壳管式热交换器简介
第2章管壳式热交换器
（2） U形管式换热器
U形管式换热器 1.中间挡板；2.U形换热管；3.排气口；4.防冲板；5.分程隔板
U形管式换热器
图U型7-管6 式U换形热管器式换热器
优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。 缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。 适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、 腐蚀性大的物料。
第二章 管壳式热交换器
间壁式热交换器
管式热交换器 管壳式、套管式、螺旋管式等
板式热交换器 延伸表面热交换器 蓄热式热交换器
管壳式换热器
2.1 管壳式换热器的分类 基本类型 固定管板式换热器 U形管式换热器 浮头式换热器 填 1—封头；2—法兰；3—排气口；4—壳体；5—换热管；6—波形膨胀 节；7—折流板（或支持板）；8—防冲板；9—壳程接管；10—管板； 11—管程接管；12—隔板；13—封头；14—管箱；15—排液口；16—定距
减少污垢的沉积和腐蚀的产生，提高了换热器的使 用寿命。
三、管壳式换热器的标准
◆ GB151—1999《管壳式换热器》
国家技术监督局发布的关于管壳式换热器的国家标 准，是管壳式换热器设计和制造的主要依据。
◆ 标准代号为JB／T4714～4720－92
对浮头式换热器和冷凝器、固定管板式换热器、 立式热虹吸式重沸器及U形管式换热器的具体结构形 式、基本参数及其组合都作了具体的规定(定型)。
换热器的型号表示法
满液式蒸发器--管程:载冷剂;壳程:制冷剂
干式蒸发器--管程:制冷剂;壳程:载冷剂
离心式和螺杆式冷水机组中, 蒸发器的型式主要是满
液式蒸发器和干式蒸发器两种。
管壳式换热器结构介绍
3、管壳程流体的确定
主要根据流体的操作压力和温度、可以利用的压力降、结构和腐蚀 特性，以及所需设备材料的选择等方面，考虑流体适宜走哪一程。下面 的因素可供选择时考虑：
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。
1、管壳式换热器结构介绍
管壳式换热器：是以封闭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。（设计制造遵循标准：国外 TEMA ASME 国内 GB151、GB150）
换热器封头选取原则
换热器折流板
单弓形折流板：优点是可以达到最大的错流，缺点是压降较高，且窗口 的管束容易发生振动；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合。
NITW：该折流板窗口不布管，管少，需要的壳体直径大。设计要点：15%的 折流板圆缺率。适合的场合是气体振动和压降受限。
谢谢！
K型壳体：主要用于管程热介质，壳侧蒸发的工况，在废热回收条件下使 用。
X型壳体：冷热流体属于错流流动，其优点是压降非常小，当采用其他壳 体发生振动，且通过调整换热器参数无法消除该振动时可以使用此壳体 形式，其不足之处是流体分布不均匀，X型壳体并不经常使用。
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， 其形式见I1，它的使用方式仅有一种搭配，就是BIU，U型管换热器。
螺纹管性能特点
在管子类型中，螺纹管属于管外扩展表面的类型，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。螺纹管表面积比 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 可以缩小相应的倍数，而管内流体因管径的减小，则压力降会略有增大。 螺纹管比较适宜于壳程传热系数相当于管程传热系数1/3-3/5的工况。
管壳式换热器设计总结
管壳式换热器设计总结管壳式换热器是一种常见的热交换设备，广泛应用于化工、石油、制药等行业。
其设计涉及到许多方面，包括换热原理、结构设计、材料选择等。
本文将从这些方面对管壳式换热器的设计进行总结和分析。
管壳式换热器的换热原理是通过管内流体与壳侧流体之间的热传导来实现热量的交换。
管内流体一般为待加热或待冷却的介质，而壳侧流体一般为冷却剂或加热介质。
通过这种方式，可以实现两种介质之间的热量转移，达到加热或冷却的目的。
管壳式换热器的结构设计是十分重要的。
它由管束、壳体、管板、管侧流体进出口以及壳侧流体进出口等部分组成。
管束是换热的核心部分，通过将多根管子固定在管板上，形成流体的通道。
而壳体则是管束的外部保护壳，起到支撑和密封的作用。
管侧流体通过管侧进出口进入管束内，与管内流体进行热量交换，然后再通过壳侧进出口流出。
这样的结构设计，既保证了换热效率，又方便了设备的安装和维护。
管壳式换热器的材料选择也是十分重要的一环。
由于在换热过程中，介质可能存在腐蚀、高温等问题，因此需要选择耐腐蚀、耐高温的材料。
常见的材料有不锈钢、钛合金等。
对于特殊的工况，还可以采用陶瓷、镍基合金等材料。
在管壳式换热器的设计过程中，还需要考虑一些其他因素。
首先是换热面积的确定，它与换热效果直接相关。
一般来说，换热面积越大，换热效果越好。
其次是流体的流速和流量，它们对换热器的换热效果和压力损失有着重要影响。
此外，还需要考虑到换热器的尺寸和重量，以及设备的安全性和可靠性等方面。
