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来源：暖通南社、制冷空互换热器 版权归原作者一切
管壳式换热器结构与类型 管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。 进行换热的冷热两种流体，一种在管内活动，称为管程流体；另一种在管外活动，称为壳程流体。为进步管外流体的传热分系数，通常在壳体内装置若干挡板。 挡板可进步壳程流体速度，迫使流体按规则路途多次横向经过管束，增强流体湍流水平。 换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动水平高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。
流体每经过管束一次称为一个管程；每经过壳体一次称为一个壳程。图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为进步管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分红若干组。 这样流体每次只经过部分管子，因而在管束中往复多次，这称为多管程。同样，为进步管外流速，也可在壳体内装置纵向挡板，迫使流体多次经过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。 管壳式换热器由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。假如两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，招致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。 因而，当管束与壳体温度差超越50℃时，需采取恰当弥补措施，以消弭或减少热应力。依据所采用的弥补措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型： ①固定管板式换热器管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上装置有弹性的弥补圈，以减小热应力。
②浮头式换热器管束一端的管板可自由浮动，完整消弭了热应力;且整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。
③ U型管式换热器 每根换热管皆弯成U形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分红进出口两室。此种换热器完整消弭了热应力，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。
④填料函式换热器 填料函式换热器其结构特性是管板只需一端与壳体固定衔接，另一端采用填料函密封。管束能够自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而惹起的温差应力。 填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价低；管束可从壳体内抽出，管内、管间均能进行清洗，维修方便。其缺陷是填料函耐压不高，普通小于4.0MPa； 壳程介质可能经过填料函外漏，对易燃、易爆、有毒和贵重的介质不适用。填料函式换热器适用于管、壳壁温差较大或介质易结垢，需经常清算且压力不高的场所。
⑤釜式换热器 釜式换热器结构特性是在壳体上部设置恰当的蒸发空间，同时兼有蒸汽室的作用。 管束能够为固定管板式、浮头式或U 型管式。釜式换热器清洗维修方便，可处置不清洁、易结垢的介质，并能接受高温、高压。它适用于液-汽式换热，可作为最简结构的废热锅炉。
管壳式换热器传热机理 普通来说，管壳式换热器制造容易，生产成本低，选材范围广，清洗方便，顺应性强，处置量大，工作牢靠，且能顺应高温高压。固然它在结构紧凑性、传热轻度和单位金属耗费量方面无法与板式和板翅式换热器相比，但它由于具有前述的一些优点，因而在化工、石油能源等行业的应用中仍处于主导位置。 管壳式换热器是把管子与管板衔接，再用壳体固定。它的型式大致分为固定管板式、釜式浮头式、U型管式、滑动管板式、填料函式及套管式等几种，前面我们扼要引见过。 依据介质的种类、压力、温度、污垢和其他条件，管板与壳体的衔接的各种构外型式特性，传热管的外形和传热条件，造价，维修检查方便等状况来选择设计制造各种管壳式换热器。 管壳式换热器结构及制造规范 普通来说，管壳式换热器制造容易，生产成本低，选材范围广，清洗方便，顺应性强，处置量大，工作牢靠，且能顺应高温高压。固然它在结构紧凑性、传热轻度和单位金属耗费量方面无法与板式和板翅式换热器相比，但它由于具有前述的一些优点，因而在化工、石油能源等行业的应用中仍处于主导位置。 管壳式换热器是把管子与管板衔接，再用壳体固定。它的型式大致分为固定管板式、釜式浮头式、U型管式、滑动管板式、填料函式及套管式等几种，前面我们扼要引见过。 依据介质的种类、压力、温度、污垢和其他条件，管板与壳体的衔接的各种构外型式特性，传热管的外形和传热条件，造价，维修检查方便等状况来选择设计制造各种管壳式换热器。 管壳式换热器结构及制造规范 管壳式换热器：是以封锁在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器，这种换热器结构较简单、操作牢靠，可用各种结构资料（主要是金属资料）制造，能在高温、高压下运用，是目前应用最广的类型。（设计制造遵照规范：国外 TEMA ASME 国内 GB151、GB150）
