第二節　換　熱　器

換熱設備是化工生產中應用最普遍的單元設備之一。它在生產中用來實現熱量的傳遞，使熱量由高溫流體傳給低溫流體。在化工廠中，用于換熱設備的費用大約占總投資費用的10%～20%，在化工廠設備總重量中約占40%以上。近年來，隨著化工裝置的大型化，換熱設備朝著換熱量大、結構高效緊湊、阻力減小、防結垢、防止流體誘導振動等方面發展，并隨著煉油、化學工業等的迅速發展，新技術、新工藝、新材料的采用，換熱設備的種類也逐漸增多，新結構換熱設備不斷出現。

一、換熱器分類

換熱器作為傳熱設備隨處可見，在工業中應用非常普遍，特別是耗能用量十分大的領域，隨著節能技術的飛速發展，換熱器的種類開發越來越多。適用于不同介質、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結構和形式也不同，換熱器種類隨新型、高效換熱器的開發不斷更新，具體分類如下。

1.按傳熱原理分類

（1）直接接觸式換熱器　這類換熱器的主要工作原理是兩種介質經接觸而相互傳遞熱量，實現傳熱，接觸面積直接影響到傳熱量。這類換熱器的介質通常是一種是氣體，另一種為液體，主要是以塔設備為主體的傳熱設備，但通常又涉及傳質，故很難區分與塔器的關系，通常歸為塔式設備，電廠用涼水塔為最典型的直接接觸式換熱器。

（2）蓄能式換熱器（簡稱蓄能器）　這類換熱器用量極少，原理是通過一種固體物質，熱介質先通過加熱固體物質達到一定溫度后，冷介質再通過固體物質被加熱，使之達到傳遞熱量的目的。

（3）板、管式換熱器　這類換熱器用量非常大，占總量的99%以上，原理是熱介質通過金屬或非金屬將熱量傳遞給冷介質。這類換熱器通常稱為管殼式、板式、板翅式或板殼式換熱器。

2.按傳熱種類分類

（1）無相變傳熱　一般分為加熱器和冷卻器。

（2）有相變傳熱　一般分為冷凝器和重沸器。重沸器又分為釜式重沸器、虹吸式重沸器、再沸器、蒸發器、蒸汽發生器、廢熱鍋爐。

3.按結構分類

換熱器按結構分為浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、填料函式換熱器、U形管式換熱器、蛇管式換熱器、雙殼程換熱器、單套管換熱器、多套管換熱器、外導流筒換熱器、折流桿式換熱器、熱管式換熱器、插管式換熱器、滑動管板式換熱器。

4.按折流板分布分類

換熱器按折流板分布分為單弓形換熱器、雙弓形換熱器、三弓形換熱器、螺旋弓形換熱器。

5.按板狀分類

換熱器按板狀分為螺旋板換熱器、板式換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器、板式蒸發器、板式冷凝器、印刷電路板換熱器、穿孔板換熱器。

6.按密封形式分類

按密封形式分類的換熱器多用于高溫、高壓裝置中，具體分為：螺旋鎖緊環換熱器、Ω環換熱器、薄膜密封換熱器、鋼墊圈換熱器、密封蓋板式換熱器。

7.按非金屬材料分類

換熱器按非金屬材料分為石墨換熱器、氟塑料換熱器、陶瓷纖維復合材料換熱器、玻璃鋼換熱器。

8.空冷式換熱器分類

空冷式換熱器分為干式空冷器、濕式空冷器、干濕聯合空冷器、電站空冷器、表面蒸發式空冷器、板式空冷器、能量回收空冷器、自然對流空冷器、高壓空冷器。

9.按材料分類

換熱器按材料主要為金屬和非金屬兩大類。金屬類又可分為低合金鋼類、高合金鋼類、低溫鋼類、稀有金屬類等。

10.按強化傳熱元件分類

換熱器按強化傳熱元件分為螺紋管換熱器、波紋管換熱器、異型管換熱器、表面多孔管換熱器、螺旋扁管換熱器、螺旋槽管換熱器、環槽管換熱器、縱槽管換熱器、翅管換熱器、螺旋繞管式換熱器、T形翅片管換熱器、新結構高效換熱器、內插物換熱器、鋸齒管換熱器。

