带您了解管壳式换热器与传热机理

管壳式换热器又称列管式换热器。因此关闭在壳体中管教的壁面做为传热面的间壁式换热器。这类换热器机关较容易，操纵牢靠，可用各样机关材料（主如果金属材料）缔造，能在高温、高压下操纵，是现在运用最广的典型。

管壳式换热器机关与典型

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，管教两头安稳在管板上。举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。为抬高管外流体的传热分系数，常常在壳体内装置几许挡板。挡板可抬高壳程流体速度，迫使流体按章程旅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摆列。等边三角形摆列较紧凑，管外流体湍动水平高，传热分系数大；正方形摆列则管外荡涤便利，实用于易结垢的流体。

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。图示为最容易的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为抬高管内流体速度,可在两头管箱内配置隔板，将整个管子等分红几许组。云云流体屡屡只经过部份管子，因此在管教中来回屡屡，这称为多管程。相同，为抬高管外流速，也可在壳体内装置纵向挡板，迫使流体屡屡经过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可合做运用。

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。如果两温度出入很大，换热器内将形成很大热应力，致使管子曲折、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管教与壳体温度差超越50℃时，需采用恰当赔偿举措，以消除或增加热应力。依照所采取的赔偿举措，管壳式换热器可分为下列几种紧要典型：

①安稳管板式换热器管教两头的管板与壳体联成一体，机关容易,但只实用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机器荡涤时的换热操纵。当温度差稍大而壳程压力又不过高时，可在壳体上装置有弹性的赔偿圈，以减小热应力。

②浮头式换热器管教一端的管板可自在浮动，绝对消除了热应力;且全面管教可从壳体中抽出,便于机器荡涤和检验。浮头式换热器的运用较广，但机关较量繁杂，造价较高。

③U型管式换热器每根换热管皆弯成U形，两头别离安稳在统一管板高低两区，借助于管箱内的隔板分红出入口两室。此种换热器绝对消除了热应力，机关比浮头式容易，但管程不易荡涤。

④填料函式换热器填料函式换热器其机关特点是管板惟独一端与壳体安稳连合，另一端采取填料函密封。管教也许自在伸缩，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机关较浮头式换热器容易，缔造便利，耗材少，造价低；管教可从壳体内抽出，管内、管间均能举行荡涤，培修便利。其瑕玷是填料函耐压不高，通常小于4.0MPa；壳程介质或者经过填料函外漏，对易燃、易爆、有毒和珍贵的介质不实用。填料函式换热器实用于管、壳壁温差较大或介质易结垢，需屡次清算且压力不高的场所。

⑤釜式换热器釜式换热器机关特点是在壳体上部配置恰当的挥发空间，同时兼有蒸汽室的影响。管教可认为安稳管板式、浮头式或U型管式。釜式换热器荡涤培修便利，可处置不干净、易结垢的介质，并能秉承高温、高压。它实用于液-汽式换热，可做为最简机关的废热汽锅。

管壳式换热器传热机理

通常来讲，管壳式换热器缔造轻易，临盆成本低，选材规模广，荡涤便利，适应性强，处置量大，劳动牢靠，且能适应高温高压。尽管它在机关紧凑性、传热轻度和单元金属耗费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、火油动力等行业的运用中仍处于主宰身分。暖通南社

管壳式换热器是把管子与管板连合，再用壳体安稳。它的型式大体分为安稳管板式、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，前方咱们扼要先容过。依照介质的品种、压力、温度、污垢和其余前提，管板与壳体的连合的各样机关型式特点，传热管的形态和传热前提，造价，培修搜检便利等状况来取舍安排缔造各样管壳式换热器。

管壳式换热器机关及缔造准则

通常来讲，管壳式换热器缔造轻易，临盆成本低，选材规模广，荡涤便利，适应性强，处置量大，劳动牢靠，且能适应高温高压。尽管它在机关紧凑性、传热轻度和单元金属耗费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、火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连合，再用壳体安稳。它的型式大体分为安稳管板式、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，前方咱们扼要先容过。依照介质的品种、压力、温度、污垢和其余前提，管板与壳体的连合的各样机关型式特点，传热管的形态和传热前提，造价，培修搜检便利等状况来取舍安排缔造各样管壳式换热器。

管壳式换热器机关及缔造准则

管壳式换热器：因此关闭在壳体中管教的壁面做为传热面的间壁式换热器，这类换热器机关较容易、操纵牢靠，可用各样机关材料（主如果金属材料）缔造，能在高温、高压下操纵，是现在运用最广的典型。（安排缔造遵守准则：海外TEMAASME国内GB、GB）暖通南社

