管壳式热交换器第一部分.

1、前端管箱和后端结构 2、换热管 3、管板 4、壳体 5、其他结构
1 前端管箱和后端结构


(1) 前端管箱 管箱的作用是将进入管程的流体均匀分布到各换热管，把管 内流体汇集在一起送出换热器。在多管程换热器中，管箱还 可通过设置隔板起分隔作用。 由换热器是否需要清洗和管束是否需要分程等因素决定管箱 类型，分两种基本类型： 1）封头型：图（a）接头少，适用较清洁的介质，因检查管子 及清洗时只能将管箱整体拆下，故不太方便； 2）平盖型： 图（b）在管箱上装有平盖，只要将平盖拆下即可进行清洗 和检查，所以工程应用较多，但材料消耗多； 图（c）是将管箱与管板焊成一体，这种结构密封性好，但 管箱不能单独拆下，检修、清洗都不方便，实际应用较少。
3、管板
管板作用是固定换热管束，并用来作为换热 器两端间壁将壳、管程流体相互分开，一般 多采用单层管板，但对有危险或腐蚀性的物 料或当管、壳程流体一旦相互渗漏就会产生 危险的场合，可采用双层隔板。
由于管板的受力情况复杂，影响管板强 的因素很多，因此管板厚度在计算条件不 同的情况下相差较大。依据我国管板计算 条件规定的管板厚度为：

固定管板式换热器 封头管箱，公称直径700mm，管程设计压力 为2.5MPa，壳程设计压力为1.6MPa，公称换 热面积200m2，较高级冷拔换热管外径25mm， 管长9m，4管程单壳程的固定管板式换热器， 其型号为： BEM700-2.5/1.6-200-9/25-4I
主要部件:


（二）正方形和转角正方形排列
正方形排列的管子
（三）组合排列法
在多程换热器中多采 用组合排列方法。即 每一程中都采用三角 形排列法，而在各程 之间，为了便于安装 隔板，则采用正方形 排列法，如右图所示。

对于卧式冷凝器，按转角等边三角形排列时，管 板的轴线与水平轴线间比较有利的偏转角，如图 2.10所示，可按下式计算： θ＝30o－arcsin(do/2s) do：管子外径；s：管间距。 目的：减少液膜在换热管上的包角及液膜厚度。
第二章 管壳式热交换器
2.1 类型、标准与结构

目前应用最广泛得一种换热器，又称列 管式换热器。
管壳式换热器


把管子和管板连接，再用壳体固定，就 构成管壳式换热器。 由壳体、接管、管束、管板（又称花板， 固定管子用）、顶盖（又称封头）、折 流元件等组成。
零部件名称表

换热器构件名称
换热器构件名称
（二）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。 （三）分程隔板
（四）分程方式
管程布置表
2 换热管束
(1) 换热管 (2) 管束排列方式、管间距
（1）换热管
管子的选用 （一）直径 单位体积传热面积增大、结 构紧凑、金属耗量减少、传 热系数提高阻力大，不便清 洗，易结垢堵塞。 用于较清洁的流体 粘性大或污浊的流体大管径
4、壳体
E型壳体为单程壳体，经济 上便宜、平均温差修正系数 大，但是换热不充分，进出 口温差小。F型为双壳程， 压降大，纵向折流板受到流 体和漏热限制，设计与制造 要仔细，同时拆装不便。J 型用于压降小、流量大，也 可用G，H型。
5、其他结构 2.1.5 纵向隔板、折流板和支持板


目的：为了提高流体的流速和湍流程度，强化壳 程流体的传热，在壳程常设置纵向隔板或折 流板。 纵向隔板在U型管壳式换热器内常有应用。其最 小厚度为6mm，当壳程压降较大时，需适当加厚。 由于安装难度大，同时它与壳体内壁之间容易存 在间隙产生流体泄漏；它两侧流体温度不同又存 在热泄漏，降低其效果，因此两块以上纵向隔板 在实际中应用较少。
管束与管板的连接


管子与管板的连接是管壳式换热器生产中最主要 的工序之一。由于这类工程需耗费大量工时,更重 要的是,连接的地方在运行中容易发生故障。因此 ,发展高效率、高质量的连接技术已成为制造中的 重点研究课题。 根据换热器的使用条件不同,加工条件不源自文库,连接 的方法基本上分为胀接、焊接和胀焊结合三种,由 于胀接法能承受较高的压力,特别适用于材料可焊 性差的情况。
1-管箱(A,B,C,D，N型);2-接管法兰;3-管箱法兰;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
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。
管壳式换热器型号 按《管壳式换热器》（GB151-1999）标准分类。
详细分类以及代号（英文字母）如下所示：
主要部件的分 类及代号：

现举例说明： 浮头式换热器 平盖管箱，公称直径500mm，管称和壳称设 计压力为1.6MPa，公称换热面积为54m2,碳 素钢较高级冷拔换热管外径25mm，管长6m， 4管程，单壳程的浮头式热交换器，其型号 为： AES500-1.6-54-6/25-4I
Ⅱ、 管间距
（一）定义
管间距指两相邻换热管中心的距离。
（二）要求
管间距≥1.25d0，符合表2.3规定，便于管 子与管板间的连接，因为对于胀接或焊接 来讲，管子间距离太近，那么都会影响连 接质量。最外层管壁与壳壁之间的距离为 10mm，主要是为折流板易于加工，不易损 坏。
表2.3 常用换热管中心距/mm
带膨胀节的固定管板式换热器
固定管板式换热器的使用场合

