列管式換熱器

列管式換熱器的結構比較簡單、緊湊、造價便宜，但管外不能機械清洗。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，並在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進出口接管。通常在管外裝置一系列垂直於管束的擋板。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內管外是兩種不同溫度的流體。因此，當管壁與殼壁溫差較大時，由於兩者的熱膨脹不同，產生了很大的溫差應力，以至管子扭彎或使管子從管板上鬆脫，甚至毀壞換熱器。

為了克服溫差應力必須有溫差補償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時，為安全起見，換熱器應有溫差補償裝置。但補償裝置（膨脹節）只能用在殼壁與管壁溫差低於60～70℃和殼程流體壓強不高的情況。一般殼程壓強超過0.6Mpa時由於補償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補償的作用，就應考慮其他結構。

換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個頂蓋，稱之為“浮頭”，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優點是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不變殼體約束，因而當兩種換熱器介質的溫差大時，不會因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產生溫差應力。其缺點為結構複雜，造價高。

這類換熱器管束一端可以自由膨脹，結構比浮頭式簡單，造價也比浮頭式低。但殼程內介質有外漏的可能，殼程中不應處理易揮發、易燃、易爆和有毒的介質。

U形管式換熱器，每根管子都彎成U形，兩端固定在同一塊管板上，每根管子皆可自由伸縮，從而解決熱補償問題。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點是管子內壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。優點是結構簡單，質量輕，適用於高溫高壓條件。

渦流熱膜換熱器採用最新的渦流熱膜傳熱技術，通過改變流體運動狀態來增加傳熱效果，當介質經過渦流管表面時，強力沖刷管子表面，從而提高換熱效率。最高可達10000W/m2℃。同時這種結構實現了耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結垢功能。其它類型的換熱器的流體通道為固定方向流形式，在換熱管表面形成繞流，對流換熱係數降低。

據【換熱設備推廣中心】的資料顯示，渦流熱膜換熱器的最大特點在於經濟性和安全性統一。由於考慮了換熱管之間，換熱管和殼體之間流動關係，不再使用折流板強行阻擋的方式逼出湍流，而是靠換熱管之間自然誘導形成交替漩渦流，並在保證換熱管不互相摩擦的前提下保持應有的顫動力度。換熱管的剛性和柔性配置良好，不會彼此碰撞，既克服了浮動盤管換熱器之間相互碰撞造成損傷的問題，又避免了普通管殼式換熱器易結垢的問題。

渦流熱膜換熱器性能特點：

1.高效節能，該換熱器傳熱係數為6000-8000W/m2.0C；

2.全不鏽鋼製作，使用壽命長，可達20年以上，十年內出現換熱器質量問題免費更換；

3.改層流為湍流，提高了換熱效率，降低了熱阻；

4.換熱速度快，耐高溫（400℃），耐高壓（2.5Mpa）;

5.結構緊湊，佔地面積小，重量輕，安裝方便，節約土建投資；

6.設計靈活，規格齊全，實用針對性強，節約資金；

7.應用條件廣泛，適用較大的壓力、溫度範圍和多種介質熱交換；

8.維護費用低，易操作，清垢周期長，清洗方便。

9.採用納米熱膜技術，顯著增大傳熱係數。

10.應用領域廣闊，可廣泛用於熱電、廠礦、石油化工、城市集中供熱、食品醫藥、能源電子、機械輕工等領域。

渦流熱膜換熱器性能對比：

為提高殼程流體流速，往往在殼體內安裝一定數目與管束相互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。常用的折流擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者更為常用。

列管式換熱器必須從結構上考慮熱膨脹的影響，採取各種補償的辦法，消除或減小熱應力，根據所採取的溫差補償措施。

列管式換熱器是目前化工及其他行業生產上應用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質，可分別採用普通碳鋼、紫銅、或不鏽鋼製作。在進行換熱時，一種流體由封頭的連接管處進入，在管內流動，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另一種流體由殼體的接管處進入，從殼體上的另一接管處流出，這稱為殼層。

隨著列管式換熱器的大量應用，因換熱器的構造、材質、使用條件和冷卻水質等因素的不同，經常導致管束、管口、管板處的腐蝕泄露問題，嚴重影響企業安全生產，泄漏物進入冷卻水系統污染環境又造成物料浪費，嚴重時還會導致惡性事故。