换热器封头采选轨则

1、管壳侧是不是需求荡涤；

2、是不是需求挪移管教；

3、是不是需求斟酌热膨胀；

前封头典型：A、B、C、D、N

后封头典型：L、M、N、P、S、T、W

后封头又分为安稳式、浮头式以及U型管，相关于安稳式，浮头式造价更高、需求更大的壳径、低的换热成果（由于暴露流C的存在），长处则是一端具备自在度也许处置好热膨胀题目。

前封头

A型封头：适应于管程流体较脏，需求屡次荡涤的状况。

B型封头：单法兰经济型最佳，由于易于购买，是最罕用的封头

C型封头：带管板和可拆盖，管侧荡涤便利，也许处置管程高压和高危介质（恰当），适于壳侧管教较重以及壳侧需求荡涤的状况。

D型封头：特种高压型，实用于非凡高压的工况（管箱焊在管板上）

N型封头：带管板和可拆盖，管教弗成拆，此种封头经济性最佳，凑近管板轻易；也许处置壳侧高危介质。

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，相关于B型封头来讲愈加便利。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型前封头不异；

M型后封头：和B型前封头不异；

N型后封头：和N型前封头不异；

U型：U型管教，管教可挪移，壳侧轻易荡涤；热膨胀处置杰出，经济（无奈兰）；瑕玷是管侧无奈荡涤，替换管教艰苦，弯头部位轻易冲洗损伤。

P型封头和W型封头曾经被淘汰，不在操纵。

S型封头：其尺寸特点是后来封头要比壳体的直径大，长处是也许管理换热器安排过程中的两个题目，一是也许消除换热器的热应力，二是换热器的管壳侧均也许举行荡涤。暖通南社

T型封头和S型封头类似，但后来封头尺寸和壳体直径不异，且其内封头和管教也许直接抽出,但T型封头和S型封头比拟，受力状况没有S型封头好，独一的长处是抽芯便利，在工程安排中通常不采用T。

换热器壳体

E型壳体：为单程壳体，在安排过程中通常优先取舍，它实用于一切的状况，单相换热更优，瑕玷是压降较大。

F型壳体：实用于场所受限，需求双壳程的状况，较量恰当于单相换热，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，并且壳程出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。因而F型壳体实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也许比冷流体出口温度低，实用于需求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，紧要用于冷凝和挥发的工况下，并且壳体中不操纵折流板。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，一是实用于壳体气相压降较大，振荡管理不了的状况；二是用于再沸器，相关于E型使得传热的成果较量安稳；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：紧要用于管程热介质，壳侧挥发的工况，在废热回收据件下操纵。暖通南社

X型壳体：冷热流体属于错流活动，其长处是压降特别小，当采取其余壳体产生振荡，且经过调换换热器参数无奈消除该振荡时也许操纵此壳体形势，其不够之处是流体散布不平匀，X型壳体并不屡次操纵。

在化工工艺手册中，I型壳体典型可EDR软件中的不是统一种壳体，其形势见I1，它的操纵方法唯一一种搭配，便是BIU，U型管换热器。

换热器折流板

单弓形折流板：长处是也许抵达最大的错流，瑕玷是压降较高，且窗口的管教轻易产生振荡；安排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。此种典型折流板实用于大部份场所。

NITW：该折流板窗口不布管，管子撑持完好，不引发管教振荡，瑕玷是不异的壳径巨细，布管数较少，需求的壳体直径大。安排重心：15%的折流板圆缺率。恰当的场所是气体振荡和压降受限。

双弓形折流板：长处是压消沉，更好的隐藏振荡的题目；瑕玷是大的窗口活动面积；安排重心：5%-30%的圆缺率，默许两排管叠加；恰当场所时振荡和压力受限的换热器（相关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，压消沉，活动平匀；瑕玷是缔造艰苦；安排重心是螺旋角度5-45°，恰当的场所时压降受限，轻易结垢的场所。