換熱器的種類繁多，還有按管箱分類等，各種換熱器各自適用于某一種工況。為此，應根據介質、溫度、壓力的不同選擇不同種類的換熱器，揚長避短，使之帶來更大的經濟效益。

二、管殼式換熱器

管殼式換熱器是目前應用最廣的換熱設備，它具有結構堅固、可靠性高、適用性強、選材廣泛等優點，在石化領域的換熱設備中占主導地位。隨著工藝過程的深化和發展，換熱設備正朝著高溫、高壓、大型化的方向發展，而管殼式換熱器的結構能夠很好地完成這一工藝過程。管殼式換熱器按其殼體和管束的安裝方式分為：固定管板式、浮頭式、U形管式、填料函式和釜式重沸器等。

（一）固定管板式換熱器

固定管板式換熱器是由管箱、殼體、管板、管子等零部件組成。其結構較緊湊，排管較多，在相同直徑情況下面積較大，制造較簡單，但最后一道殼體與管板的焊縫無法進行無損檢測，如圖2-6所示。

1.固定管板式換熱器的優點

（1）傳熱面積比浮頭式換熱器大20%～30%；

（2）旁路漏流較??；

（3）鍛件使用較少，成本比一般低20%以上；

（4）沒有內漏。

2.固定管板式換熱器的不足

（1）殼體和管子壁溫差一般小于等于50℃，大于50℃時應在殼體上設置膨脹節；

（2）管板與管頭之間易產生溫差應力而損壞；

（3）殼程無法進行機械清洗；

（4）管子腐蝕后造成連同殼體報廢，殼體部件壽命取決于管子壽命，故設備壽命相對較低；

（5）不適用于殼程易結垢場合。

（二）浮頭式換熱器

浮頭式換熱器是由管箱、殼體、管束、浮頭蓋、外頭蓋等零部件組成，最大的特點是管束可以抽出來，管束在使用過程中由于溫差膨脹而不受殼體約束，不會產生溫差應力，如圖2-7所示。

（三）U形管式換熱器

U形管式換熱器是由管箱、殼體、管束等零部件組成，只需一塊管板，重量較輕，同樣直徑情況下，換熱面積最大，結構較簡單、緊湊，在高溫、高壓下金屬耗量最小，如圖2-8所示。

（四）雙殼程換熱器

雙殼程換熱器的結構與浮頭式換熱器、U形管式換熱器、固定管板式換熱器相同，所不同的是在管束中心放置一塊縱向隔板，折流板被上下隔開，用密封片將殼程一分為二，改變了殼程介質的流動方式，增加了流體的湍流程度，管殼程介質呈純逆流流動，無溫度交叉。其結構如圖2-9所示。

（五）外導流筒換熱器

外導流筒換熱器的結構與浮頭式換熱器基本相同，所不同的是殼程進出口接管與導流筒不同，在進出口處增大殼體直徑，使流體流動改變，并使傳熱管可排滿整個殼體，從而使旁路泄漏和進出口死區減少，效率增加，壓降減小。其結構如圖2-10所示。

（六）新結構高效換熱器

新結構高效換熱器的結構與浮頭式換熱器和固定管板式換熱器基本相同，所不同之處是管束殼程在折流桿基礎上進行了改進，用數塊噴射板與折流環組成，其特點是流體在低雷諾數區流體流過噴射板時形成環向噴射流而使流體達到湍流狀態，實現強化傳熱，流體流動為沿管子方向順流，壓降較小，流動死區小。其結構如圖2-11所示。

（七）高效重沸器

高效重沸器的結構與釜式重沸器相同，其差別是：換熱管采用T形翅片管（T形翅片管如圖2-12所示），結構上機械加工形成汽化核心的汽室，從而強化了沸騰傳熱，這種管子被第六屆世界傳熱學會譽為四種最佳強化傳熱元件之一，具有抗垢性能好，低溫差推動力大的特點。其結構如圖2-13所示。

