管壳式换热器与传热机理,值得收藏

管壳式换热器又称列管式换热器。于是关闭在壳体中管教的壁面做为传热面的间壁式换热器。这类换热器构造较简朴，操纵牢固，可用各类构造材料（主假如金属材料）创造，能在高温、高压下哄骗，是当前运用最广的表率。

管壳式换热器构造与表率

管壳式换热器由壳体、传热管教、管板、折流板（挡板）和管箱等部件构成。壳体多为圆筒形，内部装有管教，管教两头停止在管板上。

停止换热的冷热两种流体，一种在管内起伏，称为管程流体；另一种在管外起伏，称为壳程流体。为升高管外流体的传热分系数，常常在壳体内安设几许挡板。

挡板可升高壳程流体速度，迫使流体按规章行程屡屡横向经过管教，巩固流体湍流水平。

换热管在管板上可按等边三角形或正方形罗列。等边三角形罗列较紧凑，管外流体湍动水平高，传热分系数大；正方形罗列则管外洗涤便利，合用于易结垢的流体。

流体每经过管教一次称为一个管程；每经过壳体一次称为一个壳程。图示为最简朴的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为升高管内流体速度,可在两头管箱内配置隔板，将一块管子等分红几许组。

如许流体屡屡只经过部份管子，因此在管教中往来屡屡，这称为多管程。同样，为升高管外流速，也可在壳体内安设纵向挡板，迫使流体屡屡经过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可协做运用。

管壳式换热器由于管表里流体的温度不同，因之换热器的壳体与管教的温度也不同。倘使两温度出入很大，换热器内将形成很大热应力，致使管子委曲、断裂，或从管板上拉脱。

于是，当管教与壳体温度差超越50℃时，需采取合适赔偿办法，以消除或淘汰热应力。凭借所采纳的赔偿办法，管壳式换热器可分为如下几种要紧表率：

①停止管板式换热器管教两头的管板与壳体联成一体，构造简朴,但只合用于冷热流体温度差不大,且壳程不需呆板洗涤时的换热操纵。当温度差稍大而壳程压力又不过高时，可在壳体上安设有弹性的赔偿圈，以减小热应力。

②浮头式换热器管教一端的管板可自如浮动，完整消除了热应力;且一切管教可从壳体中抽出,便于呆板洗涤和检验。浮头式换热器的运用较广，但构造较量繁杂，造价较高。

③U型管式换热器每根换热管皆弯成U形，两头别离停止在统一管板高低两区，借助于管箱内的隔板分红相差口两室。此种换热器完整消除了热应力，构造比浮头式简朴，但管程不易洗涤。

④填料函式换热器填料函式换热器其构造特色是管板惟有一端与壳体停止毗连，另一端采纳填料函密封。管教能够自如伸缩，不会形成因壳壁与管壁温差而引发的温差应力。

填料函式换热器的长处是构造较浮头式换热器简朴，创造便利，耗材少，造价低；管教可从壳体内抽出，管内、管间均能停止洗涤，修理便利。其瑕玷是填料函耐压不高，普遍小于4.0MPa；

壳程介质或许经过填料函外漏，对易燃、易爆、有毒和珍贵的介质不合用。填料函式换热器合用于管、壳壁温差较大或介质易结垢，需通常算帐且压力不高的场所。

⑤釜式换热器釜式换热器构造特色是在壳体上部配置合适的挥发空间，同时兼有蒸汽室的效用。

管教可觉得停止管板式、浮头式或U型管式。釜式换热器洗涤修理便利，可处置不洁净、易结垢的介质，并能继承高温、高压。它合用于液-汽式换热，可做为最简构造的废热汽锅。

管壳式换热器传热机理

普遍来讲，管壳式换热器创造轻易，临盆成本低，选材界限广，洗涤便利，适应性强，处置量大，做事牢固，且能适应高温高压。尽管它在构造紧凑性、传热轻度和单元金属耗损量方面无奈与板式和板翅式换热器比拟，但它由于具备前述的一些长处，因此在化工、煤油动力等行业的运用中仍处于主宰身分。

