换热器培训课件

换热器培训课件第一章换热器基础概述:换热器的定义与作用工业应用领域热交换基本原理换热器是实现两种或多种不同温度流体间热广泛应用于石油化工、电力、制冷、供暖、量传递的设备是工业过程中实现能量转换与食品加工、制药等众多工业领域是现代工业,,回收的关键装置不可或缺的核心设备换热器的工作原理热量传递三种方式热传导固体内部或接触固体间的热量传递:对流流体运动引起的热量传递:辐射通过电磁波传递热能:关键参数传热系数值直接决定换热效率其大小取决于流体性质、流速、温差及换热面状态K,传热效率影响因素流体的物理性质密度、比热、导热系数、粘度

1.换热器的主要类型介绍壳管式换热器板式换热器空气冷却器特殊类型换热器最常用的换热器类型结构成熟可靠由多层波纹金属板片叠装而成传热利用环境空气作为冷却介质节约水螺旋板式、双管式、热管式等特殊,,,,适用于高压、高温工况传热面积可效率高、占地面积小广泛用于资源常用于石化装置的工艺物料冷结构针对特定工艺条件设计具有,,,,,达数千平方米系统和食品工业却独特优势HVAC壳管式换热器结构剖面壳管式换热器由壳体、管束、管板、折流板、封头等主要部件构成流体在管内和壳侧分别流动通过管壁进行热交换结构设计需考虑热膨胀补偿、流体分布均匀性及便于清,洗维护等因素第二章壳管式换热器详解:010203壳体管束折流板Shell TubeBundle Baffle容纳管束的外壳承受壳侧流体压力通常为圆筒由多根换热管按特定排列方式组成是主要传热元引导壳侧流体横向流过管束增加湍流强度提高,,,,,形材质根据介质特性选择碳钢或不锈钢件管径常用、等规格传热系数同时支撑管束防止振动,,φ19φ25,0405管板浮头装置Tubesheet连接管束与壳体的关键部件管子通过胀接或焊接固定在管板上需承受较允许管束自由膨胀的结构设计解决壳管间温差引起的热应力问题提高设,,,,大的温差应力备可靠性几何参数的影响管间距、折流板间距、管程数等参数直接影响压降和传热性能需要通过优化设计达到最佳平衡:,壳管式换热器的热力学设计传热面积计算传热基本方程:其中为传热量为总传热系数为传热面积为平均温差Q W,K W/m²·K,A m²,ΔTm K对数平均温差LMTD₁和₂分别为换热器两端的温差ΔTΔT多程换热器校正对于多管程或多壳程换热器需要引入温差校正系数,F:值通过查图或计算获得取决于两流体的温度变化比和热容流率比F,设计要点合理选择管程数和壳程数可以提高温差校正系数优化换热器性能但会增加压降:,,案例分析壳管式换热器设计与性能评估#1:设计流程演示工艺条件输入初步设计流量、温度、压力、物性等基础数据选择换热器类型、几何参数配置热力计算结构优化传热面积、压降校核验证调整参数满足性能要求设计参数选择关键点流体分配污浊或易结垢流体走管程便于清洗腐蚀性流体走管程降低成本:,流速控制液体气体过高增加压降过低降低传热效率:1-3m/s,10-30m/s,,污垢系数根据经验数据合理预估直接影响传热面积裕量:,常见设计误区过度追求低压降而牺牲传热效率忽视热应力导致管板泄漏未考虑清洗维护的便利性:,,第三章板式换热器与翅片换热器:板式换热器结构特点板式换热器由若干金属波纹板片通过垫片密封组装而成相邻板片形成狭窄流道流体在板片间流动通过板片进行热交换,,主要优势传热系数高可达壳管式倍•3-5占地面积小重量轻•,灵活性好可增减板片调节面积•,端部温差小适合小温差换热•,应用限制工作压力通常•≤

2.5MPa工作温度垫片材料限制•≤200℃不适用于含固体颗粒或纤维的流体•翅片换热器特点在基管外侧增加翅片扩展传热面积特别适用于气液换热或传热系数相差悬殊的场合,-翅片类型案例分析板式翅片换热器设计模拟#2:几何参数设定热性能计算板片型号选择、流道数配置、板片材质确定如不锈传热系数达到所需板片数量片传热面316L4200W/m²·K,42,钢、垫片材质选型积

