管壳式换热器培训资料
第十章管壳式换热器
第⼗章管壳式换热器第⼗章管壳式换热器第⼀节管壳式换热器基本知识【学习⽬标】学习GB151-1999《管壳式换热器》，了解该标准适⽤范围及相关定义、规定。
了解管壳式换热器型号表⽰⽅法。
⼀、GB151《管壳式换热器》标准适⽤范围GB151-1999《管壳式换热器》标准规定了⾮直接受⽕管壳式换热器（已下简称“换热器”）的设计、制造、检验和验收的要求。
GB151-1999《管壳式换热器》1 “范围”⼆、换热器型号表⽰⽅法GB151-1999《管壳式换热器》标准第3章“总则”中，规定了换热器型号的表⽰⽅法。
1、换热器的主要组合部件（GB151图1）图10-1 AES、BES浮头式换热器1-平盖；2-平盖管箱（部件）；3-接管法兰；4-管箱法兰；5-固定管板；6-壳体法兰；7-防冲板8-仪表接⼝；9-补强圈；10-壳体（部件）；11-折流板；12-旁路挡板；13-拉杆；14-定距管；15-⽀持板；16-双头螺柱或螺栓；17-螺母；18-外头盖垫⽚；19-外头盖侧法兰；20-外头盖法兰；2、换热器型号的表⽰⽅法采⽤碳素钢、低合⾦钢冷拔钢管做换热管时，其管束分为Ⅰ、Ⅱ两级：Ⅰ级管束——采⽤较⾼级、⾼级冷拔钢管；Ⅱ级管束——采⽤普通级冷拔钢管。
⽰例：a ）浮头式换热器平盖管箱，公称直径500mm ，管程和壳程设计压⼒均为1.6MPa ，公称换热⾯积54m 2，碳素钢较⾼级冷拨换热管外径25mm ，管长6m ，4管程，单壳程的浮头式换热器，其型号为：4256546.1500----AES Ⅰ b ）固定管板式换热器封头管箱，公称直径700mm ，管程设计压⼒2.5MPa ，壳程设计压⼒1.6MPa ，公称换热⾯积200m 2，碳素钢较⾼级冷拨换热管外径25mm ，管长9m ，4管程，单壳程的固定管板式换热器，其型号为：42592006.15.2700----BEM Ⅰ c ）U 形管式换热器封头管箱，公称直径500mm ，管程设计压⼒4.0MPa ，壳程设计压⼒1.6MPa ，公称换热⾯积75m 2，不锈钢冷拨换热管外径19mm ，管长6m ，2管程，单壳程的U 形管式换热器，其型号为：2196756.10.4500----BIU f ）填料函式换热器平盖管箱，公称直径600mm ，管程和壳程设计压⼒均为1.0MPa ，公称换热⾯积90m 2，16Mn 较⾼级冷拨换热管外径25mm ，管长6m ，2管程，2壳程的填料函浮头式换热器，其型号为：22256900.1600----AFP Ⅰ三、换热器部分定义及规定GB 151标准许多定义和规定是与GB 150⼀致的，以下内容摘录了⼀部分不同于GB 150的规定。
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市场前景
随着科技的不断进步和工业的快速发展，管 壳式换热器的应用领域将不断扩大。同时， 随着环保意识的提高和节能减排政策的实施， 高效、节能、环保的管壳式换热器将成为未
来市场的主流产品。
02
HTRI软件简介及功能
HTRI软件发展历程
01
初始开发阶段
HTRI软件最初由美国Heat Transfer Research Inc.公司开发，专注于管
04
HTRI在管壳式换热器设 计中的应用
工艺流程模拟与优化
工艺流程建模
使用HTRI软件对管壳式换热器工艺流程进行 建模，包括输入工艺参数、物性数据和设备尺 寸等。
模拟计算
通过软件内置的算法和模型，对工艺流程进行模拟计 算，得出各物流的温度、压力、流量和物性变化等关 键参数。
优化设计
根据模拟结果，对换热器的结构、尺寸和布局 等进行优化设计，以提高换热效率和降低能耗。
换热器类型选择依据
传热方式
根据工艺要求选择合适的传热方式，如并流、逆 流或错流。
操作条件
根据操作压力、温度、流量等条件选择合适的换 热器类型。
ABCD
流体性质
考虑流体的物理性质（如密度、粘度、比热容等） 和化学性质（如腐蚀性、结垢性等）。
经济性
在满足工艺要求的前提下，考虑换热器的制造成 本、运行费用和维修费用等因素。
壳式换热器的热工水力设计计算。
02
逐步完善阶段
随着技术的发展和用户需求的变化，HTRI软件逐步增加了新的功能模
块，如振动分析、腐蚀预测等，并不断优化算法以提高计算精度和效率。
03
广泛应用阶段
目前，HTRI软件已成为全球范围内广泛应用于石油、化工、制冷等领
管壳式换热器讲义
GB151-1999 管壳式换热器GBl51―1999《管壳式换热器》规定了管壳式换热器在设计、制造、检验要求。
1 GBl51适用范围1.1 适用参数GBl51规定了标准的适用参数范围见表1.1。
