影响列管式换热器冷量因素分析

影响列管式换热器冷量因素分析

潘喜顺

云南驰宏资源综合利用有限公司，（云南曲靖 655000）

摘要: 换热器在现代工业生产中应用已经非常广泛。列管式换热器作为化工常用的一种换热器类型，根据使用材质的不同，其应用范围也不相同，广泛的应用在化工、 轻工、冶金、制药、食品等行业，其应用特点非常明显，其占地面积小，具有无毒性，不易结垢，适应性强，高效节能等特性，适用于高温高压等设备。本文结合换热器的换热效果和结构特性分析影响换热器冷量的各种因素，具有指导生产工艺的重要作用。

关键词：列管式换热器 冷量因素 分析

0 引言

由于换热器在现代工业生产中应用广泛，为提高设备使用效率，做大限度服务于生产，本文主要根据换热器的结构特点和各种工况特性，从化工设计和设备技术的角度出发，对列管式换热器在冷量转换过程中可能影响换热效果等诸多因素分析。

1 换热器结构分析

换热器主要适用于加热、冷却、蒸发、冷凝、干燥，因其使用条件不同，其容量、温度、压力变化范围较大。为适应不同用途，存在各种形式和结构的换热器。换热器按用途分为冷凝器、冷却器、加热器、蒸发器、再沸器。按传热原理和换热方式分为混合式换热器、蓄热式换热器和间壁式换热器。本文所指换热器属于间壁列管式换热器，主要作用于降温冷却。其结构简单，坚固耐用，造价低廉，用途广泛，清洗方便，适应性强。主要由壳体、管束、管板、折流板和封头组成。一种流体在管内流动，，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，，其行程称为壳程，管束的壁面即为换热面。折流板的作用是改变壳程流体流速和方向已达到降温和冷凝的作用。

2 影响换热器冷量因素分析

2.1冷却水被污染导致冷却能力的降低

冷却水被污染会导致换热管束外壁和管网附着污垢而影响换热效果。严重的会导致管路堵塞，流速降低致使局部温升而结垢。防止冷却水污染的措施如下：

（1）对循环水质严格把关。认真检查系统中的软化水质问题，确定合格再可以注入系统。

（2）在冷却水管网内加装多级过滤装置，定期清理过滤装置污垢和清洗循环水池淤泥。过滤装置的选型应把相关运行参数核算准确。循环水管网内若沉积污垢可采用在线清洗的办法彻底清洗，以确保管网内无污垢。

（3）新换热器在通水试压时应使用软化水质。对于新系统来说，不能马上与换热器进行交替使用，首先需把新的系统在指定的时间段运行，让它有了一个运行模式后，此时方可以把换热器并入系统中使用，这样做的目的是为了避免管网中的沉积杂质破坏换热器设备。

（4）新购买换热器到场后，壳程内的换热管应做清洗钝化处理并用压缩空气吹干，以确保换热管外壁无污物。换热管壁厚建议在选型时增厚，可定为2.5mm-3.0mm，一则可增强液流磨损冲刷,二则可在换热管外壁锈蚀后采用在线清洗以获得更长久的使用寿命。

2.2 换热器的结构设计缺陷导致换热效果降低

如管壳程的流向选择；换热器选材，不同的材料传热系数不一样，也会影响传热；机械结垢设计，比如普通的弓形(圆缺形）折流板会产生物料死区，而螺旋折流板则很少有死区。因为普通弓形折流板易形成流动死区、旁流和漏流等情况，降低传热系数，容易结垢导致热阻增加，换热效率降低，压力损失较大，能耗增加，高速流动时易产生诱导振动、易发生共振而破坏传热管，降低使用寿命。螺旋折流板换热器能有效提高热交换效率，死区面积大幅度改善，压降损失明显降低。螺旋通道内高速旋转的介质流有利于在壳程内冲刷走颗粒物及沉淀物，显著降低占总热阻的50%-70%污垢热阻，有利提高换热效率。如下图所示