在实际应用中，还需要根据具体的工况和要求进行换热器的定制设计。
例如，在高温高压的条件下，需要采用密封性好、耐高温高压的结构和材料；在对流体的温度变化要求较高的情况下，需要采用多级换热器或增加管程等方式来提高换热效果。
管壳式换热器的设计需要考虑多个方面的因素，包括换热原理、结构设计、材料选择等。
合理的设计可以提高换热效率，降低能耗，满足工业生产的需求。
同时，还需要根据具体的工况和要求进行定制设计，以提高设备的安全性和可靠性。
热交换器原理与设计第2章 管壳式热交换器
☆挡管是两端堵死的管子，安置在相应于分程隔板槽后面的 位置上，每根挡管占据一根换热管的位置，但不穿过管板， 用点焊的方法固定于折流板上。通常每隔3～4排管子安排一 根挡管，但不应设置在折流板缺口处，也可用带定距管的拉 杆来代替挡管。
优点：结构简单，制造成本低，规格范围广，工程中应用广泛。 缺点：壳侧不便清洗，只能采用化学方法清洗，检修困难，对较脏
或有腐蚀性介质不能走壳程。当壳体与换热管温差很大时， 可设置单波或多波膨胀节减小温差应力。
管壳式换热器结构名称
单程管壳式换热器
1 —外壳，2—管束，3、4—接管，5—封头 6—管板，7—折流板
图2.25 折流板的几何关系
2.2.4 进出口连接管直径的计算
进出口连接管直径的计算仍用连续性方程， 经简化后计算公式为：
D 4M1.13M
πρw
ρw
2.3 管壳式热交换器的传热计算
1) 选用经验数据：根据经验或参考资料选用工艺条 件相仿、设备类型类似的传热系数作为设计依据。 如附录 A。 2) 实验测定：实验测定传热系数比较可靠，不但可 为设计提供依据，而且可以了解设备的性能。但实 验数值一般只能在与使用条件相同的情况下应用。
焊在换热管上）。
图2.23 防冲板的形式
a) 内导流筒 图2.24 导流筒的结构
b) 外导流筒
★导流筒
❖ 在立式换热器壳程中，为使气、液介质更均匀地流入管间， 防止流体对进口处管束段的冲刷，而采用导流筒结构。
管壳式热交换器
2.5.2 流体温度和终温的确定
• 在换热器设计中加热剂或冷却剂出口温度需由设计 者确定。如冷却水进口温度需依当地条件而定，但 出口温度需通过经济权衡作出选择。在缺水地区可 使出口温度高些，这样操作费用低，但使传热平均 温差下降，需传热面积增加使得投资费用提高，反 之亦然。根据经验一般应使∆tm大于10℃为宜， 此外若工业用水作为冷却剂出口温度不宜过高，因 工业用水中所含的盐类(主要CaCO3,MgCO3,CaSO4、 MgSO4等)的溶解度随温度升高而减小，若出口温度 过高，盐类析出，形成垢层使传热过程恶化，因此 一般出口温度不超过45℃。所以应根据水源条件， 水质情况等加以综合考虑后确定。水源严重缺乏地 区可采用空气作为冷却剂，但使传热系数下降。对 于加热剂可按同样原则选择出口温度
一、管、壳程介质的配置 有利于传热、压力损失小。具体如下： 1、流量小、粘度大的流体走壳程较好。 2、温差较大时，K大的流体走壳程。 3、与外界温差大的流体走管程。 4、饱和蒸汽走壳程。 5、含杂质流体走管程。 6、有毒介质走管程。 7、压降小走壳程。 8、高温、高压、腐蚀性强的流体走管程。
2.5.1 流体在换热器中内的流动 空间选择
管程变化对阻力影响
• 对同一换热器，若由单管程改为两管程， 阻力损失剧增为原来的8倍，而强制对流 传热、湍流条件下的表面传热系数只增 为原来的1.74倍；若由单管程改为四管程， 阻力损失增为原来的64倍，而表面传热 系数只增为原来的3倍。由此可见，在选 择换热器管程数目时，应该兼顾传热与 流体压降两方面的得失。
– 见公式2.21
2.3 管壳式换热器的传热计算
• • • • • 一、热力设计任务 1．合理的参数选择及结构设计 2．传热计算和压降计算 热力设计：设计计算，校核计算。 设计计算：已知传热量Q，换热工质工作 参数(进、出口温度)，求F和结构形式。 • 校核计算：已知换热器的具体结构、某 些参数来核定另一参数。
管壳式换热器的工作原理
管壳式换热器的工作原理
管壳式换热器是一种常用的热交换装置，用于将两种介质之间的热量传递。
它由一个外壳和一组内部管子组成。
工作原理如下：
1. 媒体流动：热交换的两种介质通过各自的入口进入换热器，一个在管道内流动，被称为“管侧媒体”，另一个在外壳内流动，被称为“壳侧媒体”。
2. 热传导：管侧和壳侧媒体之间通过热传导进行热量交换。
通常，一个介质在管侧流动，将热量传递给壳侧的另一个介质。
3. 热量交换：热量通过管壁传导，从管侧媒体流向壳侧媒体。
热量传递的方向取决于各介质的温度差和流速。
4. 冷却或加热：根据实际需求，换热器可被用于冷却或加热流体。
冷却时，管侧媒体温度较高，而壳侧媒体温度较低，使得管侧媒体的热量传递到壳侧媒体中。
加热时，情况相反。
5. 出口排放：经过热交换后，已经冷却或加热的介质分别通过各自的出口排放。
总之，管壳式换热器通过管内和壳内的介质流动，使热量在两者之间传导，实现了热量交换的目的。
这种设计可以高效地将热量从一个介质传递到另一个介质，广泛应用于工业生产和能源领域。
热交换器工作原理热交换器工作
热交换器工作原理热交换器工作原理一、热交换器的概念和分类热交换器是一种用于传递热量的设备，它通过将两种不同介质之间的热量传递来实现加热或冷却的目的。
根据其结构和工作原理，热交换器可以分为管壳式、板式、螺旋式、卷管式等多种类型。
二、管壳式热交换器的工作原理管壳式热交换器是最常见的一种类型，它由一个外壳和一个内置在外壳内部的管束组成。