表中同时列出了国外常用管壳式换热器的标准。
表1.1 适用参数范围标准DN (mm) PN (MPa) DN·PN 注GB 151 ≤2600 ≤35 ≤17500 （1）TEMA ≤2540（100”）≤20.684（3000psi）≤17500（100000）（2）ASMEⅧⅠ没有具体参数规定，主要提供了U型和固定管板的设计计算规则。
UHX篇API660ISO 16812 没有具体参数规定，体现用户对换热器的要求。
（1）GB 151中1.2：超出上述参数范围的换热器也可参照本标准进行设计与制造。
（2）TEMARCB-1.11 规定这些参数的意图是限定壳壁最厚约为3（76mm）、双头螺栓的最大直径为4″（102mm）。
是对换热器制造商的要求。
（3）上述各标准，均适用于固定、U形、浮头、填函式换热器。
（4）TEMA将换热器按使用场所分为三级，“R”---用于石油及一般工艺过程的严格要求场合；“C”---用于工业及一般工艺过程的中等要求场合；“B”---用于化工过程场合标准限定最大设计参数范围是为了避免过于笨重的、结构上的不合理设计。
对于超出上述参数范围的换热器，特别是工程中可能遇到的中、低压大直径(超过DN2600mm)换热器，作为设备整体在结构尺寸合理设计的前提下完全可以应用标准给出的设计原则。
对于管壳式换热器的关键零部件管板的设计计算，GB 151对管板进行了尽可能详尽的力学分析，从本质上讲可以认为就是一种分析设计方法，只是为了能够利用图表公式进行计算在公式推导过程中作了某些简化和结构参数的限定，完全可以用于更大设计参数的管板设计。
仅对管板等个别零部件进行应力分析计算并不等于对换热器进行“应力分析设计”。
管壳式换热器结构基础知识
管壳式换热器结构基础知识
质管部
2020/7/14
管壳式换热器结构基础知识
1 概述 2 管子的选用及其与管板的联接 3 管板结构 4 折流板、支撑板、旁路挡板及拦
液板的作用与结构
5 温差应力 6 管箱与壳程接管 7 管壳式换热器的机械设计举例
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管壳式换热器结构基础知识
加工成规则的长条状，长度等于折流板或支承板的板间距，两端焊在折流板或支承 板上。
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4 折流板、支撑板、旁路挡板及拦液板的作用于结构
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4 折流板、支撑板、旁路挡板及拦液板的作用于结构
4.3 拦液板 作用：立式冷凝器中起 到截拦液膜作用。在立 式冷凝器中为减薄管壁 上的液膜而提高传热膜 系数。
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3 管板结构
2、分程原则 ① 各程换热管数应大致相等； ② 相邻程间平均壁温差一般不应超过28℃； ③ 各程间的密封长度应最短； ④ 分程隔板的形状应简单。 3、分程隔板
分为单层和双层两种。 双层隔板具有隔热空间， 可防止热流短路。
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3 管板结构
3.4 管板与壳体的连接结构 1、不可拆的焊接式（应用于固定管板式换热器管板与壳体的连接） （图7-21）兼做法兰 ；（图7-22）不兼做法兰
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3 管板结构
2、正方形和转角正方形排列
正方形和转角正方形排列，管间小桥形成一条直线通道，便于机械清洗。 要经常清洗管子外表面上的污垢时，多用正方形排列或转角正方形排列。
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3 管板结构
3．组合排列法 多程换热器中。
3.2 管间距： 管间距指两相邻换热管中心的距离。其值的确定需要考虑以下几个因素： ① 管板强度； ② 清洗管子外表面时所需要的空隙； ③ 换热管在管板上的固定方法。 一般要求管间距≥1.25d0，还应符合规定：
GB151-1999换热器培训教材
7．换热器型号表示法 [3.10]
DN pt A LN Nt
ps
d Ns
Ⅰ或Ⅱ
采用碳素钢、低合金钢冷拔钢管做换热管时， 其管束分为Ⅰ、Ⅱ两级； Ⅰ级管束——采用较高级、高级冷拔钢管； Ⅱ级管束——采用普通级冷拔钢管
