TEMA管壳式换热器设计原则
管壳式换热器设计要领
管壳式换热器设计要领1.结构设计：管壳式换热器由壳体、管束、管板、管头盖板等部分组成。
在设计中，需考虑到换热器的耐压性能、换热面积、流体分布等因素。
换热器的结构应具有良好的刚性和密封性能，以确保设备的可靠运行。
2.材料选择：换热器的材料选择直接影响其性能和使用寿命。
一般来说，壳体、管束等部分可选用碳钢、不锈钢、铜合金等材料，而密封件宜选择耐高温、耐腐蚀的材料。
在实际应用中，还需要根据工艺要求和介质特性选择合适的材料。
3.传热计算：换热器的传热计算是设计的重要环节之一、传热计算需要确定换热器的传热系数、摩擦阻力、压降等参数。
传热系数的计算可采用经验公式或传热实验数据进行估算。
同时，需考虑换热介质的性质、流体状态和流速等因素。
4.流动特性：换热器的流动特性对传热效果和设备性能有重要影响。
合理设计的管束结构和流体分布能有效提高传热效果。
同时，应考虑流体在管束间和壳内的流动方式，如单相流、两相流、多相流等。
对于热敏介质，还需注意避免结垢、热点等问题。
5.安全性和维修性：管壳式换热器在使用过程中要保证安全性和维修性。
在设计中要考虑到设备的容易维修、更换部件的便利性，以及防止泄漏、爆炸等安全事故的发生。
合理的结构设计和材料选择可以提高设备的可靠性和安全性。
6.经济性：在设计过程中要全面考虑成本和效益，追求经济性指标。
应根据具体的工艺要求和使用情况，合理选择换热器的型号、大小和材料。
在满足工艺条件的前提下，尽量降低投资成本和运行成本，提高设备的经济效益。
综上所述，管壳式换热器的设计要领主要包括结构设计、材料选择、传热计算、流动特性、安全性和维修性、经济性等方面。
合理的设计能够保证设备的正常运行和高效换热，同时提高设备的安全性和经济性。
在具体的设计中应根据实际情况进行优化和改进，以满足特定工艺要求和使用要求。
管壳式换热器工艺设计
4 换热器几何尺寸
在设计过程中可以选择 HT FS 或 HT RI 进行 设计计算, 有时需要使用 ASPEN PL US 模拟工 艺物料的物性数据。先进行设计性计算, 输入基 础数据, 如换热器形式、流体走向、卧立式、流 体温度、压力、流量及物性数据等, 进行运算得 出比较合适的换热器直径和换热管长, 再进行校 核型和模拟型计算, 核算所选换热器是否满足设 计要求。
昝河松 华陆工程科技有限责任公司 西安 710054
摘要 介绍换热器的工艺 设计 程序, 特 别是管 壳式 换热 器的工 艺设 计过程, 并结合 实际 工程 经验,
介绍几种换热器工艺计算软件的用法和功能。
关键词 管壳式 换热器 工艺设计
1 概述
换热器在化工生产装置中应用十分广泛, 是 化工操作单元中的重要组成部分。随着工业装置 的大型化和高效率化, 换热器也趋于大型化。目 前在大型化工生产装置中, 各种换热设备的数量 占工艺设备 数量的 30% 以上。因 此, 换热器设 计对产品质量、能量利用率以及系统的经济性和 可靠性起着重要作用。
在进行换热器设计时, 一般先用设计型初步 计算出合适的换 热器形式和规 格, 然后经 过圆 整, 选择具体的换热器的几何尺寸, 用校核型进 行核算, 计算结果中实际面积/ 所需面积一般为 1 1~ 1 2。
经核算表明能完全满足工艺要求并具有良好 传热性能的换热器并不能保证操作中的安全性, 因为在换 热器中流体流动 可能会引起管 子的振 动, 进而引起换热器的机械故障。因此还需对所 选换热器进行振动计算, 这就需要用到该程序的 模拟型计算模式。如有明显的振动则需调整换热 器的某些几何参数甚至改变其结构形式, 经过反 复的性能核算和振动计算, 直至传热性能和振动 这一机械性能同时满足要求, 换热器的工艺设计 才算完成。
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计管壳式换热器是一种常用的换热设备，广泛应用于石油化工、冶金、电力、制药、食品等行业。
它由壳体、管束、管板、管箱等组成，能够有效地将两种介质之间的热量传递。
下面将从换热原理、设计要求和结构设计等方面进行详细介绍。
一、换热原理管壳式换热器通过管壳两侧的介质进行热量传递。
其中，一个介质在管内流动，被称为"壳侧流体"，另一个介质在管外流动，被称为"管侧流体"。
壳侧流体通过壳体流动，而管侧流体则通过管束流动。
热量传递主要通过壳侧流体和管侧流体之间的传导和对流传热方式进行。
二、设计要求1.热量传递效果好：要求在换热器内两种介质之间实现高效的热量传递，以满足工艺要求。
2.压力损失小：为了保证介质流动的稳定性和降低能源消耗，设计时需要尽量减小换热器内的动能损失。