管壳式换热器是把管子与管板毗连，再用壳体停止。它的型式大抵分为停止管板式、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，前方咱们扼要讲解过。

凭借介质的品种、压力、温度、污垢和其余前提，管板与壳体的毗连的各类构造型式特色，传热管的形态和传热前提，造价，修理检验便利等环境来取舍谋划创造各类管壳式换热器。

管壳式换热器构造及创造准则

普遍来讲，管壳式换热器创造轻易，临盆成本低，选材界限广，洗涤便利，适应性强，处置量大，做事牢固，且能适应高温高压。尽管它在构造紧凑性、传热轻度和单元金属耗损量方面无奈与板式和板翅式换热器比拟，但它由于具备前述的一些长处，因此在化工、煤油动力等行业的运用中仍处于主宰身分。

管壳式换热器是把管子与管板毗连，再用壳体停止。它的型式大抵分为停止管板式、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，前方咱们扼要讲解过。

凭借介质的品种、压力、温度、污垢和其余前提，管板与壳体的毗连的各类构造型式特色，传热管的形态和传热前提，造价，修理检验便利等环境来取舍谋划创造各类管壳式换热器。

管壳式换热器构造及创造准则

管壳式换热器：于是关闭在壳体中管教的壁面做为传热面的间壁式换热器，这类换热器构造较简朴、操纵牢固，可用各类构造材料（主假如金属材料）创造，能在高温、高压下哄骗，是当前运用最广的表率。（谋划创造遵命准则：海外TEMAASME国内GB、GB）

换热器封头采取法则

1、管壳侧能否须要洗涤；

2、能否须要挪动管教；

3、能否须要思虑热膨胀；

前封头表率：A、B、C、D、N

后封头表率：L、M、N、P、S、T、W

后封头又分为停止式、浮头式以及U型管，关系于停止式，浮头式造价更高、须要更大的壳径、低的换热成效（由于透露流C的存在），长处则是一端具备自如度能够处置好热膨胀题目。

前封头

A型封头：适应于管程流体较脏，须要通常洗涤的环境。

B型封头：单法兰经济型最佳，由于易于采办，是最罕用的封头

C型封头：带管板和可拆盖，管侧洗涤便利，能够处置管程高压和高危介质（合适），适于壳侧管教较重以及壳侧须要洗涤的环境。

D型封头：特种高压型，合用于非常高压的工况（管箱焊在管板上）

N型封头：带管板和可拆盖，管教不行拆，此种封头经济性最佳，逼近管板轻易；能够处置壳侧高危介质。

A型封头与B型封头比拟多了一片法兰，其耐压性没有B型封头好，其长处是换热器检验时不准将封头拿掉，关系于B型封头来讲加倍便利。C型封头、N型封头换热器中的管教是可抽出的，个中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型前封头雷同；

M型后封头：和B型前封头雷同；

N型后封头：和N型前封头雷同；

U型：U型管教，管教可挪动，壳侧轻易洗涤；热膨胀处置卓绝，经济（无奈兰）；瑕玷是管侧无奈洗涤，改换管教艰苦，弯头部位轻易冲洗损伤。

P型封头和W型封头曾经被淘汰，不在哄骗。

S型封头：其尺寸特色是厥后封头要比壳体的直径大，长处是能够处理换热器谋划历程中的两个题目，一是能够消除换热器的热应力，二是换热器的管壳侧均能够停止洗涤。

T型封头和S型封头如同，但厥后封头尺寸和壳体直径雷同，且其内封头和管教能够直接抽出,但T型封头和S型封头比拟，受力环境没有S型封头好，惟一的益处是抽芯便利，在工程谋划中普遍不采用T。

换热器壳体

E型壳体：为单程壳体，在谋划历程中普遍优先取舍，它合用于总共的环境，单相换热更优，瑕玷是压降较大。

F型壳体：合用于场所受限，须要双壳程的环境，较量合适于单相换热，纯逆流换热，传热温差大；瑕玷是F型壳体有分程隔板，此处会产生漏流，况且壳程入口与出口处的压差和温差都是最大的，会产生漏温且分程隔板也轻易产生变形。于是F型壳体合用于压差和温差都不大的环境下。