（八）螺紋管換熱器

螺紋管換熱器作為一種強化傳熱高效換熱器，其結構與浮頭式換熱器、固定管板式換熱器和U形管式換熱器基本相同，所不同的是管束中的光管用擴展表面強化傳熱的螺紋管所替代，可與折流桿、外導流筒、新結構高效換熱器組合。是目前強化傳熱管用量最大、推廣較好、使用場合多的強化傳熱元件，屬成熟技術。其結構如圖2-14所示。

（九）填料函式換熱器

填料函式換熱器是由管箱、殼體、管束、浮頭蓋、壓蓋、密封圈等零部件組成，管束可抽出，殼體與管束間可自由滑動，從而吸收了殼體與管束壁溫而引起的熱膨脹。其結構如圖2-15所示。

（十）管殼式換熱器的分程及流體流程

管殼式換熱器工作時，一種流體走管內，稱為管程；另一種流體走管外（殼體內），稱為殼程。管內流體從換熱管一端流向另一端一次稱為一程；對U形管式換熱器，管內流體從換熱管一端經過U形彎曲段流向另一端一次稱為兩程。兩管程以上（包括兩管程）就需要在管板上設置分程隔板來實現分程，較常用的是單管程、兩管程和四管程，分程布置如表2-1所示。殼程有單殼程和雙殼程兩種，常用單殼程，殼程分程可通過在殼體中設置縱向擋板來實現。

冷熱流體哪一個走管程，哪一個走殼程，需要考慮的因素很多，難以有統一的定則，但總的要求是首先要有利于傳熱和防腐，其次是要減少流體流動阻力和結垢，便于清洗等。一般可參考如下原則并結合具體工藝要求確定。

（1）腐蝕性介質走管程，以免使管程和殼程材質都遭到腐蝕。

（2）有毒介質走管程，這樣泄漏的機會少一些。

（3）流量小的流體走管程，以便選擇理想的流速，流量大的流體宜走殼程。

（4）高溫、高壓流體走管程，因管子直徑較小可承受較高的壓力。

（5）容易結垢的流體在固定管板式換熱器和浮頭式換熱器中走管程，在U形管式換熱器中走殼程，這樣便于清洗和除垢；若是在冷卻器中，一般是冷卻水走管程，被冷卻流體走殼程。

（6）黏度大的流體走殼程，因為殼程流通截面和流向在不斷變化，在低雷諾數下利于傳熱。

（7）流體的流向對傳熱也有較大的影響，為充分利用同一介質冷熱對流的原理，以提高傳熱效率和減少動力消耗，無論是管程還是殼程，當流體被加熱或蒸發時，流向應由下向上；當流體被冷卻或冷凝時流向應由上向下。

（十一）管殼式換熱器的主要零部件

1.管殼式換熱器零部件名稱

管殼式換熱器的零部件名稱如表2-2所示。

2.管殼式換熱器分類及代號

在GB 151—2014《熱交換器》中，將管殼式換熱器的主要組合部件分為管箱、殼體和后端結構（包括管束）三部分，詳細分類及代號如表2-3所示，圖中序號名稱如表2-2所示。

3.換熱管及在管板上的排列形式

換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件，它直接與兩種介質接觸，所以換熱管的形狀和尺寸對傳熱有很大的影響。小管徑利于承受壓力，因而管壁較薄且在相同殼徑內可排列較多的管子，使換熱器單位體積的傳熱面積增大、結構緊湊，單位傳熱面積的金屬耗量少，傳熱效率也稍高一些；但制造較麻煩，且小直徑管子易結垢，不易清洗。所以一般對清潔流體用小直徑的管子，黏性較大或污濁的流體采用大直徑的管子。我國管殼式換熱器常用換熱管為：碳鋼鋼管、低合金鋼管（規格有?19mm×2mm、?25mm×2.5mm、?38mm×3mm、?57mm×3.5mm）；不銹鋼管（規格有?25mm×2mm、?38mm×2.5mm）。

在相同傳熱面積的情況下，換熱管越長則殼體、封頭的直徑和壁厚就越小，經濟性越好；但換熱管過長，經濟效果不再顯著，且清洗、運輸、安裝都不太方便。換熱管的長度規格有1.5m、2.0m、3.0m、4.5m、6.0m、7.5m、9.0m、12.0m，在化工廠所用的換熱器中最常用的是6m的換熱管。換熱管一般都用光管，為了強化傳熱，也可用螺紋管、帶釘管及翅片管。