被加热或冷却介质通过管束中流过，而另一种介质则在外部流过。
这两种介质之间通过管子进行传导，从而实现了传递热量的目的。
三、板式热交换器的工作原理板式热交换器是由许多平行排列并夹在两个端板之间的金属板组成。
被加热或冷却介质分别在相邻板之间流过，而另一种介质则在相邻板之间流过。
这些金属板上有许多小孔，使得两种介质可以互相接触并进行传导。
四、螺旋式热交换器的工作原理螺旋式热交换器是由两个同心的螺旋形金属管组成。
被加热或冷却介质在内管中流过，而另一种介质则在外管中流过。
这两种介质之间通过金属管壁进行传导，从而实现了传递热量的目的。
五、卷管式热交换器的工作原理卷管式热交换器是由一个或多个螺旋形金属管组成的。
被加热或冷却介质在内部流过，而另一种介质则在外部流过。
这两种介质之间通过金属管壁进行传导，从而实现了传递热量的目的。
六、热交换器的应用范围由于其高效节能、安全可靠等特点，热交换器广泛应用于化学工程、冶金工业、造纸工业、环保工程等领域。
同时，在船舶、汽车等领域也有着重要应用。
七、总结总体来说，无论是哪一种类型的热交换器，其基本原理都是通过将两种不同介质之间的热量传递来实现加热或冷却的目的。
在实际应用中，我们需要根据不同的工作条件和要求选择合适的热交换器类型，从而达到最佳的效果。
核电站中的热交换器工作原理解析
核电站中的热交换器工作原理解析热交换器是核电站中的重要设备，用于实现热量的传递与转移。
本文将对核电站中的热交换器的工作原理进行详细解析。
一、热交换器的定义与分类热交换器是一种用于传递热能的设备，能够实现两种介质之间的热量转移。
根据工作原理和构造形式的不同，热交换器可以分为多种类型，如壳管式、板式、管式等。
二、壳管式热交换器的工作原理壳管式热交换器是核电站中常用的热交换器类型之一。
其主要结构包括壳体、管束、管板等组成。
当热交换器运行时，热载体进入壳体内，经过管束内的管道，与管道内的冷却介质进行热量交换。
热载体从一侧进入，流动经过管道，并在管道内释放热量，同时冷却介质从另一侧进入，流过管道，并吸收热量。
通过壳体外的管板对热量的传递和转移进行调节和控制，实现两种介质之间的热量交换。
三、板式热交换器的工作原理板式热交换器是另一种常见的热交换器类型，其主要由一系列平行排列的金属板组成。
每个板上都有一系列的波动或堆叠形式，以增加板之间的接触面积。
板式热交换器中的热载体和冷却介质分别从不同的通道进入，流动经过板子之间的通道。
由于板子间的波动或堆叠形式，热载体和冷却介质之间的接触面积增加，从而提高了热量的传递效率。
热载体和冷却介质通过板式热交换器内部的通道进行交换，并完成热量转移。
四、管式热交换器的工作原理管式热交换器是一种采用管束形式进行热量传递的热交换器类型。
其主要由一组相互交织的管束组成。
管式热交换器中，热载体和冷却介质分别通过不同的管道进入，流经管束内的管道，并在管道内进行热量交换。
热载体在管道内流动并释放热量，而冷却介质则通过管道，吸收热量。
通过管束的设计和调整，可以实现热量的传递和转移。
五、热交换器的应用与未来发展热交换器广泛应用于核电站等能源领域，用于处理、传递和转移大量的热能。
热交换器的工作原理和性能对核电站的运行稳定性和效率起着重要作用。
未来，随着能源技术的发展和能源需求的增加，热交换器在核电站中的应用将进一步扩大。
管壳式换热器国家标准
管壳式换热器国家标准管壳式换热器是一种常见的热交换设备，广泛应用于化工、石油、电力、制药等领域。
为了确保管壳式换热器的安全性、可靠性和性能，国家制定了一系列的标准，以规范其设计、制造、安装和使用。
本文将对管壳式换热器国家标准进行介绍和解析，以便相关行业从业人员更好地理解和遵守相关标准。
首先，管壳式换热器的国家标准主要包括GB/T151、GB/T251、GB/T351等一系列标准。
这些标准涵盖了管壳式换热器的设计、材料、制造、检验、安装、使用和维护等方面。
其中，GB/T151主要规定了管壳式换热器的基本参数、技术要求和检验方法；GB/T251主要规定了管壳式换热器的材料选用和制造要求；GB/T351主要规定了管壳式换热器的安装、使用和维护要求。
其次，管壳式换热器国家标准的制定是为了保障设备的安全运行和有效利用。
在设计和制造过程中，必须严格按照相关标准的要求进行，确保设备具有良好的耐压性、耐腐蚀性和传热性能。
在安装和使用过程中，必须按照标准规定的程序和方法进行，确保设备能够安全、稳定地运行。
在维护和检修过程中，必须按照标准规定的要求进行，确保设备的性能和使用寿命。
此外，管壳式换热器国家标准的遵守对于相关行业从业人员来说是非常重要的。
只有严格遵守相关标准，才能保证设备的安全性和可靠性。
因此，相关行业从业人员必须深入学习和理解相关标准，严格按照标准要求进行工作，不得有丝毫马虎和疏忽。
总之，管壳式换热器国家标准的制定和遵守对于保障设备的安全运行和有效利用具有重要意义。
相关行业从业人员必须深入学习和理解相关标准，严格按照标准要求进行工作，确保设备的安全性、可靠性和性能。
只有这样，才能更好地推动相关行业的发展，实现设备的长期稳定运行和有效利用。
《热交换器原理与设计》管壳式热交换器
流动状况
壁面因素
热交换器流动阻力分类 摩擦阻力
局部阻力
14
管壳式热交换器的阻力
管程阻力 壳程阻力
阻力不允许超过允许范围
一、管程阻力的计算
沿程阻力△Pi 回弯阻力△Pr
pt pi Pr PN
进出口连接管阻力△PN 15
沿程阻力△Pi
Pi
L
di
wt
2
2
i
式中： λ——莫迪圆管摩擦系数