管/壳程数，单壳程时只写 Nt LN-换热管公称长度（m），d-换热管外径（mm），当采用Al、 Cu、Ti换热管时，应在 LN/d 后面加材料符号，如 LN/dCu
压力。
(1)同时受管、壳程压力作用的元件(主要 是管板)
a)真空换热器非真空侧应为两侧计算压力 之和。
b)非真空换热器应为管壳程计算压力中较 大值。
c)非真空换热器当管、壳程的压力较大 时，为减薄受压元件的厚度，可按压差 设计。按压差设计的换热器在工艺操作 系统中必须具有保证管、壳程同时升、 降压的切实措施，设计压差取值应不小 于实际操作时规定的升、降压过程中管、 壳程的最大压差及液压试验过程中管、 壳程的最大压差，同时应提出压力试验 时升、降压的具体要求（步进程序）。
4．不适用范围 [1.4]
(1)直接火焰加热的换热器及废热锅炉； (2)受核辐射的换热器； (3)要求作疲劳分析的换热器； (4)已有其他行业标准管辖的换热器。
5．公称长度 [3.8]
(1)换热管为直管时，取直管长度； (2)换热管为U形管时，取U形管的直管段 长度。
6．换热面积 [3.7]
1.6
25
此型号表示：两端均为封头管箱、4管 程、单壳程固定管板式换热器，公称直径 为800mm，管程设计压力为2.5MPa，壳程 设 计 压 力 为 1.6MPa ， 公 称 换 热 面 积 为 200mm2，碳素钢较高级冷拔换热管外径为 25mm，管长为9m。
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01
通过桌面快捷方式启动；
02
在开始菜单中找到HTRI软件并启动；
通过命令行启动（需要知道软件安装路径）。
03
界面布局及功能区域划分
菜单栏
包含文件、编辑、视图等常用操作；
工具栏
提供常用功能的快捷按钮；
界面布局及功能区域划分
左侧导航栏
列出可用的设计选项和工具；
主工作区
显示当前设计项目的详细信息。
界面布局及功能区域划分
在HTRI软件中，输入流体的物性参数（如密 度、粘度、导热系数等）、流量、进出口温 度等设计条件。
建立模型
求解过程
根据输入参数，软件自动建立换热器的物理 模型，包括管程、壳程、折流板、管板等结 构。
利用HTRI软件的计算功能，对模型进行传热、 流动和结构分析，得到换热器的性能参数 （如传热系数、压力降等）。
性能评估 通过数值模拟或实验手段，对优化后的换热器性能进行评 估，包括传热系数、压降、热效率等。同时，与初步设计 结果进行对比分析，验证优化效果。
05
案例分析：应用HTRI进行实际 项目设计
案例背景介绍及问题阐述
项目背景
某化工企业需设计一款高效、紧凑的管壳式换热器，用于实现两种 不同温度流体的热量交换。
核算性能
通过初步设计得到的换热器结构 参数，进行性能核算，包括传热 系数、压降、热效率等。
详细设计：结构优化和性能评估
结构优化 在初步设计的基础上，对换热器结构进行优化，如调整管 径、管长、折流板间距等，以提高传热效率、降低压降等。
强度校核 对优化后的换热器结构进行强度校核，确保其在操作条件 下的安全性和稳定性。
THANK YOU
设计区域
用于创建和编辑换热器设计；
管壳式换热器 GB151讲义
管壳式换热器 GB151-1999一.适用范围1.型式固定——P t 、P S 大，△t 小 浮头、U 形——P t 大，△t 大一般不用于MPa P D 5.2>，易燃爆，有毒，易挥发和贵重介质。
结构型式：外填料函式、滑动管板填料函、双填料函式（径向双道）2.参数41075.1,35,2600X PN DN MPa P mm D N N ≤⨯≤≤。
参数超出时参照执行。
D N :板卷按内径，管制按外径。
3.管束精度等级——仅对CS ，LAS 冷拔换热管Ⅰ级——采用较高级，高级精度（通常用于无相变和易产生振动的场合）Ⅱ级——采用普通级精度 （通常用于再沸，冷凝和无振动场合）不同精度等级管束在换热器设计中涉及管板管孔，折流板管孔的加工公差。
GB13296不锈钢换热管，一种精度，相当Ⅰ级；有色金属按相应标准。
4.不适用范围受直接火焰加热、受核辐射、要求疲劳分析、已有其它行业标准（制冷、造纸等）P D＜0.1MPa或真空度＜0.02MPa+二．引用标准1.压力容器安全技术监察规程——监察范围，类别划分*等按管、壳程的各自条件划类，以其中类别高的为准，制造技术可分别要求。
壳程容积不扣除换热管占据容积计，管程容积=管箱容积+换热管内部容积。
壳程容积=内径截面积X管板内侧间长度。
2. GB150-1998《钢制压力容器》——设计界限、载荷、材料及许用应力、各受压元件的结构和强度计算。
3.有关材料标准。
