波纹管换热器总结（实用3篇）

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列管式换热器1

江西科技师范大学

食品科学与工程专业《化工原理课程设计》说明书

题目名称

列管式换热器的设计

专业班级

11级食品科学与工程

学

号 20111912 20111878 20111911 学生姓名

胡利君 吕亚琼 钟翠 指导教师

常军 博士

2012 年 11 月 06日

目录

1、概述…………………………………………………………………………………设计方案………………………………………………………………………1

设计条件…………………………………………………………………1

选择换热器类型…………………………………………………………1

传热器管程安排…………………………………………………………设计换热器的要求……………………………………………………………2 2.衡算…………………………………………………………………………………2

传热面积的计算………………………………………………………………2

定性温度的确定…………………………………………………………3

计算平均传热温差………………………………………………………3

初算传热面积……………………………………………………………3

工艺结构尺寸…………………………………………………………………3

管径和管内流速…………………………………………………………3 管程数和传热数管数……………………………………………………3 平均传热温差校正及壳程数……………………………………………传热管排列和分程方法…………………………………………………4

壳体直径…………………………………………………………………4

折流板……………………………………………………………………4 接管………………………………………………………………………换热器核算……………………………………………………………………5 传热面积校正……………………………………………………………5 壳程传热膜系数…………………………………………………………6 污垢热阻和壁管热阻……………………………………………………6 换热器内压降得核算……………………………………………………7 3.总结………………………………………………………………………………8 4.附录………………………………………………………………………………9 计算总表………………………………………………………………………9 设备选型表…………………………………………………………………10 5.图纸………………………………………………………………………………11 6.参考文献及资料…………………………………………………………………12

1、 概述 设计方案

换热器是化工、石油、食品及其他许多部门的通用设备，在生产中常用的一种换热机械装置。按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发皿和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间璧式。

本设计以列管式换热器为模型，以进口温度5℃、出口温度70℃、流量为30m3/h为 设计条件，针对列管式换热器生产过程中最主要的设备部件进行模拟设计和选型，本论文进行工艺设计、主要设备及附件尺寸的设计。

设计条件

两流体的温度变化情况：热流体进口温度160℃，出口温度105℃；流体进口温度5℃，出口温度70℃。冷流体的流量为30m3/h。

选择换热器的类型

列管式换热器可分为固定管板式换热器、浮头式换热器和U型管式换热器。该换热器用饱和水蒸气加热，冬季操作时，其进口温度会降低，故而会加大管壁温度和壳体温度之差，所以温差较大。同时，在清洗和检修时，整个管束可以从壳体中抽出，因此应选用浮头式换热器。

传热管管程安排

由于水较易结垢，如果流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降；因此，饱和水蒸汽应走壳程，水走管程。

设计换热器的要求

（1）合理的实现所规定的工艺条件

传热量流体的物热力学参数与物理化学性质是工艺过程所规定的条件。设计者应根据这些条件进行热力学和流体力学的计算，经过反复比较，使所设计的换热器具有尽可能小的传热面积，在单位时间内传递尽可能多的热量，其具体做法如下。

增大传热系数？在综合考虑流体阻力及不发生流体诱发振动的前提下，尽量选择高的流速。

提高平均温差？对于无相变的流体，尽量采用接近逆流的传热方式。因为这样不仅可以提高平均温差，还有助于减少结构中的温差应力，在允许的条件下，可提高热流体的进口温度或降低冷流体的进口温度。

妥善布置传热面？例如在管壳式换热器中，采用合适的管间距和排列方式，不仅可以加大单位空间内的传热面积，还可以改善流体的流动性质，错列管束的传热方式比并列管束的好。如果换热器中的一侧有相变，另一侧流体为气相，可在气相一侧的传热面上加翅片，以增大传热面积，更有利于热量的传递

（2）安全可靠

换热器是压力容器，在进行强度，刚度，温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵循我国《钢制石油化工压力容器设计规定》与《钢制管壳式换热器设计规定》