17
对于多管程换热器，流体总阻力应等于各程直管阻力、 回弯阻力及进、出口阻力之和（通常忽略进、出口阻力）：
pi p1 p2 Ft Ns N p
p1—流体流经直管的压力降，N/m2； p2—流体流经回弯管时的压力降，N/m2； Ft—结垢修正系数，25×2.5mm1.4， 19×2mm1.5； Ns—串联的壳程数； Np—管程数。 直管压力降 p1 可按流体力学的一般公式进行计算；
冷却
气体
6
液体
加热 冷却
f
0.14
w
1.05
f
0.14
w
0.95
气体
f
0.14
w
1.0
同时存在对流换热与辐射换热的处理
具有辐射能力的气体 温度较高
辐射 对流
总换热系数
7
c r
辐射
T1
4
T2
4
方法 作图
牛顿迭代法。
11
在某一钢制立式管壳式热交换器中用饱和温度ts=111.38℃ 的蒸汽加热某种溶液，已知其管径为Φ32×2mm，管高l=1.5m，
管壳式换热器与板式换热器选型参考
目前我国的换热器在化工、冶金、石油、电力及机电等行业应用非常广泛。
而目前我国现有的换热器类型主要有两大类，一类是管壳式换热器，另一类是板式换热器。
本文针对管壳式换热器及板式换热器对应特点的比较，提出选型的参考意见。
1．管壳式换热器及板式换热器结构特点1.1管壳式换热器管壳式换热器：又称列管式换热器。
是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。
结构由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。
管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备主要应用在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中，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300℃以下，在个别情况下还可达到更高的压力和温度。
充分表现其结构坚固，能选用多种材料制造，适应性极强等特点。
1.2板式换热器板式换热器：它由板片、密封垫片、固定压紧板、活动压紧板、压紧螺柱和螺母、上下导杆、前支柱等零部件所组成。
其零部件之少，通用性之高，是任何换热器所不能比拟的。
板式换热器的使用范围很广泛，介质从普通水到高粘度的非牛顿型液体；从含固体小颗粒的物料到含少量纤维的物料；从水蒸汽到各种气体；从无腐蚀性的到具有强腐蚀性的各种介质均能处理。
其特点是传热效率高，使用安全可靠，占地小易维护，阻力损失小，热损失小，冷却水量小，投资运行费用低等。
2．换热器设计条件以电厂为例换热器设计应满足电厂从起动到最大出力时各种负荷下的运行需要，并留有一定的裕量，保证换热器在最大负荷、最高进水温度和最大污垢热阻时，在规定的检修周期内，仍能完成给定的冷却任务。
现有国产引进型300MW燃煤机组，各冷却设备要求冷却水进水温度不大于37.5℃，从冷却设备出来被加热过的冷却水最高温度约为42.8℃，其基本参数如下：被冷却水盐水设计压力 1.0Mpa流量1800m3／h进出水温度42.8／37.5压降～0.06MPa冷却水海水（海水与河水交替变化）设计压力0.5Mpa进水温度33℃压降0.05～0.06Mpa3．管壳式换热器及板式换热器的性能比较3.1设计参数比较根据换热器的设计条件分别作了如下2个方案：方案1：2台100%容量的管壳式换热器；盐水量1800m3/h；安装2台，运行1台；每台冷却面积1023m2；盐水入、出口温度分别为42.8℃和37.5℃；循环水入、出口温度分别为33℃和36.5℃；循环水流量约3000m3/h；材质为钛管，复合钛板；外形尺寸φ1800mm×9800mm；重量27002kg。
换热器介绍
3.3 填函式换热器 填函式换热器的浮头与壳体间采用填料函进行密封和热补偿。
填函式换热器 优点：结构简单，造价较浮头式低。检修、清洗容易，填函处的泄漏能及时发现。 缺点：壳程受到填料密封的限制，不能承受过高的压力和温度。且壳程内介质有外漏的可能，壳 程内不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。 为减少管束与壳体之间的环隙，可采用滑动式管板结构。
胀接长度取（1）两倍换热管外径；（2）50mm；（3）管板厚度减3mm三者中的最小值。
胀管前后的示意图
管板孔内开环形槽
2、焊接（Welding）
管子与管板间采用焊接连接
优点：连接结构简单、适用范围广；管板的加工 要求低、生产过程简单、生产效率高；管子与管 板选材要求简化、管端不须退火；在压力不高的 场合可使用较薄的管板。
3.1 固定管板式换热器
固定管板式换热器分为刚性结构的固定管板式和带膨胀节的固定管板式两种。换热器壳体和管束 通过两端的管板刚性地连在一起。
固定管板式换热器
带膨胀节的固定管板式换热器
优点：换热器结构简单、造价低，每根管子都能单独更换，管内便于清洗 缺点：管外清洗困难，管壳间有温差应力存在。当两种介质温差较大时，必须设置膨胀节。 固定管板式换热器适用于壳程介质清洁、不易结垢、温差不大和壳程压力不高的场合。
3.2 浮头式换热器 浮头式换热器中只有一块管板与壳体刚性固定在一起，另一端的管板可在壳体内自由移动。管束 和壳体在不同温度下膨胀自由，互不牵连。
