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五、换热设备$lesson$
换热器是用来完成各种传热过程的设备，它是化工、石油、核能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备。
(一)换热设备分类
--热传递有3种基本方式：传导、对流和辐射。
1.按作用原理或传热方式分类
(1)混合式换热器。
(2)蓄热式换热器。
(3)间壁式换热器----这种形式的换热器使用最广泛。
2.按生产中的使用目的分类。分成：冷却器、加热器、冷凝器、汽化器(或再沸器)和换热器等。
3.按换热器所用材料分类。分成：金属材料和非金属材料换热器。
(二)几种常用换热器
常用的换热器有夹套式、蛇管式、套管式、列管式、螺旋板式、板式、板翅式等。
1、夹套式换热器
--夹套一般用碳钢或铸铁制成，可焊在器壁上或者用螺钉固定在容器的法兰或器盖上。
--夹套式换热器主要用于反应过程的加热或冷却。
在用蒸汽进行加热时，蒸汽由上部接管进入夹套，冷凝水则由下部接管流出。
作为冷却器时，冷却介质(如冷却水)由夹套下部的接管进入，而由上部的接管流出。
--该种换热器的传热系数较小，传热面又受到容器的限制，因此只适用于传热量不太大的场合。
为了提高其传热性能，可在容器内安装搅拌器，使容器内液体作强制对流;
为了弥补传热面的不足，还可在容器内安装蛇管换热器。
2、蛇管式换热器
其传热面是由弯曲成圆柱形或平板形的蛇形管子组成。
制作蛇管的材料有钢管、铜管或其他有色金属管、陶瓷管、石墨管等。
--蛇管式换热器可分沉浸式和喷淋式两种。
(1)沉浸式蛇管换热器。
此种蛇管换热器的优点是：结构简单，价格低廉，便于防腐，能承受高压。
主要缺点是：由于容器的体积较蛇管的体积大得多，故管外流体的对流换热系数较小，因而总传热系数K值也较小。
(2)喷淋式蛇管换热器。喷淋式蛇管换热器多用作冷却器。
--与沉浸式蛇管换热器相比，具有：便于检修和清洗、传热效果较好等优点，其缺点是喷淋不易均匀。
3、套管式换热器
--套管式换热器的优点是：构造较简单;能耐高压;传热面积可根据需要而增减;适当地选择管子内径、外径，可使流体的流速较大，且双方的流体可作严格的逆流，有利于传热。
--缺点是：管间接头较多，易发生泄漏;单位换热器长度具有的传热面积较小。
故在需要传热面积不太大而要求压强较高或传热效果较好时，宜采用套管式换热器。
4、列管式换热器
列管式换热器是目前生产中应用最广泛的换热设备。
--主要优点是：单位体积所具有的传热面积大以及传热效果好。此外，结构较简单，制造的材料范围较广，操作弹性较大等。
--在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。
根据热补偿方法的不同，列管式换热器有下面几种形式：
(1)固定管板式热换器
(2)U型管换热器。
这种形式换热器的结构也较简单，重量轻，适用于高温和高压场合。其主要缺点是管内清洗比较困难，因此管内流体必须洁净;且因管子需一定的弯曲半径，故管板的利用率差。
(3)浮头式换热器
(4)填料函式列管换热器。
该换热器的活动管板和壳体之间以填料函的形式加以密封。在一些温差较大、腐蚀严重且需经常更换管束的冷却器中应用较多，其结构较浮头简单，制造方便，易于检修清洗。
5、板片式换热器
此类的换热器有：螺旋板式换热器、板式换热器和板翅式换热器等。
6、非金属换热器
在化工生产中有不少具有强腐蚀性的物料，这时用普通材料制成的换热设备不能满足需要。随着化学工业的发展，出现和发展了许多耐腐蚀的新型材料(如陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等)的换热器。
六、油罐
储罐按其制造材质可分为金属罐和非金属罐。