等有关规定与标准。这对保证设备的安全可靠起着重要作用

（3）有利于安装，操作与维修

直立设备的安全费往往低于水平或倾斜的设备。设备与部件应便于运输与装拆，在厂房移动时不会受到楼梯，梁柱的妨碍，根据需要可添置气，液排放口，检查孔与敷设保温层

（4）经济合理

评价换热器的最终指标是：在一定的时间内固定费用（设置的购置费和安装费等）与操作费（动力费，清洗费，维修费等）的总和为最小。在设计或选型时如果有几种换热器都能完成生产任务的需要，这一指标尤为重要。

传热面上垢层的产生和增厚，使传热系数不断降低，传热量随之减少，故有必要停止操作进行清洗。在清洗时不仅无法传递热量，还要支付清洗费，这部分费用必须从清洗后传热条件的改善得到补偿，因此存在一最适宜的运行周期

严格的讲，如果孤立的从换热器本身来进行经济核算已确定适宜的操作条件与适宜的尺寸是不够全面的，应以整个设备为对象进行经济核算或设备的优化。但要解决这样的问题难度很大，当影响换热器的各项因素改变后对整个系统的效益关系影响不大时，按照上述观点单独地对换热器进行经济核算仍然是可行的

选择换热器时，要遵循经济，传热效果优，方便清洗，符合实际需要等原则

2、衡算

传热面积的计算

定性温度的确定

570C 2T1T2160105C

热流体的定性温度：T22 冷流体的定性温度：Tt1t221附录三水在平均温度C下的有关物性数据由可得

Cp,c103J/，/m3,10

/()

1附录三饱和水蒸汽在平均温度C的有关物性数据由可得

Cp,h103J/()，/m3,10

/()

热负荷（忽略热损失）：

30qm,ccp,c(t2t1)103(705)106W

3600饱和水蒸汽用量（忽略热损失）：

qm,106/s 3cp,h1055

计算平均传热温差

t1T1t11055100C t2T2t21607090C

因为t11002，所以 t290tm逆=t1t21009095C 22

初算传热面积

由于壳程气体的压力较大，故可选较大的K值。假设K610W/(m2.C)，则可估算传热面积为：

106S估=

Ktm61095

工艺结构和尺寸

管径和管内流速

取管内流速u/s，传热数管数n10

d4qv430/3600 un102由附录二十一查阅可选用规格的钢管得d

根据

4q430/3600uv2/s

d

管程数和传热管数

4qv430/3600Ns11

d2u按单程管设计，所需的传热管长度为：

L S估d0NS34

11

按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况采用非标准设计，先去传热管长度l，则该换热管的管程数为：

L34

Np4

传热管总数： n11444

平均传热温差校正及壳程数

平均温差校正系数如下：

pt2t1705 T1t11605T1T2160105 t2t17051R按单壳程，双管程结构，查参考文献图4-25得t 平均传热温差：

tmttm逆=95=C

由于平均传热温差校正系数大于，同时壳程流体流量较小，故取双壳程合适。

传热管排列和分程方法

采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。

取管心距pt，则pt42mm 隔板中心到离其最近一排管中心距离：

PZt627mm 各程相邻管的管心距为54mm。

壳体直径

采用多管程结构，壳体直径可按参考文献式（4-15）估算。取管板利

2用率，则壳体直径为：

D/4244/

按卷制壳体的进级档，可取D400mm。

折流板

采用弓形折流板，取弓形折流板园缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为

h400100mm

可取h100mm。

取折流板间距B(BD)，则

B400120mm

可取B为120mm。

折流板数目NB

传热管长8500-1=-1=70

折流板间距接管

壳程流体进出口接管：取接管内流体流速ui/s，则接管内径为：

D4qvui4

圆整后可取管内径为70mm。

管程流体进出口接管，取接管内流体流速u27m/s，则接管内径为：

D

430/3600

换热器核算

传热面积校正

管程传热膜系数

管程流体流通截面积

nSid2441/8

42管程流体流速和雷诺数分别为：

uiqv30/3600/s diu/27162 10普朗特数：

103106Pr

i 3414W/(m2.C)