8.4m²1234工况条件输入优化调整热侧流体冷侧流体允许压降调整流程组合降低压降至满足设计要求120℃/5kg/s,25℃/6kg/s,45kPa,≤50kPa典型工业应用实例食品工艺区域供热制冷空调牛奶巴氏灭菌、果汁浓缩液冷却卫生级设计易热电厂热网换热站高效紧凑节省土建投资冷水机组蒸发器、冷凝器性能优异环保工质适,,,,,,清洗维护用第四章空气冷却器基础与设计:工作原理与环境因素空气冷却器利用环境空气作为冷却介质通过轴流风机或自然通风带走热量冷却效果直接受环境温度影响Air CooledHeat Exchanger,ACHE,干球温度与湿球温度主要组件构成干球温度空气的实际温度决定显热交换能力翅片管束通常采用铝翅片钢管或铜管:,•:+轴流风机提供强制通风湿球温度考虑水分蒸发的理论最低温度用于蒸发冷却设计•::,框架结构支撑管束和风机设计温度通常采用当地气象统计的最热月平均最高温度•:百叶窗保护管束防雨雪•:,空气冷却器设计要点12风量计算散热面积确定根据散热量和空气温升确定所需风量考虑海拔、大气压修正系数基于空气侧传热系数通常和对数平均温差计算所需管外表面积,20-60W/m²·K34管束排列优化材料选型叉排布置优于顺排但压降较大排数通常排过多导致空气侧温升过大管材考虑耐腐蚀性翅片间距根据污染情况选择清洁环境一般环境,4-8,,

2.5mm,3-4mm典型行业应用石油炼制化工装置塔顶冷凝、产品冷却反应器出口冷却电力系统压缩空气站润滑油、氢气冷却后冷却器应用第五章换热器的装配与维护:螺栓紧固原则法兰连接是换热器关键密封部位螺栓紧固必须遵循正确程序,:对角交叉顺序分多次紧固

1.每次拧紧圈

2.1/3-1/2使用扭矩扳手控制预紧力

3.达到规定扭矩值后复查

4.密封技术垫片选择根据温度压力选用石棉板、金属缠绕垫、膨胀石墨等:密封面检查表面粗糙度、平整度、是否有划痕腐蚀:密封涂层高温场合可使用密封胶或防咬死润滑剂:拆装流程准备工作系统隔离、放净物料、惰性气体置换、冷却至常温:拆卸步骤按序卸螺栓、吊装封头、抽出管束、清点零部件:检查维护管束清洗、检查腐蚀泄漏、更换密封件:换热器运行中的常见问题污垢堵塞管束振动与损伤腐蚀与泄漏形成原因水垢、油垢、生物粘泥、化学沉淀振动机理流体诱导涡流振动、声学共振、湍腐蚀类型电化学腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂、:::等在换热面附着流脉动冲刷腐蚀危害传热系数下降压降增加局部过损伤表现管子与折流板摩擦减薄、疲劳裂纹、检测技术超声波测厚、涡流探伤、磁粉检测、:20-50%,,::热腐蚀管口泄漏氨检漏、氦检漏预防措施水质处理、定期化学清洗、设计合防治方法优化折流板设计、增加防振板、控处理对策材质升级、阴极保护、缓蚀剂投加、:::理流速制壳侧流速更换受损管

0.5m/s维护周期建议日常巡检监测压差和温度每年停车大修一次进行全面检查关键设备建议半年开罐检查:,,案例分析油冷却器性能优化设计#3:设计背景与要求某炼油厂润滑油系统冷却器运行年后传热性能明显下降出口油温从设计上升至影响设备安全运行需进行性能评估并提出改进方案5,45℃62℃,运行数据分析问题诊断总传热系数下降严重影响冷却效果参数实际值•46%,水侧压降上升表明严重结垢•60%,油侧流量管束内部检查发现大量碳酸钙水垢45m³/h•改进措施油侧入口温度75℃水侧高压水射流清洗去除水垢油侧出口温度

