(7)管壳式热交换器结构
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及结构
管壳式换热器的工作原理及结构随着科技高速发展的今天，换热器已广泛应用国内各个生产领域，换热器跟人们生活息息相关。
换热器顾名思义就是用来热交换的机械设备。
换热器是一种非常重要的换热设备，能够把热量从一种介质传递给另一种介质，在各种工业领域中有很广泛的应用。
尤其在化工、能源、交通、机械、制冷、空调等领域应用更广泛。
换热器能够充分利用工业的二次能源，并且能够实现余热回收和节能。
换热器分为很多类型，管壳式换热器是很普遍的一种。
管壳式换热器的传热强化技术主要包括管程和壳程的传热强化研究。
本文对管壳式换热器的原理进行简单介绍。
一、管壳式换热器的工作原理管壳式换热器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。
工作原理和结构图 1 [固定管板式换热器]为固定管板式换热器的构造。
A 流体从接管1流入壳体内，通过管间从接管2流出。
B流体从接管3流入，通过管内从接管4流出。
如果A流体的温度高于B流体，热量便通过管壁由A流体传递给B流体；反之，则通过管壁由B流体传递给A流体。
壳体以内、管子和管箱以外的区域称为壳程，通过壳程的流体称为壳程流体（A流体）。
管子和管箱以内的区域称为管程，通过管程的流体称为管程流体（B流体）。
管壳式换热器主要由管箱、管板、管子、壳体和折流板等构成。
通常壳体为圆筒形；管子为直管或U形管。
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。
管壳式换热器结构基础知识
4 折流板、支撑板、旁路挡板及拦液板的作用于结构
2）拉杆点焊结构，适用于换热管外径≤14mm的管束。拉杆的数量不少于四根，直径 不小于10mm。应尽量布置在管束的外边缘，对于大直径换热器，在布管区或靠近折 流板缺口处也应布置适当数量的拉杆。 4.2 旁路挡板 1、作用
阻止流体短路，迫使壳体流体通过管束进行热交换 2、结构及安装
s s (ts t0 )L
2020/7/14
5 温差应力
式中 αt，αs——分别为管子和壳体材料的温度膨胀系
数，1/℃； t0——安装时的温度，℃ tt ，ts——分别为操作状态下管壁温度和壳壁温
度，℃; 由于管子与壳体是刚性连接，所以管子和壳体的实际伸长量必须相等，见图c，因 此就出现壳体被拉伸，产生拉应力；管子被压缩，产生压应力。此拉、压应力就是 温差应力。这就是温差应力产生的原因。
本课程重点：固定管板式换热器的基本结构及其机 械设计
本课程难点：管、壳的分程及隔板 建议学时：8学时 适合对象：工艺员、技术员、检验员及班组长
2020/7/14
1 概述
换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。 换热器质量好坏的衡量标准： 1）先进性—传热效率高，流体阻力小，材料省； 2）合理性—可制造加工，成本可接受； 3）可靠性—强度满足工艺条件。 根据不同的目的，换热器可以分为： 1、冷却器（cooler）
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3 管板结构
3）菱形面积法 取管板上相邻四根管子之间的菱形面积，按弹性理论求此面积在均 布压力作用下的最大弯曲应力。由于此方法与管板实际受载情况相差较大，所以尽 用于粗略估算。 3.4 管程的分程及管板与隔板的连接 1、分程原因
当换热器所需的换热面积较大，而管子做得太长时，就得增大壳体直径，排列较 多的管子。此时，为了增加管程流速，提高传热效果，须将管束分程，使流体依次 流过各程管子。
管壳式换热器的工作原理及结构
管壳式换热器的工作原理及结构（山东华昱压力容器有限公司，济南250305）随着今天快速发展的科技，换热器已广泛运用于我国各个生产区域，换热器跟人们生活一脉相连。
用来热交换的机械设备就是所谓的换热器。
本文综述了管壳式换热器的工作原理及结构。
标签：管壳式换热器;工作原理;结构1 管壳式换热器的工作原理属于间壁式换热器的就是管壳式换热器，其换热管内组成的流体通道称为管程，换热管外组成的流体通道称为壳程。
管程以及壳程分别经过2个不一样温度的流体时，温度相对高的流体经过换热管壁把热量传递给温度相对低的流体，温度相对高的流体被冷却，温度相对低的流体被加热，进而完成两流体换热工艺的目标。