折流杆：长处是撑持优，活动平匀，压消沉根基无振荡题目；瑕玷是低的换热成果；管子安置只可为45°和90°；恰当场所是低压降气体冷凝和换热。暖通南社

窝巢型：撑持优，活动平匀，压消沉；瑕玷是比换热成果不好，安排根基无请求。

蛋框型：撑持好，缔造经济；瑕玷是高温应力下产生变形；安排根基无请求。

管壳式换热器安排所需斟酌的成分

换热配置的典型良多，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配置型号，如果将这个型号的配置操纵到其余工况，则传热的成果或者有很大的改动。因此，针对详细工况取舍换热器典型，是很急迫和繁杂的劳动。对管壳式换热器的安排，有下列成分值得斟酌。

1、流速的取舍

流速是换热器安排的急迫变量，抬高流速则抬高传热系数，同时压力降与功耗也会随之补充，如果采取泵送流体，应试虑将压力降尽管耗费在换热器上而不是调换阀上，云云可依托抬高流速来抬高传热成果。

采取较高的流速有两个长处：一是抬高总传热系数，进而减小换热面积；二是增加在管子表面生成污垢的或者性。然则也响应的补充了阻力和动力的耗费，因而需求举行经济较量才略着末肯定适当的流速。

其余在取舍流速上，还肯定斟酌机关上的请求。为了防止配置的严峻磨损，所算出的流速不该超越最大容许的阅历流速。

下列的三个表格别离示意了介质的流速规模和水在管内的流速余材质的相关等。

2、容许压力降的取舍

取舍较大的压力降也许抬高流速，进而巩固传热成果增加换热面积。然则较大的压力降也使得泵的操纵花费补充。恰当的压力降值需求以换热器年总花费为指标，屡次调换配置尺寸，举行优化盘算而得出。

在大多半配置中，或者会发觉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，也许用补充折流板块数也许削减壳径的办法，来补充壳侧流体流速、增加传热热阻，然则增加折流板间距是有束缚的，通常不能小于壳径的1/5或50mm。当管程的热阻是遏制侧时，则依托补充管老练来补充流体流速。

在处置稠密物料时，如果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形态，云云也许获得较高的传热速度，还也许改良对压力降的遏制。

下图为不同介质在不同配置典型中的容许压力降参考值：

3、管壳程流体确实定

紧要依照流体的操纵压力和温度、也许哄骗的压力降、结谈判腐化特点，以及所需配置材料的取舍等方面，斟酌流体适当走哪一程。上面的成分可供取舍时斟酌：

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；轻易机关的流体；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。

当上述状况清除后，介质走哪一程的取舍，应着眼于抬高传热系数和最充足的哄骗压力降上。由于介质在壳程的活动轻易抵达湍流（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通常是有益的。反之，如果流体在管程也许抵达湍流时，则安顿走管程较正当。若从压力降的角度斟酌，通常是雷诺数低的走壳程正当。

4、换热终温确实定

换热终温通常由工艺过程的需求肯定。当换热终温也许取舍时，其数值对调热器是不是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状况下，热量哄骗效率最高，然则灵验传热温差最小，换热面积最大。暖通南社

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

5、配置机关的取舍

关于肯定的工艺前提，首先应肯定配置的形势，比方取舍安稳管板形势照样浮头形势等。参照下表1-7.

在换热器安排过程中，加强传热总的指标归纳有：在给定换热量下增加换热器的尺寸；抬高现有换热器的功用；减小流开工质的温差；也许消沉泵的功率。

传热过程是指两种流体经过硬配置的壁面举行热相易的过程，遵照流体的传热方法根基上也许分为无相变和有相变两种典型。无相变过程加强传热技艺的研讨，通常根据遏制热阻侧而采用响应的举措：如采取扩大管内也许管表面面；采取管内插异物；改动管教撑持件形势；介入不互溶的低沸点增加剂等办法，以巩固传热成果。

罗纹管功用特点

在管子典型中，罗纹管属于管外扩大表面的典型，在平凡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，当管外流速相同时，壳程传热热阻也许削减响应的倍数，而管内流体因管径的减小，则压力降会略有增大。罗纹管较量适当于壳程传热系数相当于管程传热系数1/3-3/5的工况。

涟漪管换热器的功用特点

以改动管内流体活动形态、巩固传热成果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改动了管内壁滞流层的活动形态，增加了流体传热热阻，巩固了传热成果。

折流杆换热器的功用特点

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撑持件、大幅度消沉阻力抬高流速或改动活动方法进而抵达加强传热的宗旨。折流杆换热器每根换热管的四个方位上，用折流杆加以安稳，具备很好的防震功用。

本文实质滥觞于「化工」，“压力容器人”编纂整顿发表，转载请阐扬根源。

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