摘要：换热器是用于物料之间进行热量传递的过程设备。通过这种设备使物料能够达到指定的温度以满足工艺设计的要求。在目前大型化工及石油化工装置中，采用各种换热器的组合，就能充分合理地利用各等级的能量，使产品的单位能耗降低，从而降低产品的成本以获得好的经济效益。因此，在大型化工及石油化工生产过程中，换热器得到越来越广泛的应用。本文主要针对管壳式换热器进行讨论。
关键词：换热器；配管；安装；设计
1、换热器分类
换热器根据其所适用工况的不同、流通介质的不同、工作温度及压力的不同，换热器可以分为很多种类，直接接触式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器就是三种常见的换热器类型。
1.1直接接触式换热器（混合式）
直接接触式换热器，也常常被称为混合式换热器，是通过两种互相不溶解的介质进行混合，相互传递热量，这两种介质可以是两种液体之间混合，也可以是气体和液体之间进行混合。直接接触式换热器的优点是设计和制作结构简单、维修方便、传递热量的效率高，直接接触式换热器适用于两种介质可以互相混合的工况。
1.2蓄热式换热器
蓄热式换热器在设备内部装有固体填充物，这种固体填充物可以在短时间内储存一定的热量。在实际应用中，冷、热两种流体依次交替地经过设备内放置的固体填充物，进行冷、热两种流体的热量的传递。蓄热式换热器具有在高温工况下工作的优点，一般在超过1 300℃的高温工况下，蓄热式换热器就成为了设计人员的首选设备。
1.3间壁式换热器
间壁式换热器是用固定间壁将冷、热两种流体进行分隔，冷、热两种流体在换热器中不直接发生接触，而是通过间壁进行热量交换的一种换热器。在石油化工行业中，间壁式换热器的应用最为广泛。而间壁式换热器在实际应用中主要比较常用的形式是管壳式换热器和板式换热器，管壳式换热器的比重高达54%左右。
2、换热器配管的一般规定
2.1换热器管道布置要求
（1）换热器的管道布置应满足PID的要求，并应考虑管系的柔性及经济性。大直径和合金钢管在管道布置时，应优先考虑使其配管路线最短，弯头最少。
（2）对管壳式换热器如果工艺流程图上没有表示出管口的流体方向时，宜遵守以下原则：
a、一般情况下被加热的流体宜下进上出；被冷却的流体宜上进下出。冷流体和热流体宜选用逆流布置。
b、用蒸汽加热时，对于卧式或立式换热器，蒸汽应从上部管口进入，冷凝水从下部管口排出。
c、用水冷却时，对于卧式或立式换热器冷却水从下部管口进入，从上部管口排出。冷却水宜走管程，以便于清洗污垢和停水时换热器内仍能保持充满水。
（3）高温物流宜走管程，低温物流宜走壳程。干净的物流宜走壳程。而易产生堵、结垢的物流宜走管程。有腐蚀性的物流宜走管程，而无腐蚀性的物流宜走壳程。压力较高的物流宜走管程，压力较低的物流宜走壳程。流速较低的物流宜走壳程，而流速较高的物流宜走管程。给热系数较大的物流宜走管程，而给热系数较低的物流宜走壳程。
（4）小直径换热器的冷却水管DN≤150时，宜采取直接与地下总水管直接连接。对DN200以上的冷却水管不应和总管直接连接。应配两个90°弯头，并在弯头中间的水平段安装阀门。当换热器是集中布置时，事先应考虑地下总水管的位置。
2.2换热器阀门、仪表安装要求
（1）换热器的管道布置应方便操作和维修，并且不应妨碍操作和检修通道的通行。带有阀门和调节阀组的管道应靠近换热器的操作通道布置。
（2）换热器周围管道上的压力表、温度计、视镜、阀门、液面计和液面调节器等应布置在靠近通道，并从操作通道上容易操作和观察的部位。
管道、仪表（包括调节阀的膜头）、阀门距换热器的设备法兰、筒体（包括底座或保温层）之间应留有足够的间隙，其最小净距为150mm。
孔板流量计应安装在距操作面不低于2200mm的水平管道上，用临时爬梯可以接近的地方。
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（3）当换热器进、出口阀门偶然关闭时，能产生内压升高的情况下，为保护换热器管束不被损坏，应在进出口阀门之间安装一个小安全阀。安全阀出口应用管道引到地面或操作面附近。一般在冷却水出口阀前安装安全阀用管道引到附近的地漏或地沟处，防止喷溅。