壳程传热膜系数

0id'e（/w）

13管子按正三角形排列，传热当量直径为：

4(d'e3223Ptd0)4（）2424==

d0壳程流通截面积：

s0=BD()=120400(1-)=10-3m2

pt42壳程流体流速及其雷诺数分别为： /==60m/s

 Re0==10普朗特数: 10310-6Pr0==

10-2粘度校正：

（/w）=

0=(10)=7171W/m2.C

污垢热阻和管壁热阻

查参考文献表4-6， 管外侧污垢热阻R00,管内侧污垢热阻

1Ri=(m2.C)/W，根据我们的清洗方式估计管内污垢热阻变化大概是在

10％-20％已知管壁厚度b=，碳钢在该条件下的热导率为50W/(m.C)。

总传热系数k：

dm=

K111223W/(m2.C)i00R0ididdm05927

传热面积校核：

106S'==19m2

Ktm逆122395换热器的实际传热面积为S: Sd0lNT4439m2

换热器面积裕度为：

s/s'39/19

传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。

换热器内压降得核算

管程阻力：

pi（p1p2）NsNpFt

lui2

Ns1,Np2 ，P1d21由Re27162，传热管相对粗糙度，查参考文献中Re双对数坐标图得，流速ui/s，/m3，所以：

p1

p2332917pa

22pi(2917)11489623pa ui2管程流体阻力在允许范围内。

壳程阻力：

p0（p1'p2'）FtNs

其中Ns1,Ft1

流体流经管束的阻力：

p1'Ff0nc(Nb1)u022

12200F

f05Re0

nc44

NB70

u0/

p1'(701)265628

2流体流过折流板缺口的阻力：

2hu02 p2'NB（）D2其中h,D

p2'70()149987

2总阻力：p265628149987415615

3、总结

经过三个星期的努力，我们的设计终于完成了。也许可能存在很多不足之处，但是看到我们的成果也感到很欣慰。通过这次设计，让我们在各个方面都有很大提高，在设计中经常查找资料提高了我们检索和查阅资料的能力，我们还学会了一些关于设计的基本操作和基本规范，在计算过程中更加仔细和严谨，同时进一步扎实了所学的理论知识，对所学基础知识和专业知识进行了一次综合运用和系统复习，思维方式和设计思想有了进一步提高。因为此次设计由三个人一起完成，所以我们充分运用了团队协作，通过分工合作，培养了我们的团队意识和协作精神，也增进了朋友间的友谊。当然，在这次设计中，我们有很多方面有待加强，比如说没有完全理解设计中的一些问题，还有不会灵活地运用公式。具体有在找饱和水蒸汽热阻时，查了很多资料，没有找到相关数据，所以我们将它假定为零。

4、参考文献及资料

（1）王志魁，刘丽英，刘伟。化工原理第四版M。北京：化学工业出版社，2010 (2)申迎华，郝晓刚。 化工原理课程设计M。 北京：化学工业出版社，2009 (3)方书起，魏新利。 化工设备课程设计指导M。 北京：化学工业出版社，2010

附录一

换热器主要结构尺寸和计算结果

参数 流量

进(出)口温度/C 定性温度/C

管程

30m3/h

壳程

3438kg/h 160(105)

5(70)

5(70)

106

浮头式 1400

160(105)

106

/ / / / /

/

/

壳程

7171

密度/kg/m3 进(出)口温度/C

定性温度/C

密度/kg/m3

定压比热容/KJ/kg.C

黏度/ 热导率/W/m.C

普朗特数 型号

壳体内径/mm 管径/mm 管长/mm 管数目/根



8500 44 4 管程 5927 传热面积/m2

管程数 主要计算结果 流速m/s 表面传热系数/W(m2.C)

