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管壳式换热器的形式和总体结构

一、换热器的分类换热器是用于将高温流体的热量向低温流体传输的传热设备的总称，它广泛用于石油、[wiki]化工[/wiki]、电力、食品等工业部门，并且占有相当重要的地位。换热器的种类划分方法很多，方法也各不相同。

(1)按其用途：可将换热器分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器等；

(2)按其传热方式和作用原理：可分为混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器等。其中间壁式换热器为工业应用最为广泛的一种换热器。它按传热面形状可分为管式换热器、板面式换热器、扩展表面换热器等。这其中又以管壳式换热器应用最为广泛，它通过换热管的管壁进行传热。具有结构简单牢固、制造简便、使用材料范围广、可靠程度高等优点，是目前应用最为广泛的一种换热器。(在着重介绍管壳式换热器后，简要介绍其他类型换热器：混合式；蓄热式；板式；管翅式；套管式；螺旋管式等)

二、管壳式换热器的总体结构

1、管壳式换热器的主要元件：壳体、前后管箱、管板、管束、折流板或支持板、接 管、法兰、(包括管法兰与容器法兰)支座及附件等组成。

2、管壳式换热器的总体结构 一般由前端管箱、壳体和后端结构三部分组成。

(1)前端管箱——是指有管程入口的那一则的管箱。

(2)后端结构——是指与前端管箱相应的另一则的管箱结构。

(3)壳体——是指处于前端管箱和后端结构之间、由钢管或金属板焊接而构成的筒体。换热管置于由壳体围成的空间中，两端与管板相连，管板与壳体及管箱相连，把换热器分为两大部分空间，即壳程和管程。

3、管程与壳程 分程的目的：提高流速以提高传热系数，但程数不宜太多。管程——换热器中的换热管内及与换热管相通的空间，称为管程。壳程——换热器中的换热管外及与其相通的空间，称为壳程。

4、管程数与壳程数管程数——指介质在换热管内沿换热管长度方向往返的次数。一般为偶数，主要有1、2、4、6、8、10、12等。壳程数——指介质在壳程内沿壳体轴向往返的次数。一般为单壳程，最多双壳程。(说明多折流板不表示多壳程，强调轴向往返次数)几点说明：

1、不是所有管壳式换热器都有后端管箱，如U形管式换热器则没有后端 管箱。

2、多管程换热器在后管箱上无物料进出口。

3、管壳式换热器支座——卧式时为鞍式支座，而立式时为耳座(也可为其他类型，但一般不用)。

4、管箱详细结构第四章介绍。

三、管壳式换热器的形式 管壳式换热器根据其结构的不同，可以分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器、釜式重沸器等。

1、固定管板式换热器组成：管箱、管板、换热管、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管等。结构特点：管板与壳体之间采用焊接连接。两端管板均固定，可以是单管程或多管箱， 管束不可拆，管板可延长兼作法兰。优点：结构简单，制造方便，在相同管束情况下其壳体内径最小，管程分程较方便。缺点：壳程无法进行机械清洗，壳程检查困难，壳体与管子之间无温差补偿元件时会产生较大的温差应力，即温差较大时需采用膨胀节或波纹管等补偿元件以减小温差应力。

2、浮头式换热器组成：管箱、管板、换热管、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管、钩圈、浮头盖等。结构特点：一端管板与壳体固定，另一端管板(浮动管板)与壳体之间没有约束，可在壳体内自由浮动。只能为多管程，布管区域小于固定管板式换热器，管板不能兼作法兰，一般有管束滑道。优点：不会产生温差应力，浮头可拆分，管束易于抽出或插入，便于检修和清洗。缺点：结构较复杂，操作时浮头盖的密封情况检查困难。

3、U形管式换热器组成：管箱、管板、U形换热管、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管等。结构特点：只有一个管板和一个管箱，壳体与换热管之间不相连，管束能从壳体中抽出或插入。只能为多管程，管板不能兼作法兰，一般有管束滑道。总重轻于固定管板式换热器。优点：结构简单，造价较低，不会产生温差应力，外层管清洗方便。缺点：管内清洗因管子成U形而较困难，管束内围换热管的更换较困难，管束的固有频率较低易激起振动。