（4）除规定不宜设低点排液阀的管道外，管程和壳程的下部管口与管道和阀门连时，应在管道的低点安装排液阀。当阀门装在设备管口下的垂直管上时，则在设备管口和阀门之间的管段上还应安装供设备排液用的排液阀，排液阀一般为DN20。
2.3换热器设备维检修对管道安装要求
管壳式换热器浮头、管箱端法兰均需拆卸，用于清理壳程、管程，其中管箱前方应预留场地以备抽芯检修用，管箱、浮头处法兰同样预留位置供拆卸螺栓用。
（1）换热器的抽芯检修区域内不得布置管道，管道布置也不应影响管箱或封头端的拆卸。为方便管箱端的拆卸，在管箱上方或下方的管道，应设一段带法兰的可拆卸短管，其余不拆卸部分管子应设永久性支架。
（2）在换热器封头端或管箱端有拆卸吊柱时，配管应避开吊柱活动范围。
（3）如果换热器壳体有吊出检修的需求时，管道不应布置在换热器轴线的正上方。
（4）浮头式换热器布置在地面上时，浮头和管箱的两侧应有宽度不小于0.6m的空地，浮头端前方宜有宽度不小于1.2m 的空地；管箱前方从管箱端算起应留有比管束长度至少长1.5m的空地。
2.4换热器管道支架安装要求
（1）卧式换热器的支座应一端固定，另一端滑动。一般管道热补偿量小的一端为固定端。用水冷却的换热器宜选管箱端作为固定端。
（2）换热器的管道布置应设置合理的支架，不应使管道、阀门和管件的重量都加在设备管口上。设备管口受力不得超过允许值。
（3）高温管道的配管形状应有足够热补偿能力，设置牢固的固定支架和必要的导向支架，不得使反作用力集中在换热器的管口上，此类管道必须进行柔性分析和计算来确定配管方案。
（4）避免换热器进出口管线至主管的直管段过长，过长的高温直管段必须进行应力分析以便管道支架选型。
（5）对气液两相流的管道布置应使管道长度尽量短。管道形状不得形成积存液体。管道支架应充分考虑防止振动。
（6）对于管内介质大于或等于400°C的碳钢管道、合金钢以及不锈钢的高压管道，应尽量避免采用焊接型的管托，如果采用焊接型管托，则管道与支吊架之间的焊缝需要对照材质的热处理要求判断是否需要热处理。
3、多台换热器配管安装要求
3.1成组换热器的布置
（1）成组布置的换热设备，宜取支座基础中心线对齐，当支座间距不相同时，宜取一端支座基础中心线对齐。为了管道连接方便，地面上布置的换热器也可采用管程进出口管嘴中心线对齐。（2）为了节约占地或工艺操作方便可以将两台换热器重叠在一起布置。但对于两相流介质或操作压力大于等于4MPa的换热器为避免振动影响，不推荐重叠布置；管壳直径大于等于1.6m的不宜重叠布置。（3）换热器之间、换热器与其他设备之间的净距不宜小于0.7m，换热器与管道之间最小净距不宜小于150mm，管道之间的人行通道不应小于0.6m。
3.2成组换热器配管安装
（1）多台并联操作的换热器。管道应对称布置，管道阻力应相等。特别是冷凝器的配管，应使每台冷凝器的负荷相等。
（2）两台或两台以上并联操作的换热器入口管道宜对称布置，气液两相流的管道必须对称布置，以保证均匀地达到工艺设计的传热效果。另外，在分支前的主管上还应设置指定长度的直管段，实现热量的等量分配。
4、换热器安装注意事项
（1）换热器抽芯一次进出口管线在弯头后增加拆卸法兰，如在弯头前安装拆卸法兰仍然会造成抽芯及检修的不便。
（2）换热器进出口高温管线应适当增加弯头以补偿热效应。
（3）两台或两台以上并联操作的换热器入口管道宜对称布置，以保证均匀地达到工艺设计的传热效果。
（4）换热器一般管箱端为固定端，即热补偿量小的一端为固定端，抽芯操作也是从管箱端进行；为了增加流动换热面积，壳程管口一般错开布置。
论文作者:赵亮 李汪灏 胡玮结 白如雪 任凤 王晓蕾
论文发表刊物:《科学与技术》2020年1期
论文发表时间:2020/4/29
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