3.适应不同工艺条件：换热器的设计要能适应不同的流量、温度和压力等工艺条件的变动。
4.安全可靠：要求在设计中考虑到换热器的安全性和可靠性，尽量减少故障率。
三、结构设计1.壳体：壳体是换热器的外壳，一般采用钢质材料制造。
壳体的选择应考虑到介质的性质、压力和温度等参数，并采取相应的增强措施。
2.管束：管束是由多根管子组成的，一般采用金属材料或塑料制造。
管束的设计要考虑到介质对管材的腐蚀性、温度和压力等参数，同时也要考虑到换热面积的要求。
3.管板：管板位于管束两端，起到支撑和固定管束的作用，一般采用钢质材料制造。
管板的设计要考虑到壳侧和管侧流体的流动特性，并采用合适的孔洞布置，以保证流体的均匀流动。
4.管箱：管箱是安装在管板上的设施，主要用于集流壳侧流体并将其引导出换热器。
管箱的设计应考虑到壳侧流体的流动特性和流量等参数，以实现流体的顺畅流动。
在设计过程中，需要进行换热器的热力计算和结构力学计算，以确定壳体、管束和管板等部件的尺寸和选材。
同时，还需要根据不同工艺和使用条件的要求，进行热交换面积的计算和确定。
TEMA(列管式换热器制造商协会标准)规格的管壳式换热器设计原则
TEMA规格的管壳式换热器设计原则——摘引自《PERRY’S CHEMICAL ENGINEER’S HANDBOOK 1999》设计中的一般考虑流程的选择在选择一台换热器中两种流体的流程时，会采用某些通则。
管程的流体的腐蚀性较强，或是较脏、压力较高。
壳程则会是高粘度流体或某种气体。
当管壳程流体中的某一种要用到合金结构时，碳钢壳体加合金质壳程元件比之壳程流体接触部件全用合金加碳钢管箱的方案要较为节省费用。
清晰管子的内部较之清洗其外部要更为容易。
假如两侧流体中有表压超过2068KPa(300 Psig)的,较为节约的结构形式是将高压流体安排在管侧。
对于给定的压降，壳侧的传热系数较管侧的要高。
换热器的停运最通常的原因是结垢、腐蚀和磨蚀。
建造规则“压力容器建造规则，第一册”也就是《ASME锅炉及压力容器规范Section VIII , Division 1》, 用作换热器的建造规则时提供了最低标准。
一般此标准的最新版每3年出版发行一次。
期间的修改以附录形式每半年出一次。
在美国和加拿大的很多地方，遵循ASME 规则上的要求是强制性的。
最初这一系列规范并不是为换热器制造所准备的。
但现在已添加了固定管板式换热器上管板与壳体间的焊接接头的有关规定，并且还包含了一个非强制性的有关管子－管板接头的附件。
目前ASME 正在研究有关换热器的其他规定。
列管式换热器制造商协会标准, 第6版., 1978 (通常引称为TEMA 标准*), 用作在除套管式换热器而外的所有管壳式换热器的应用中对ASME规则的补充和说明。
TEMA “R级”设计就是“用于石油及相关加工应用的一般性苛刻要求。
按本标准制造的设备是设计目的在于在此类应用中严苛的保养和维修条件下的安全性、持久性。
”TEMA “C级”设计是“用于商用及通用加工用途的一般性适度要求。
”而TEMA“B级”是“用于化学加工用途”*译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到1999年第8版3种建造标准的机械设计要求都是一样的。
TEMA(列管式换热器制造商协会标准)规格的管壳式换热器设计原则
TEMA规格的管壳式换热器设计原则——摘引自《PERRY’S CHEMICAL ENGINEER’S HANDBOOK 1999》设计中的一般考虑流程的选择在选择一台换热器中两种流体的流程时，会采用某些通则。
管程的流体的腐蚀性较强，或是较脏、压力较高。
壳程则会是高粘度流体或某种气体。
当管壳程流体中的某一种要用到合金结构时，碳钢壳体加合金质壳程元件比之壳程流体接触部件全用合金加碳钢管箱的方案要较为节省费用。
清晰管子的内部较之清洗其外部要更为容易。
假如两侧流体中有表压超过2068KPa(300 Psig)的,较为节约的结构形式是将高压流体安排在管侧。
对于给定的压降，壳侧的传热系数较管侧的要高。
换热器的停运最通常的原因是结垢、腐蚀和磨蚀。
建造规则“压力容器建造规则，第一册”也就是《ASME锅炉及压力容器规范Section VIII , Division 1》, 用作换热器的建造规则时提供了最低标准。
一般此标准的最新版每3年出版发行一次。
期间的修改以附录形式每半年出一次。
在美国和加拿大的很多地方，遵循ASME 规则上的要求是强制性的。
最初这一系列规范并不是为换热器制造所准备的。