阻力/Mpa

污垢热阻/(m2.C)/W

热流量/kw

0

106

95 1001 1 1 32 正三角形 70 120 碳钢 传热温差/C 传热系数/W/m2.C

裕度/％ 壳程数 台数

管心距/mm

管子排列 折流板数/个

折流板间距/mm

材质

附录2 设备选型表

序号 名称 1 折流板 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

规格

长280mm 型号

PSJJ7A132-0-4 定距管 壳体 封头 接管 接管 螺母 法兰 支座 垫片 传热管 拉杆1 拉杆2 顶丝 螺柱 管板 管板

厚 DN1100mm 70 40 M20 RF

数量 生产厂家 8 石家庄蓝宝机械制造有限

公司

GB/14976-1994 265 上海斯普热能技术有限公

司

Q235-A 1 淄博泰勒换热设备有限公

司

Q235-A 2 阿里巴巴-佛山市顺德区佛

茂钢材贸易有限公司

BR01-A 2 上海化工装备有限公司 BR006 GB6170-92 HG20615 156 2 1 2

上海化工装备有限公司 沙河市四方紧固件制造有

限公司

武汉威孚热工技术有限公司

河北同力自控阀门制造有限公司

西安捷安达换热设备厂 山东省聊城市首发金属制品有限公司

河北沧州上浦电器设备有限公司

河北沧州上浦电器设备有限公司

山东宏达科技集团有限公司

沙河市四方紧固件制造有限公司

澳昭美金属材料有限公司 澳昭美金属材料有限公司 广州市柯凌自控阀门有限公司

安徽德仪仪器仪表有限公司公司 耳式支座B2 JB1165-732 25mm 25 25mm 25mm

JB-T4704-2000

GB/T8162-1999 265 4 3 GB85-88 JB-T4707-2000 72 M20

1 1

PN-YFQ-025S 1 折流挡双弓型 板

压力泵

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金属波纹管介绍2

金属波纹管介绍

一、特种波纹管

是以开发研制液氢/液氧火箭发动机用金属波纹管、液氧/煤油火箭发动机、舰船用波纹管等军工技术为主而开发的产品。产品特点是：耐压高、耐高低温、耐腐蚀、性能稳定。我们通过各项技术和工艺的创新，研制出性能优异的高压金属波纹管，不仅满足了火箭发动机和核潜艇的需要，也为国内高压金属波纹管的发展做出了贡献。已为许多企业提供高压金属波纹管，这些波纹管随同各种阀门一起在生产现场使用，使用质量很好，满足了各行业对波纹管阀门的需要。

1、金属波纹管的设计

金属波纹管的设计是多参数设计，设计难度非常大。波纹管的几何参数为：内径、外径、壁厚、层数、波距、波厚、波纹数、有效长度和端部结构等。波纹管的性能参数为：位移、耐压力、刚度、寿命等。根据设计输入条件进行几何参数和材料的初步设计，然后应用EJMA等设计公式对性能参数进行设计、评估，如果设计不满足要求，需要对部分参数进行重新设计，直到满足设计要求为止，在多数情况下，为了进行一项具体设计，需要在若干相互矛盾的设计要求中选择一个合理的、优化的方案。优化设计的方向是保证压力、位移、温度的条件下，刚度尽可能小。应用新材料。新结构提高波纹管的耐压能力和工作位移。

设计手段先进：可根据用户需要，应用先进的理论设计计算公式对波纹管进行优化设计 规格全：内径Φ4mm～ Φ260mm

多波型：U型、S型等

耐压高：～24MPa

多种材料：1Cr18Ni9Ti（321） 0Cr18Ni10Ti0Cr18Ni9（304） 00Cr17Ni14Mo2（316L） 316Ti GH625（Inconil625） GH4169(Inconil718) GH202 Monel400等