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，合用于须要做壳侧加强的卧式热虹吸再沸器、冷凝器等。

H型壳体：双平行流换热器，要紧用于冷凝和挥发的工况下，况且壳体中不哄骗折流板。G/H型壳体的长处是传热温差大，比E型要高。

J型壳体：分流壳体，一是合用于壳体气相压降较大，震荡处理不了的环境；二是用于再沸器，关系于E型使得传热的成效较量稳固；三是用于部份冷凝的工况，其瑕玷则是传热温差较小，传热系数也不大。

K型壳体：要紧用于管程热介质，壳侧挥发的工况，在废热回收据件下哄骗。

X型壳体：冷热流体属于错流起伏，其长处是压降特别小，当采纳其余壳体产生震荡，且经过调动换热器参数无奈消除该震荡时能够哄骗此壳体方式，其不够之处是流体散布不平均，X型壳体并不通常哄骗。

在化工工艺手册中，I型壳体表率可EDR软件中的不是统一种壳体，其方式见I1，它的哄骗方法唯一一种搭配，便是BIU，U型管换热器。

换热器折流板

单弓形折流板：长处是能够到达最大的错流，瑕玷是压降较高，且窗口的管教轻易产生震荡；谋划重心是折流板圆缺率在17%-35%之间，折流板间距在0.2-1.0倍的壳径。此种表率折流板合用于大部份场所。

NITW：该折流板窗口不布管，管子支持圆满，不引发管教震荡，瑕玷是雷同的壳径巨细，布管数较少，须要的壳体直径大。谋划重心：15%的折流板圆缺率。合适的场所是气体震荡和压降受限。

双弓形折流板：长处是压低落，更好的潜藏震荡的题目；瑕玷是大的窗口起伏面积；谋划重心：5%-30%的圆缺率，默许两排管堆叠；合适场所时震荡和压力受限的换热器（关系于单弓形折流板来讲）。

螺旋折流板：分为单螺旋折流板和双螺旋折流板长处是换热好，压低落，起伏平均；瑕玷是创造艰苦；谋划重心是螺旋角度5-45°，合适的场所时压降受限，轻易结垢的场所。

折流杆：长处是支持优，起伏平均，压低落根底无震荡题目；瑕玷是低的换热成效；管子安排只可为45°和90°；合适场所是低压降气体冷凝和换热。

窝巢型：支持优，起伏平均，压低落；瑕玷是比换热成效不好，谋划根底无请求。

蛋框型：支持好，创造经济；瑕玷是高温应力下产生变形；谋划根底无请求。

管壳式换热器谋划所需思虑的成分

换热做战的表率许多，对每种特定的传热工况，经过优化选型都市获得一种最恰当的做战型号，倘使将这个型号的做战哄骗到其余工况，则传热的成效或许有很大的变动。于是，针对详细工况取舍换热器表率，是很要紧和繁杂的做事。对管壳式换热器的谋划，有如下成分值得思虑。

1、流速的取舍

流速是换热器谋划的要紧变量，升高流速则升高传热系数，同时压力降与功耗也会随之补充，倘使采纳泵送流体，应试虑将压力降只管耗损在换热器上而不是调理阀上，如许可仰仗升高流速来升高传热成效。

采纳较高的流速有两个益处：一是升高总传热系数，进而减小换热面积；二是淘汰在管子表面生成污垢的或许性。不过也响应的补充了阻力和动力的耗损，于是须要停止经济较量才具末了肯定恰当的流速。

别的在取舍流速上，还必定思虑构造上的请求。为了防止做战的严峻磨损，所算出的流速不该超越最大答应的阅历流速。

如下的三个表格别离示意了介质的流速界限和水在管内的流速余材质的关联等。

2、答应压力降的取舍

取舍较大的压力降能够升高流速，进而巩固传热成效淘汰换热面积。不过较大的压力降也使得泵的操纵花费补充。恰当的压力降值须要以换热器年总花费为对象，一再调动做战尺寸，停止优化谋划而得出。