（工作原理和结构见图1）管壳式换热器关键由管箱、管板、管子、壳体以及折流板等组成。
一般圆筒形为壳体;直管或U形管为管子。
为把换热器的传热效能提高，也能使用螺纹管、翅片管等。
管子的安排有等边三角形、正方形、正方形斜转45°以及同心圆形等几种方式，最为常见的是前面三种。
依照三角形部署时，在一样直径的壳体内能排列相对多的管子，以把传热面积增加，但管间很难用机械办法清洗，也相对大的流体阻力。
在管束中横向部署一些折流板，引导壳程流体几次改变流动目标，管子有效地冲刷，以把传热效能提高，同时对管子起支承作用。
弓形、圆形以及矩形等是折流板的形状。
为把壳程以及管程流体的流通截面减小、流速加快，以把传热效能提高，能在管箱以及壳体内纵向安排分程隔板，把壳程分为二程以及把管程分为二程、四程、六程以及八程等。
管壳式换热器的传热系数，水换热在水时为1400～2850瓦每平方米每摄氏度〔W/（m（℃）〕;气体用水冷却时，为10～280W/（m（℃）;水蒸汽用水冷凝时，为570～4000W/（m（℃）。
2 管壳式换热器依据结构特征能分为下面2类2.1 刚性构造的管壳式换热器：固定管板式是这种换热器的另一个名称，一般能可分为单管程以及多管程2种。
在两块管板上换热器的管端以焊接、胀接、胀焊并用的办法固定，而管板则以焊接的办法以及壳体相连。
管壳式换热器
管壳式换热器的类型、标准与结构
3) 浮头式换热器
结构：两端管板一端与壳体用法兰固定联接，称为固定端。另
一端管板不与壳体联接而可相对于壳体滑动，称为浮头端。由于 浮头位于壳体内部，故又称内浮头式换热器。
特点： （1）管束的热膨胀不受壳体的约束，故壳体与管束之间不会因
差胀而产生热应力；
（2）在需要清洗和检修时，可将整个管束从固定端抽出；
安装：焊接在管箱上，在管板上设分程隔板槽，槽的宽度、深度
及拐角处的倒角等均有具体规定。
管壳式换热器的类型、标准与结构
常见管板分程布臵
管壳式换热器的类型、标准与结构
折流板和支持板
作用：（1）使流体横掠管束，增大传热系数；（2）支撑管束；
（3）防止管束振动和弯曲。
常用形式：（1）弓形折流板，（2）盘环形(或称圆盘一圆环形)
管板与壳体的不可拆连接
对于U形管式、浮头管式等设备，为使壳 程便于清洗，常将管板夹在壳体法兰和管箱法 兰之间构成可拆连接。
管板与壳体的可拆连接
管壳式换热器的类型、标准与结构
分程隔板
目的：将换热器的管程分为若干流程，提高流速，增大传热系数 原则：（1）每一程管数大致相等；（2）分程隔板的形状简单，
管壳式换热器的类型、标准与结构
管壳式换热器的类型、标准与结构
管壳式换热器的类型、标准与结构
管子在管板上的固定与排列
1) 管子在管板上的固定 原则：保证连接牢固，不产生大的热应力； 方法：（1）胀接；（2）焊接；（3）胀焊并用； 胀接：基本连接方式，但压力温度受限
压力低于4MPa，温度低于300oC
折流板，（3）扇形折流板，（4）管孔形折流板
在弓形折流板中，流动死区较小，结构简单，因而用得最多； 盘环形结构比较复杂，不便清洗，一般用在压力较高和物料比较清 洁的场合；扇形和管孔形的应用较少。
管壳式换热器
4、管子型式的选择（Choose the type of pipe）
管壳式换热器又称列管式换热器。管壳式换热器具有处理能力大适应性强，可靠性高， 设计和制造工艺成熟，生产成本低，清洗较为方便等优点，是目前生产中最为广泛使 用的一种换热设备。
管壳式换热器的设计和选用除了满足规定的化工工艺条件外，还需满足下列各项基本 要求：
（1）换热效率高； （2）流体流动阻力小，即压力降小； （3）结构可靠，制造成本低； （4）便于安装、检修。
管子一般都用光管，因为其结构简单、制造方便，但它强化传热的性能不足。为了强化传热，可 选用特殊型式的管子：
几种异形管
a）扁平管 b）椭圆管 c）凹槽扁平管 d）波纹管
纵向翅片管
a）焊接外翅片管 b）整体式外翅片管 c）镶嵌式外翅片管 d）整体式内外翅片管
径向翅片管
螺纹管
6.2.2 管子与管板的连接（Connection of Tube and Tube Plate）
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
缺点：胀接结构随温度的升高，管子或管板材料会产生高温蠕变，使接头处应力松弛或逐渐消失， 使连接处发生泄漏，造成连接失效。因此胀接结构只适用于温度不超过300℃、压力不超过4MPa 的场合。
第十二章管壳式换热器
3 管板设计方法简介