浮头式换热器 优点：这种换热器消除了温差应力的影响，可用于温差较大的两种介质的换热。管程和壳程均能 承受较高的介质压力。管束可从壳程一端抽出，壳程与管程的清洗均很方便。 缺点：由于换热器管束与壳程之间存在较大的环隙，设备的紧凑性差，传热效率较低。结构复杂， 浮头部分由活动管板、浮头盖和勾圈组成，浮头处发生内漏不便检查。金属消耗量大，造价也较 高。
管壳式热交换器原理
管壳式热交换器原理
管壳式热交换器是一种常用的热交换设备，主要用于将两种流体之间的热能传递。
它由一个外壳和多个并排布置的管子组成。
其中一个流体通过管子内部流动，而另一个流体在管子外部流动。
通过这种方式，两种流体之间的热量可以通过管壁传递，实现热能的交换。
管壳式热交换器的工作原理如下：
1. 换热介质流体进入热交换器的外壳中，流经外壳的流道。
2. 通过外壳的流体流道将流体分成多个小流道，以实现流体的均匀分布。
3. 然后，流体通过每个小流道的入口进入管子中。
4. 在管子内，流体与管壁之间的热能传递开始进行。
由于管壁的导热性，热能可以从管子内的流体传递到管子的外部。
5. 同时，管子外的另一种流体也在管子外部流动，并与管壁接触。
这样，管壁的另一侧就会有一种流体与管壁之间的热能传递。
6. 由于管壁的热传导性能，两种流体之间的热量可以在管壁中传递。
7. 热量将从热源侧流体传递到冷却侧流体，使冷却侧流体的温度升高，而热源侧流体的温度下降。
8. 经过热交换后，两个流体在管壳式热交换器的出口分别流出。
9. 通过不同的管道，流体可以把热量带走或者向其他设备供热。
10. 在这个过程中，外壳和管子之间的密封结构确保两种流体
不会混合。
总结起来，管壳式热交换器的工作原理是通过管壁将两种流体之间的热量进行传递，从而实现热能的交换。
它具有高效、可靠、结构紧凑等特点，在工业领域中得到广泛应用。
板式换热器和壳管式换热器有啥区别
板式换热器和壳管式换热器有啥区别一、换热器如何分类？按传热方式可分为：间壁式换热器、蓄热式换热器、流体连接间接式换热器、直接接触式换热器、复式换热器。
按用途可分为：加热器、预热器、过热器、蒸发器。
按结构可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。
二、壳管式与板式换热器不同点之一：结构1、壳管式换热器结构：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。
壳体多为圆柱形，内有管束，管束两端固定在管板上。
传热有两种热流体和冷流体，一种是管内流体，称为管侧流体；另一种是管外流体，称为壳侧流体。
为了提高管外流体的传热系数，通常在管壳内设置若干挡板。
挡板可以提高壳程内流体的速度，使流体按规定的距离多次穿过管束，提高流体的湍流度。
换热管可在管板上等边三角形或方形布置。
等边三角形布置紧凑，管外流体湍流程度高，传热系数大。
方形布置便于清洁管外，适用于易结垢的流体。
2、板式换热器结构：可拆卸板式换热器是由许多冲压有波纹薄板按一定间隔，四周通过垫片密封，并用框架和压缩螺钉重叠而成。
板和垫片的四个角孔构成了流体分配器和集液管。
同时，冷流体和热流体被合理地分离，以便它们在每个板的两侧被分离。
在通道中流动，通过板进行热交换。
三、壳管式与板式换热器不同点之一：分类1、壳管式换热器分类：（1）固定管板换热器管板与管壳两端管束为一体，结构简单，但仅适用于冷、热流体温差不大，壳程无需机械清洗时的换热操作。
当温差稍大，壳侧压力不太高时，可在壳上安装弹性补偿环，以减小热应力。
（2）浮头换热器管束一端的管板可以自由浮动，完全消除了热应力，整个管束可以从壳体中拉出，便于机械清洗和维护。
浮头换热器应用广泛，但其结构复杂，成本高。
（3）U形管换热器的每根管子弯成U形，两端固定在上下两区的同一管板上。
在管箱隔板的帮助下，分为进、出口两室。
换热器完全消除了热应力，其结构比浮头式结构简单，但管程不易清洗。
板式换热器与壳管式换热器-之比较
通过相邻的板之间的热对流和传导来实现传热，从而提高传热效率。
2
壳管式换热器
通过管道内流体和外壳内流体之间的热交换来实现传热，适用于高粘度介质。
3
根据需求选择
根据具体的工况需求选择合适的换热器类型，以实现最佳的传热效率。
结构与维护的比较
1 板式换热器
紧凑的设计，易于拆卸和清洗。适合对清洁性要求较高的应用。
成本和安装的比较
换热器类型 板式换热器 壳管式换热器
成本 相对较低 相对较高
安装 占地面积较小 通常需要较大的安装空间
根据项目预算和安装条件，选择更适合的换热器类型有助于提高性价比并降低工程成本。
比较优势
传热效率
板式换热器在相同条件下通常 具有更高的传热效率，能够更 好地满足大流量和高温差的需 求。
结构与维护
壳管式换热器相对于板式换热 器而言更易于清洗和维护，且 更适合处理高粘度介质。
适用范围
根据不同的工况需求，选择适 用的换热器类型有助于提高效 率和降低能耗。
传热效率的比较
1
板式换热器
Байду номын сангаас易于维护
材料不易生锈，并且可拆卸，便于清洗和维护。降 低了维修和停机时间。
壳管式换热器
耐压性好
由于采用金属外壳和管子，壳管式换热器能够承受更高的压力，适用于高压工况。
适用范围广
可处理各种液体和气体，适用于不同工业领域，包括制药、化工、电力等。
成本和安装
壳管式换热器通常需要较大的安装空间和更高的成本，但它们也具有更长的寿命和更好的耐 用性。
2 壳管式换热器
具备较大的容纳能力，易于进行维护和维修。适合处理高粘度介质。
3 权衡利弊
根据具体的应用场景，选择适合的换热器结构和维护方式，以实现长期稳定运行。