換熱管在管板上的排列形式有正三角形、轉角正三角形、正方形和轉角正方形等，如圖2-16所示。三角形排列布管多，結構緊湊，但管外清洗不便；正方形排列便于管外清洗，但布管較少、結構不夠緊湊。一般固定管板式換熱器多用三角形排列，浮頭式換熱器多用正方形排列。

4.管板及與換熱管的連接

管板一般采用圓形平板，在板上開孔并裝設換熱管，在多管程換熱器中管板上還設置分程隔板。管板還起分隔管程和殼程空間，避免冷熱流體混合的作用。管板與換熱管間可采用脹接、焊接或二者并用的連接方式。

5.折流板

折流板是設置在殼體內與管束垂直的弓形或圓盤-圈環形平板，如圖2-17、圖2-18所示。安裝折流板迫使殼程流體按規定的路徑多次橫向穿過管束，既提高了流速又增加了湍流程度，改善了傳熱效果。在臥式換熱器中折流板還可起到支持管束的作用。但在冷凝器中，由于冷凝傳熱系數與蒸汽在設備中的流動狀態無關，因此不需要設置折流板。

三、非列管式換熱器

（一）水浸式、噴淋式冷卻器

1.水浸式冷卻器

水浸式冷卻器也稱箱式冷卻器，其結構如圖2-19所示，在長方形水箱中放入一組或幾組由回彎頭和直管連接而成的蛇形盤管，管徑一般為75～150mm，材料多為鑄鐵或普通碳鋼。蛇管全部浸沒在冷卻水面以下，管內走高溫油蒸氣，冷卻水由箱底進入，從上方溢出。這種冷卻器由于儲水量大，當臨時停水時水箱內仍有一定量的冷卻水，不致使管內高溫引起火災，使用較為安全。這種冷卻器結構簡單，便于清洗和維護；采用鑄鐵管時有較強的耐腐蝕性，但基本屬于自然對流傳熱，且管外易積垢，故傳熱效率不高。水浸式冷卻器水箱體積龐大、占地面積多、緊湊性差，所以近年來煉油生產中很少采用，在冷凍和制氧業中用得較多。

2.噴淋式冷卻器

噴淋式冷卻器是將蛇管成排固定在鋼架上，如圖2-20所示。被冷卻的流體在管內流動，冷卻水由管排上方噴淋裝置均勻淋下，水在管壁上形成薄膜易蒸發且水的汽化替熱較大，冷卻效果好。這種冷卻器一般都安裝在露天的地方，除了水的冷卻作用外，還有空氣對流傳熱，所以與水浸式冷卻器相比傳熱效率高，水的用量也少，檢修和清洗也較方便，但體積較大，緊湊性差，而且管壁長期受風吹水淋，易于腐蝕。

（二）空氣冷卻器

空氣冷卻器簡稱空冷器，出現于20世紀20年代末，20世紀中葉得以廣泛應用，是煉油生產中水冷設備的替代產品，具有傳熱效率高、建造及操作費用低、能節約工業用水等優點，在缺水地區其優越性更為明顯。

1.空冷器的結構

空冷器由帶有鋁制翅片的管束、風機、構架等組成，如圖2-21、圖2-22所示。依靠風機連續向管束通風，使管束內流體得以冷卻，由于空氣傳熱系數低，故采用翅片管增加管子外壁的傳熱面積，提高傳熱效率。管子材料大都用低碳鋼，對抗腐蝕性要求較高時用耐酸不銹鋼及鋁管；管子規格有?24mm和?25mm兩種。翅片為0.2～4.0mm厚的鋁帶，翅片高為16mm，翅片有纏繞式和鑲嵌式兩種，如圖2-23所示，當溫度小于250℃時采用纏繞式，溫度為250～350℃時用鑲嵌式。