換熱器滲漏是換熱器使用中最為常見的設備問題，滲漏主要是腐蝕造成的，少部分是由於換熱器選型和換熱器本身的製造工藝缺陷，列管式換熱器的腐蝕形式基本有兩種：電化學腐蝕和化學腐蝕。列管式換熱器在製作時，管板與列管的焊接一般採用手工電弧焊，焊縫形狀存在不同程度的缺陷，如凹陷、氣孔、夾渣等，焊縫應力的分佈也不均勻。使用時管板部分一般與工業冷卻水接觸，而工業冷卻水中的雜質、鹽類、氣體、微生物都會構成對管板和焊縫的腐蝕。這就是我們常說的電化學腐蝕。研究表明，工業水無論是淡水還是海水，都會有各種離子和溶解的氧氣，其中氯離子和氧的濃度變化，對金屬的腐蝕形狀起重要作用。另外，金屬結構的複雜程度也會影響腐蝕形態。因此，管板與列管焊縫的腐蝕以孔蝕和縫隙腐蝕為主。從外觀看，管板表面會有許多腐蝕產物和積沉物，分佈著大小不等的凹坑。以海水為介質時，還會產生電偶腐蝕。化學腐蝕就是介質的腐蝕，換熱器管板接觸各種各樣的化學介質，就會受到化學介質的腐蝕。另外，換熱器管板還會與換熱管之間產生一定的雙金屬腐蝕。一些管板還長期處於腐蝕介質的沖蝕中。尤其是固定管板換熱器,還有溫差應力,管板與換熱管聯接處極易泄漏，導致換熱器失效。

綜上所述，影響換熱器管板腐蝕的主要因素有：

（1）介質成分和濃度：濃度的影響不一，例如在鹽酸中，一般濃度越大腐蝕越嚴重。碳鋼和不鏽鋼在濃度為50%左右的硫酸中腐蝕最嚴重，而當濃度增加到60%以上時，腐蝕反而急劇下降；

（2）雜質：有害雜質包括氯離子、硫離子、氰離子、氨離子等，這些雜質在某些情況下會引起嚴重腐蝕；

（3）溫度：腐蝕是一種化學反應，溫度每提升10℃，腐蝕速度約增加1~3倍，但也有例外；

（4）ph值：一般ph值越小，金屬的腐蝕越大；

（5）流速：多數情況下流速越大，腐蝕也越大。

採用美嘉華技術產品（如：阿克EE-121K、阿姆可科貝3015-AL耐高溫高分子複合材料）進行防腐保護，其產品具有優異的粘著性能及抗溫、抗化學腐蝕性能，材料為100%固體，沒有可揮發性物質，在封閉的環境里可以安全使用而不會收縮，特別是材料良好的隔離雙金屬腐蝕和出色的耐沖刷性能，優異的防腐性能，從根本上杜絕了修復部位的腐蝕滲漏，可以為部件提供一個長久的保護塗層。

高分子複合材料是以高分子聚合物、金屬或陶瓷超細粉末、纖維等為基料，在固化劑、固化促進劑的作用下複合而成的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使複合材料的綜合性能優於原組成材料。具備極強的粘接力、機械性能、和耐化學腐蝕等性能，因而廣泛應用於金屬設備的機械磨損、划傷、凹坑、裂縫、滲漏、鑄造砂眼等的修復以及各種化學儲罐、反應罐、冷凝器、管道等設備的化學防腐保護及修復。

高分子複合材料修復材料的優勢：

（1）優異的附著性能，在光滑的鋼表面附著力為295公斤/平方厘米。

（2）100%固體，沒有收縮。

（3）極好的抗化學腐蝕、隔離雙金屬腐蝕性能。

（4）達到美國USDA認證，無毒、無害，不會對水質造成污染。

換熱器管板保護操作工藝：

（1）工具及設備：噴砂設備、保護用的帆布或塑料布、軟木塞、酒精或丙酮、刮刀、螺旋器、垃圾袋、手電筒鑽、工作電源、橡膠手套、安全帽、防護眼鏡、擦布、毛刷。

（2）步驟

第一步：打開冷凝器端蓋

用吹風機和鼓風機吹乾管子表面和裡面的水，然後用軟木塞塞住管口並遮擋住翻邊，以確保噴砂處理時不損傷管口。

第二步：噴砂處理：在噴砂處理時用帆布和其它等遮擋一下，以免噴出的砂粒弄髒其它設備。噴砂時使用石英砂或金剛砂，不會產生更多的灰塵，要一直打出基材金屬本色。噴砂完畢后將軟木塞取出。