2、波纹管的性能简介

波纹管的主要性能参数有刚度、位移、耐压力、有效面积。本样本仅就前四项提供了有关数据，下面就刚度、位移：耐压力、温度四项进行具体说明。

1）刚度

波纹管的刚度按载荷与位移性质不同可分：为轴向刚度、弯曲刚度、扭转刚度等。在目前应用中绝大部分是轴向刚度，因此主要介绍轴向刚度刚度K，它是反应波纹管敏感性的一个参数。刚度越大．敏感性越差，它与灵敏度δ互成倒数即K=1／δ另外，刚度K与波数n成反比，因此单波刚度与总刚度之间的关系可用下式表示：K总=K单／n，例题根据整机要求的条件，经计算确定波纹管的尺寸参数为：内径16mm，外径25mm，壁厚0．12mm，材料为1Crl8Ni9Ti，层数为1层，根据后面的单层金属波纹管系列表计算波数为10的该波纹管的总体刚度。解：根据题中所给条件查单层波纹管系列表得单波刚度为69．5 KN／ m，所以K总＝ 69．5／10＝6. 95KN／m

2）位移

波纹管的位移有最大位移及允许位移两种。最大位移指波纹管在外压力作用下，压到波纹之间相互接触时所能产生的最大位移值；允许位移指在波纹不产生永久变形的情况下所能获得的最大位移值。一般来讲允许的压缩位移要比允许的拉伸位移大1．5倍左右。波纹管的位移W与波纹管的波数成正比，即单波允许位移乘以波数等于总允许位移。例题：条件同上例解：查单层波纹管系列表得单波允许位移0．42mm则Wmax＝10 X0．42=4．2mm

3）耐压力

耐压力是波纹管的一项重要指标。有受内压和外压两种形式，一般来讲，同一波纹管在其它条件相同时，受外压比受内压时的稳定性要好，所以受外压作用时的最大耐压力比受内压时高。

4）工作温度

工作温度也是影响波纹管寿命的主要因素之一。本表所列波纹管工作温度适用于温度范围在一196℃～600℃之间。但即使在此范围，温度越趋近于两端其寿命也是要大打折扣的。因此若工作温度有更高要求，则必须更换新材料，否则将严重影响产品寿命。

3、波纹管制造工艺

纵缝焊接工艺：纵缝焊接焊缝达到Ⅰ、ⅠⅠ级焊缝标准要求，同时又能满足塑性成形的要求。 多层管制造工艺：研究套管间隙和加力方式，设计专用工装夹具消除套管间隙。

4、成形模具的设计

波纹管的几何形状、尺寸和精度是由成形模具来保证的。我们根据金属变形规律、波纹管几何形状、尺寸、精度、成形力的大小和波纹管轴向弹性回弹等，设计成形模具。 除设计因素之外，波纹管很大程度上依赖于制造工艺，先进的制造工艺是提高波纹管性能和质量的重要保证。

5、工艺过程设计

工艺设计是一项复杂的、多层次、多任务的设计过程，它涉及的面较广，影响着工艺决策的因素也很多，金属波纹管的试制涉及材料的精密塑性成形、热 处理、表面处理、焊接、切削等多种工艺。根据研制的需要，对上述各工艺做出合理的设计，设计出技术上先进可行的工艺

二、阀用波纹管

产品特点：

1、 性能优良

波纹管采用多层结构，比单层结构降低刚度，增加有效位移，有利于缩短阀门长度。

2、 设计规范

依据阀门设计手册有关标准中规定的最小阀杆直径、最小开启行程和波纹管受外压的组件焊接形式而设计的，波纹管组件结构合理、紧凑，有利于阀门的设计结构小型化。

3、 通用性强

用户可根据需要，通过简单计算选取所需产品，适用于各类截止阀、闸阀安全阀、调节阀等。

2、主要技术规格

1、 使用范围

产品适用于波纹管截止阀、波纹管闸阀、波纹管节流阀、波纹管调节阀等。

2、 公称直径

DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN65、DN80、DN100、DN150、DN200、DN250。

3、 公称压力

、PN2.