2.濕式空冷器

空冷器雖有很多優點，但其冷卻能力受大氣溫度影響較大，被冷卻介質的出口溫度一般高于大氣溫度15～20℃，出口溫度在70℃以下的場合，仍需進一步采用水來冷卻。若將空冷器構造稍加改進，在翅片表面噴灑少量的水，水蒸發可起到強化傳熱的作用，從而提高傳熱效率，這種空冷器稱為濕式空冷器。它具有傳熱系數大、冷卻能力強、冷后溫度低等優點，普遍用于70～80℃油品的冷卻，冷卻后溫度基本上接近環境溫度，大大擴大了空冷器的使用范圍。

濕式空冷器按其工作情況可分為增濕型、噴淋型及聯合型三種，如圖2-24～圖2-26所示。這三種類型的濕式空冷器各有其優點：噴淋型的作用原理是噴水蒸發冷卻，將霧狀水直接噴到翅片表面，水在翅片表面蒸發；增濕型是在空氣入口處噴水（水不噴在翅片上），使水在增濕室中蒸發；聯合型是二者兼而有之。噴淋型集中了蒸發冷卻和空氣冷卻的優點，不論從強化傳熱或對環境溫度的適應性上都較增濕型優越，但水在翅片上蒸發有可能引起結垢，所以通常將管內介質溫度限制在80℃以內。

（三）板面式換熱器

板面式換熱器熱量的傳遞是通過不同形狀的板面來實現的，其傳熱性能比管式換熱器優越，由于結構上的特點，使流體在較低的流速下能達到湍流狀態，從而強化了傳熱作用。該類換熱器由于采用板材制作，故在大批量生產時可降低設備成本，但其耐壓能力比管式換熱器差。

1.螺旋板式換熱器

螺旋板式換熱器是由兩張平行的鋼板卷制成具有兩個螺旋通道的螺旋體，然后在其端部安裝圓形蓋板并配制流體進、出口接管而組成。螺旋通道的間距靠焊在鋼板上的定距撐來保證。兩種流體分別在兩個螺旋通道內逆向流動，一種由中心螺旋流動到周邊，另一種由外周邊螺旋流動到中心。這種換熱器在結構上對熱膨脹可不考慮，通道中流體流動均勻、壓降小、兩流體可完全呈逆流狀態，允許較高的流速，流體中懸浮物不易沉淀、不易出現堵塞現象，傳熱效率比管殼式換熱器高40%左右。這種換熱器結構緊湊、制造簡單、材料利用率高、造價低，定距撐對螺旋板起到增加剛度的作用，但耐壓能力差且不易清洗和修理。這種換熱器適用于處理溫度在450℃以下，壓力不超過2.5MPa，含固體顆?；蚶w維的懸浮液以及其他高黏性流體。

2.板片式換熱器

板片式換熱器是以波紋板作為換熱元件，其傳熱系數比管殼式換熱器高2～4倍，結構緊湊、體積小、重量輕、節省材料、操作靈活性大、適用范圍廣，一般使用壓力在1.6MPa以下，使用溫度不超過150℃，可用于加熱、冷卻、冷凝、蒸發等過程，但密封周邊較長、泄漏的可能性大，不宜處理易堵塞的物料。

板片式換熱器主要由波紋板片、密封墊片及壓緊裝置等組成。其一般結構如圖2-27所示。波紋板片可用各種材料沖壓而成，常用的有不銹鋼，碳鋼，銅、鈦、鋁及其合金。由于使用要求不同，波紋板片的形式已有很多種，最常用的是水平直波紋板片和人字形板片。很多板片按一定間隔通過壓緊裝置疊在一起。板片之間裝有墊片，一方面起密封作用，防止介質漏出；另一方面在板片之間造成一定間隙，形成流道。根據操作溫度和介質性質不同，墊片可用天然橡膠、丁腈橡膠、聚四氟乙烯、壓制石棉纖維等材料制作。壓緊裝置的作用是壓緊密封墊片，以保證板片之間的密封，一般是用螺栓來壓緊，當操作壓力在0.4MPa以下時，壓緊板上下設兩個大螺栓，當操作壓力在0.4～1.0MPa時，用14～16個螺栓拉緊。在緊固螺栓時必須對稱均勻地進行，才能保證有效的密封。板片式換熱器的工作原理如圖2-28所示。