（1）管板当作受均布载荷的实心圆平板， 按弹性理论求解弯曲应力； （2）管束作为弹性基础，计算各种载荷作 用下的弯曲应力； （3）取相邻四个管板孔间的菱形，按弹性 理论，计算均布载荷下的最大弯曲应 力。
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4 管程分程及管板与隔板的连接
（1）换热面积较大，要进行分程 a.管子太长，设备长径比过大，浪费材料； b.增加流速，提高传热效果。 （2）分程要求： a.各程管数大致相同； b.相邻程管壁温差不大于28℃； c.隔板形状应简单。 （3）常用管程数为：1，2，4，6，8，12。
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管与管板焊接形式：
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（3）胀焊并用
克服了单纯的焊接及胀接的缺点，主要 优点是： 连接紧密，提高抗疲劳能力； 消除间隙腐蚀和应力腐蚀； 提高使用寿命。 施工方式：先胀后焊；先焊后胀。 胀接——贴胀；强度胀。 焊接——密封焊，强度焊。 根据不同情况具体制定施工工艺。
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三 换热管排列形式
1 排列方式 （1）正三角形和转正三角形排列
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分程举例： 2程——
4程——
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（4）分程隔板及其与管板间的密封
管箱结构：
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四 其它附件的作用与结构
1 折流板及支撑板
作用：a.提高壳程流体流速，改变流动方向— 提高传热效率。b.支撑换热管。 形式：a.弓形；b.圆盘-圆环形；c.扇形。
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2 旁路挡板
壳体与管束之间 存在有较大间隙 时，为避免流体 走短路，沿纵向 设置板条，迫使 流体穿过管束。
（4）填料函式换热器
特 点
1.一端可自由伸缩— 不产生热应力； 2.管束可以抽出，管内外均易清洗； 3.填料将壳程介质与外界隔开，易外漏， 介质受限制； 8
管壳式换热器结构设计与强度计算中的重要问题
管壳式换热器结构设计与强度计算中的重要问题管壳式换热器是一种常用的热交换器结构，其结构设计和强度计算是非常重要的问题。
在设计和计算过程中，需要考虑许多因素，包括材料选择、壳体和管道的结构、支撑和密封等。
以下是管壳式换热器结构设计和强度计算中的一些重要问题：1、材料选择选择合适的材料是管壳式换热器设计中最基本的问题之一。
材料应该具有足够的强度，耐腐蚀能力强，且具有良好的导热性能。
一般使用不锈钢、钛合金、镍基合金、铜合金等材料。
2、壳体和管道的结构壳体的结构应该具有足够的强度和刚度，以承受内部压力和外部载荷。
壳体由壳体头和壳体筒组成，一般采用对接或法兰连接方式。
管道的结构应该考虑流体的流动特性和换热流程的要求，一般采用不同的形状、长度和数量的管子，以满足流体的流量和换热效果要求。
3、支撑和密封在运行过程中，管壳式换热器需要足够的支撑和密封，以保证安全和稳定的运行。
支撑应该均匀，以避免管子的弯曲和扭转，导致热交换效率下降。
密封应该具有良好的密封性能，以避免流体泄漏或渗透，导致系统失效。
4、强度计算强度计算是管壳式换热器设计和制造中最重要的问题之一。
强度计算主要包括壳体和管子的强度计算、法兰连接的强度计算、焊接接头的强度计算等。
强度计算需要考虑不同的载荷情况、温度变化、材料蠕变等因素，以保证管壳式换热器在不同的工作条件下都具有足够的强度和安全性。
总之，管壳式换热器结构设计和强度计算是非常重要的问题，需要深入研究和细致分析，并结合实际应用要求进行优化和改进，以满足不同工况下的热交换需求。
《热交换器原理与设计》管壳式热交换器设计21-23
内容 :
管程流通截面积 确定壳体直径 壳程流通截面积
进出口连接管尺寸
一、管程流通截面积的计算 单管程热交换器的管程流通截面积为：
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At Mt /twt