1.62℃循环水系统增加阻垢剂投加装置

2.水侧压降增设旁路过滤器去除悬浮物85kPa

3.建立定期清洗维护制度总传热系数实测

4.280W/m²·K总传热系数设计520W/m²·K实施效果清洗后总传热系数恢复至油温降至满足工艺要求通过水质管理两年后传热系数仍保持在以上:490W/m²·K,47℃,,450W/m²·K第六章热虹吸再沸器研究与应用:热虹吸工作原理热虹吸再沸器是蒸馏塔底常用的加热装置依靠塔底液体与再沸器内气液两相混合物的密度差产生自然循环无需外加动力,,关键设计参数性能分析方法循环推动力热虹吸系统分析需要耦合求解:ΔP=ρLgh-ρmgh:循环比通常取过小易结垢过大压降大换热器传热计算热负荷、温度分布:3-8,,

1.入口液位需保证足够静压头通常两相流压降计算管内、管外:,

0.5-

1.5m

2.汽化率单程汽化率控制在循环系统压力平衡:20-35%

3.稳定性判断防止脉动、倒流

4.常用软件、、自编程序:Aspen EDRHTRI典型工业应用案例某乙烯装置脱丙烷塔热虹吸再沸器塔底温度加热蒸汽压力传热面积循环量汽化量运行稳定可靠,145℃,

1.2MPa,650m²,380t/h,95t/h,第七章燃烧加热器基础与设计:结构与功能燃烧器配置燃烧加热器管式加热炉由辐射室、对流室、烟囱等组成燃料燃烧燃烧器是核心部件有地面式、墙式、顶烧式等现代加热炉采用低,产生的高温烟气通过辐射和对流将热量传递给炉管内工艺流体氮燃烧器排放,NOx50mg/Nm³设计流程与要点工艺条件确定流量、温度、压力、加热负荷1热平衡计算辐射热、对流热、排烟热损失2辐射室设计炉管排列、辐射传热面积3对流室设计对流管束、烟气流速4结构优化烟气流动均匀性、管壁温度5设计软件功能、等软件可进行炉膛温度场模拟、管壁温度计算、热效率优化等:FRNC-5PC HTRI第八章换热器设计软件应用:软件介绍流程模拟集成Aspen EDR是业界领先的换热器设计可与、无缝集成实现流程模拟与Aspen ExchangerDesign andRatingEDR Aspen EDR Aspen Plus AspenHYSYS,软件支持壳管式、板式、空冷器等多种类型设备设计的协同,核心功能模块集成应用优势壳管式换热器自动读取流程物性数据无需人工输入HTFS-Shell:

1.,空气冷却器换热器设计结果回传流程准确反映压降HTFS-AirCooled:

2.,板翅式换热器多个换热器批量设计与优化ACOL:

3.板式换热器全流程能量优化与夹点分析PLATE:

4.热传递建模案例某甲醇合成装置包含台换热器通过集成设计热回收26,AspenPlus+EDR,率提高年节约蒸汽费用约万元5%,200第九章换热器行业标准与规范:标准规范国际标准TEMA ASME其他重要标准体系Tubular ExchangerManufacturers AmericanSociety ofMechanical管壳式换热器制造商协会标美国机械工程师协会中国管壳式换热器标准Association Engineers准•GB/T151:压力容器设计制欧盟压力设备指令•ASME SecVIII Div.1:•EN13445:PED级炼油及相关工艺最严格造日本换热器标准•TEMA R:•JIS B8243:级一般商业和化工应用无损检测方法石油工业换热器空冷器•TEMA C:•ASME SecV:•API660/661:/级化工工艺标准工艺管道规范•TEMA B:•ASME B

31.3:国际贸易中需根据用户所在国选择相应标规定了换热器的型号命名、结构形式、材是换热器承压部件设计的基础标准钢印准和认证,U料选择、设计方法、制造检验等全面要求是认证标志ASME第十章换热器的经济性与节能技术:成本构成分析案例分析水冷却器设计与性能检查#4:设计参数与性能指标设计条件设计结果冷却介质工艺循环水换热器型号BEU-800-