4、填料函式换热器组成：管箱、管板、管束、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管、填料函等。结构特点：一侧管箱可以滑动，壳体与滑动管箱之间采用填料密封。管束可抽出，管板不兼作法兰。优点：填料函结构较浮头简单，检修清洗方便；无温差应力，(具备浮头式换热器的优点，消除了固定管板式换热器的缺点)。缺点：密封性能较差，不适用于易挥发、易燃、易爆和有毒介质。(简单介绍滑动管板式换热器，它是填料函式换热器的变形。它把填料函式换热器中的滑动管箱改进为滑动管板，而管箱部分固定。另外简单介绍双管板结构。)

5、釜式重沸器 它是固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器壳体的变形，主要是将壳程空间加倍增大，结构上留有一定的蒸发空间。类似于现在的容积式换热器。(容积式换热器壳程介质一般为水，用于供暖。)

四、管壳式换热器的型号表示方法

1、管壳式换热器型号的组成： X——前端管箱形式代号(如表1-1所示) Y——壳体形式代号(如表1-1所示) Z——后端结构形式代号(如表1-1所示) DN——换热器的公称直径(mm)，对卷制圆筒为其内直径，对钢制圆筒为钢管的外径，对釜式重沸器，用分数表示，分子为管箱内径、分母为壳体内径。 Ps、Pt——分别表示管程、壳程设计压力(MPa)，当管程壳程压力相等时只写Pt。 A——公称换热面积(m2)，是经圆整后的计算换热面积，即以换热管外径为基准，扣除伸入管板内的换热管长度后，计算得到的管束外表面积。对于U形管，一般不包括弯管段的面积。 LN——换热器的公称长度(m)，当换热管为直管时，取直管长度为其公称长度；为U形管时，取U形管直管段长度为换热器的公称长度。 d——换热管的外直径(mm)。(强调d不是换热管公称直径) B——当换热管为Al、Cu、Ti管时分别记为Al、Cu、Ti；当换热管为钢制管时，不标记。 NT、NS——分别为管程数和壳程数，单壳程时公标记NT即可。 C——对于钢制换热管，I级管束时为I，II级管束时为II。I级管束是指采用较高级的高级冷拨管的管束；II级管束是指采用普通冷拨管的管束。

管壳式换热器的选型

一、选型时要考虑的因素换热器的选型，就是根据换热器的结构特点、使用条件、投资与运行费用等综合因素来选择一种相对合理的换热器形式。在选型前，必须熟悉各种换热器的结构特点、工作特性，根据具体条件做出方案，比较各方案做出最优的选择。

1．选型时要考虑的因素有：材料、介质、压力、温度、温差、压降、结垢情况、检修清理方法等各种因素。

2．安全因素——是换热器选型时最主要因素。包括强度、刚度足够，结构可靠，满足密封要求，材料与介质相容。(例温差应力的考虑、密封性的考虑等)

3．能完成工艺要求——有足够的传热面积、介质有良好的有利于传热的流动状态，经济上较合理。(例能否用U形管，管、壳程的清洗，是否分程，介质的黏度对流动的影响，是否须可拆结构等) 4．利于制造、安装和维修——制造较简单、运行性能良好、运行费用低等。二、选型的一般原则温差不大、壳程介质结垢不严重、壳程能采用化学清洗时，选用固定管板式换热器。温差较大时，可选用浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器和滑动管板式换热器。要对壳程进行机械清洗时，可选用管束可可抽出的结构。高温高压时，可选用U形管式换热器。壳程介质为易燃、易爆、有毒或易挥发，以及使用压力、温度较高时，不宜采用填料函式换热器。管程介质和壳程介质不允许相混时，可采用双管板结构的换热器。

管壳式换热器的设计内容

管壳式换热器的设计包括下面五个方面的内容，这五方面相互交叉，不断调整。

一、结构设计：根据设计任务选择换热器的形式，初定出结构尺寸。(如管子外径、长度、筒体外径等)

二、热力计算：计算所需的传热面积， 调整尺寸使结构设计的传热面积大致等于计算的传热面积。

三、流体阻力计算：计算阻力降，保证阻力降在允许范围内。(压力将一般根据整个工艺流程确定)

四、强度、刚度和稳定性设计：壳体直径的确定和壳体壁厚的计算。换热器封头的选择及厚度计算。管板强度计算及尺寸的确定。(含温差应力计算)管子拉脱力的计算。支座的计算。(包括卧式与立式支座计算)开孔补强计算等。

五、绘图：根据计算结果具体确定各种零部件的结构及一些标准件的选取，(如容器法兰、折流板与支持板、拉杆与定距管等)然后绘制结构设计图和施工图。

以下是钢制管壳式换热器的最新标准：

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