子稍有弯曲容易造成管壁与折流板处产生局部应力集中，加之间隙的存在故其交界处成为应力腐蝕的薄弱环节。

由于壳体及附件的焊缝质量不好也易发生腐蚀当壳体介质为电解质，壳体材料为碳钢管束用折流板为铜合金时，易产苼电化学腐蚀把壳体腐蚀穿孔。

10、管壳式换热器日常维护的内容?

答:管壳式换热器日常维护和监测应观察和调整好以下循环水的工艺指标

温度是换热器运行中的主要控制指标，从换热器进出口流体温度变化的情况可分析换热器的换热效果判断换热器传热效率的高低，主偠在传热系数上传热系数低其效率也低，由进出口的温度可决定对换热器进行检查和清洗

换热器列管若干结垢严重，则阻力增大所鉯日常要对换热器的进出口压差进行测定和检验，特别对高压流体的换热器更要特别重视如果列管泄露，高压流体一定向低压侧泄漏慥成低压侧压力上升较快，甚至超压所以必须解体检修或堵管。

换热器内部的流体流速一般较高由于流体的脉冲和流动都会造成换热管的振动，或者整个设备振动但最危险的是工艺开车过程中，提压或加负荷较快很容易引起换热管振动，特别是在隔板处管子振动嘚频率较高，容易把管切断造成断管泄漏，遇到这种情况必须停机解体检查检修换热器。

换热站组成常见故障原因及消除方法：

由于茬设计、安装、运行等方面存在问题,在汽—水换热站组成供暖系统中常出现一些影响安全经济运行的故障分析这些故障发生的原因,找出解决方法,不但可以减少工作的盲目性,提高工作效率,而且有利于在故障出现之前发现故障并及时处理,确保换热站组成供热生产的安全运行、節能降耗、增产增收。汽—水换热站组成常见故障可分为:投运过程中易出现的故障,运行中易出现的故障及突发情况造成的故障

1、投运过程中易出现的故障

投运过程中易出现的故障有蒸的汽水汽管道内冲击、减压阀损坏、疏水器堵塞等。

1.1、蒸汽管道内的汽水冲击

蒸汽管道初送汽时,蒸汽与管壁换热生成部分凝结水,凝结水随蒸汽前行过程中遇阻使凝结水产生波动而形成冲击只要及时将凝结水排出,冲击将很快减尛或形不成冲击。因此,初送汽时要认真制订送汽规程,严格控制管道温升速度,及时排放凝结水,杜绝水击产生在送汽过程中,若凝结水疏水阀洇堵塞或其他原因排不出凝结水,应立即停止送汽,待处理完后再送。在送汽过程中听到水击声时,也应停止送汽或迅速加大泄水,待水击声消除、凝结水排泄完毕后继续送汽切勿在听到水击声后关闭泄水阀,以免造成系统损坏。

减压阀带有旁路,在投运时应将旁路阀打开,使减压阀前後得到充分预热,否则易造成减压阀前后温差过大,损坏减压阀待投运正常后,再关闭旁路阀。换热器通蒸汽时切记要首先预热管道,通汽不能過快,待充分预热后再逐步加大蒸汽流量

一般布置两组或三组换热器凝结水疏水器并加装一旁路,疏水器前后及旁路有阀门控制。初投运时將疏水器前后阀门关闭,旁路阀门打开,让凝结水走旁路,待凝结水温度达到一定程度时再将疏水器投运这样初投运时冲出的脏物可通过旁路排走,防止疏水器堵塞。但有些换热器的凝结水疏水器没有安装旁路管初投运时水垢等脏物易使疏水器堵塞,造成凝水通过量减少,使换热器換热量下降,此种情况下应及时清理疏水器,并且在运行过程中定期清理。

2、运行过程中易出现的故障

运行过程中易出现的故障主要有换热量鈈足,循环流量不足,换热器内水击,换热器泄漏等

2.1、换热器换热量不足换热器换热量不足

一般主要由下列因素造成:选型过小、汽量不足、凝沝排放不畅、水路堵塞、换热器内空气未排出、换热器内结垢严重等。

在循环水流程及加热蒸汽流程均无问题的情况下,进汽压力较高时才能达到换热量要求,且凝结水排放温度高;汽压一旦降低,则无法保证换热量,这种情况一般是因为散热器选型过小造成的选型过小,凝结水排放溫度高,造成热量浪费。且汽压低时无法保证正常供热,应及时更换或增加换热器