式中： At——为管程流通截面积，m2；
Mt——为管程流体的质量流量，Kg/s； ρt——为管程流体的密度，Kg/m3； Wt——为管程流体的流速，m/s；
水平 竖直
竖直 转角
（a） (a单 )单弓形 （ 弓a） 形单弓形
转角
过程设备设计
(c（)三C）弓三弓形形 （C）三弓形
(b)双(弓 b形 )双(b弓)双形弓形
(d)（ 圆d） 盘四弓 -圆形环形（d）四弓形
弓形缺口高度h 应使流体流过缺口时与横向流过管束时的流速相近
缺口大小用弓形弦高占壳体内直径的百分比来表示， 如单弓形折流板，h=(0.20～0.45)Di，最常用0.25Di。 13
作用: a. 减小跨距→防振 b.支承管子→增加管子刚度，防止管子产生过大挠度
形状尺寸: 同折流板
最大无支撑跨距:
换热管外径
10 12 14 16 19 25 32 38 45 57
最大无
钢管
- - 1100 1300 1500 1850 2200 2500 2750 3200
支撑跨距
有色金属 管
750
a1 a2 a3
a2
Dmh1
d0 sn
As a2a3
a3——盘周至圆筒内壁截面减去该处管子所占面积
Dm——环内径D1和盘径D2的算术平均值
sn ——与流向垂直的管间距
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第三节 管壳式热交换器的传热计算
一、传热系数的确定
经验选用数据
换热器图
冷水塔结构
•
冷水塔结构
•
冷水塔结构
•
2 管壳式热交换器
•
分程隔板
管壳式换热器
•
单程列管式换热器
• • 1 —外壳 2—管束
单程列管式换热器 3、4—接管 5—封头 6—管板 7—挡板
双程列管式换热器
• 双程列管式换热器 • 1—壳体 2—管束 3—挡板 4—隔板
U型管式
特点：结构较浮头简单；但管程不易清洗。
圆缺形与圆盘形折流挡板
热管空调应用
• 在各类工厂空调通风换气中，冬季回收 排风中的热量予热新风；夏季回收排风 中的冷量予冷新风；回收工艺设备排风 中的热量予热送风，达到节能的目的
3.5 热管热交换器
• 用途：早期用于宇航的热控制，现在扩展 到余热回收(热管空气预热器)、电子工业 (如晶体管散热)、新能源。
4.1 冷水塔
• 铜铝翅片管是由铜管和铝管经复合后在 轧制出翅片的散热管，表面均经阳极化 处理，色泽美观大方，且能有效的防止 表面腐蚀
翅片管
• 碳钢肋片管 开齿型 整体型
翅片管
• 翅片管
翅片管散热器
热管式换热器
•
气---液式热管换热器 应用于石油、化工行业的气---气热管式换热器
用于电站锅炉20万机组的热管式 空气预热器
热管空调应用
• 在各类工厂空调通风换气中，冬季回收 排风中的热量予热新风；夏季回收排风 中的冷量予冷新风；回收工艺设备排风 中的热量予热送风，达到节能的目的
热管空调应用
• 在各类工厂空调通风换气中，冬季回收 排风中的热量予热新风；夏季回收排风 中的冷量予冷新风；回收工艺设备排风 中的热量予热送风，达到节能的目的
螺旋板的流道结构形式
管壳式换热器(列管式换热器)
《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002
3）、相关标准图
05R103 热交换站工程设计施工图集
01S122-1～10水加热器选用及安装
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。
[编辑本段]
管壳式换热器类型
由于管内外流体的温度不同，因之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。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型：
3）、各类阀门和仪表的安装高度应便于操作和观察。
4）、加热器上部附件（一般指安全阀）的最高点至建筑结构最低点的垂直净距应满足安装检测的要求，并不得小于0.2m。
[编辑本段]
4、执行标准
1）、产品标准
《管壳式换热器》GB151-1999
《导流型容积式水加热器和半容积式水加热器(U型管束)》CJ/T 163-2002
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。
管壳式热交换器第一部分
