GB/T151-2014热交换器制造、检验与验收——圆筒

1. 定义与结构釜式重沸器是一种特殊的换热器，它主要由壳体、管束、管板、蒸发空间和封头组成。管束通常采用直管管束，安装在壳体内，管束的一端或两端连接在管板上。管板起到固定管束并且分隔管程和壳程的作用。在壳体的上部有足够的蒸发空间，用于气液分离。2. 工作原理液体物料从重沸器的底部或侧面进入，在壳程中围绕管束流动。当管程内通入加热介质（如蒸汽）时，热量通过管壁传递给壳程中的液体。液体吸收热量后达到沸点开始沸腾，产生的蒸汽向上运动，在蒸发空间内实现气液分离。分离后的蒸汽从顶部出口排出，而液体则部分汽化，剩余的液体可以通过循环管道再次进入重沸器进行加热，形成循环过程。例如，在石油炼制中，当对原油进行分馏时，釜式重沸器对塔底的液体进行加热，使其部分汽化，产生的蒸汽返回分馏塔，为分馏过程提供热量和气相物流。3. 优点良好的汽化性能：由于有较大的蒸发空间，能够有效地实现气液分离，使产生的蒸汽质量较高，并且可以保证液体在重沸器内有足够的停留时间进行充分的汽化。操作稳定性高：它的结构设计使得在操作过程中，液体的循环比较稳定。即使在流量和热负荷有一定波动的情况下，也能较好地维持正常的汽化和分离过程。传热面积可调节：通过改变管束的数量、长度和排列方式等，可以相对灵活地调整传热面积，以适应不同的工艺要求和处理量。4. 缺点占地面积大：由于需要较大的蒸发空间，釜式重沸器的整体结构比较庞大，相比于一些其他类型的换热器，在相同的换热能力下，它占地面积相对较大。热效率相对较低：因为其结构特点，液体在壳程中的流动路径相对复杂，可能会存在一些液体流动的死区，导致热量传递不够充分，热效率不如一些高效紧凑的换热器。清洗维护复杂：内部结构复杂，管束的清洗和设备的维护难度较大，特别是当处理易结垢或含有杂质的液体时，容易在管束和壳体内壁沉积污垢，影响传热性能和设备寿命。5.经常出现的问题a. 结垢问题原因：釜式重沸器在运行过程中，当处理含有杂质、高沸点物质或容易发生化学反应产生沉淀的流体时，这些物质容易在管壁和壳体内表面沉积。例如，在石油化工行业，原油中的盐类、沥青质和蜡等成分，在加热过程中可能会析出并附着在管束和壳体内壁。影响：结垢会降低传热效率，因为垢层的导热系数远远低于金属管壁的导热系数。这会导致需要更多的热量才能达到相同的汽化效果，增加了能源消耗。同时，垢层的存在还可能会影响流体的流动状态，增加流动阻力，进而影响设备的处理能力。解决方法：可以定期进行化学清洗，使用合适的清洗剂来溶解垢层。对于一些严重结垢的情况，可能需要拆卸设备进行机械清洗。另外，在流体进入重沸器之前进行预处理，如过滤、除盐等操作，减少杂质进入，可以有效预防结垢。b. 腐蚀问题原因：一方面，由于重沸器中流体的成分复杂，可能含有腐蚀性物质，如酸性物质、硫化物等。以炼油过程为例，原油中的硫化物在高温下可能会与金属发生化学反应，导致腐蚀。另一方面，当气液两相共存时，在液体和蒸汽的交界面处可能会发生局部腐蚀，这种情况在蒸发空间较为常见。影响：腐蚀会导致管壁变薄，降低设备的耐压能力，严重时可能会引起泄漏，不仅会造成产品损失，还可能引发安全事故。而且，腐蚀产物也可能会混入流体中，影响产品质量。 解决方法：选择合适的耐腐蚀材料制作重沸器，如不锈钢等。也可以在流体中添加缓蚀剂，抑制腐蚀反应的发生。同时，定期对设备进行检查，监测腐蚀情况，对于腐蚀严重的部位及时进行修复或更换。c .气液分离不充分问题原因：如果蒸发空间设计不合理，如空间过小或者内部结构不利于气液分离，可能会导致气液分离不充分。另外，流体的流量和汽化速度不稳定也会影响分离效果。例如，当液体进料速度过快或者加热速率过高时，产生的蒸汽可能会夹带大量液体，无法实现良好的分离。 影响：气液分离不充分会导致蒸汽中含有较多的液体，这会影响后续的工艺过程。在分馏塔中，如果蒸汽夹带液体进入，会破坏塔内的气液平衡，降低分馏效率，影响产品的质量和纯度。解决方法：合理设计蒸发空间的大小和内部结构，如安装合适的气液分离装置，如丝网除沫器、折流板等。同时，要对流体的流量和加热速率进行有效控制，通过安装流量控制器和温度控制器等设备，稳定操作条件。d. 管束振动问题原因：当壳程流体的流动速度较高，或者流体在管束周围的流动状态不稳定时，可能会引起管束振动。特别是当流体的流动频率与管束的固有频率接近时，会发生共振现象，加剧管束的振动。例如，在一些强制对流的重沸器中，当泵的流量不稳定或者阀门调节不当导致壳程流体流速变化较大时，容易引起管束振动。影响：管束振动可能会导致管束与管板的连接部位松动，甚至使管束破裂，造成泄漏。同时，振动还会加速设备的磨损，缩短设备的使用寿命。解决方法：通过合理设计管束的间距和支撑结构，增加管束的刚度。在操作过程中，控制壳程流体的流速，避免出现过高的流速导致振动。还可以安装振动监测装置，实时监测管束的振动情况，一旦发现异常振动，及时调整操作参数。6. 应用领域石油化工行业：是石油分馏装置中的关键设备，用于塔底物料的再沸，如在汽油、柴油、煤油等油品的分馏过程中，为塔底的重油提供热量，使其汽化并返回分馏塔，维持分馏过程的进行。化工产品生产：在许多有机合成和化工产品精制过程中广泛应用。例如，在苯乙烯等化工产品的生产过程中，釜式重沸器用于对反应后的混合液进行加热汽化，分离出目标产品和未反应的原料，以便进行后续的循环利用和产品提纯。来源：压力容器工程师