第三步：溶液清洗：用丙酮把金屬表面的雜質及油污清洗乾淨。

第四步：塗抹材料：先用美嘉華高分子修復材料金屬修復材料把冷凝器管板內壁有坑的部位進行填平，以免在工作時水產生渦流，直至達到要求平面為準。然後把高分子流體保護材料均勻塗至整個被修復面。尤其注意麵板與管子的接合處，以達到密封、堵漏的目的。

第五步：固化：按照材料的固化要求進行固化，固化完畢后即可投入生產運行。

在故障檢測、特別是換熱器部分可使用專業的知識和儀器，可以檢測腐蝕現象產生的原因，這裡以美嘉華的技術產品為例來了解一下無損檢測設備的功能：

可視內窺鏡檢測管板內表面；

定製的問題研究和報價；

APR（聲脈衝反射法），一種創新的無損檢測技術，基於分析管板內產生多維聲波的分析；

無損檢測直的和彎曲的由有磁性和無磁性材料製成的換熱器管材；

快速檢測：每個管材少於10秒；

檢測泄露、全部和部分堵塞、侵蝕和點蝕；

適合橢圓管、方形管、螺旋管、肋片管及從9/16”直徑出的彎曲；

立即可視結果；

數字存儲用於以後的檢查和比較；

定製的問題研究和成本估計。

傳統上我們使用水對換熱器的試漏，就是將水注入換熱器中，注滿水后再用水泵對換熱器中的水進行打壓，使之達到一定的壓力，進行對換熱器的查漏。查漏結束做出標記后泄壓和排水，再進行堵漏。如果換熱器較大、泄漏較嚴重，水壓在較低時就會發生泄漏，不得不排水堵漏，堵漏完成後再充水、充壓試漏，反覆進行，增加換熱器檢修時間。由於充水和打壓需要大量的時間，泄漏的部位需要動火補焊消漏時，又要對泄漏部位進行乾燥處理，否則影響補焊消漏的質量。如果泄漏的換熱器內部有可燃介質，必須進行氮氣置換，合格后才能動火補焊消漏作業，否則會產生著火和爆炸，危及人身和設備的安全。

列管式換熱器泄漏后使用氮氣進行充壓試漏，比較快速。用氮氣對換熱器堵漏動火作業時，不必再進行置換處理，節約檢修消漏的時間。

氮氣在合成氨換熱器試漏中的使用

操作要點

（1）由於是高壓氮氣（壓力9．5MPa），使用時必須要有2人以上作業開閥門，在兩閥門中間加裝壓力表1個，一人監護壓力表的指示，另一人進行開閥門作業，保證管道壓力在允許的範圍之內，防止超壓，造成管線或人員傷害。