折流板是设置在壳体内与管束垂直的弓形或圆 盘－圆环形平板，如图所示。安装折流板迫使 壳程流体按照规定的路径多次横向穿过管束， 既提高了流速又增加了湍流速度，改善了传热 效果，在卧式换热器中折流板还可起到支撑管 束的作用。但在冷凝器中，由于冷凝传热系数 与蒸汽在设备中的流动状态无关，因此不需要 设置折流板。
管壳式换热器的分类
管壳式换热器的主要组合部件有前端管箱， 壳体和后端结构（包括管束）三部分。一 般按照结构分类:
固定管板式换热器 Ｕ形管式换热器 结构分类 浮头式换热器
填料函式换热器 滑动管板式、双管板式、薄管板式等
（一）固定管板式换热器
固定管板式换热器
优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力， 造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管 或更换。 缺点：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生 较大的热应力。
U形管式换热器
U型管式换热器
优点：结构简单，价格便宜，承受压力能力强，不会产生 热应力。 缺点：布管少，管板利用率低，管子坏时不易更换。 适用场合：壳侧可以抽出管板和壳体清洗、管侧不易。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。
（四）浮头式换热器
浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的 管板可壳体内自由滑动，叫做浮头。此种又称内浮 头。 由于浮头可以滑动，管束膨胀是自由的，故当两介 质的温差较大时，化解管束和壳体之间温差应力的 应变。 浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的装入或抽 出壳体。（也可设计成不可拆的）。这样为检修、 清洗提供了方便。 但该换热器结构较复杂，而且浮动端盖小，在操作 时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别注意其 密封。 浮头端盖法兰造成管束和壳体间间隙大，不利于换 热。
管壳式换热器泄漏原因分析与处理预防策略
管壳式换热器泄漏原因分析与处理预防策略摘要：换热器在化工，石油，电力，食物和其他很多行业中起着非常关键的作用，是化工生产的主要传热装置，可以用作加热器，冷却器，冷凝器；而在这些设备中，管壳换热器由于结构紧凑，操作灵活，材质选择范围广而得到了广泛的应用。
根据管壳式换热设备在使用过程中经常会遇到的一些常见的泄漏问题，文章简要地介绍了管壳式换热设备的构造，论述了管壳式换热器在行业中的地位和目前的应用情况，并就管道泄漏的成因进行了相应的剖析；同时，根据管壳换热装置的工作特性及工作机理，给出了相应的防范对策，并且对管壳热交换器的泄漏进行了分析，并就如何提高其密封性进行了讨论，可供换热设备的操作与管理一些借鉴。
关键词：管壳式换热器；泄漏；处理预防前言管壳换热器是一种常用的换热装置，与其他类型的间壁式换热器比较，该换热器具有更大的换热面积和更高的换热效率。
装置结构紧凑，结构坚固，可选择不同的材质进行加工，具有很好的适用性，特别应用在高温高压条件以及大型设备上。
1 管壳式换热器概述1.1管壳式换热器结构图1 管壳式换热器结构示意图换热管道数为331，管道程为气体，外壳为气体；气流呈顺时针方向流动。
为了使流体更加均匀地流入管程或壳程管箱内，在管道或壳程管箱内都设有流体分布装置。
另外，在壳侧设置3个弧型挡板，用于支承换热管束并调节流体的流向，以增加流体速度及紊流度，并加强流体在壳侧的对流换热。
管-壳热交换器的具体结构参数见表1。
表1 管壳式换热器结构尺寸1.2在工业领域的作用及其使用现状热换器属于一种用于两种或多种流体之间进行热交换的设备。
在实际应用中，换热器的最大功能就是将高温的热能从高温的流体中转移到低温的流体中，从而让产品的温度达到工艺流程中的要求，是化学，石油，电力，食品，轻工业，原子能，医药等众多行业中得到普遍应用的通用装置。
在化工企业中，换热设备的投入一般占10%-20%，对于精炼企业来说，这类项目的投入大约在35%到40%之间。
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管壳式热交换器结构
弓形折流板 2、结构设计： 间距：间距过小，阻力过大；间距过大， 不能充分横掠，换热效果差,具体见P50表 2.5 缺口高度：弦高取壳体内径20～45％，一 般取25％ 厚度：一般较管壁厚一倍，最薄约3mm， 见P50表2.6.
