第六章 冷换设备

第六章冷换设备

常减压蒸馏装置中，从常压塔、减压塔出来的油品均具有较高的温度，若要出装置必须进行冷却达到一定的温度。同时，原油从罐区出来也需要经过加热才能进入塔、炉进行进一步的加热及加工。热的产品需冷却，冷的原油需加热，一般通过冷换设备来进行热量的交换。由于常减压蒸馏装置中冷换设备较多，所以怎样开好冷换设备，搞好冷换设备的操作水平，是合理利用热源，提高装置热量回收率，做好装置节能降耗的一项重要措施。

6.1 常用冷换设备的类型及表示方法

6.1.1 常用冷换设备的类型

常减压蒸馏装置使用的冷换设备主要是管壳式换热器，其中用量最多的是浮头式换热器。此外，还有固定管板式换热器、U形管式换热器。它们是以使用温度、压力及两侧流动介质特性为选用依据。总的优点是结构简单、价廉、选材广、清洗方便、适应性强。但在传热效率、紧凑性、单位传热面金属耗量等方面，不及板型和其他类型换热器。

6.1.2 常用冷换设备表示方法

（1）浮头式换热器

如：AES500-1.6-54-6/25-4Ⅰ

表示为平盖管箱，公称直径500mm,管程和壳程设计压力均为1.6MPa，公称换热面积54m2，较高级碳钢或低合金钢（即Ⅰ类材质）冷拨换热管外径25mm,管长6m，4管程，单壳程的浮头式换热器。

（2）固定管板式换热器

如：BEM700-2.5/1.6-200-9/25-4Ⅰ

表示为封头管箱，公称直径700mm,管程设计压力为2.5MPa，壳程设计压力为1.6Mpa，公称换热面积200m2，较高级碳钢或低合金钢（即Ⅰ类材质）冷拨换热管外径25mm,管长9m，4管程，单壳程的固定管板式换热器。

（3）U型管式换热器

如：BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2Ⅰ

表示为封头管箱，公称直径500mm,管程设计压力为4.0MPa，壳程设计压力为1.6Mpa，公称换热面积75m2，较高级碳钢或低合金钢（即Ⅰ类材质）冷拨换

热管外径19mm，管长6m，2管程，单壳程的U型管式换热器。

6.2 冷换设备的结构及其作用

6.2.1固定管板式换热器的基本结构

固定管板式换热器的两端管板，采用焊接方法与壳体连接固定。这种换热器结构简单；在相同的壳体直径内排管最多，比较紧凑；在有折流板的壳侧流动中，对传热有害的E旁路最小，管程可以分成任一偶数程数。由于两个管板被换热管互相支撑，与其他管壳式换热器相比，管板最薄，但壳侧清洗较难，不能进行机械清洗，所以宜用于不易结垢和清洁的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，常会使管子与管板的接口脱开，从而发生介质泄漏；为此常在外壳上焊一膨胀节，但它仅能减小而不能完全消除由于温差而产生的热应力，且在多程换热器中，这种方法不能照顾到管子间的相对位移。由此可见，这种换热器比较适用于温差较小（一般管子与壳体壁温小于50℃）但壳程压力不高以及壳程结垢不严重或能用化学清洗的场合。由于此类换热器集中了管壳式换热器的优点，因此应用相当规模广泛。

6.2.2浮头式换热器的基本结构

浮头式换热器可分为壳程出、入口设内导流筒或外导流筒结构。浮头式换热器是针对固定管板式换热器的缺陷在结构上作了改进，两端管板只在一端管板与壳体固定，而另一端的管板可以在壳体中自由的，故当两种介质温差较大时，管束与壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，这样为检修、清洗提供了方便。但结构较复杂，而且浮头端小盖在操作时无法知道泄漏情况，所以在安装时要特别注意其密封。浮头式换热器适用于管壳壁间温差较大，或易于腐蚀和易于结垢的场合。

6.2.3 U型管式换热器的基本结构

U形管式换热器仅有一块管板，它是将管子弯成U形，管子两端固定在同一块管板上。由于壳体和管子分开，管束可以自由伸缩，不会因管壁、壳壁之间的温度差而产生过大热应力，热补偿性能好。管程为双管程，故管内流速可提高。因U形管式换热器仅有一块管板，且无浮头，所以结构简单，管束可以从壳体中抽出，管外便于清洗，但管内清洗困难，所以管内的液体必须是清洁及不易结垢的物料。管子的更换除外侧管子外，管束内层的管子不可能更换。管束中心部分

存在空隙，所以流体易走短路（旁流），影响传热效果，故通常在此处设有假管或中间挡板以减少这一流动死区。另外，管束中心处的管板上排列的管子减少，结构不紧凑；且U形管的弯管部分曲率不同，管子长度不一，因而流体分布不如固定管板式换热器均匀；管子因渗漏而只能堵死；这将造成传热面积的损失。

如壳程需要经常清洗的管束，则要求采用正方形排列，一般情况下都按三角形排列，管程为偶数。

壳程内可按工艺要求设置纵向隔板组成双壳程换热器，增加壳侧介质流速和使管壳程介质呈全逆流流动，提高换热设备的传热效果。纵向隔板安装在平行于传热管方向。

6.2.4空冷器的基本结构

空冷器的基本结构形式都大致相同，一般由管束、风机、百叶窗、喷淋系统组成。

6.2.5折流板的作用

为达到逆流换热，采用多管程，壳程内设置折流档板来配合趋向于逆流换热，以提高传热系数。两种常用的折流板型式：弓形和盘一环形。

折流板间距B与换热器用途、壳程流体的流量、粘度压降有关，最小间距为20％D（壳体直径）或50mm，最大间距不超过则接近纵向流动，传热效果差。经验表明最佳的板间距约为D/3。当换热器的挡板选定后，在检修更换换热器芯子时，折流板的挡板间距不易随意更换，以免影响传热效果。

壳程如加装纵向挡板，可使流速成倍地增加，但流阻增长更快，加上安装困难，一般尽量避免纵向挡板。横向折流板的板间距合理缩小后可使流速和流程加大，流动方向不断变更，使层流附面层减薄，从而增大膜系数，容易造成湍流。因此，常使流率低、粘度大的流体通过壳程，如常减压蒸馏装置中渣油与其他油品换热时，渣油一般走壳程。

6.2.6换热器管束的排列方式

管束中管子有四种排列形式：a表示等边三角形；b表示正方形；c表示正方形错列（转角45°）；d表示园形排列。此外还有转角三角形等。

常减压蒸馏装置中一般采用正方形错列（转角45°）方式较多。但无论那种排列法，最外圈管子的管壁与壳内壁的间距不应小于10mm。