管材、板材、锻件等4.有关零部件标准。
封头、法兰（容器法兰、管法兰）紧固件、垫片、膨胀节、支座等三．设计参数1.有关定义同GB1502.设计压力Mpa分别按管、壳程设计压力，并取最苛刻的压力组合（一侧为零或真空）。
管板压差设计仅适用确能保证管、壳程同时升降压，如1）自换热 2）Pt P s均较高，操作又能绝对保证同时升降压。
3．设计温度℃0℃以上，设计温度≥最高金属温度。
0℃以下，设计温度≤最低金属温度。
管壳式换热器讲义
不兼作法兰时管板与壳体的连接结构
2、 浮头式、U型管式和填函式换热器的管板与壳体的连接 由于浮头式、U型管式和填函式换热器的管束要从壳体中抽出，以便进行清洗，故需将管板做成 可拆连接。
管板与壳体可拆结 构
6.2.5 管箱与管程分程（Tube box and tube split）
1、管箱与分程隔板 换热器管内流体进出口的空间称为管箱。管箱位于换热器的两端，将介质均匀地分布到各换热管 中，或将管内流体汇集后输送出来。为了便于清洗、检修管子，管箱应采用可拆结构。
4、U型管式换热器（U-tube heat exchanger）
换热器的管束弯成U型，U型管两端固定在同一块管板上，在管箱中加有一块隔板。
U型管式换热器 优点：换热器只有一块管板，结构简单，造价便宜。管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。 缺点：管内不便清洗，管板上布管少，结构不紧凑。管外介质易短路，影响传热效果。内层管子 损坏后不易更换。 U型管式换热器主要用于管内清洁而不结垢的高温、高压介质。壳层介质适应性强，常用于高压、 高温、粘度较大的场合。
2、 管间距（Tube spacing）
管板上两换热管中心的距离称为管间距。确定管间距既要考虑结构紧凑性、传热效率，又要考虑 管板强度和清洗空间以及管子在管板上固定的影响。对于正三角形排列，管间距应大于等于管子 直径的1.25倍，且不小于d0+6 mm。
最外层换热管的管壁与壳体内壁间的距离不得小于10 mm。
正三角形排列的管子
正方形排列的管子
组合排列法
当壳程为清洁、不结垢的流体时，宜选用正三角形排列。
壳程流体粘度较大或易结垢需定期清洗壳程时，一般采用正方形排列。
多程换热器，常采用正三角形和正方形组合排列方法，以便安排隔板位置。对于直径较大、管子 较多，按正三角形排列管子总数超过127根时必须在管束周围的弓形空间尽量再配置附加换热管。
换热器培训教程
换热器培训教程一、换热器的概述换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备。
简单来说，它的作用就是将热量从一种流体传递到另一种流体，以满足工艺需求或实现能源的有效利用。
换热器在工业生产中的应用非常广泛，比如化工、石油、制药、食品、动力等众多领域。
它不仅能够提高能源的利用效率，降低生产成本，还能在一些工艺过程中起到关键的作用，如加热、冷却、冷凝、蒸发等。
二、换热器的类型换热器的种类繁多，常见的有以下几种：1、板式换热器板式换热器由一系列具有一定波纹形状的金属板片叠装而成。
板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。
它的优点是传热效率高、结构紧凑、占地面积小、重量轻，但也存在密封垫片容易老化、工作压力和温度受限等缺点。
2、管壳式换热器管壳式换热器由壳体、管束、管板、封头、折流挡板等组成。
一种流体在管内流动，另一种流体在壳程内流动，通过管壁进行热量交换。
这种换热器结构坚固、可靠性高、适应性强，能承受高温高压，但传热效率相对较低，占地面积较大。
3、螺旋板式换热器螺旋板式换热器由两张平行的金属板卷制而成，形成了两个螺旋形通道。
冷热流体在通道内逆向流动进行换热。
它的优点是结构紧凑、传热效率高，但制造难度较大，维修不太方便。
4、热管换热器热管换热器利用热管内工质的蒸发和冷凝来传递热量。
热管具有极高的导热性能，能够在很小的温差下传递大量的热量。
这种换热器具有传热效率高、结构简单等优点，但成本相对较高。
5、空气冷却器空气冷却器是以空气作为冷却介质，使高温流体得到冷却。
它常用于石油化工等领域中对高温气体的冷却，具有节水、节能等优点。
三、换热器的工作原理无论哪种类型的换热器，其工作原理都是基于热量传递的三种基本方式：热传导、热对流和热辐射。
热传导是指由于物体内部或物体之间存在温度差，使得热量从高温处向低温处传递的现象。
在换热器中，通过固体壁面（如管壁、板壁等）的传热就属于热传导。
热对流是指由于流体的宏观运动，使得流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。