1、壳体
2.1 管壳式热交换器的结构
壳体型式在传热计算之前确定，是管子、管板设计 的基础 设计要求：满足强度、刚度、稳定性、耐久性、 节约材料等要求，制造、安装、运输、 维修力求方便 设计方法： 内径按标准选取，无缝钢管159、273、325； 钢板卷制400、500、600、800及以上。 选用合理长径比，一般取4~25，通常选用6~10， 立式热交换器取4~6。
DL Di 2b1 b2 b b 当Di 1000mm时，b 3mm；当Di 1000~ 2600 时，b 4mm b1 Di 600mm时，b1 3mm;Di 600mm时，b1 5mm b2 b2 bn 1.5mm bn Di 700mm时，bn 10mm;Di 700mm时，bn 13mm.
2、管子在管板上的固定与排列 管子间距 管板上两根管子中心线的距离称为管间距， 其大小主要与管板强度和清洗管子外表所需间隙、 管子固定方式等有关。 间距太小，不能保证焊接质量和胀管强度要 求；钢制管壳式热交换器最小管间距按书中表2.3 所示。
2、管子在管板上的固定与排列 8)布管限定圆 布管限定圆是由于热交换器 管束外缘需要受壳体内径限 制而提出的一个定义，进行 热力计算时需要应用，其数 值根据壳体内径和热交换器 结构型式确定。
2.1 管壳式热交换器的结构
2、管子在管板上的固定与排列 管子外形： 尽量采用光管。特殊管形在强化换热等特殊场合才 有应用。 管子直径： 尽量采用标准管径，在结构和经济性方面均有 好处； 管子长度： 尽量采用标准管长或将其等分。 管子材料： 应根据工作压力、温度和介质腐蚀条件确定， 可选用碳钢、不锈钢、铜、塑料和石墨等。
整圆型折流板
即能支撑管子，又能让流体流过管孔，流体从间隙 流过时，产生射流，形成湍流，强化壳程传热同时 对管子有冲刷和自清洁作用，从而消除管子结垢和 垢下腐蚀。
折流杆
图1 折流杆的结构形式
折流杆式支承结构 管壳式换热器中代替折流板的折流杆式支 承结构 （ 1）使换热器壳程流体的流动方向主要呈 轴向流动，消除了弓形折流板造成的传热 死区。 （2）由于壳程介质为轴向流动，没有弓形 折流板那么多转向和缺口处的节流效应， 因而流动阻力比较小，一般为传统弓形折 流板的50%以下，达到了节能的效果。
管壳式热交换器结构
折流板 作用：使流体横流过管束，增强换热 支撑管束，防止管束振动和弯曲 设置要求：由于折流板只是限制流动，所 以折流板和壳体间可以存在漏流，因而在 结构布置及安装上较易实现。
管壳式热交换器结构
折流板的形式 弓形折流板（最常用） 盘环形折流板 扇形折流板 管孔形折流板
管壳式热交换器结构
管板与壳体的连接分可拆和不可拆两种
管板厚度受材料强度、介质压力、温度和压差、温 差以及管子和外壳的固定方式和受力状况等因素影 响。如何选取按照国标GB151-99规定执行。
2.1 管壳式热交换器的结构
3、管板
管板与管子用胀接法连接时，管板的最小厚度（不包括腐 蚀裕量）规定，见下表； 当用焊接法连接时，最小厚度要满足结构设计和制造的要 求且不小于12mm.