5、、、、。

波纹管设计受压形式外压，设计耐压为公称压力的倍。

4、工作温度 -196℃~300℃

5、行程：波纹管设计总位移（压缩）大于阀门开启最小行程。

6、寿命：在公称压力、行程下大干5000次。

7、材料： ICrl8Ni9Ti、OCrl8Ni9、OOCrl7Nil4Mo2。

3、产品选型

1）一般选型

由于本产品是跟据现行阀门设计手册有关压力等级、通径、行程和阀杆直径等规定要素而进行设计的，用户根据设计阀门压力等级、通经两个参数即可在产品规格表中选取标准的波纹管组件。

2）特殊选型

用户也可根据自己产品，由本产品规格中给定参数，通过简单计算，选取所需产品规格。根据阀杆直径选取波纹管d，一般波纹管内径d≥阀杆直径之 2～4mm，即可在表中选取相应压力等级下的波纹管内径和外径。

根据所需行程选取波纹管有效长度：L'

L'=(h/L)/h' L'--所需有效长mm； L--表中给定有效长mm；h--表中给定行程mm

h'--所需行程mm。 选取所需刚度K'： k'=(k*n)/n' k'--所需刚度 N/mm；

K--表中给定刚度 N/mmn--表中给定波数；n'----所需波数。

3）本公司可根据用户要求设计产品规格表以外的波纹管、连接法兰及特殊结构阀用波纹管组件。

4、须知：

1、波纹管行程建议开启时压缩总位移的70％，关闭时拉伸总位移的30％；

2、波纹管应防扭转；

3、波绞管压缩应有限位；

4、波纹管装配时应避免划伤、碰伤

换热器论文3

09无机非（1）

材料工程基础论文

管壳式换热器论文

摘要； 本文主要介绍管壳式换热器。并分析其特点。 关键词：管壳式换热器、传热管束、管板、折流板

正文：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，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。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，管外流体湍动程度高，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。 管壳式换热器

流体每通过管束一次称为一个管程；每通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。为提高管内流体速度，可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。

类型：由于管内外流体的温度不同，因此换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50 ℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所

09无机非（1）

材料工程基础论文

采用的补偿措施，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，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，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，完全消除了热应力；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成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。

非金属材料换热器 化工生产中强腐蚀性流体的换热，需采用

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陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金属材料制作管壳式换热器。这类换热器的换热性能较差，只用于压力低、振动小、温度较低的场合。

流道的选择

进行换热的冷热两流体，按以下原则选择流道：①不洁净和易结垢流体宜走管程，因管内清洗较方便；②腐蚀性流体宜走管程，以免管束与壳体同时受腐蚀；③压力高的流体宜走管程，以免壳体承受压力；④饱和蒸汽宜走壳程，因蒸汽冷凝传热分系数与流速无关，且冷凝液容易排出；⑤若两流体温度差较大，选用固定管板式换热器时，宜使传热分系数大的流体走壳程，以减小热应力。

操作强化

当管壁两侧传热分系数相差很大时（如粘度小的液体与气体间的换热），应设法减小传热分系数低的一侧的热阻。如果管外传热分系数小，可采用外螺纹管（低翅片管），以增大管外一侧的传热面积和流体湍动，减小热阻。如果管内传热分系数小，可在管内设置麻花铁，螺旋圈等添加物，以增强管内扰动，强化换热，当然这时流体的流动阻力也将增大。

管壳式换热器 - shell and tube heat exchanger 由一个壳体和包含许多管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。通常的工作压力可达4兆帕，工作温度在200℃以下，在个别情况下还可达到更高的压力和温度。一般壳体直径在1800毫米以下，管子长度在9米以下，在个别情况下也有更大或更长的。

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为提高换热器的传热效能，也可采用螺纹管、翅片管等。管子的布置有等边三角形、正方形、正方形斜转45°和同心圆形等多种形式，前3 种最为常见。按三角形布置时，在相同直径的壳体内可排列较多的管子，以增加传热面积，但管间难以用机械方法清洗，流体阻力也较大。管板和管子的总体称为管束。管子端部与管板的连接有焊接和胀接两种。在管束中横向设置一些折流板，引导壳程流体多次改变流动方向，有效地冲刷管子，以提高传热效能，同时对管子起支承作用。折流板的形状有弓形、圆形和矩形等。为减小壳程和管程流体的流通截面、加快流速，以提高传热效能，可在管箱和壳体内纵向设置分程隔板，将壳程分为2程和将管程分为2程、4程、6程和8程等。管壳式换热器的传热系数，在水-水换热时为1400～2850瓦每平方米每摄氏度〔W/（m2〃℃）〕；用水冷却气体时，为10～280W/（m2〃℃）；用水冷凝水蒸汽时，为570～4000W/（m2〃℃）。