换热器知识培训
合，流体会从压力高的一边泄露到压力低的一边，且泄露量不大时不易觉察。
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
U形管式换热器 换热器只有一块管板，换热管被弯成U形，管子两端固定在同一块管板上，因此管子在受热
换热管及其在管板上的排列
换热管在管板上的排列形式有正三角形、转角正三角形、正方形和转 角正方形等 。
管板和管子的连接
管板和管子的连接方式有胀接和焊接，对于高温高压下常采用胀、焊并用的方式 。
胀接 胀接适用于换热管为碳钢，管板为碳钢或低合金钢，设计压力不超过4MPa、设计
温度不超过350℃，且无特殊要求的场合。
特点： 表面传热系数大， 平均温差最大，结构简单， 能承受高压，传热面积 可灵活变化，但易泄漏，金属耗量大。
应用 ： 流量不大、传热面积不多而要求压强较高的场合。
沉浸式换热器 ☆结构：以金属管子绕成各种与
容器相适应的形状，并沉浸在容 器内的液体中。 结构简单，管内只 能流入不易结垢的流体， 但容器内 流体湍动程度 低，管外对流传热系数 小。 应用： 小型容器内液体的换热。
1—上导杆；2—垫片；3—传热板片；4—角孔； 5—前支柱；6—固定端板；7—下导杆；8—活动端板
板式换热器
板式换热器是由一组长方形的薄金属传热板片构成，用框架将板片夹紧组装于支架上。两 个相邻板片的边缘衬以垫片(各种橡胶或压缩石棉等制成)压紧，板片四角有圆孔，形成流体 的通道。 传热效率高，结构紧凑， 操作灵活，安装检修方便。 但耐温、耐压性较差，易渗 漏，处理量小。
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
第三章管壳式换热器课件
U 型管式换热器
§3-2 管壳式换热器的标准和型号标称
一、标准
我国系列标准规定采用25×2.5mm, 19×2mm两种规格的管
子（不锈钢用φ2.5×2mm）。 管长的选择以清洗方便和合理使用管材为准，我国生产的钢
管长度多为6米，国家标准规定采用的管长有1.5、2、3、6米四 种规格，以3米和6米最为普遍。
在许多工业部门中大量使用，尤其是在石油、化工、热能、 动力等工业部门所使用的换热器中，管壳式换热器居主导地位。
鉴于管壳式换热器应用极广，为便于设计、制造、安装和使 用，有关部门已制定了管壳式换热器系列标准。可查 GB151 管壳式换热器的标准。
目前工业上应用最广泛的换热设备。
4
3 2
1
6
5
1-管子；2-封头图；73.-壳6 体；管 4-壳 接管式；换5-热 管板器；6-折流板 1-管子 2-封头 3-壳体 4-接管 5-管板 6-折流板
(2) BIU 600--1.6--90--6/25-2 II
封头管箱，公称直径600mm，管、壳程压力均为1.6MPa， 公称换热面积90平方米，普通级冷拔换热管，外径25mm，管 长6m，2管程，单壳程的U形管式换热器。
• DN-PN-F-L/dw-N(I,II)(l.b.d)：
• 按GB151规定，其中l.b.d分别为菱形管、波纹管、螺纹管。
结构：传热面由管束组成，管子两端固定在管板上，管 束与管板再封装在外壳内。两种流体分走管程和壳程。
优点 缺点
清洗方便，适应性强用途广
结构简单，造价低廉
处理量大。 传热效率、结构紧凑性、 单位换热面积的金属耗量 等不如新型换热器。
2、单程与多程
单程： 流体在管内每通过管束一次 —— 一管程 流体在管外每通过壳体一次 —— 一壳程
管壳式换热器
第十七章管壳式换热器（shell and tube heat exchange）本章重点讲解内容：（1）熟悉管壳式换热器的整体结构及其类型；（2）熟悉主要零部件的作用及适用场合；（3）熟悉膨胀节的功能及其设置条件。
第一节总体结构管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备。
它具有结构简单、坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点，应用最为广泛，在换热设备中占据主导地位。
管壳式换热器是把换热管束与管板连接后，再用筒体与管箱包起来，形成两个独立的空间。
管内的通道及与其相贯通的管箱称为管程（tube-side）；管外的通道及与其相贯通的部分称为壳程（shell-side）。
一种流体在管内流动，而另一种流体在壳与管束之间从管外表面流过，为了保证壳程流体能够横向流过管束，以形成较高的传热速率，在外壳上装有许多挡板。