--在化工、石油化工和石油等工业中储存液化气以外的原料油主要采用金属储罐，即金属油罐。
(一)油罐分类
金属油罐可根据油罐所处位置、几何形状和不同结构形式等几方面来划分。
1、按油罐所处位置划分
--分为地上油罐、半地下油罐和地下油罐三种。
(1)地上油罐。指油罐的罐底位于设计标高±0.00及其以上;罐底在设计标高±0.00以下但不超过油罐高度的1/2，也称为地上油罐。
(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过设计标高±0.00以上0.2m。
(3)地下油罐。地下油罐指罐内液位处于设计标高±0.00以下0.2m的油罐。
2、按油罐的几何形状划分
按油罐的几何形状可划分为：立式圆柱形罐;卧式圆柱形罐;球形罐。
3、按油罐的不同结构形式划分
按油罐的不同结构形式可分为：固定顶储罐、无力矩顶储罐、浮顶储罐和套顶储罐。
--浮顶储罐。浮顶储罐分为浮顶储罐、内浮顶储罐(带盖内浮顶储罐)。
1)浮顶储罐。
浮顶储罐的浮顶是一个漂浮在贮液表面上的浮动顶盖，随着储液的输入输出而上下浮动，浮顶与罐壁之间有一个环形空间，这个环形空间有一个密封装置，使罐内液体在顶盖上下浮动时与大气隔绝，从而大大减少了储液在储存过程中的蒸发损失。
采用浮顶罐储存油品时，可比固定顶罐减少油品损失80%左右。
2)内浮顶储罐。
--内浮顶储罐具有独特优点：
一是与浮顶罐比较，因为有固定顶，能有效地防止风、砂、雨雪或灰尘的侵入，绝对保证储液的质量。同时，内浮盘漂浮在液面上，使液体无蒸汽空间，减少蒸发损失85%～96%;减少空气污染，减少着火爆炸危险，易于保证储液质量，特别适合于储存高级汽油和喷气燃料及有毒的石油化工产品;由于液面上没有气体空间，故减少罐壁罐顶的腐蚀，从而延长储罐的使用寿命;
二是在密封相同情况下，与浮顶相比可以进一步降低蒸发损耗。
--内浮顶储罐的缺点：与拱顶罐相比，钢板耗量比较多，施工要求高;与浮顶罐相比，维修不便(密封结构)，储罐不易大型化，目前一般不超过10000m3.
(二)金属油罐附件
罐体上安装的一些供特殊用途的附属配件，即油罐附件，应适应各种油品的储存、发放、计量和维修等的要求，确保金属油罐的正常工作。
(1)人孔。.专为操作人员进出油罐检查、清洗和修理之用。
(2)透光孔。专为罐内进行检查、修理、刷洗时透光、通风之用。一般安装在罐内的顶部。
(3)排污孔(管)。用于清扫油罐时排出淤泥油污等，平时可以通过放水管排泄罐底沉积水。
(4)放水管。 用于排除罐底的沉积水。
(5)罐顶结合管与罐壁接合管。 用于进出储存介质之用。
(6)量油孔。 用于测量罐内油品的液面、温度及取样。量油孔一般与测量液位的仪表相连。通常安装在罐顶平台附近。
(7)呼吸阀、安全阀。 呼吸阀的作用是调节罐内油气压力，当罐内压力过高时，通过呼吸阀将部分多余油气排出，使罐内压力下降;当罐内压力过低时，通过呼吸阀从罐外吸入空气，使罐内压力升高，始终保持与大气压恒定的状态。
安全阀的作用是当油罐在操作过程中，由于呼吸阀失灵或其他原因影响正常工作时，可通过它调节罐内压力，从而防止由于罐内正压或负压太高、罐壁应力过大而造成油罐外形破坏或油罐被抽瘪。
(8)防火器。 用来防止火星、空气经过安全阀或呼吸阀进入罐内引起意外，它安装在呼吸阀或安全阀的下面。
(9)内部关闭阀操纵装置。 该装置用来连接罐内外自动关闭阀，完成进油和出油。
(10)加热器。 加热器分局部加热器和全面加热器两种。其作用是通过蒸汽对原油和重油加热，以防止油品凝固。
(11)升降管。 通过回转接头与出油接合管相连接，用卷扬机带动升降，可选择抽取罐内任何部位油品，一般只安装在润滑油或特种油品罐上。
(12)泡沫发生器。 当罐内油品发生意外起火燃烧时，利用泡沫发生器产生泡沫剂灭火。
(13)进料孔。 用于进料。
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