分类

管壳式换热器按结构特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、Ｕ型管式换热器、双重管式换热器、填函式换热器和双管板换热器等。前 3种应用比较普遍。

固定管板式换热器

它是管壳式换热器的基本结构形式。管子的两端分别固定在与壳体焊接的两块管板上。在操作状态下由于管子与壳体的壁温不同，二者的热变形量也不同，从而在管子、壳体和管板中产生温差应力。这一点在分析管板强度和管子与管板连接的可靠性时必须予以考虑。为减小温差应力，可在壳体上设置膨胀节。固定管板式换热器一般只在适当的温差应力范围、壳程压力不高的场合下

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采用。固定管板式换热器的结构简单、制造成本低，但参与换热的两流体的温差受一定限制；管间用机械方法清洗有困难，须采用化学方法清洗，因此要求壳程流体不易结垢。

浮头式换热器

浮头式换热器的结构为管子一端固定在一块固定管板上，管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，用螺栓连接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板与浮头盖用螺栓连接，形成可在壳体内自由移动的浮头。由于壳体和管束间没有相互约束，即使两流体温差再大，也不会在管子、壳体和管板中产生温差应力。浮头式换热器适用于温度波动和温差大的场合；管束可从壳体内抽出用机械方法清洗管间或更换管束。但与固定管板式换热器相比，它的结构复杂、造价高。

U型管式换热器 一束管子被弯制成不同曲率半径的U型管，其两端固定在同一块管板上，组成管束。管板夹持在管箱法兰与壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱即可直接将管束抽出，便于清洗管间。管束的U形端不加固定，可自由伸缩，故它适用于两流体温差较大的场合；又因其构造较浮头式换热器简单，只有一块管板，单位传热面积的金属消耗量少，造价较低，也适用于高压流体的换热。但管子有U形部分，管内清洗较直管困难，因此要求管程流体清洁，不易结垢。管束中心的管子被外层管子遮盖，损坏时难以更换。相同直径的壳体内，U形管的排列数目较直管少，相应的传热面积也较小。

双重管式换热器

将一组管子插入另一组相应的管子中而构成的换热器。管程流体从管箱进口管流入，通过内插管到达外套管的底

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部，然后返向，通过内插管和外套管之间的环形空间，最后从管箱出口管流出。其特点是内插管与外套管之间没有约束，可自由伸缩。因此，它适用于温差很大的两流体换热。但管程流体的阻力较大，设备造价较高。

填函式换热器

填函式换热器的结构，管束一端与壳体之间用填料密封。管束的另一端管板与浮头式换热器同样夹持在管箱法兰与壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱、填料压盖等有关零件后，可将管束抽出壳体外，便于清洗管间。管束可自由伸缩，具有与浮头式换热器相同的优点。由于减少了壳体大盖，它的结构较浮头式换热器简单，造价也较低；但填料处容易渗漏，工作压力和温度受一定限制，直径也不宜过大。

双管板换热器管子两端分别连接在两块管板上，两块管板之间留有一定的空间，并装设开孔接管。当管子与一侧管板的连接处发生泄漏时，漏入的流体在此空间内收集起来，通过接管引出，因此可保证壳程流体和管程流体不致相互串漏和污染。双管板换热器主要用于严格要求参与换热的两流体不互相串漏的场合，但造价比固定管板式换热器高。

特点

这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。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，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流

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动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。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，管外流体湍动程度高，传热分系数大；流体每通过管束一次称为一个管程；每通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。为提高管内流体速度，可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。

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参考文献：=3280 3.江南 易宏 甑亮 岑汉钊。 管壳式换热器壳程强化传热 研究进展。 化肥工业 1998 25 6 : 27 321

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