五、換熱設備$lesson$

　　換熱器是用來完成各種傳熱過程的設備，它是化工、石油、核能和其他許多工業部門廣泛應用的一種通用工藝設備。

　　(一)換熱設備分類

　　--熱傳遞有3種基本方式：傳導、對流和輻射。

　　1.按作用原理或傳熱方式分類

　　(1)混合式換熱器。

　　(2)蓄熱式換熱器。

　　(3)間壁式換熱器----這種形式的換熱器使用最廣泛。

　　2.按生產中的使用目的分類。分成：冷卻器、加熱器、冷凝器、汽化器(或再沸器)和換熱器等。

　　3.按換熱器所用材料分類。分成：金屬材料和非金屬材料換熱器。

　　(二)幾種常用換熱器

　　常用的換熱器有夾套式、蛇管式、套管式、列管式、螺旋板式、板式、板翅式等。

　　1、夾套式換熱器

　　--夾套一般用碳鋼或鑄鐵制成，可焊在器壁上或者用螺釘固定在容器的法蘭或器蓋上。

　　--夾套式換熱器主要用于反應過程的加熱或冷卻。

　　在用蒸汽進行加熱時，蒸汽由上部接管進入夾套，冷凝水則由下部接管流出。

　　作為冷卻器時，冷卻介質(如冷卻水)由夾套下部的接管進入，而由上部的接管流出。

　　--該種換熱器的傳熱系數較小，傳熱面又受到容器的限制，因此只適用于傳熱量不太大的場合。

　　為了提高其傳熱性能，可在容器內安裝攪拌器，使容器內液體作強制對流;

　　為了彌補傳熱面的不足，還可在容器內安裝蛇管換熱器。

　　2、蛇管式換熱器

　　其傳熱面是由彎曲成圓柱形或平板形的蛇形管子組成。

　　制作蛇管的材料有鋼管、銅管或其他有色金屬管、陶瓷管、石墨管等。

　　--蛇管式換熱器可分沉浸式和噴淋式兩種。

　　(1)沉浸式蛇管換熱器。

　　此種蛇管換熱器的優點是：結構簡單，價格低廉，便于防腐，能承受高壓。

　　主要缺點是：由于容器的體積較蛇管的體積大得多，故管外流體的對流換熱系數較小，因而總傳熱系數K值也較小。

　　(2)噴淋式蛇管換熱器。噴淋式蛇管換熱器多用作冷卻器。

　　--與沉浸式蛇管換熱器相比，具有：便于檢修和清洗、傳熱效果較好等優點，其缺點是噴淋不易均勻。

　　3、套管式換熱器

　　--套管式換熱器的優點是：構造較簡單;能耐高壓;傳熱面積可根據需要而增減;適當地選擇管子內徑、外徑，可使流體的流速較大，且雙方的流體可作嚴格的逆流，有利于傳熱。

　　--缺點是：管間接頭較多，易發生泄漏;單位換熱器長度具有的傳熱面積較小。

　　故在需要傳熱面積不太大而要求壓強較高或傳熱效果較好時，宜采用套管式換熱器。

　　4、列管式換熱器

　　列管式換熱器是目前生產中應用最廣泛的換熱設備。

　　--主要優點是：單位體積所具有的傳熱面積大以及傳熱效果好。此外，結構較簡單，制造的材料范圍較廣，操作彈性較大等。

　　--在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。

　　根據熱補償方法的不同，列管式換熱器有下面幾種形式：

　　(1)固定管板式熱換器

　　(2)U型管換熱器。

　　這種形式換熱器的結構也較簡單，重量輕，適用于高溫和高壓場合。其主要缺點是管內清洗比較困難，因此管內流體必須潔凈;且因管子需一定的彎曲半徑，故管板的利用率差。

　　(3)浮頭式換熱器

　　(4)填料函式列管換熱器。

　　該換熱器的活動管板和殼體之間以填料函的形式加以密封。在一些溫差較大、腐蝕嚴重且需經常更換管束的冷卻器中應用較多，其結構較浮頭簡單，制造方便，易于檢修清洗。

　　5、板片式換熱器

　　此類的換熱器有：螺旋板式換熱器、板式換熱器和板翅式換熱器等。

　　6、非金屬換熱器

　　在化工生產中有不少具有強腐蝕性的物料，這時用普通材料制成的換熱設備不能滿足需要。隨著化學工業的發展，出現和發展了許多耐腐蝕的新型材料(如陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等)的換熱器。