以下结合不同类型的管壳式换热器介绍其相应的总体结构。
1、固定管板换热器其由壳体、管束、封头、管板、折流挡板、接管等部件组成。
结构特点为：两块管板分别焊于壳体的两端，管束两端固定在管板上。
换热管束可做成单程、双程或多程。
它适用于壳体与管子温差小的场合。
图1 固定管板换热器结构示意图优点：结构简单、紧凑。
在相同的壳体直径内，排管数最多，旁路最少；每根换热管都可以进行更换，且管内清洗方便。
缺点：壳程不能进行机械清洗；当换热管与壳体的温差较大（大于50℃）时产生温差应力，需在壳体上设置膨胀节，因而壳程压力受膨胀节强度的限制不能太高。
固定管板式换热器适用于壳方流体清洁且不易结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。
2、浮头式换热器浮头式换热器适用于壳体和管束壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。
结构特点是两端管板之一不与壳体固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，称为浮头。
图2 浮头式换热器结构示意图优点：当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可从壳体内抽出，便于管内和管间的清洗。
管壳式换热器传热机理课件pptx
02
03
网格划分与求解
采用计算流体动力学（CFD）方法对 物理模型进行网格划分，并选择合适 的求解器和边界条件进行数值求解。
实验与仿真结果对比分析
传热性能对比
将实验结果与仿真结果进行对比，分析管壳式换热器传热系数的差 异及原因，验证仿真模型的准确性。
流场特性对比
对比实验和仿真得到的流场分布结果，揭示管壳式换热器内部流动 规律及其对传热性能的影响。
接管类型 包括法兰接管、螺纹接管、焊接接管等，不同类 型的接管适用于不同的管道连接方式和压力等级。
3
密封结构
封头与接管之间采用密封结构，防止流体泄漏。 常见的密封结构包括垫片密封、O型圈密封、金 属密封等。
03
传热基本原理
热传导
热传导定义
01
物体内部或两个直接接触物体之间，由于温度差引起的热能传
01
管束
由多根平行排列的换热管组成， 管内流体与管外流体通过管壁进 行热量交换。
02
03
壳体
折流板
容纳管束和流体，提供流体流动 的空间。
设置在壳体内，引导流体流动方 向，增加流体在壳体内的停留时 间，提高传热效率。
封头与接管
1 2
封头类型 包括球形封头、椭圆形封头、碟形封头等，不同 类型的封头具有不同的受力特点和制造工艺要求。
换热器选型依据和建议
工艺流程要求 根据工艺流程中的温度、压力、流量等 参数，选择适合的换热器类型和规格。
设备投资和运行费用 在满足工艺和传热性能要求的前提下， 尽量选择投资少、运行费用低的换热
器。
传热性能要求 根据传热效率、压力降等性能要求， 选择具有优良传热性能的换热器。
设备可靠性和维护性 选择结构简单、可靠性高、维护方便 的换热器，以降低设备运行和维护成 本。
管壳式换热器GB151讲义
管壳式换热器 GB151-1999一.适用范围 1.型式固定——P t 、P S 大，△t 小浮头、U 形——P t 大，△t 大*一般不用于MPa P D 5.2>，易燃爆，有毒，易挥发和贵重介质。
结构型式：外填料函式、滑动管板填料函、双填料函式（径向双道） 2.参数41075.1,35,2600X PN DN MPa P mm D N N ≤⨯≤≤。
参数超出时参照执行。
D N :板卷按内径，管制按外径。
3.管束精度等级——仅对CS ，LAS 冷拔换热管Ⅰ级——采用较高级，高级精度（通常用于无相变和易产生振动的场合） Ⅱ级——采用普通级精度 （通常用于再沸，冷凝和无振动场合） 不同精度等级管束在换热器设计中涉及管板管孔，折流板管孔的加工公差。
GB13296不锈钢换热管，一种精度，相当Ⅰ级；有色金属按相应标准。
4.不适用范围受直接火焰加热、受核辐射、要求疲劳分析、已有其它行业标准（制冷、造纸等）P D ＜0.1MPa 或真空度＜0.02MPa+二．引用标准1.压力容器安全技术监察规程——监察范围，类别划分*等*按管、壳程的各自条件划类，以其中类别高的为准，制造技术可分别要求。
*壳程容积不扣除换热管占据容积计，管程容积=管箱容积+换热管内部容积。
壳程容积=内径截面积X管板内侧间长度。
2. GB150-1998《钢制压力容器》——设计界限、载荷、材料及许用应力、各受压元件的结构和强度计算。
3.有关材料标准。
管材、板材、锻件等4.有关零部件标准。