管壳式换热器ppt课件
类型与结构
类型
根据结构特点和使用要求，管壳式换热器可分为固定管板式 、浮头式、U形管式、填料函式等类型。
结构
主要由壳体、管束、管板、封头等组成，其中管束是换热器 的核心部件，通过两端固定在管板上，与壳体形成封闭空间 。
02
管壳式换热器的工作原理
传热原理
热传导
管壳式换热器中的传热过程主要 以热传导为主，热量从高温介质 传递到低温介质，通过管壁和壳
适用范围与限制
适用范围
管壳式换热器适用于高温高压的工况， 以及需要承受较大压力和温度变化的场 合。此外，由于其结构简单、可靠性强 ，管壳式换热器也常用于工业生产中的 加热、冷却和冷凝等操作。
VS
限制
管壳式换热器的传热效率较低，因此不适 用于需要高效传热的场合。此外，由于其 体积较大，管壳式换热器也不适用于空间 受限的场合。
在石油化工领域，管壳式换热器的优点包括高可靠性、耐高温高压、良好的热效 率以及适应性强等，使其成为该领域不可或缺的设备之一。
能源工业领域
能源工业是另一个管壳式换热器得到广泛应用的重要领域。在火力发电、核能发电、水力发电等过程中，管壳式换热器都扮 演着重要的角色。
在能源工业中，管壳式换热器被用于加热和冷却各种流体，如水、蒸汽、油等，以实现能量的转换和回收。其高效可靠的运 行对于提高能源利用效率和降低能源成本具有重要的作用。
维护方便
管壳式换热器的结构简单，拆装方便，便于进行维修和清 洗。
缺点
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传热效率较低
相比于其他类型的换热器 ，管壳式换热器的传热效 率相对较低。这是由于其 结构特点所决定的。
体积较大
管壳式换热器的体积较大 ，需要占用较多的空间。
2023热交换器型式与基本参数 第1部分
2023热交换器型式与基本参数第1部分2023热交换器型式与基本参数第1部分引言：热交换器作为工业生产过程中重要的热能转移设备之一，在化工、能源等行业有着广泛的应用。
了解热交换器的不同型式和基本参数，对于提高设备的效率和安全性具有重要意义。
本文将从深度和广度两个方面，对2023年热交换器的型式和基本参数进行全面评估，并探讨其在工业生产中的应用。
一、热交换器的定义和作用1.1 热交换器的定义热交换器是一种通过固体壁将两个流体之间的热量传递给对方的设备，通常用于加热或冷却流体。
1.2 热交换器的作用热交换器的主要作用是实现热能的互换，使热能得以高效利用。
它可以将高温流体的热量传递给低温流体，实现热能的回收和能量的节约。
二、2023年热交换器型式2.1 壳管式热交换器壳管式热交换器是目前应用最广泛的一种热交换器。
它由外壳、管束、管板等组成，通过管束将需要传热的流体分为两路，分别流经壳侧和管侧。
壳侧和管侧之间通过管束实现热量传递，管侧为传热体，壳侧为被换热体。
壳管式热交换器具有结构简单、传热效率高、适用范围广等优点，广泛应用于化工、电力、制药等领域。
2.2 板式热交换器板式热交换器是一种采用特种金属板片作为传热面的热交换器。
它通过将板片以固定间距叠加并封闭在外壳中形成多个交错的流体通道，实现传热效果。
板式热交换器具有传热效率高、占地面积小、清洗方便等优点，被广泛应用于食品加工、空调制冷等领域。
2.3 管壳式热交换器管壳式热交换器是一种以管子和外壳为主要构件的热交换器。
它通过管子将流体分为多个流道，实现传热。
管壳式热交换器结构简单，适用于高压、高温以及要求传热效率高的场合，广泛应用于电力、钢铁等行业。
三、2023年热交换器的基本参数3.1 传热面积传热面积是热交换器进行热量传递的重要参数，也是评价热交换器效果的基础指标。
传热面积越大，热交换器的传热效果越好。
3.2 热传导率热传导率是热交换器材料的一个基本参数，它反映了材料传递热量的能力。
热交换器原理与设计 2 管壳式热交换器重点内容
2 管壳式热交换器2.1管壳式热交换器的类型、标准与结构2.11类型和标准按其结构的不同一般可分：固定管板式、U型管式、浮头式和填料函式四种类型。
(1) 固定管板式热交换器是将管子两端固定在位于壳体两端的固定管板上，由于管板与壳体固定在一起，所以称之为固定管板式热交换器。
优点：结构比较简单，重量轻，在壳程程数相同的条件下可排的管数多。
缺点：壳程不能检修和清洗，因此宜于流过不易结垢和清洁的流体，当管束与壳体的温差太大而产生不同热膨胀时，常会使管子与管板的接口脱开，从而发生流体的泄漏。
为避免后患可在外壳上装设膨胀节。
膨胀节作用：只能减小不能完全消除由于温差而引起的热应力。
(2) U形管式热交换器管束由U字形弯管组成。
管子两端固定在同一块管板上，弯曲端不加固定，使每根管子具有自由伸缩的余地而不受其他管子及壳体的影响。
优点：①结构简单、省去一块管板和一个管箱，造价低。
②管束和管壳体分离，热膨胀时互不约束，需要清洗时可以将整个管束抽出，同时可消除热应力。
③管子两端固定在同一块管板上，弯曲端不加固定，使每根管子具有自由伸缩的余地而不受其他管子及壳体的影响。
缺点：①清除管子内壁的污垢却比较困难。
②弯曲的管子需要一定的弯曲半径，降低了管板的有效利用③损坏的管子也难于调换，U形管管束的中心部分空间对热交换器的工作有不利的影响。
这些缺点，使其应用受限。
(3) 浮头式热交换器两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，这一端称为固定端。
另一端的管板不与壳体固定连接而可相对于壳体滑动，这一端被称为浮头端。