（2）換熱器EA103為浮頭式換熱器，試漏時需要做試漏封頭安裝到換熱器上。

（3）投用步驟先全開1閥和3閥，如圖1，再緩慢打開2閥，對換熱器進行充壓，同時注意壓力表壓力，在3．0MPa之內。

（4）泄壓步驟先全關1閥和2閥，打開泄壓閥門泄壓完成後，全關3閥。

兩種試漏方法的比較

從上述使用情況看，用氮氣試漏節約大量的檢修時間，檢修費用。水和氮氣試漏方法的比較見表1。

氮氣試漏的安全注意事項

（1）因為氮氣有窒息的風險，使用時必須注意人員的安全，防止人員中毒。

（2）氮氣使用時要提前進行管線的預製。

（3）氮氣使用時臨時管線上要增加壓力表，兩人用對講機聯繫開閥門，防止超壓。

（4）氮氣使用完成後必須及時泄壓、拆除。

（5）氮氣使用時必須2人以上用對講機聯繫充壓和泄壓操作，防止管線超壓，損壞管線，防止人員窒息，造成人身傷害。

（6）氮氣不使用時必須對管線的閥門進行掛“禁動”標識牌，防止人員誤動作。

長期以來傳統的清洗方式如機械方法（刮、刷）、高壓水、化學清洗(酸洗)等在對換熱器清洗時出現很多問題：不能徹底清除水垢等沉積物，酸液對設備造成腐蝕形成漏洞，殘留的酸對材質產生二次腐蝕或垢下腐蝕，最終導致更換設備，此外，清洗廢液有毒，需要大量資金進行廢水處理。新研發出的對設備無腐蝕清洗劑，其中應有技術較好的有福世泰克清洗劑，其高效、環保、安全、無腐蝕，不但清洗效果良好而且對設備沒有腐蝕，能夠保證換熱器的長期使用。清洗劑（特有的添加濕潤劑和穿透劑，可以有效清除用水設備中所產生的最頑固的水垢（碳酸鈣）、銹垢、油垢、粘泥等沉澱物，同時不會對人體造成傷害，不會對鋼鐵、紫銅、鎳、鈦、橡膠、塑料、纖維、玻璃、陶瓷等材質產生侵蝕、點蝕、氧化等其他有害的反應，可大大延長設備的使用壽命。

在工業生產的過程中，有的時候會因為操作不當引起的突發情況造成個別設備或者局部管道線路結垢、堵塞，影響生產的正常運行。對於這時的情況，主要是快速的清除污垢，保證生產裝置可以正常地運轉，恢復正常生產狀態。恢復裝置生產效率。比如化工設備結垢造成換熱器等設備傳遞熱量熱係數減少，管道流通面積的減少或者流通阻力增大，使能、物等消耗增加，生產效率明顯下降。這時通過清洗除垢來恢復生產設備的生產效率。

由於很多方面的原因，換熱器設備等和管道線路線中都會產生很多如結焦、油污垢、水垢、沉積物、腐蝕產物、聚合物、菌類、藻類、粘泥等污垢。然而工作時產生的這些污垢會使設備和管道線路失效，裝置系統會發生生產下降，能耗、物耗增加等不良情況，污垢腐蝕性特別嚴重時還會使流程中斷，裝置系統被迫停產，直接造成各種經濟損失，甚至還有可能發生惡性生產事故。在科學發展的今天要想完全的避免污垢的產生是幾乎不可能的，所以，換熱器等設備的清洗便成為工業(如：石油、化工、電力、冶金各行業)生產中所不可缺少的一個重要環節。

高壓水射流清洗換熱器屬於物理清洗方法，與傳統的人工、機械清洗及化學清洗相比，有諸多優點：清洗成本低、清洗質量好、清洗速度快，而且不產生環境污染，對設備沒有腐蝕。近年來我國高壓水射流清洗技術發展比較迅速，水射流工業清洗的比重在大中型城市及企業已接近20%，並且以每年10%左右的速度增長，可謂方興未艾。預計6—7年時間，在中國工業清洗行業中，高壓水射流清洗技術將要佔絕對優勢，是我國工業清洗的必由之路。

通常大多數企業的做法就是盡量採購質量高的換熱器，經過細心維護，讓換熱器壽命儘可能地延長，不可避免地出現滲漏以後，就會被迫停機堆焊，2～4人需要幾天時間才能修復完成，如果企業高薪聘請的高級焊工，還能保證換熱器繼續使用一段時間，如果焊工的技術一般，那麼就會造成更多的漏點甚至報廢，企業不得不更換新的換熱器，這是由於此種傳統方法造成的種種弊端，完全不能保證企業的安全連續性生產，因此，眾多企業積極尋求新技術解決換熱器滲漏問題，通過引入福世藍高分子複合材料的耐腐蝕性和抗沖刷性，通過提前對新換熱器的保護，這樣不僅有效治理了新換熱器存在的焊縫和砂眼問題，更避免了使用后化學物質腐蝕換熱器金屬表面和焊接點，在以後的定期維修時，也可以塗抹福世藍高分子複合材料來保護裸露的金屬；即使使用后出現了滲漏現象，也可以通過福世藍技術及時修復，避免了長時間的堆焊維修影響生產。正是由於此種精細化的管理，才使得換熱器滲漏問題出現的概率大大降低，不僅降低了換熱器的設備採購成本，更保證了產品質量、生產時間，提高了產品競爭力。