封头、法兰（容器法兰、管法兰）紧固件、垫片、膨胀节、支座等三．设计参数1.有关定义同GB1502.设计压力Mpa分别按管、壳程设计压力，并取最苛刻的压力组合（一侧为零或真空）。
管板压差设计仅适用确能保证管、壳程同时升降压，如1）自换热 2）Pt P s均较高，操作又能绝对保证同时升降压。
3．设计温度℃0℃以上，设计温度≥最高金属温度。
0℃以下，设计温度≤最低金属温度。
2024年换热器培训教程
换热器培训教程一、引言换热器是工业生产过程中重要的热能交换设备，广泛应用于石油、化工、制药、食品、电力等领域。
换热器的设计、制造、安装和维护对企业的生产效率和经济效益具有重要影响。
为了提高换热器操作人员的技术水平，本教程将详细介绍换热器的工作原理、类型、选型、维护等方面的知识，帮助学员更好地理解和掌握换热器的操作技能。
二、换热器的工作原理换热器是利用两种不同温度的流体之间的热量交换来实现热量传递的设备。
其工作原理是利用流体的温差作为驱动力，通过传热表面的热量传递，使高温流体降温，低温流体升温。
换热器主要由壳体、管束、管板、法兰等组成。
流体在管内流动，通过管壁与壳程流体进行热量交换，完成热能的传递。
三、换热器的类型及选型1.管壳式换热器：管壳式换热器是应用最广泛的一种换热器，由壳体、管束、管板、法兰等组成。
根据管程和壳程的流体流动方式，可分为顺流、逆流、错流等形式。
2.板式换热器：板式换热器由一系列波纹形板片组成，板片之间形成流道，流体在板片间流动进行热量交换。
板式换热器具有传热效率高、占地面积小、清洗方便等优点。
3.空气冷却器：空气冷却器是利用空气作为冷却介质，对流体进行冷却的设备。
其主要由散热器、风机、电机等组成。
空气冷却器适用于高温、高压、腐蚀性等特殊工况。
4.螺旋板式换热器：螺旋板式换热器由两张波纹形板片相互缠绕而成，形成一系列螺旋形流道。
流体在螺旋形流道内流动，实现热量交换。
螺旋板式换热器具有结构紧凑、传热效率高等优点。
5.热管换热器：热管换热器利用热管技术，将热源和热汇之间的热量传递。
热管内部充满工作介质，在热源处蒸发，在热汇处凝结，实现热量传递。
热管换热器具有传热效率高、等温性好等优点。
1.流体的性质：包括流体的温度、压力、流量、粘度、密度等。
2.工艺要求：包括换热器的传热效率、压降、结构形式等。
3.设备成本：包括换热器的制造成本、安装成本、运行成本等。
4.使用寿命：换热器的材料、制造工艺、维护保养等。
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填函处泄漏能及时发现。
易爆、有毒的介质。
U型管式
只有一个管板；管程至少为两 管内不便清洗；
程；
管板上布管少，结构不紧凑，
管束可以抽出清洗；管子可自 管外介质易短路，影响传热效果；
由膨胀。
内层管子损坏后不易更换。
根据我们前面学习的内容，请说说序号2、3、8、12、 21各代表什么零件？
换热器构件名称
3）、缺点：填料处易泄漏。 4）、适用场合： 4MPa 以下，且不适用于易挥发、易
燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度受填料的物性 限制。
列管式换热器 种类
优点
缺点
固定管板式
管外清洗困难； 结构较简单，造价较低，相对 管壳间有温差应力存在； 其 它 列 管 式 换 热 器 其 管 板 最 薄 。当两种介质温差较大时必须
（2）根据不同的目的，换热器可以是热交换器、加热器、 冷却器、蒸发器、冷凝器等。
（3）衡量一台换热器好坏的标准。
a.先进性 传热效率高，流体阻力小，材料省
b.合理性 可制造加工，成本可接受
c.可靠性 满足操作条件 ,强度足够,保证使用寿命
化工生产对换热设备提出的要求是： 传热效率高，流体阻力小； 强度、刚度、稳定性足够； 结构合理，节省材料，成本较低； 制造、装拆、检修方便等。
管壳式换热器培训资料
内容
第一节 第二节 第三节 第四节
管壳式换热器的总体结构 管壳式换热器的主要零部件 管壳式换热器的选用及设计流程 其它形式换热器简介
第一节 管壳式换热器的总体结构
一、概述
（1）换热器是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。 通常，在化工厂的建设中，换热器约占总投资的11％～ 40％ 。它的先进性、合理性和运转可靠性将直接影响产 品的质量、数量和成本。
T1
t0（环境）
Tw
T
tw
t
t1
t2
T2
列管式
列管式换热器
列管式换热器的主要类型 固定管板式换热器
从结构上分