优点：①管束的热膨胀不受壳体的约束，壳体与管束之间不会因差胀而产生热应力。
②清洗、检修仅将整个管束从固定端抽出即可进行，总之比较简单。
③对于管子和壳体温差大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况，浮头式热交换器能很好适应。
外号：内浮头式热交换器缺点：①浮头与管板法兰连接有相当大的面积，使壳体直径增大，在管束与壳体之间形成了阻力较小的环形通道，部分流体将由此处旁通而不参加热交换过程。
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殼管式熱交換器一、殼管式熱交換器簡介殼管式熱交換器(shell and tube heat exchanger)是一種結構簡單、製造容易、成本低廉且維護容易的熱交換器，雖然是緊緻度(compactness)較差，仍廣泛被應用於化工製程、動力廠、冷凍機械…等用途。
1-1 結構殼管式熱交換器視應用場合的不同也有許多形態的結構設計，美國的管式熱交換製造協會 TUBULAR EXCHANGER MANUFACTURES ASSCOCIATION (TEMA)所出版的 STANDARDS OF THE TUBULAR EXCHANGER MANUFACTURERS ASSOCIATION 一書中有各種型式殼範，設計殼管式熱交換器的工程師可自該書中得到設計上所需的基本資料，該書已於1988年發行第七版。
圖一為TEMA 記號AEP 之殼管式熱交換器之基本結構，其記號分類依前端板(FRONT END)、殼體(SHELL)及後端板(REAR END)的形式來分，如圖二所示。
1-2 LMTD 與 F熱交換器之熱傳方程式一般可用下式表示：F T UA Q M ∆= (1)其中Q 為熱傳量，U 為總包熱傳係數，A 為傳熱面積m T ∆為冷熱流體逆流(COUNTER FLOW)進行熱傳時之平均溫差，F 為其當其熱傳方式非逆流時之溫差校正因子，若冷熱兩流體之流向自始至終都維持向或平行(COUNTER or RARALLEL)則F = 1.0，而若非單純的逆向或平行，則F < 1.0，F 值可依實際情況查表或圖，如圖三即為殼側單通，而管側有2,4,6…通時之修正因子F 之圖。
m T ∆經簡單的熱傳理論分析可以發現到其型式為一對數平均值，而一般就稱之為對數平均溫差(LOG MEAN TEMPERATURE DIFFERENCE)，簡記為LMTD 。
LMTD 之取法為先取冷熱流體在各端點(前或後)之溫差，而後計算其對數平均，如圖四所示。
故()b a b a m T T In T T LMTD T ∆∆∆-∆==∆/ (2)a T ∆與b T ∆之比值若小於2，則以算術平均溫差所得到的值誤差小於 4 ﹪，故一般來說若前後溫差比值小，則用算術平均溫差亦可得到可被接受的結果。
圖三之溫差修正因子係依兩個參數P 及R 來查得，P 為熱交換器之所謂溫度效率(TEMPERATURE EFFICIENCY)，因此，我們可以發現到，若某一側流體維持固定溫，即P=0或R=0，則修正因子為1.0。
當熱容量比R 固定時，溫度效率P 大到某一值後，修正因子F 會遽降，若熱交換器在這種範圍下操作，表示該熱交換器為了提高溫度效率，使得真正的有效溫差大打折扣，而傳熱面積必需大幅增加，成本也大幅提高。
1-3 污垢因子(Fouling Factor)熱交換器之規格通常都必需包含污垢因子的說明，污垢因子在新機運轉時由於熱傳管表面仍十分乾淨，故污垢因子為零，而機器或製程在使用了一段時間後，由於髒東西或雜質附著於熱傳管表面，形成所謂污垢(FOULING or SCALE)，通常污垢都是熱傳導係數很小的物質，故使得熱交換器能力降低，當污垢大到使系統無法達到最低要求能力時，熱交換器便需要清洗或換新，為配合工廠或機器之維護，通常污垢因子之訂定是以其運轉一年所會產生之污垢量所造成影響仍能提供最小能力需求為準。
因此，污垢因子之決定依實際上系統的週邊設備或環境而定，污垢因子大則熱交換器必需作得愈大，相對的成本愈高。
若工作流體係封閉回路者，則其污垢因子應該會很小，若工作流體會與大氣接觸且沒有良好過濾裝置來清除雜質，則其污垢因子會較大。
工作流體會與熱傳管產生化學反應者，其污垢因子也會較大。
流速小的情況雜質較易沈澱，污垢因子也較大，流速大雖然污垢因子會較小，且熱傳係數大，但是摩擦力大，管材較易磨損且有振動問題之可能，壽命較短。
故如何決定這些相關因素通常有經驗值可依循，有些應用的污垢因子甚至有國家標準，設計時不可不察。
以殼管熱交換器之實驗設備而言，由於學校用水不經處理，其中雜質會在經年累月使用後沈澱在管壁上，污垢量愈來愈大，故比較前後期同學的數據亦可分析出污垢因子之成長。
污垢因子在熱交換器之熱傳方程式中的地位為熱阻抗，如下式：iioo i o o i i o o o F A A F kL d d A h A A h U ++++=π2)ln(11 (3)其中o U 為依管外熱傳面積o A 所定義之總包熱傳係數o h 為管外流體之熱傳係數i o A A ,分別為管外及管內傳熱面積i h 為管內流體之熱傳係數i o d d ,分別為熱傳管之外徑及內徑k 為傳熱管之熱傳導係數L 為熱傳管總長度i o F F ,為管外及管內壁之污垢因子圖一AEP 殼管式熱交換器之結構圖二TEMA 殼管式熱交換器之分類圖三殼側單通之殼管式交換器的溫差校正因子圖，圖中下標1為進口，下標2 為出口4a 平行流4b 逆向流圖四平行流及逆向流熱交換二、1-2熱交換器2-1 溫度分布殼管式熱交換器之殼側流體為單通，而管側有雙通是一種很基本的型式，如圖五為典型的這種殼管式熱交換器的流體溫度分布圖。