适用场合：适用于壳程介质清洁，不易 结垢，管程需清洗以及温差不大或温差 虽大但是壳程压力不大的场合。
（二）U形管式换热器

U形管式热交换器(图2.2)的管束由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。
换热管排列方式
（一）正三角形和转角正三角形排列
正三角形排列的管子

等边三角形是最常用的方式，布管紧凑，传热 系数值高，便于管板划线及钻孔，但管间不易 清洗；按等边三角形排列时，流体流动方向与 三角形一条边垂直，通常在管板周边与六边形 的边之间的六个弓形部分不排列管子，但当层 数大于6时，弓形部位也应排列管子，此时最外 层管子的中心不超过最大六边形的外接圆周。
填料函式换热器



优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和 管间清洗方便。 缺点：填料处易泄漏。 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。目前使用的都较小 且较少使用。
（五）其他类型管壳式换热器


滑动管板式 双管板式 薄管板式
浮头式换热器
优点：管内和管间清洗方便，不会产生热应力应变。 缺点：结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在 操作中无法检查。 适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易 结垢的场合。
（四）填料函式换热器


这是一种使一端管板固定而让另一端管板 在填料函中滑动的热交换器，其结构如到2.4 所示，实际上它是将浮头露在壳体外面的浮 头式热交换器，所以又称外浮头式热交换器。 由于填料密封处容易泄漏，故不宜用于易挥 发、易燃、易爆、有毒和高压流体的热交换、而且 制造复杂，安装不便．因而此种结构不常采用。
换热器的换热管长度与公称直径之比，一般在4～ 25之间，常用的为6～10。立式换热器，其比值多 为 4～ 6。
（三）结构型式
光管 换热管型式 强化传热管
螺旋槽管 翅片管（在换热系数低侧）
螺纹管
多用光管，因为结构简单，制造容易，为强化传 热，也采用强化传热管。
波纹管
（四）材料

通常普通级和较高级的冷拔碳钢管。 由压力、温度、介质的腐蚀性能决定，主要有碳素钢、 合金钢、铜、钛、塑料、石墨等。
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。

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。

折流板常用形式有：弓形折流板、盘环形流板、扇 形折流板和管孔形折流板等几种。 弓形折流板又分单弓、双弓、三弓型三种。在弓形 折流板中，流体流动死角较小，结构简单，用的最 多。盘环形结构复杂，不便清洗，一般用在压力较 高和物料比较清洁的场合；扇形和管孔形应用较少。
(四) 同心圆排列
按同心圆排列时，管距s既为两层 圆周之间的距离，也为圆周上管 子的间距；但直线间距与弧形间 距稍有差别，因而在圆周上布置 管子只取整数，所以各层圆周上 的管间距是不等的。使管板划线、 制造和装配困难。 优点是紧凑、靠近壳体处布管均匀，小直径换热器中 布管数比等边三角形多，但层数>6时，不如等边三角 形多。

由于走管程和走壳程的两种流体温度不同， 管子热膨胀和壳体受热膨胀的程度不同，当 两流体的温度差大于50℃时，如果将管束和 壳体焊成一体，则因两者受热膨胀程度差别 较大，可能将管子扭曲（当管内流体温度高 于管外流体时）或将管子从管板上拉松（当 管内流体温度低于管外流体时），介质泄漏。

为减少热应力，就要考虑采取热补偿措 施，通常在固管板式换热器中设置柔性 元件（如膨胀节、挠性管板等），来吸 收热膨胀差。
碳素钢 低合金钢 不锈钢 金属材料 铜 铜镍合金 铝合金 钛等 聚四氟乙烯 非金属材料 陶瓷 石墨
（2）管束排列方式，管间距 Ⅰ、管束排列方式 排列原则： 1）要保证管板有必要的强度，管子和管板的 连接要坚固和紧密。 2）设备要紧凑，以减小管板和壳体的直径， 并使壳程流通截面减小，以提高壳程流体的 流速。 3）要使制造、安装和修理维护方便。
(2) 后端结构型式



1）固定管板 2）浮头 3）U型管 4）填料函
(3) 分程隔板
（一）分程原因 当换热器所需的换热面积较大，而管子又不能 做得太长时，就得增大壳体直径，排列较多的 管子。此时，为了减少管程流体截面积、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。
最外层换热管中心至壳体内表面的距离不应小于 [(换热管外径的一半)＋10mm]。
布管限定圆
在排列管子时，换热器管束外缘直径受壳体 内径限制，要将管束外缘布置在布管限定圆 之内。其直径DL按结构形式而不同： 对于浮头式换热器如图2.11(a) DL＝ Di -2(b1＋ b2 ＋b） 对于固定管板式、U形管式如图2.11(b) DL＝ Di -2b3
小管径
大管径
（二）规格
（外径×壁厚），长度按规定决定
常用规格和尺寸偏差见国标GB151-1999附录C φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm无缝钢管 φ25×2和φ38×2.5mm不锈钢管
换热管 尺寸
标准管长系列1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、 6.0、7.5、9.0、12.0m等