在大普遍做战中，或许会觉察一侧的热阻显然的高于另一侧，此侧的热阻成为遏制热阻。可壳程的热阻是遏制侧时，能够用补充折流板块数或许削减壳径的办法，来补充壳侧流体流速、淘汰传热热阻，不过淘汰折流板间距是有束缚的，普遍不能小于壳径的1/5或50mm。当管程的热阻是遏制侧时，则仰仗补充管老练来补充流体流速。

在处置稠密物料时，倘使流体处于层流起伏则将此物料走壳程。由于在壳程的流体起伏易到达湍流形态，如许能够获得较高的传热速度，还能够鼎新对压力降的遏制。

下图为不同介质在不同做战表率中的答应压力降参考值：

3、管壳程流体确实定

要紧凭借流体的操纵压力和温度、能够操纵的压力降、结洽商腐化个性，以及所需做战材料的取舍等方面，思虑流体恰当走哪一程。上面的成分可供取舍时思虑：

适于走管程的流体有水和水蒸气或强腐化性流体；有毒性流体；轻易构造的流体；高温或高压操纵的流体等。

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；管件压力降遏制的流体；粘度大的流体等。

当上述环境消除后，介质走哪一程的取舍，应着眼于升高传热系数和最充足的操纵压力降上。由于介质在壳程的起伏轻易到达湍流（Re≥），因此将粘度大的或流量小的流体，即雷诺数低的流体走壳程普遍是有益的。

反之，倘使流体在管程能够到达湍流时，则安顿走管程较正当。若从压力降的角度思虑，普遍是雷诺数低的走壳程正当。

4、换热终温确实定

换热终温普遍由工艺历程的须要肯定。当换热终温能够取舍时，其数值对调热器能否经济正当有很大的影响。在热流体出口温度与冷流体出口温度相等的环境下，热量操纵效率最高，不过有用传热温差最小，换热面积最大。

其它，在肯定物流出口温度时，不期盼呈现温度穿插局面，即热流体出口温度低于冷流体出口温度。

5、做战构造的取舍

关于必定的工艺前提，首先应肯定做战的方式，比如取舍停止管板方式照旧浮头方式等。参照下表1-7.

在换热器谋划历程中，加强传热总的对象概述有：在给定换热量下淘汰换热器的尺寸；升高现有换热器的功能；减小流开工质的温差；或许低落泵的功率。

传热历程是指两种流体经过硬做战的壁面停止热互换的历程，凭借流体的传热方法根底上能够分为无相变和有相变两种表率。无相变历程加强传热技艺的研讨，普遍根据遏制热阻侧而采取响应的办法：

如采纳扩大管内或许管外貌面；采纳管内插异物；变动管教支持件方式；插足不互溶的低沸点增加剂等办法，以巩固传热成效。

罗纹管功能特色

在管子表率中，罗纹管属于管外扩大表面的表率，在常常换热管外壁轧制成罗纹状的低翅片，用以补充外侧的传热面积。罗纹管表面积比光管可扩大1.6-2.7倍，与光管比拟，

当管外流速同样时，壳程传热热阻能够削减响应的倍数，而管内流体因管径的减小，则压力降会略有增大。罗纹管较量恰当于壳程传热系数相当于管程传热系数1/3-3/5的工况。

涟漪管换热器的功能特色

以变动管内流体起伏形态、巩固传热成效的典范管形为涟漪管、内插物管。涟漪管是在无切削的机加工中，管内被挤出凸肋进而变动了管内壁滞流层的起伏形态，淘汰了流体传热热阻，巩固了传热成效。

折流杆换热器的功能特色

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，都属于经过壳程管教支持件、大幅度低落阻力升高流速或变动起伏方法进而到达加强传热的方针。折流杆换热器每根换热管的四个方位上，用折流杆加以停止，具备很好的防震功能。

本文源自暖通南社

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