用於管板的高厚度塗料：

1)恢復損壞的管板，阻止由氣蝕或電蝕引起的腐蝕；

2)可應用到罐體、管道、閥門，塗層厚度適合很多重要的應用環境；

3)恢復由於不正確擴展操作所引起腐蝕或損壞管板的完整性和不透水性；

4)管板與冷卻液絕緣，中斷腐蝕引發的電路；

5)流線型進口處理面可以減少氣蝕也可以促進連續清洗系統的性能；

6)解決與過度快速流速、氣蝕、渦輪和懸浮磨損顆粒有關的問題；

7)將進口恢復到最佳液壓條件；

8)鑄件減少的塗層厚度也不存在與塑料和金屬基嵌入物的問題（在嵌入物的末端氣蝕；電阻）。

換熱器、冷凝器的管徑內表面塗層保護：

1)管板塗層是一種對於任何管板內表面問題的快速耐用的解決方案；

2)防止因污垢、各種腐蝕、侵蝕和氣蝕所引發的損壞；

3)適合在各種水服務環境中浸泡；

4)是100%無揮發性有機化合物並通過認證可以在飲用水中使用；

5)通過使用我們的專利的半自動設備可以快速應用（20米/秒）從30微米到250微米；

6)根據客戶的要求有不同的塗膜厚度；

7)內直接範圍從15到80mm管材長度達25m；

8)應用時間：在維護停機期間；

9)內窺鏡控制、DFT確保完整的塗料效率；

10)研究和測試表明該塗料提高換熱率一個用該塗料保護過的換熱器保持一種高換熱效率，同時需要更少的清洗干預及不容易泄露。

10個使用美嘉華內光板塗料系統的原因：

1)立即終止各種腐蝕過程；

2)對新及服務中換熱器的長期解決方案；

3)多種可行塗層可延長有效服務使用壽命；

4)增加換熱效率和冷凝器真空；

5)通過改善工廠性能全面增加電力輸出；

6)通過減低污垢而提高抗污性；

7)冷工作技術對於換熱器、工廠和人員是安全的；

8)對於恢復管板是一種節省成本的選擇——50%更快，30%更便宜；

9)現場應用；

10)根據ASTMD5162-28標準測試確保100%表面覆蓋量。

21世紀初國內河南省鞏義市終於研製出了碳化硅質列管式陶瓷換熱器。　陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發展，因為它較好地解決了耐腐蝕，耐高溫等課題，成為了回收高溫餘熱的最佳換熱器。經過多年生產實踐，表明陶瓷換熱器效果很好。它的主要優點是：導熱性能好，高溫強度高，耐腐蝕、抗氧化、抗熱震性能好。壽命長，維修量小，性能可靠穩定，操作簡便。是回收高溫煙氣餘熱的最佳裝置。

央視報道國內首次攻克金屬等傳統材料在高溫或惡劣環境下容易損壞的難題。首次研發並投入使用的以陶瓷替代金屬的換熱器新技術已經列入了國家火炬計劃。這一新技術將工業窯爐原來用的冷空氣變成了熱空氣，不僅提高了工作效率還節約了大量能源。由於陶瓷換熱器是提高能源利用率的主要設備之一，工業用途廣泛，因而其推廣應用前景十分可觀。

陶瓷換熱器可以用於冶金、有色、耐材、化工、建材等行業主要熱工窯爐，正在為世界的節能減排事業作出了巨大的貢獻。

冷熱流體流動通道的選擇

在列管式換熱器內，冷熱流體流動通道可根據以下原則進行選擇：

（1）不潔凈和易結垢的的液體宜走管程，因管內清洗方便；

（2）腐蝕性流體宜走管程，以免管束和殼體同時受腐蝕；

（3）壓強高的宜走管程，以免殼體承受壓力；

（4）飽和蒸汽宜走殼程，因飽和蒸汽比較清潔，對流傳熱係數與流速無關而且冷凝液容易排出；

（5）被冷卻的流體宜走殼程，便於散熱；

（6）若兩流體溫差較大，對於剛性結構的換熱器，宜將對流傳熱係數大的流體通過殼程，可減少熱應力；

（7）流量小而粘度大的流體宜走殼程；

流體進出口溫度的確定

如果換熱器以冷卻為目的熱流體的進出口溫度已由工藝條件確定，而冷卻介質的出口溫度則需要選擇。若選擇較高的出口溫度，可選小換熱器，但冷卻介質的流量要加大；反之要選擇低的出口溫度，冷卻介質流量減少了，但要選大的換熱器，因此冷卻介質的出口溫度要權衡二者的投資大小來確定。