換熱器在化工工藝中的作用研究

艾琳

摘要：換熱器是一種熱量交換設(shè)備，目前已經(jīng)在化工生產(chǎn)過(guò)程得到應(yīng)用，而作為化工工藝中一種常見(jiàn)的設(shè)備，熱換器的質(zhì)量好壞、安裝優(yōu)劣、類型等方面的差異都有可能影響到化工生產(chǎn)的質(zhì)量。本文主要討論換熱器在化工工藝當(dāng)中的作用。

關(guān)鍵詞：浮頭式換熱器、固定管板式;化工工藝

1.化工常用換熱器及原理

換熱器是將熱流體產(chǎn)生的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，也叫熱交換器，在化工、石油、動(dòng)力、食品及其他很多化工生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，在化工生產(chǎn)中熱換熱器可以為當(dāng)成加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用非常的廣泛。由于介質(zhì)、工況、溫度、壓力等的不同，換熱器主要有以下幾個(gè)分類。不同的分類在不同的化工生產(chǎn)應(yīng)用中也有著不同的作用。

管式換熱器原理—管式換熱器工作原理

主要由封頭、殼體、管束、法蘭接管等部件組成。一種工質(zhì)由封頭端的進(jìn)口接管進(jìn)入傳熱管內(nèi)，其流程可根據(jù)工藝要求實(shí)現(xiàn)一管程、二管程和四管程結(jié)構(gòu);另一種工質(zhì)由殼體一端的進(jìn)口接管進(jìn)入殼體內(nèi)并均勻地分布于傳熱管外，其流動(dòng)狀態(tài)可根據(jù)工藝要求在管束中設(shè)置不同型式和數(shù)量的折流板。做為傳熱元件——換熱管，可根據(jù)工藝要求采用黃銅管，銅翅片管和鋼管，從而保證了不同物性、不同溫度的工質(zhì)在換熱器內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱量交換，達(dá)到冷卻或加熱的目的。

管式換熱器原理—管式換熱器常見(jiàn)分類

固定管板式：固定管板式換熱器是將兩端管板直接與殼體焊接在一起。主要由外殼、管板、管束、封頭等主要部件組成。殼體中設(shè)置有管束，管束兩端采用焊接、脹接或脹焊并有的方法將管子固定在管板上，管板外周圍和封頭法蘭用螺栓緊固。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、制造容易、管程清洗檢修方便，但殼程清洗困難，管束制造后有溫差應(yīng)力存在。當(dāng)換熱管與殼體有較大溫差時(shí)，殼體上還應(yīng)設(shè)有膨脹節(jié)。

浮頭式：浮頭式換熱器一端管板固定在殼體與管箱之間，另一端管板可以在殼體內(nèi)自由移動(dòng)，也就是殼體和管束熱膨脹可自由。故管束和殼體之間沒(méi)有溫差應(yīng)力。一般浮頭可拆卸，管束可以自由地抽出和裝入。浮頭式換熱器的這種結(jié)構(gòu)可以用在管束和殼體有較大溫差的工況。管束和殼體的清洗和檢修較為方便，但它的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，對(duì)密封的要求也比較高。

“U”型管式：U形管式換熱器是將換熱管煒成U形，兩端固定在同一管板上。由于殼體和換熱管分開(kāi)，換熱管束可以自由伸縮，不會(huì)由于介質(zhì)的溫差而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。U形管換熱器只有一塊管板，沒(méi)有浮頭，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。管束可以自由的抽出和裝入，方便清洗，具有浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)，但由于換熱管做成半徑不等的U形彎，最外層換熱管損壞后可以更換外，其它管子損壞只能堵管。同時(shí)，它與固定管板式換熱器相比，由于換熱管受彎曲半徑的限制它的管束中心部分存在空隙，流體很容易走短路，影響了傳熱效果。

以上便是管式換熱器的工作原理介紹。大家在使用換熱器的時(shí)候，不僅要注意在平時(shí)使用換熱器時(shí)要使用正確的使用方法，還要在日常對(duì)換熱器進(jìn)行一個(gè)維護(hù)和保養(yǎng)，確保換熱器的正常工作，從而提高生產(chǎn)效率。

2.換熱器在化工工藝中的應(yīng)用

從實(shí)際的效果中，我們得知換熱器不僅能確?；すに嚨某Ｒ?guī)需求，還能從本質(zhì)上改善化工生產(chǎn)的生產(chǎn)環(huán)境，從而提高化工產(chǎn)品的最終質(zhì)量。我國(guó)現(xiàn)在實(shí)行的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略也滲透到了化工生產(chǎn)領(lǐng)域中，節(jié)能和環(huán)保理念如何能引進(jìn)傳統(tǒng)的化工產(chǎn)業(yè)，是一個(gè)備受關(guān)注的問(wèn)題，換熱器的引入為這個(gè)問(wèn)題尋找到了突破口，通過(guò)發(fā)明一系列功能新穎全面的換熱器為化工生產(chǎn)在節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域提供了可能，這些換熱器通常具備節(jié)能、熱導(dǎo)率高、性價(jià)比高、適用性強(qiáng)的特點(diǎn)，但是在選擇不同類型的換熱器的時(shí)候，我們要根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保換熱器的在工作時(shí)候的性能。