3.板翅式換熱器

板翅式換熱器的基本結構是由翅片、隔板及封條三部分組成，如圖2-29所示。在相鄰兩隔板之間放置翅片及封條組成一夾層，稱為通道，也就是板翅式換熱器的一個基本單元，將若干個基本單元按流體的不同流向（圖2-30），疊置起來釬焊成整體，即構成板束。一般情況下，板束兩側還各有1～2層不走流體的強度層（或稱為假通道），再在板束上配置流體進出口分配段和集流箱就組成了一臺完整的板翅式換熱器。

板翅式換熱器由于翅片對流體造成擾動，從而使熱邊界層不斷破裂更新，所以傳熱系數較高，其與管殼式換熱器傳熱系數比較如表2-4所示。這種換熱器還具有結構緊湊、重量輕等優點，對鋁制板翅式換熱器，其單位體積的傳熱面積可達1500～2500m²/m³，相當于管殼式換熱器的8～20倍，重量僅為具有相同換熱面積的管殼式換熱器的1/10，可廣泛用于氣-氣、氣-液、液-液之間各種不同流體的換熱。這種換熱器的缺點是制造工藝復雜，要求嚴格，容易堵塞，清洗和檢修比較困難。

（四）熱管

1.熱管的基本結構及工作原理

熱管是一種新型高效的傳熱元件，其熱導率是金屬良導體（銀、銅、鋁等）的10³～10⁴倍，有超導熱體或亞超導熱體之稱，適用溫度范圍為-200～2000℃。熱管的基本結構如圖2-31所示，在一根密閉的高度真空的金屬管中，靠管內壁貼裝以某種毛細結構，通常稱其為吸液芯，再裝入某種工作物質（簡稱為工質），即構成一完整的熱管。工作時，管的一端從熱源吸收熱量，使工質蒸發、汽化，蒸氣經過輸送段沿溫度降的方向流動，在冷凝段遇冷表面冷凝并放出潛熱，凝液（工質）通過其在毛細結構中表面張力的作用，返回蒸發段，如此往復循環使熱量連續不斷地從熱端被傳送到冷端。由于熱量是靠工質的飽和蒸氣流來傳輸的，從熱管一端到另一端蒸氣壓降很小，因此溫差也很小，所以熱管是近似于等溫過程工作的，在極小的溫差下具有極高的輸熱能力。

熱管除具有高的導熱性和等溫性外，還具有結構簡單、工作可靠、無噪聲、不需特別維護、效率高（可達90%以上）、壽命長、適用溫度范圍寬等優點。

從熱管的結構和工作原理看，其核心是管殼、吸液芯及工質。這三者之間，必須化學相容，不允許有任何化學反應、彼此腐蝕或相互溶解的問題存在。管殼的材料應具有耐溫、耐壓，良好的導熱性和化學穩定性等特點，一般都采用金屬材料，特殊需要時可采用如玻璃、陶瓷等非金屬材料。吸液芯的作用是作為毛細“泵”，將冷凝段液體泵送回蒸發段，要求其與液體間的毛細壓力足以克服管內的全部黏滯壓降和其他壓降，而能維持工質的自動循環；要有一定的機械強度、化學穩定性好，便于加工裝配等。吸液芯的基本結構是由金屬絲網卷制成多層圓筒形，緊貼于管子內壁，形成多孔性毛細結構。

關于熱管的工質根據研究和使用經驗，當工作溫度較高時用液態金屬，工作溫度為中低溫時用水、酒精等。

按冷凝液的回流方式可將熱管分為吸液芯式、重力式和離心式。圖2-31所示就是吸液芯式熱管，以上對熱管的結構和工作原理的敘述也就是針對這種熱管而言的。它是熱管的基本形式，通常所說的熱管也是指這類熱管，由于冷凝液的回流是靠吸液芯的毛細作用而不依賴重力，故在失重情況下也能工作，這也是這類熱管的一大特點。