换热器封头选取准绳 1、管壳侧能否需求清洗； 2、能否需求移动管束； 3、能否需求思索热收缩； 前封头类型：A、B、C、D、N 后封头类型：L、M、N、P、S、T、W 后封头又分为固定式、浮头式以及U型管，相关于固定式，浮头式造价更高、需求更大的壳径、低的换热效果（由于走漏流C的存在），优点则是一端具有自由度能够处置好热收缩问题。 前封头 A型封头：顺应于管程流体较脏，需求经常清洗的状况。 B型封头：单法兰经济型最好，由于易于采购，是最常用的封头 C型封头：带管板和可拆盖，管侧清洗方便，能够处置管程高压和高危介质（恰当），适于壳侧管束较重以及壳侧需求清洗的状况。 D型封头：特种高压型，适用于特殊高压的工况（管箱焊在管板上） N型封头：带管板和可拆盖，管束不可拆，此种封头经济性最好，接近管板容易；能够处置壳侧高危介质。 A型封头与B型封头相比多了一片法兰，其耐压性没有B型封头好，其优点是换热器检修时不许将封头拿掉，相关于B型封头来说愈加方便。C型封头、N型封头换热器中的管束是可抽出的，其中C型封头的换热器中的管板和管箱是焊在一同的。 后封头 L型后封头：和A型前封头相同； M型后封头：和B型前封头相同； N型后封头：和N型前封头相同； U型：U型管束，管束可移动，壳侧容易清洗；热收缩处置优秀，经济（无法兰）；缺陷是管侧无法清洗，改换管束艰难，弯头部位容易冲刷损伤。 P型封头和W型封头曾经被淘汰，不在运用。 S型封头：其尺寸特性是其后封头要比壳体的直径大，优点是能够处置换热器设计过程中的两个问题，一是能够消弭换热器的热应力，二是换热器的管壳侧都能够进行清洗。 T型封头和S型封头相似，但其后封头尺寸和壳体直径相同，且其内封头和管束能够直接抽出,但T型封头和S型封头相比，受力状况没有S型封头好，独一的益处是抽芯方便，在工程设计中普通不选用T。
E型壳体：为单程壳体，在设计过程中普通优先选择，它适用于一切的状况，单相换热更优，缺陷是压降较大。 F型壳体：适用于场地受限，需求双壳程的状况，比较合适于单相换热，纯逆流换热，传热温差大；缺陷是F型壳体有分程隔板，此处会发作漏流，而且壳程进口与出口处的压差和温差都是最大的，会发作漏温且分程隔板也容易发作变形。所以F型壳体适用于压差和温差都不大的状况下。 G型壳体：属于平行流换热器，该换热器的热流体出口温度能够比冷流体出口温度低，适用于需求做壳侧强化的卧式热虹吸再沸器、冷凝器等。 H型壳体：双平行流换热器，主要用于冷凝和蒸发的工况下，而且壳体中不运用折流板。G/H型壳体的优点是传热温差大，比E型要高。 J型壳体：分流壳体，一是适用于壳体气相压降较大，振动处置不了的状况；二是用于再沸器，相关于E型使得传热的效果比较稳定；三是用于部分冷凝的工况，其缺陷则是传热温差较小，传热系数也不大。 K型壳体：主要用于管程热介质，壳侧蒸发的工况，在废热回收条件下运用。 X型壳体：冷热流体属于错流活动，其优点是压降十分小，当采用其他壳体发作振动，且经过调整换热器参数无法消弭该振动时能够运用此壳体方式，其缺乏之处是流体散布不平均，X型壳体并不经常运用。 在化工工艺手册中，I型壳体类型可EDR软件中的不是同一种壳体，其方式见I1，它的运用方式仅有一种搭配，就是BIU，U型管换热器。
单弓形折流板：优点是能够抵达最大的错流，缺陷是压降较高，且窗口的管束容易发作振动；设计要点是折流板圆缺率在17%-35%之间，折流板间距在0.2-1.0倍的壳径。此种类型折流板适用于大部分场所。 NITW：该折流板窗口不布管，管子支撑圆满，不惹起管束振动，缺陷是相同的壳径大小，布管数较少，需求的壳体直径大。设计要点：15%的折流板圆缺率。合适的场所是气体振动和压降受限。 双弓形折流板：优点是压降低，更好的规避振动的问题；缺陷是大的窗口活动面积；设计要点：5%-30%的圆缺率，默许两排管堆叠；合适场所时振动和压力受限的换热器（相关于单弓形折流板来说）。 螺旋折流板：分为单螺旋折流板和双螺旋折流板优点是换热好，压降低，活动平均；缺陷是制造艰难；设计要点是螺旋角度5-45°，合适的场所时压降受限，容易结垢的场所。 折流杆：优点是支撑优，活动平均，压降低基本无振动问题；缺陷是低的换热效果；管子布置只能为45°和90°；合适场所是低压降气体冷凝和换热。 窝巢型：支撑优，活动平均，压降低；缺陷是比换热效果不好，设计基本无请求。 蛋框型：支撑好，制造经济；缺陷是高温应力下发作变形；设计基本无请求。 