3.2-219-6-4工艺流体丙烯传热面积425m²流量工艺侧传热系数85m³/h680W/m²·K入口温度工艺管程数壳程数95℃/6/1出口温度工艺管子规格×40℃φ

252.5mm入口温度水实际压降工艺32℃65kPa允许压降≤70kPa现场检测与维护建议定期监测参数泄漏检查清洗周期每班记录进出口温度、压力、流量绘制运行曲线及时发定期用氨检漏或氦检漏检查管束发现泄漏及时堵管或更循环水侧建议每年清洗一次工艺侧视污染程度年清洗,,,,2-3现异常换故障案例某装置该冷却器运行个月后出口温度升至检查发现水侧严重结垢垢层厚度达清洗后性能恢复正常:1854℃,,3mm,换热器的安全管理运行风险识别预防性维护计划应急处理流程管束破裂导致混流、串压日常巡检外观、声音、振动、温度、压力发现异常立即启动应急预案••:•超压超温引起设备损坏月度检查法兰密封、支座固定、安全阀切断物料、关闭进出口阀门••:•可燃介质泄漏火灾爆炸年度大修开罐检查、测厚、探伤、清洗泄压、放净、氮气置换••:•腐蚀穿孔介质喷出伤人定期检验按特检规程年全面检验人员疏散、现场警戒••:3-6•清洗作业中毒窒息查明原因、制定处理方案••安全要点换热器属于压力容器必须取得使用登记证操作人员须经培训持证上岗严禁超温超压运行严格执行动火、进罐等特殊作业许可制:,,,度第十一章换热器的未来发展趋势:智能化监测与诊断物联网传感器实时采集温度、压力、振动、腐蚀等数据通过大数据分析和人工智能算法实现故障预警、寿命预测、运行优化,数字孪生技术建立虚拟模型•机器学习识别异常工况•远程诊断与专家系统支持•新型材料与结构创新纳米涂层、石墨烯复合材料、形状记忆合金等新材料应用实现更高传热性能、更强耐腐蚀性和自清洁功能,超疏水表面防污技术•高导热复合材料•打印复杂流道结构•3D绿色节能与环保面对碳中和目标换热器向更高效率、更低碳排放方向发展余热回收利用技术深度应用,,超临界₂换热器•CO热电联产系统集成•工业余热梯级利用•低品位热能高效回收•课程总结与知识回顾关键知识点梳理0102换热器类型与选型热力学设计方法掌握壳管式、板式、空冷器等各类换热器的结构特点、适用场合和选型原则传热面积计算、对数平均温差、压降计算、设计软件应用等核心设计技能0304运行维护管理标准规范应用装配工艺、故障诊断、清洗技术、安全管理等实用维护知识、等国际标准要求设计审查与质量控制要点TEMA ASME,常见问题答疑推荐学习资源如何判断换热器需要清洗压降增加以上或传热系数下降以上《换热器设计手册》钱颂文主编Q:A:20%15%•《》著•Process HeatTransfer Kern壳管式和板式如何选择高压高温选壳管式小温差高效率选板式、官方技术资料Q:A:,•HTRI TEMA在线培训课程•Aspen EDR如何防止管束振动合理设计折流板间距壳侧流速石油化工设计院内部技术规定Q:A:,2m/s•互动环节换热器设计实操演练:设计任务分配各小组选择一个实际工程场景完成从工艺条件确定到详细设计的全流程练习,任务壳管式冷凝器任务板式换热器任务空气冷却器A:B:C:设计条件水蒸气冷凝冷却水入口设计条件热水冷却至冷水加热设计条件丙烯气体冷却至流量:100℃,32℃,:95℃40℃,25℃,:140℃50℃,60流量允许压降流量各环境温度150t/h,50kPa80m³/h t/h,35℃要求选择换热器型式、计算传热面积、绘制要求选择板片型号、确定板片数量、校核压要求计算散热量、确定管束面积和风机配置:::结构简图降软件操作指导启动选择相应模块