重力式熱管沒有吸液芯，冷凝液靠重力回流到蒸發段，所以必須豎直安放且冷凝段處于蒸發段之上，如圖2-32所示。離心式熱管是利用離心力使冷凝液回流到蒸發段，也不需要吸液芯，如圖2-33所示。蒸發段和冷凝段內徑不同，直徑較大部分為蒸發段，液體在此外受到的離心力最大，因而可使冷凝液沿管壁回流，完成工質的自動循環。這種熱管往往是用一根空心軸或回轉體的內腔作為其工作空間，將其抽真空加入工質密封即成，既方便又緊湊。

2.熱管換熱器

熱管可作為換熱元件單獨使用，也可將很多根熱管組裝在一箱體中構成熱管換熱器，可用于液-液、液-氣、氣-氣間換熱，常用在工業生產上的廢熱回收、空氣調節等方面。

四、換熱器耐壓試驗和氣密性試驗

制造完工的換熱器應對換熱管與管板的連接接頭、管程和殼程進行耐壓試驗或增加氣密性試驗，耐壓試驗包括水壓試驗和氣壓試驗。換熱器一般進行水壓試驗，但由于結構或支撐原因，不能充灌液體，或運行條件不允許殘留試驗液體時，可采用氣壓試驗。如果介質毒性為極度、高度危害或管、殼程之間不允許有微量泄漏時，必須增加氣密性試驗。

換熱器耐壓試驗和氣密性試驗的試驗壓力和要求、順序分別按GB 150.1～150.4—2011和GB 151—2014中的規定。一般情況，水壓試驗壓力取設計壓力的1.25倍，穩壓30min，降到設計壓力進行檢查。氣密性試驗壓力為設計壓力的1.1倍，穩壓10min，降到設計壓力，進行檢查。

（一）固定管板式換熱器壓力試驗試壓順序和目的

（1）殼程試壓　檢查換熱管與管板連接接頭，檢查殼體強度。

（2）管程試壓　檢查管箱強度和管箱密封面。

（二）U形管式換熱器、釜式重沸器（U形管束）及填料函式換熱器壓力試驗試壓順序和目的

（1）加試驗壓環進行殼程試驗，檢查管板連接接頭、殼體強度。

（2）管程試壓　檢查管箱強度和管箱密封面。

（三）浮頭式換熱器、釜式重沸器（浮頭式管束）壓力試驗試壓順序和目的

（1）用試驗壓環和浮頭專用試壓工具進行管頭試壓，對釜式重沸器尚應配合管頭試壓專用殼體，檢驗管頭和殼體強度。

（2）管程試壓　檢驗管箱強度、管箱密封面和浮頭密封面。

（3）殼程試壓　檢驗凸形封頭密封面。

（四）氣密性試驗

換熱器需經液壓試驗合格后方可進行氣密性試驗，試驗壓力按圖樣的規定進行，一般為設計壓力的1.1倍。試驗時壓力應緩慢上升，達到規定試驗壓力后保壓10min，然后降至設計壓力，對所有的焊接接頭和連接部位進行泄漏檢查。如有泄漏，修補后重新進行液壓試驗和氣密性試驗。

當換熱器介質要求進行氣密性試驗時，僅在相關管程或殼程進行，不必每程都進行氣密性試驗。

氣壓試驗介質一般用壓縮空氣或氮氣，刷肥皂水檢驗。

五、換熱器使用與檢修

換熱器不得在超過銘牌規定的條件下運行。應經常對管、殼程介質的溫度及壓降進行監督，分析換熱器的泄漏和結垢情況。管殼式換熱器就是利用管子使其內外的物料進行熱交換、冷卻、冷凝、加熱及蒸發等過程。與其他設備相比較，管殼式換熱器與腐蝕介質接觸的表面積就顯得非常大，發生腐蝕穿孔及接合處松弛泄漏的危險性很高，因此對換熱器的防腐蝕和防漏的方法也比其他設備要多加考慮。當換熱器用蒸汽來加熱或用冷水來冷卻時，水中的溶解物在加熱后，大部分溶解度都會有所提高，而硫酸鈣類的物質則幾乎沒有變化。冷卻水經常循環使用，由于水的蒸發，使鹽類濃縮，產生沉積或污垢，又因水中含有腐蝕性溶解氣體及氯離子等引起設備腐蝕，腐蝕與結垢交替進行，激化了鋼材的腐蝕。因此，必須通過清洗來改善換熱器的性能。由于清洗的困難程度是隨著垢層厚度或沉積物的增加而迅速增大的，所以清洗間隔時間不宜過長，應根據生產裝置的特點、換熱介質的性質、腐蝕速度及運行周期等情況定期進行檢查、修理及清洗。