　　六、油罐

　　儲罐按其制造材質可分為金屬罐和非金屬罐。

　　--在化工、石油化工和石油等工業中儲存液化氣以外的原料油主要采用金屬儲罐，即金屬油罐。

　　(一)油罐分類

　　金屬油罐可根據油罐所處位置、幾何形狀和不同結構形式等幾方面來劃分。

　　1、按油罐所處位置劃分

　　--分為地上油罐、半地下油罐和地下油罐三種。

　　(1)地上油罐。指油罐的罐底位于設計標高±0.00及其以上;罐底在設計標高±0.00以下但不超過油罐高度的1/2，也稱為地上油罐。

　　(2)半地下油罐。半地下油罐是指油罐埋入地下深于其高度的1/2，而且油罐的液位的最大高度不超過設計標高±0.00以上0.2m。

　　(3)地下油罐。地下油罐指罐內液位處于設計標高±0.00以下0.2m的油罐。

　　2、按油罐的幾何形狀劃分

　　按油罐的幾何形狀可劃分為：立式圓柱形罐;臥式圓柱形罐;球形罐。

　　3、按油罐的不同結構形式劃分

　　按油罐的不同結構形式可分為：固定頂儲罐、無力矩頂儲罐、浮頂儲罐和套頂儲罐。

　　--浮頂儲罐。浮頂儲罐分為浮頂儲罐、內浮頂儲罐(帶蓋內浮頂儲罐)。

　　1)浮頂儲罐。

　　浮頂儲罐的浮頂是一個漂浮在貯液表面上的浮動頂蓋，隨著儲液的輸入輸出而上下浮動，浮頂與罐壁之間有一個環形空間，這個環形空間有一個密封裝置，使罐內液體在頂蓋上下浮動時與大氣隔絕，從而大大減少了儲液在儲存過程中的蒸發損失。

　　采用浮頂罐儲存油品時，可比固定頂罐減少油品損失80%左右。

　　2)內浮頂儲罐。

　　--內浮頂儲罐具有獨特優點：

　　一是與浮頂罐比較，因為有固定頂，能有效地防止風、砂、雨雪或灰塵的侵入，絕對保證儲液的質量。同時，內浮盤漂浮在液面上，使液體無蒸汽空間，減少蒸發損失85%～96%;減少空氣污染，減少著火爆炸危險，易于保證儲液質量，特別適合于儲存高級汽油和噴氣燃料及有毒的石油化工產品;由于液面上沒有氣體空間，故減少罐壁罐頂的腐蝕，從而延長儲罐的使用壽命;

　　二是在密封相同情況下，與浮頂相比可以進一步降低蒸發損耗。

　　--內浮頂儲罐的缺點：與拱頂罐相比，鋼板耗量比較多，施工要求高;與浮頂罐相比，維修不便(密封結構)，儲罐不易大型化，目前一般不超過10000m3.

　　(二)金屬油罐附件

　　罐體上安裝的一些供特殊用途的附屬配件，即油罐附件，應適應各種油品的儲存、發放、計量和維修等的要求，確保金屬油罐的正常工作。

　　(1)人孔。.專為操作人員進出油罐檢查、清洗和修理之用。

　　(2)透光孔。專為罐內進行檢查、修理、刷洗時透光、通風之用。一般安裝在罐內的頂部。

　　(3)排污孔(管)。用于清掃油罐時排出淤泥油污等，平時可以通過放水管排泄罐底沉積水。

　　(4)放水管。 用于排除罐底的沉積水。

　　(5)罐頂結合管與罐壁接合管。 用于進出儲存介質之用。

　　(6)量油孔。 用于測量罐內油品的液面、溫度及取樣。量油孔一般與測量液位的儀表相連。通常安裝在罐頂平臺附近。

　　(7)呼吸閥、安全閥。 呼吸閥的作用是調節罐內油氣壓力，當罐內壓力過高時，通過呼吸閥將部分多余油氣排出，使罐內壓力下降;當罐內壓力過低時，通過呼吸閥從罐外吸入空氣，使罐內壓力升高，始終保持與大氣壓恒定的狀態。

　　安全閥的作用是當油罐在操作過程中，由于呼吸閥失靈或其他原因影響正常工作時，可通過它調節罐內壓力，從而防止由于罐內正壓或負壓太高、罐壁應力過大而造成油罐外形破壞或油罐被抽癟。

　　(8)防火器。 用來防止火星、空氣經過安全閥或呼吸閥進入罐內引起意外，它安裝在呼吸閥或安全閥的下面。

　　(9)內部關閉閥操縱裝置。 該裝置用來連接罐內外自動關閉閥，完成進油和出油。

　　(10)加熱器。 加熱器分局部加熱器和全面加熱器兩種。其作用是通過蒸汽對原油和重油加熱，以防止油品凝固。

　　(11)升降管。 通過回轉接頭與出油接合管相連接，用卷揚機帶動升降，可選擇抽取罐內任何部位油品，一般只安裝在潤滑油或特種油品罐上。

　　(12)泡沫發生器。 當罐內油品發生意外起火燃燒時，利用泡沫發生器產生泡沫劑滅火。

　　(13)進料孔。 用于進料。

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