管壳式换热器设计所需思索的要素 换热设备的类型很多，对每种特定的传热工况，经过优化选型都会得到一种最适合的设备型号，假如将这个型号的设备运用到其他工况，则传热的效果可能有很大的改动。因而，针对细致工况选择换热器类型，是很重要和复杂的工作。对管壳式换热器的设计，有以下要素值得思索。 1、流速的选择 流速是换热器设计的重要变量，进步流速则进步传热系数，同时压力降与功耗也会随之增加，假如采用泵送流体，应思索将压力降尽量耗费在换热器上而不是调理阀上，这样可依托进步流速来进步传热效果。 采用较高的流速有两个益处：一是进步总传热系数，从而减小换热面积；二是减少在管子名义生成污垢的可能性。但是也相应的增加了阻力和动力的耗费，所以需求进行经济比较才干最后肯定适合的流速。 此外在选择流速上，还必须思索结构上的请求。为了避免设备的严重磨损，所算出的流速不应超越最大允许的经验流速。 以下的三个表格分别表示了介质的流速范围和水在管内的流速余材质的关系等。
2、允许压力降的选择 选择较大的压力降能够进步流速，从而增强传热效果减少换热面积。但是较大的压力降也使得泵的操作费用增加。适合的压力降值需求以换热器年总费用为目的，重复调整设备尺寸，进行优化计算而得出。 在大多数设备中，可能会发现一侧的热阻明显的高于另一侧，此侧的热阻成为控制热阻。可壳程的热阻是控制侧时，能够用增加折流板块数或者减少壳径的措施，来增加壳侧流体流速、减少传热热阻，但是减少折流板间距是有限制的，普通不能小于壳径的1/5或50mm。当管程的热阻是控制侧时，则依托增加管成熟来增加流体流速。 在处置稀薄物料时，假如流体处于层流活动则将此物料走壳程。由于在壳程的流体活动易抵达湍流状态，这样能够得到较高的传热速率，还能够改进对压力降的控制。 下图为不同介质在不同设备类型中的允许压力降参考值：
3、管壳程流体的确定 主要依据流体的操作压力和温度、能够应用的压力降、结构和腐蚀特性，以及所需设备资料的选择等方面，思索流体适合走哪一程。下面的要素可供选择时思索： 适于走管程的流体有水和水蒸气或强腐蚀性流体；有毒性流体；容易结构的流体；高温或高压操作的流体等。 适于走壳程的流体有塔顶馏出物的冷凝；烃类的冷凝和再沸；管件压力降控制的流体；粘度大的流体等。 当上述状况扫除后，介质走哪一程的选择，应着眼于进步传热系数和最充沛的应用压力降上。由于介质在壳程的活动容易抵达湍流（Re≥100），因而将粘度大的或流量小的流体，即雷诺数低的流体走壳程普通是有利的。 反之，假如流体在管程能够抵达湍流时，则布置走管程较合理。若从压力降的角度思索，普通是雷诺数低的走壳程合理。 4、换热终温的确定 换热终温普通由工艺过程的需求肯定。当换热终温能够选择时，其数值对换热器能否经济合理有很大的影响。在热流体出口温度与冷流体出口温度相等的状况下，热量应用效率最高，但是有效传热温差最小，换热面积最大。 另外，在肯定物流出口温度时，不希望呈现温度交叉现象，即热流体出口温度低于冷流体出口温度。 5、设备结构的选择 关于一定的工艺条件，首先应肯定设备的方式，例如选择固定管板方式还是浮头方式等。参照下表1-7. 在换热器设计过程中，强化传热总的目的概括有：在给定换热量下减少换热器的尺寸；进步现有换热器的性能；减小流开工质的温差；或者降低泵的功率。 传热过程是指两种流体经过硬设备的壁面进行热交流的过程，依照流体的传热方式基本上能够分为无相变和有相变两种类型。无相变过程强化传热技术的研讨，普通依据控制热阻侧而采取相应的措施： 如采用扩展管内或者管外名义；采用管内插异物；改动管束支撑件方式；参与不互溶的低沸点添加剂等措施，以增强传热效果。 螺纹管性能特性 在管子类型中，螺纹管属于管外扩展名义的类型，在普通换热管外壁轧制成螺纹状的低翅片，用以增加外侧的传热面积。螺纹管名义积比光管可扩展1.6-2.7倍，与光管相比， 当管外流速一样时，壳程传热热阻能够减少相应的倍数，而管内流体因管径的减小，则压力降会略有增大。螺纹管比较适合于壳程传热系数相当于管程传热系数1/3-3/5的工况。
涟漪管换热器的性能特性 以改动管内流体活动状态、增强传热效果的典型管形为涟漪管、内插物管。涟漪管是在无切削的机加工中，管内被挤出凸肋从而改动了管内壁滞流层的活动状态，减少了流体传热热阻，增强了传热效果。
折流杆换热器的性能特性 折流杆换热器、双弓板换热器、盘环式换热器、旋流式换热器等，都属于经过壳程管束支撑件、大幅度降低阻力进步流速或改动活动方式从而抵达强化传热的目的。折流杆换热器每根换热管的四个方向上，用折流杆加以固定，具有很好的防震性能。 END 因微信公众号调整了推送规则，假如您想每天及时接纳到本公众号的内容，请将“筑龙暖通”公众号设为星标，或点击文末的“在看”和“赞” 星标设置：进入公众号主页，点击右上角「. . .」，点击「设为星标」，公众号称号旁就会呈现黄色五角星（Android 和 iOS 用户操作相同） ▼ 更多精彩引荐，请关注我们 ▼ 点分享 点珍藏 点点赞 点在看 |
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