1.AspenEDR,HTFS-Shell/PLATE/AirCooled输入工艺条件流体性质、温度、压力、流量

2.:设置几何参数管径、排列、折流板间距等

3.:运行计算查看结果传热面积、压降、管壁温度

4.,:优化调整参数满足设计要求

5.,生成数据表和结构图准备汇报

6.,互动环节换热器故障诊断案例讨论:真实案例分享案例突发泄漏事故案例传热性能下降1:2:现象某乙烯装置急冷油水换热器突然大量泄漏急冷油系统压力迅速下降冷却水中检测到油分现象产品冷却器运行个月后冷却水流量和温度未变但产品出口温度从升至:/,,:3,,40℃58℃初步分析可能原因::管子腐蚀穿孔换热管内结垢••管子与管板连接失效冷却水侧污堵••浮头密封失效部分管束停流••壳体裂纹折流板脱落••小组讨论与方案分组讨论上述案例分析故障原因提出诊断方法和解决方案各组代表汇报讨论结果,,,分析故障机理制定检查方案提出处理措施预防改进建议课程测验多项选择题每题分共分2,20下列哪些因素会降低换热器的传热系数

1.污垢附着流速降低温差增大介质粘度增大A.B.C.D.壳管式换热器的管程数增加会导致

2.:传热系数提高压降增大金属消耗增加温差校正系数下降A.B.C.D.板式换热器相比壳管式的优点包括

3.:传热系数高占地面积小耐压能力强易于清洗A.B.C.D.判断题每题分共分2,10对数平均温差永远大于算术平均温差

1.空气冷却器的冷却能力与环境湿球温度有关

2.热虹吸再沸器不需要循环泵即可实现液体循环

3.污垢热阻在设计计算时应该忽略不计

4.级标准比级标准要求更严格

5.TEMA RTEMA C案例分析题分20某水冷却器设计传热面积传热系数热流体从降至冷却水从升至试计算320m²,K=800W/m²·K,90℃45℃,30℃38℃:对数平均温差

1.ΔTm换热量

2.QkW若实际运行中值降至热流体出口温度将变为多少假设其他条件不变

3.K500W/m²·K,证书颁发与学习反馈课程完成证书恭喜各位学员顺利完成换热器培训课程我们将为通过考核的学员颁发结业证书证明您已掌握!,:换热器原理与类型知识•热力设计与计算方法•运行维护实用技能•行业标准与规范应用•证书编号格式可在我司网站查询验证:HEX-2024-XXXX,学员反馈收集123课程内容评价授课方式评价改进建议理论深度、案例实用性、前沿技术介绍等方面的满意度讲解清晰度、互动环节设计、软件操作指导等希望增加的内容、需要深化的主题、培训形式建议后续支持与答疑渠道技术支持邮箱:heatx_support@company.com微信技术交流群扫码加入群号::HEX-2024在线答疑平台:www.heatx-training.com/qa定期线上研讨会每月第三周周五晚:20:00-21:30换热器工业热能的心脏在现代工业的庞大系统中换热器如同心脏般昼夜不停地输送着能量从石化装置的精馏,塔到电厂的汽轮机从制冷系统的冷凝器到供暖网络的板换站无数台换热器在默默守护,,着工业生产的高效运行它们将废热回收利用将温度精确调控将能源损耗降到最低,,这些看似简单的金属容器承载着人类对能源高效利用的不懈追求书写着工业文明进步,,的辉煌篇章致谢与展望感谢参与鼓励持续学习感谢各位学员在百忙之中参加本次换热器培训课程你们的积极参与、换热器技术在不断发展新材料、新结构、新理论层出不穷希望大家保,认真学习和热烈讨论让这次培训充实而富有成效持学习热情关注行业动态不断提升专业能力,,,特别感谢学习是永无止境的旅程实践是检验真理的标准:,课程开发团队的精心准备期待卓越表现•各位讲师的专业分享•愿各位学员将所学知识应用到实际工作中在换热器的设计、选型、运行、技术支持团队的保障,•维护等各个环节展现专业水准为企业创造价值为行业发展贡献力量企业领导的大力支持,,!•祝愿大家在换热器技术领域取得卓越成就!。