管壳式热交换器结构
挡管 设置在分程隔板后面，防止壳程流体流 动短路影响换热效果。
管壳式热交换器结构
旁路挡板 减小管束外环间隙的流动短路，用在浮 头式热交换器中。
管壳式热交换器结构
防冲板和导流筒
设置防冲板和导流筒遵循的条件
（a）非腐蚀性的单相流体，ρυ2＞2230kg/(m s2)。
(b)其他流体，包括沸点下的液体， ρυ2＞740kg/(m s2)。 有腐蚀或有磨蚀的气体、蒸汽及汽液混合物，应设防冲 板。
当壳程进出口接管距管板较远，流体停滞区过大时， 应设置导流筒，以减小流体停滞区，增加换热管的有效换热 长度。
管壳式热交换器结构
防冲板 作用：防止高速流体冲刷入口管束
管壳式热交换器结构
导流筒 作用:(1)流体均匀流入 (2)防止冲刷 (3)减小接管处的死区
管壳式热交换器结构
进出口设计
管程：考虑流型对于压降和换热的影响 壳程：考虑对管束冲击、磨损、振动等
管壳式热交换器结构
弓形折流板 3、安装固定： 配套结构： 拉杆、定距管 拉杆单侧固定， 用螺纹拧入管板， 定距管确定折流 板间距，最后一 块折流板用螺母 固定。
管壳式热交换器结构
弓形折流板 拉杆直径和数量：见P51表2.7，最小直径 10mm，最少数量4根。（计算时要考虑拉 杆所占流通截面面积）
4、分程隔板 优点： 1、改善长管结构 2、提高流速，增强对流换热 缺点： 1、结构复杂，工作稳定性差 2、阻力增大 3、隔板占去位置，减少换热管布置 4、隔板位置在壳程会形成短路空间，不利于 流体充分换热 5、流体穿过隔板垫片短路的机会增多
4、分程隔板
管壳式热交换器结构
纵向隔板 作用：壳程分程 设置要求：在U形管壳式热交换器中常用，一般 不超过两块 优点：增强湍流流动，提高流速，强化传热 缺点：1、结构复杂，安装难度大 2、阻力增大 3、容易泄漏 4、隔板两侧存在热泄漏
（3）结垢速率变慢，延长了操作周期。 （4）消除了弓形折流板造成的局部腐蚀和磨 损（或切割）破坏，改善了换热管的支承情 况和介质的流动状态，消除或减少了因换热 管的振动而引起的管子破坏，延长了换热器 的使用寿命。
管壳式热交换器结构
支持板 没有折流板安装要求时，可以布置一 定数量的支持板来支撑换热管，防止产生 过大挠度。见P50表2.6
2、管子在管板上的固定与排列 管子排列 常用排列方式： 1）等边三角形排列（正六角形排列法）法、同心 圆排列法和正方形排列法。
2、管子在管板上的固定与排列 组合排列 在多管程热交换器 中，多可采用组合 排列，由于分程隔 板占据布管空间， 实际布管需要作图 确定；
ห้องสมุดไป่ตู้ 2、管子在管板上的固定与排列
转角排列法
2.1 管壳式热交换器的结构
3、管板
2.1 管壳式热交换器的结构
4、分程隔板
作 用：管程分程 设置要求： 1、每一程管数大致相等，保证流通截面积一致，减少阻力 损失。 2、隔板形状力求简单，密封长度尽量短 3、所采取的程数有1、2、4、6、8、10、12 等七种程数。 4、设计中避免温度交叉现象 5、相邻程间平均壁温不超过28℃.
2、管子在管板上的固定与排列
8)布管限定圆
对于固定管板，U型管 热交换器
DL Di 2b3
b3 固定管板式， U型管式热交换器管束 最外层换热管表面至壳 体内壁的最短距离 b3 0.25d且不小于8mm。
2.1 管壳式热交换器的结构
3、管板 作用：布管，分隔不同的换热介质（非传热部件）
螺旋折流板
■通常普通的弓形折流 板能造成曲折的流道 系统（Z字形流道）， 这样会导致较大的死 角和相对高的返混。
■提出了一种新方案， 即建议采用螺旋状折 流板
■设计原理：将圆截面 的特制板安装在“拟 螺旋折流系统”中， 每块折流板占换热器 壳程中横剖面的四分 之一，其倾角朝向换 热器的轴线，即与换 热器轴线保持一定倾 斜度。相邻折流板的 周边相接，与外圆处 成连续螺旋状。
课后总结
管壳式热交换器基本部件有哪些，选 用原则和优缺点分析？结构部件有哪 些，设计原则和功能分析？
小直径管？长管？管子排列？
2、管子在管板上的固定与排列 管子在管板上的固定 胀接法： 工作参数较低，使用压力低于4MPa，温度低 于300℃。 焊接法： 高温高压条件下
其它：爆炸胀接、爆炸焊接、液压胀管、粘胀法等
2、管子在管板上的固定与排列 管子排列
原则： 1）保证管板有必要的强度，而且管子和管板的连 接要坚固和紧密； 2）设备要尽量紧凑，以便减小管板和壳体的直径， 并使管外空间的流通截面减小，提高管外流体的流 速。 3）制造、安装和修理、维护简便。