2.3 冷却水在管内形成旁通而降低冷却效果

换热器的机械设计是使预定量的冷却水通过预定的通路以取得冷却效果，所以必要条件是要使预定量的液流象预定的那样流动。造成冷却水在管内形成旁通一般有以下两种情况。

（1）如果因密封件移动或其他原因导致冷却水在中途有部分或全部旁通，则不能取得预定的效果。如果返回侧水室盖位置错误或安装错误，则出现冷却水不流动的区域。如下图所示。

（2）冷却水从折流板与换热器壳体内壁的间隙旁通。主要是大直径短壳体的换热器或折流板间距较窄的易形成间隙导致旁通，再者由于折流板发生位移或变形等形成间隙导致旁通。如下图所示。左边打“×”的形成旁通，右边打“o”的未形成旁通。

冷却水在管内形成旁通的防止措施：（1）打开端盖，检查管板两端隔板密封件是否发生位移或密封件是否适合工况要求,拆装端盖时应注意密封垫的位置；（2）检查管板两端隔板是否存在安装错误或不符合设计要求；（3）判断折流板是否变形或发生位移，应在设备监造中严格把关；（4）在换热器选型时尽量避免选用较大直径或长度较短折流板较集中的换热器。

2.4 冷却水在换热器内局部温升的影响

导致冷却水局部温升的因素有以下几方面。一方面是管路的设计缺陷导致局部的温升。若液流在管路中途停滞，有不流通的部分，该部分的温度会上升至蒸发温度，如下图所示，左边打“×”的进出水管下面停滞部分水温上升，上面停滞部分变成蒸汽空间，这两种情况都不能进行冷却。下图右边打“o”的不会造成局部温升。

另一方面是冷却水在管内流速改变导致温升的变化。流速改变主要是因管路堵塞、压力变化或管束、折流板结构变化导致。通过监控每台换热器冷却水的压力变化、流量和出口温度即可判断出冷却水在换热器内的温升。

以上因素造成冷却水局部温升的防止措施：（1）配管或管路设计时避免液流在通路中形成空气；（2）若因管路堵塞导致液流温升可通过监测出口流量和出口温度判断管路是否堵塞或不畅通，通过在线加压清洗可以对冷却水管除锈，用PIG法物理清洗可以通堵。

2.5 排出液流脉动对冷量的影响

2.5.1进入换热器的液流因流速或压力脉动给管束以脉动冲击在管束内形成气箱影响换热器冷量。

防止措施：（1）严格控制冷却水流速或减少供水管道内的压力波动；（2）在进口管路的高点安装排气阀，若管路压力波动较大可安装先导式减压阀。（3）为避免液流直接冲击管束，可在换热器进口安装缓冲板，如下图所示。右边打“o”的安装缓冲板。

2.5.2 竖向安装的换热器因排出流的脉动致管板破损对冷量影响。如下图所示。对于竖置的冷却器，冷却液从下向上流动的情况，由于脉动流动，较松散的管板受脉动的影响易使管板上下不规则移动导致破损。相反，从上侧作为进口向下流动，或在不能改变流动方向的情况下，应使管板牢固地固定在管束上，如果管子有弯曲，即使无脉动，管子也会摆动，碰撞管板或相邻的管子，发出声音而致破损。

防止措施：（1）折流板的安装应紧致，不能松松散散，折流板和换热管不能有变形，对这些隐蔽的设备内件在设备监造时应严格把关；（2）控制好换热器进口流量和进口压力，在换热器试运转时应监听壳程内是否有金属异响以尽早判断折流板是否发生松动等。

3 结语

总之，影响换热器冷量的因素较多，冷却水质问题和换热器内部结构缺陷是导致换热器冷量降低的重要因素。严控换热器循环水质和运行工艺参数，避免杂质侵入和液流波动导致温升；严把设备内部结构监造关，避免换热器内部构件松动或变形等导致液流改变预期方向而降低换热效率；注重设备安装前的清洗和密封等缺陷控制以及换热器合理选型是提升换热器热交换效率的有效途径。

参考文献

7 丛二丁;罗文龙;胡红旗;;列管式换热器壳程结垢问题的分析及其解决方案[A];低碳经济与科学发展——吉林省第六届科学技术学术年会论文集[C];2010年

8 贺元成,胡光忠;一种新型换热器的设计与制造[J];四川轻化工学院学报;2001年01期