（一）換熱器的清洗

換熱器的清洗可用機械法或化學法，應根據清洗的場所、范圍、除垢難易程度、污垢的性質來決定。凡不溶于酸堿和溶劑的污垢宜采用機械法?；瘜W法適用于形狀復雜的換熱器的清洗，缺點是對金屬多少有些腐蝕作用。

（二）換熱器的維護和檢修

為了保證換熱器長久正常運行，提高其生產率，必須對設備進行維護與檢修。應以預防性維修擺在首位，強調安全預防，以保證換熱器連續穩定運轉，減少任何可能發生的事故。檢修時應注意合理施工，檢修之前需進行檢查和清洗管子，并應拆開管子與管箱的連接處，再將整個管箱全部拆開來進行清洗或檢修。應把換熱器內的介質，特別是帶有腐蝕性或形成聚合物的液體排出。在直立的固定管板式換熱器中，排液管接頭應安裝在管板底部，否則不能把殼程的流體全部排出。依據應排出流體的性質，流體可排向大氣或低壓系統。換熱器的排水應單獨接出而不應用支管排放。水平式換熱器排污或放空應在折流板和管板底部開口，換熱器上應安裝閥門以提供反向沖洗。

檢修換熱器時常常需要把換熱管從殼體中抽出。但由于腐蝕、結垢等原因，換熱管抽出比較困難。這就要求管束抽出裝置有足夠的抽出力或推進力，能適應不同高度的位置變化，并能自動對中，能適應不同的換熱器直徑變化，有機體輕、靈活方便、操作安全等特點。其驅動方式有液壓式和機械式。液壓式機構體積小，拉力或推力大，適用于管束開始抽出或推進時的高負荷。而機械式驅動速度快，適用于在管束抽出或推進一段距離后的快速操作，所以以液壓和機械聯合驅動為好。換熱器由于腐蝕、沖擊、振動、應力等原因會造成損壞，主要發生在換熱管上，基本上有以下兩種情況：

（1）換熱管由于外界因素而減薄或穿孔，當出現泄漏時就必須更換管子。

把損壞的換熱管從管板上拆下來，一般可采用鉆削或銑削的方法進行，注意不能損壞管板孔，否則，可能產生泄漏。因此，要采用比管孔直徑略小的鉆頭。如用銑削的方法，則不能將管壁銑穿，留下很薄的一層管子外壁，不僅保護了管孔免受損傷，而且也便于將整根管子抽出。如果是脹接則應先鉆孔，除掉脹管頭，拔出壞管，然后插上新管再進行脹接。操作中要注意不能讓異物嵌入管孔槽中，以免影響隨后的脹接。在脹接管時，對周圍不需更換的管子的脹管處會有影響，所以對周圍的管子可輕脹一下。如果是焊接則需先用專用刀具將焊縫刮下，然后拔出壞管。

新管的兩端應事先退火、打磨，管子兩端連接部位的內外表面均應清洗干凈，管板孔的表面上也應保持干凈，換上新管后即可進行脹接或焊接。

更換管子的工作是較麻煩的，尤其是開槽的脹管在更換管子時更麻煩，因此當泄漏的管子不多，而且堵住這些管子對換熱器的操作影響不大時，可以采用堵管的方法。最簡單的堵管方法是將堵頭焊接在泄漏的管子端部。堵管材料的硬度應低于或等于管子的硬度。堵管的錐度在3°～5°之間，堵死的管子數量不得超過換熱器管程管數的10%。除此之外還有一些更有效的堵管方法。

（2）由于溫度變化產生膨脹、收縮，換熱管入口端介質的渦流磨損及由于管束振動等原因使管子與管板連接處松弛而泄漏。如果是脹接可用脹管器對管子進行補脹，由于脹管應力可能影響周圍管子，故對其附近的管子也要輕脹一下。如果是焊接則需對泄漏處進行補焊。