子模块3 传热
项目1 换热器岗位操作训练
【项目内容】实训换热器的操作方法。 【项目目标】 任务目标：
通过实训掌握换热器的基本结构、工作原理及特点；掌握换热器启动、正常运行和停车操作技能。
技能目标：
能熟悉操作换热器，初步掌握排除常见故障及维护保养方法，学会通过阀门控制流量、转子流量计、热点阻温度计的使用。
【操作步骤】
所须设备：套管式换热器实验装置、温度表、压力表、转子流量表等一套， 操作步骤： 1、检查准备
(1)水压试验。实验压力一般为工作压力的1.25倍.实验方法是在壳程内罐满水后，关闭出口阀，然后用水压机对设备进行加压，并检查设备焊缝是否有泄露.待加压到所需压力后，恒压2小时.如压力没有变化，便减压，放水清除杂质.如发现有泄露处，卸压后进行处理，然后再试压，直至无泄露为止.
(2)气密实验.开启换热器壳程流入阀，关闭出口阀.把压缩空气逐渐送入换热器的壳程中，并提高压力至操作压力的1.05倍，关闭入口阀.用肥皂水涂在设备、管线的焊缝处与管件、阀件与法兰的连接处。如肥皂水起泡，需对起泡处做好标记。如检查无泄露，则保持压力30分钟，压力不下降为合格。如有泄露则卸压后对泄露处进行处理，然后重复实验直到合格为止。
(3)开车前先检查装置上的压力表、温度表、流量表及各阀门是否齐备完好。 (4)检查前后工段联络信号是否完好。 2、开车
(1)开启电源送电； (2)开启冷水进水阀；
(3)徐徐开启蒸汽进口阀，排除设备不凝性气体及冷凝液；
(4)根据工艺要求调节冷流体的流量及加热蒸汽的压力，使之达到所需温度。 3、正常操作
（1）经常保持各项指标符合规定，换热器运行正常、稳定。（2）经常注意两种流体的温度及压力变化，如有异常现象，应立即查明原因，排除故障。
（2）在操作过程中要经常排出冷凝液和不凝气，以免影响传热。 （3）定期检查换热器的连接螺栓是否紧固、垫片密封是否严密。 （4）要保持主体设备外部整节，各种仪表清晰准确。 4、停车
（1）停车时，要先关蒸汽阀或其他热流体阀，再关冷水，并切断电源。 （2）停车后必须将换热器内残留的流体排出，以防冻结和腐蚀。
5、安全操作要点
(1) 列管式换热器的开车要特别注意冷、热流体的进入次序，一定要先通入冷流体，再缓慢的通入热流体，防止骤冷骤热有损换热器的使用寿命。
(2) 开、停换热器时，不应将蒸汽阀门和被加热介质阀门开的太猛，否则容易造成外壳与加热管伸缩不一，产生热应力，使局部焊缝开列或管子胀口松弛。
(3) 停车时，应先切断高温流体，后切断冷流体，并将壳程及管程流体排净，以防换热器锈蚀。
6、考核要求
(1) 能按操作要点正确操作换热器。 (2) 能够熟练地处理换热器的常见故障。 【相关知识】
〈一〉 概述
一、传热在化工生产中的应用 1、为化学反应创造必要的条件
化学反应通常要控制在一定的温度下进行，热量传递是维持化学反应温度必不可少的条件。
2、为单元操作创造必要的条件
在蒸发、干燥等单元操作中，热量传递是使以上诸分离操作正常进行的重要条件。 3、提高热能的综合利用率
热能的合理利用以及废热的回收都与传热过程密切相关。 4、减少设备的热量（或冷量）的损失
化工设备和管道的保温都要涉及到传热。 二、化工生产对传热过程的要求
1、如何强化传热过程：即对各种换热设备要求传热速率快，传热效果好，完成相同传热任务所需的传热面积少，传热设备的结构紧凑，设备费用低。
2、如何减少或抑制（削弱）传热过程：如设备和管道的保温，要求传热速率慢，以减少热损失。
三、定态传热和非定态传热
1、定态传热：在传热系统中各点的温度分布仅随位置变化而不随时间变化的传热过程。 连续生产过程中的传热多为定态传热。
特点：通过传热面的传热速率不变。
2、非定态传热：在传热系统中各点的温度分布不仅随位置而变且又随时间而变的传热过程。
间歇操作的传热过程为非定态传热。 四、传热的基本方式
传热的基本方式有：热传导、热对流和热辐射。 1、热传导（导热）
由于物质分子、原子或电子的运动，将热量从物体高温处向低温处的传递过程称为热传导。热传导发生在相互接触的两个不同温度的物体之间。
特点：物体内质点不发生宏观的相互位移。
气体、液体、固体的热传导机理各不相同。气体的热传导是由于分子不规则的热运动的结果。
注意：热传导不能在真空中进行。 2、热对流 （对流传热）
热对流是指流体中质点发生相对位移和混合而引起的热量传递，对流传热仅发生在流体中。由于引起流体质点发生相对位移的原因不同，可分为自然对流传热和强制对流传热。
自然对流传热：由于流体各部分温度不同而引起的密度差异，使流体产生相对运动而产生的热量传递现象。
强制对流传热：由于泵、风机或搅拌等其它外力作用引起的流体流动而产生的热量传递现象。
3、热辐射（辐射传热）
因热的原因物体发出辐射能的过程称为热辐射。热辐射是一种以电磁波传递热能的方式。物体放热时，热能变成辐射能，以电磁波的形式在空间传播，当遇到另一物体时，则部分或全部被物体所吸收而变成热能。辐射传热不仅有能量的传递，而且伴有能量形式的转换。
注意：热辐射不需要任何介质作媒介，可以在真空中传播。 五、工业换热器的类型
根据换热器的作用原理的不同，通常可分为如下几种类型 1、混合式换热器
两流体在换热器中直接接触，相互混合进行换热。该类型换热器结构简单，设备及操作费用均较低，传热效率高，适用于两流体允许混合的场合。
2、间壁式换热器
化工生产过程中冷热流体之间进行的热交换不允许直接混合，两种流体常被固体的壁面隔开，并在壁面两侧流动构成典型的间壁式换热器。该类型换热器的特点是两流体在换热过程中不混合。
3、蓄热式换热器
借助于蓄热体将热量由热流体传给冷流体。该类型换热器结构简单，可耐高温； 缺点是设备体积庞大，热效率低且不能完全避免两流体的混合。
〈二〉 传热基本方程
一、间壁式换热器 1、间壁式换热器
① 套管式换热器
它的结构由两个不同直径的圆筒套在一起，一种流体走管内，另一种流体走管外 环隙，两六体通过内管管壁进行热交换。
图3-1套管式换热器
② 列管式换热器：
它是由壳体、封头、管束、管板组成，一种流体由封头进，走管内从另一封头出，另一流体由壳体一端进，在壳体内沿折板作折流流动，由壳体的另一端出，二流体通过管束壁面进行热交换。
1----壳体 2----管束 3----挡板 4----隔板
图3-2双程列管式换热器
流过管内的流体——管程流体 流过管间的流体——壳程流体
根据管程流体和壳程流体在换热器中流过的次数，又称××管程××壳程流体。
列管换热器的传热面积的计算式：S?n?dL 式中：S——传热面积，m
n——管数； d——管径，m； L——管长，m。
2、间壁式换热器内的传热过程
通过以上简介可知，冷、热二流体换热是通过管壁进行的：热流体以对流传热方式将热传给 高温面——高温面以热传导方式将热传至低温面——低温面又以对流方式将热传给冷流体。
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