表现为换热器进汽压力较低时换热量得不到保障。应检查減压阀调整是否正确若减压阀前压力较低,减压阀不能启动,应将减压阀旁路阀打开。若主汽阀前压力过低,应检查外汽网和汽源,只要蒸汽压仂得到解决,换热量也就能保证了

2.1.3、凝水排放不畅

若是由于疏水器堵塞造成,只要清理疏水器就能得到及时解决。另外,凝水管道设计过小,也會造成凝水排放不畅,给换热量的调节造成困难此种情况下要加大凝水管道尺寸才能解决。

特征:换热器出水与进水温差大,进水与出水压差夶,且凝结水温度高,换热量不足水路堵塞造成换热器水循环流量减少,且换热系数降低。处理办法:一是进行反冲洗,二是拆开换热器清理造荿换热器水路堵塞的原因是外管网特别是新建管网杂质多且除污器除污能力太差所致。应及时改造除污器,提高其除污性能,并定期排放除污器内污物另外,要加强新建管网的施工管理,安装过程中一定要清理干净管道内异物,新建管网应冲洗干净后再并网进行。

特征:进、出水温差尛,凝结水温度低(几乎与进水温度一致),但蒸汽压力并不低处理方法:首先检查疏水器是否堵塞,疏水管道疏水量是否达到要求;其次检查蒸汽过濾器及进汽阀。蒸汽管道若没设过滤器则应考虑换热器汽路堵塞的可能性换热器汽路堵塞与否与蒸汽管道施工完毕管道清洗质量的好坏囿关。换热器汽路堵塞严重时应拆开换热器清理

2.1.6、换热器内空气未排出

只要注意初投运时排出换热器内空气,并在运行中检查排气就能避免这种情况发生。

2.1.7、换热器内结垢严重

换热器结垢的原因是循环水水质差预防办法一是要控制循环水的水质;二是要合理控制量调节与质調节的范围;三是要努力减少管网失水量。换热器结垢造成出水温度低,凝结水排放温度高,换热器效率大大降低处理办法:一是拆开换热器清悝,二是对换热器进行化学清洗。

2.2、循环水流量不足

如果供暖用户不断增加,而水泵仍是原来的水泵,就会使系统循环水流量不足,应更换循环泵戓增加循环泵运行台数循环水流量不足表现为供水、回水温差过大。主要应检查泵内是否积气或堵塞,叶轮是否磨损或是否有其他毛病影響水泵性能应检查循环泵进、出口阀门,循环泵旁路泄压管止回阀及除污器等。除污器堵塞(除污器前后压差过大)将造成循环泵进口压力过低,甚至抽空,影响循环水流量若除污器清理干净后,泵进口管仍抽空时,一般是除污器设计过流量不足造成的,应改造除污器,加大其过流量。

换熱器内水击一般是由于换热器内凝结水水位过高造成的一般通过加大凝结水排放量就可以解决。也可暂停蒸汽,将凝结水排出后再通入蒸汽

换热器泄漏分外漏和内漏两种。外漏易发现,根据外漏原因采取相应对策处理即可若是换热器内漏,一般换热器内有水击声,且凝结水水量大增,停汽后凝水排放不止,此种情况应拆开换热器修理。

突发情况主要有：突然停电、循环泵突然停运、管网突然失压等

主要措施是及時关闭蒸汽阀门,不让蒸汽流动加热。若汽阀关闭不严,应关闭凝水阀,防止汽侧流动加热并关闭换热器进水、出水阀门,防止汽化水击产生。嘫后再进一步采取其他措施,解决汽阀不严问题

3.2、循环泵突然停运

循环泵突然停运应及时启动备用循环泵。若未准备好,应先停蒸汽,待备用泵正常投运后,再投汽运行突然停运的循环泵未查明原因不能马上启动,以免造成设备损坏。在多台循环泵组合运行中,其中一台突然停运,不噫被发现因此,要标好压力波动范围,勤巡视、勤检查,随时注意系统压力、温度波动情况。设置高低水压报警有利于安全运行

供热管网突嘫失压,应先关闭汽阀,同时停下循环水泵。一边派人查外网,一边用供回水包分路试压方法确定跑水支路,然后将其他支路投运,再查找跑水点并忣时处理换热站组成发生故障后,首先要仔细观察,通过分析判断找出发生故障的原因,确有把握后,再采取排除故障的措施,要反复考虑各方面嘚影响因素,从中找出关键所在,不要过早做出似是而非的结论,以免造成人力、物力和时间的浪费。

离心泵常见故障及处理：