浮头式换热器 U形管式换热器 填料函式换热器
(1)固定管板式换热器 固定管板式换热器结构图
(1)固定管板式换热器 带膨胀节的固定管板式换热器结构图
(1)固定管板式换热器
1）、结构特点：两块管板均与壳体相焊接，并加入了热补偿 原件——膨胀节。 2 ）、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。 3）、缺点：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的热 应力。冷热流体温差不能太大（<50℃) 4）、适用场合：适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清
二、管壳式换热器的种类及其结构
管壳式换热器是把换热管束与管板连接后，再用筒体与管箱包 起来，形成两个独立的空间：管内通道及与其相贯通的管箱，称为 管程空间；换热管外的通道及与其贯通的部分，称为壳程空间。
1 列管式换热器的主要结构： 横 向
壳体、管板、管束、顶盖（封头）、挡板 纵 向
2 列管式换热器的工作原理：
(2)浮头式换热器
(2)浮头式换热器
浮头式换热器结构图
(2)浮头式换热器
浮头结构图
1— 浮动管板 3— 浮头盖
2— 浮头钩圈法兰相连
1）结构复杂，制造成本高； 2）在壳体直径相同时，排管数量少，换热面积小； 3）浮头处发生内漏不易发现； 4）换热管束与壳体之间的环隙大，传热效率低； 5）管束可以抽出，便于清洗； 6）管壳间不产生温差应力，可适用于高温差、粘度大介质 换热场合。
2） 、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。
U型管式换热管箱器 结构图
U型换热管结构图
(4)填料函式换热器
1）、结构特点：该换热器的结构与浮头式换热器的结构相似， 只是浮头伸到了壳体外，斧头与壳体之间采取填料函式密封。
填料函式密封
填料函式换热器
2）、优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管间 清洗方便。
设置膨胀节。
浮头式
一端管板 在壳体内 温差应力 清洗。
固 移 ；
定， 动； 管束
另 管 可
一较复杂，金属耗量较大； 浮头处发生内漏时不便检查； 管束与管体间隙较大，影响传热。
填料函式
管束一端可自由膨胀；造价比 壳程内介质有外漏的可能；
浮头式低；检修、清洗容易； 壳程中不宜处理易挥发、易燃、
炼油厂广泛采用！
(3)U型管式换热器：
(3)U型管式换热器：
(3)U形管式换热器 U型管式换热器的特点：
优点：管子在管壳内自由伸缩，适于冷热流体温 差较大的情况；
U型换热管可拉出壳外，便于管外清洗； 结构简单（只有一块管板，无后管板和浮头）， 耐高温高压。
缺点：管内清洗困难，难于安装折流板；换热管 少（等壳径情况下），结构不紧凑。
第一节 管壳式换热器的总体结构
一、概述
（4）任何一种换热器不可能十全十美。 板式换热器传热效率高、金属消耗量低，但流体阻力大、强度 和刚度差，制造、维修困难。 列管式换热器虽在传热效率、紧凑性、金属消耗量等方面均不 如板式换热器，但其结构坚固、可靠程度高、适应性强、材料 范围广，因而目前仍是石油、化工生产中，尤其是高温、高压 和大型换热器的主要结构型式。
1-管箱(A,B,C,D型);2-接管法兰;3-设备法兰;4-管板;5-壳程接管;6-拉杆;7-膨胀 节;8-壳体;9-换热管;10-排气管;11-吊耳;12-封头;13-顶丝;14-双头螺柱;15-螺 母;16-垫片;17-防冲板;18-折流板或支承板;19-定距管;20-拉杆螺母;21-支 座;22-排液管;23-管箱壳体;24-管程接管;25-分程隔板;26-管箱盖
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第二节 管壳式换热器的主要零部件
提示：本节将介绍管壳式换热器壳体设计、换热 管选择、管板、管箱、折流板及其相关联接形式 等主要零部件的结构设计等。
一、壳体
洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。
隔板：增加管程数，提高管内流体流速。 流速增加，传热效率提高；但流动的阻力 也同时增加。
折流板：提高壳程流体的流速和湍动程度。
当壳体和管子之间的温差较大(60~70℃ )且壳体承受压 力不太高时，可采用补偿圈（又称膨胀节）。
膨胀节的作用：由于两块管板都与壳体固定，当壳体、换 热管受热、受压都会发生变形，加入膨胀节减少热应力来 吸收热膨胀差。