在圖五所示之1-2熱交換器中，管側流體對殼側流體有一通為逆向流，另一通為平行流，即此熱交換器為一逆向流熱交換器與一平行流熱交換器之組合，依方程式(2)所得之LMTD非其真正溫差，其真正的溫差必須由圖三求得溫差校正因子F來加以修正。
圖五1-2熱交換器之溫度分布圖殼管式熱交換器的殼側為了增強熱傳效果，通常會有許多擋板(BAFFLE)，因此殼側流體在進入熱交換器後會在管陣中穿越來回數次，其流場自然是紊性的，故殼側流體可視為完全混合而使溫度分布呈平滑地變化趨勢。
管側流體則在第一通先升溫到t，在第二通時再i逐步升溫到t。
2圖六另一種1-2熱交換器之溫度分布圖若1-2熱交換器之冷熱流體之進出口位置改變，如圖六，則其管側流體之溫度變化可能會在第二通時有降溫的現象發生。
這是因為第一通管側流體在其末端已與殼側進口端的最高溫度流體熱交換，其溫度可能高於仍在殼側中流動的工作流體之溫度，故當其逆向流回時，因為管側溫度高於殼側流體，故會形成熱能的回送，因此，經驗告訴我們，若溫差校正因子小於0.75，則不能用如圖六的進出口布置方式。
理論上，圖五與圖六的布置方式其溫度校正因子是相同的(KERN, PROCESS HEAT TRANSFER, 1950, McGrawHill)。
2-2 熱傳係數管側的熱傳係數可假設工作流體均勻分布於每一熱傳管中，用Dittus-Beolter方程式n(4).08.0023ReNu Pr其中n=0.4 加熱用(管側流體溫度較高)n=0.3 冷卻用(管側流體溫度較低)來求，此式為最常用之紊流經驗公式，平均誤差約%25±，用於水時之計算結果則約低估10 ﹪。
若經計算其雷諾數Re 為層流，則以層流的熱傳係數來算，由於壁溫通常不可能為常數，而熱通量是否為近似常數則依實際情況而定，故建議以Nu = 4去作估算應為可接受的方法。
殼側之熱傳是在一種非常複雜的情形下進行的，其熱傳係數與管陣布置方式、管陣與殼壁之間隙分布大小、擋板形式、擋板尺寸、擋板間隔、不同管通間之距離、流體進口處是否有擋板及擋板形式、是否有密封板(SEALING STRIP)都有關；因此，殼側之熱傳係數的預估事實上並無一個放諸四海皆準的經驗公式可用。
KERN(1950)建議，若擋板為25 ﹪橫切(HORIZONTAL CUT)則殼側熱傳係數o h 可依下式計算：14.02/155.0)()()(36.0w s e e o k c G D k D h μμμμ= (5)此式中之各參數的定義，可由圖七查得。
進一步的研究及工程上的需要則可參考 DANIEL A. DONOHUE, Heat Transfer and Pressure Drop in Heat Exchangers, Industrial and Engineering Chemistry, vol.41 No.11, pp.2499~2510。
由於殼側熱傳之預測非常複雜，設計者必需有經驗據輔佐，而且，因為影響殼側熱傳係數之參數非常的多，所以，在引用舊數據時必需確實掌握有原始製作時之加工圖面，在這種情形下，分析仍然有其必要性，透過計算分析才能瞭解任何一種改善方案之可能影響效應，再輔以成品的測試或實際運轉數據則可建立更進一步的資料庫。
圖七 殼側熱傳係數（KERN,1950）三、實驗測試本組殼管式熱交換器實驗系統之目的在於：1.培養學生對殼管式熱交換器之基本認識，透過實驗及數據之計算，對熱交換器之熱性能評估建立基本完整的認識。
2.透過實驗過程，瞭解量測數據之不準的意義，並建立儀表校正之需要的觀念。
圖八實驗系統流程圖3-1 實驗系統本實驗系統之流程圖如圖八所示，主要零組件包含：1-2熱交換器乙個面積式流量計兩個PT 100 溫度計四個可調式變壓器乙個泵浦乙個電熱水槽乙個電源開關殼管流體切換電磁閥四個熱交換器基本規格：殼：長800 mm，內徑156.3 mm管：不繡鋼管，OD=15.9 mm，ID=12.7 mm，32根正三角形排列，管距=21.2 mm擋板：25 ﹪橫切，ABS板，厚2 mm，11塊，間距64.8 mm3-2 電源供應由於本實驗使用電熱器作為熱水之熱源，故實驗時務必注意使用的安全性，基本上整組實驗系統已作了相當完善的安全防護措施，但在使用變壓器時電源供應之電壓最好不要超90伏特。
3-3 流量讀取及校正在本實驗系統中有兩個面積式流量計，分別為左流量計及右流量計，左流量計量取殼流體之流量，右流量計量取管側流體之流量。
其個別之校正為左流量計：20103.0087.11151.0XXY-+=(6)標準差min/095.0L±右流量計：2007.0018.12604.0XXY-+=(7)標準差min/249.0L±其中X=[器示值]，即依流量計刻度所讀到之值。
Y=[校正值]，即校正後的流量。
若不經校正，直接讀取流量計上之值，則左流量計之誤差為8±。
±，右流量計之誤差亦約為%8%3-4溫度讀取在實驗臺上，冷熱流體之進出口溫度均度同步顯示，偵測器(SENSOR)為PT 100，誤差C︒±1.0。
用變壓器調整輸入電熱器之電壓後，觀察自來水回流溫度之變化，當其溫度不再有C︒±1.0以上之變化時，記錄各點溫度及各流量值。
3-5 水流方向切換(已改為手動操作)當欲改變冷熱流體在殼側或管側以進行其差異之比較時，面盤上有一紅色鈕可供改變四個電磁閥之位置，為使其操作較順利，我們建議先關閉總電源，然後再送電，則系統的操作將較穩定。