冷卻作用

即可以通過(guò)換熱器的作用來(lái)等卻化工材料，由于水的比熱容較大，在吸收相同的熱量的同時(shí)溫度降低較少，所以很多時(shí)候冷凝劑多采用水，除非在需要較快的時(shí)間降溫的時(shí)候才會(huì)使用到氟利昂和液氨。

加熱作用

熱換器發(fā)揮加熱重要過(guò)程用到最主要的介質(zhì)是水蒸氣，但是在某些特殊的要求下，要求對(duì)工業(yè)材料的溫度較高的時(shí)候，可以采用油作為材料，畢竟油的沸點(diǎn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水，雖然導(dǎo)出相同的熱量的時(shí)候，油的溫度降幅要高，但是這也是因?yàn)樘厥獾纳a(chǎn)需要。

再沸器

用于蒸餾蒸發(fā)塔底殘留物，這個(gè)過(guò)程一般會(huì)發(fā)生相的變化，物料可以在熱虹吸式再沸器的作用下自然循環(huán)蒸發(fā)。

分凝器

分凝器是為了使得蒸餾塔頂部物料冷凝或反復(fù)冷凝，多次冷凝最終達(dá)到分離的目的。

熱換器作為冷卻作用下的常見(jiàn)狀況

在生產(chǎn)過(guò)程中，由于經(jīng)常出現(xiàn)水和化工材料混合的情況。很難控制生產(chǎn)工藝的溫度，直接導(dǎo)致了產(chǎn)品質(zhì)量低下，或者由于溫度的變化，直接生產(chǎn)出了另一種物質(zhì)，嚴(yán)重影響了化工工業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量，熱換器在用于化工工藝的過(guò)程中主要面臨著很多不同的挑戰(zhàn)，下面我們來(lái)一一闡述：

（1）當(dāng)傳熱量較大時(shí)，應(yīng)選用單位傳熱面積大的類型，板式換熱器和管殼式換熱器就是一組鮮明的對(duì)比，前者的單位傳熱面積為250平方米，而后者僅為110平方米，同時(shí)板式換熱器由于材質(zhì)的作用性價(jià)比也比板式的更加適合。

（2）由于在實(shí)際使用過(guò)程中，換熱器的工作環(huán)境不一樣，導(dǎo)致化工工藝對(duì)于換熱器的需求不同，比如使用時(shí)的溫度和壓力的承受力不同，管殼式換熱器的承受壓力能達(dá)到35兆帕，溫度最高的時(shí)候能達(dá)到450度，但是使用條件與材料有一定的要求，而面臨生產(chǎn)中一般不超過(guò)150度，低于6兆帕的時(shí)候，可以選用板翅式的換熱器。另外，管殼式換熱器投資成本低，制造簡(jiǎn)單，應(yīng)用的范圍也比較廣。

（3）對(duì)于氣態(tài)物料的冷卻方面，板翅式換熱器相比于管殼式換熱器，在物料結(jié)垢方面要做的略差，而物料量少，熱量差距不大的時(shí)候，選用套管式熱換器是正確的。

（4）雖然空氣的傳熱系數(shù)小，傳熱需要較大的面積，而且物料還受到外部自然氣溫的影響，但是它成本非常低，而且壽命長(zhǎng)，又非常的經(jīng)濟(jì)，在某種特殊的環(huán)境下空氣冷卻器是非常值得考慮的。

（5）直接接觸式冷卻，一般用于不能發(fā)生反應(yīng)的兩種氣體之間的熱量傳遞，由于物質(zhì)的特性，氣體在液化的時(shí)候需要的低溫是不同的，兩種氣體熱交換以后可以通過(guò)不同的手段分離出來(lái)，比如液化或者利用氣體的溶解性等等。

結(jié)語(yǔ)

換熱器廣泛運(yùn)用于化工生產(chǎn)，在今后生產(chǎn)中要多注意設(shè)備腐蝕，加強(qiáng)特種設(shè)備管理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉廣訓(xùn).淺談?chuàng)Q熱器在化工工藝中的作用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013，（14）.

[2] 邢斌.淺談?chuàng)Q熱器在化工工藝中的作用[J].民營(yíng)科技，2014，（4）：57.

[3] 趙小強(qiáng).淺析換熱器在化工工藝中的作用[J].石河子科技，2014，（3）：26-27.

（作者單位：遼陽(yáng)石油化纖公司億方工業(yè)公司金興化工廠）