但现在已添加了固定管板式换热器上管板与壳体间的焊接接头的有关规定，并且还包含了一个非强制性的有关管子－管板接头的附件。
目前ASME 正在研究有关换热器的其他规定。
列管式换热器制造商协会标准, 第6版., 1978 (通常引称为TEMA 标准*), 用作在除套管式换热器而外的所有管壳式换热器的应用中对ASME规则的补充和说明。
TEMA “R级”设计就是“用于石油及相关加工应用的一般性苛刻要求。
按本标准制造的设备是设计目的在于在此类应用中严苛的保养和维修条件下的安全性、持久性。
”TEMA “C级”设计是“用于商用及通用加工用途的一般性适度要求。
”而TEMA“B级”是“用于化学加工用途”*译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到1999年第8版3种建造标准的机械设计要求都是一样的。
管壳式换热器管道布置设计规定
结构特点：管板与壳体之间采用焊接连接。两端管板均固定， 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。
四、再沸器管道布置设计
3.4 蒸汽管和工艺管的配置要有足够的柔性并经过应力分析确定。 3.5 在再沸器管束抽出端要留出抽管区。 3.6 釜式再沸器固定架的位置决定于它与塔之间的相对位置，一般将 最靠近塔中心线的再沸器支架作为固定架。再沸器底部的标高应尽可 能与塔底封头切线的标高相一致，这样可以减少调节再沸器与塔之间 的垂直管段膨胀量所需的管道长度。再沸器的安装标高还必须满足 PID图上的工艺要求。
4.2 宜走壳程的流体： 4.2.1 饱和蒸汽宜走壳程，便于排出冷凝液和不凝气，且蒸汽洁净不 污染； 4.2.2 被冷却的流体宜走壳程，便于散热，增强冷却效果； 4.2.3 粘度大流体或流量小的流体宜走壳程. 4.2.4 若两流体温差较大,宜使给热系数α大的流体走壳程,使管壁和 壳壁温差减小.
一、换热器布置的一般要求
于主要工艺管线的走向，通过计算选出最有利于吸收 设备和管线热位移的位置作为固定端。
3.管壳式和套管式换热器的工艺管道应注意冷、热物流 的流向：一般情况下被加热的介质（即冷流体）宜下 进上出；被冷却的介质（即热流体）宜上进下出。冷 流体和热流体宜选用逆流布置。
一、换热器布置的一般要求
4.流体走管程、壳程的选择 4.1 宜走管程的流体： 4.1.1 不清洁或易结垢的流体宜走管程，因管内清洗方便， 4.1.2 腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀,且清洗、 检修方便; 4.1.3 压力高的流体宜走管程,以免壳体同时受压; 4.1.4 有毒流体宜走管程,使泄露机会减少； 4.1.5 高温物流宜走管程.
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计
1.传热面积的计算：传热面积决定了热交换效果的好坏，计算传热面
积是设计的第一步。
传热面积的大小受到工艺需求、流体特性和设备尺寸
等因素的影响。
2.流体流速的选择：流体流速对传热效率有重要影响。
流速不宜过大，以免增加流体阻力和泵耗能，但也不宜过小，以免影响传热效果。
需要通
过经验和实验确定合适的流速范围。
3.换热器的参数选择：根据工艺要求和流体性质选择合适的管壳式换
热器参数，如管子和外壳的材料、厚度和长度等。
一般情况下，不同材料
的换热器对不同的流体具有不同的传热效果和抗腐蚀能力。
4.温度和压力的控制：管壳式换热器工作时，内外两种流体通常以不
同的温度和压力运行，因此需要采取相应的措施确保换热器的安全性能。
这包括选择合适的密封材料、加装安全阀和温控装置等。
5.清洗和维护的考虑：管壳式换热器在长期使用过程中会有积垢和堵
塞的问题，因此需要预留清洗口和维护通道，并定期进行清洗和维护工作，以保证换热器的正常运行。
总之，管壳式换热器的设计需要综合考虑传热效率、流体性质、工艺
要求和设备安全性能等因素，确保换热效果良好、运行安全可靠。
通过合
理的设计和选择，可以使管壳式换热器发挥最佳的效果，实现节能降耗的
目的。
优化设计管壳式换热器
(9) 接管尺寸要求与管道尺寸相匹配 , 以避 免增加大小头 , 然而通常接管尺寸要比管线尺寸 更严格 , 尤其对于壳侧入口 。因此接管尽寸有时 比对应管线尺寸大 。
(10) 换热管规格一般表示成外径 ×壁厚 × 长度的形式 , 我们常用的管子规格是Φ19mm × 2mm , 25mm × 2mm , Φ25mm × 215mm , Φ38mm ×3mm 或Φ38mm ×215mm 。管长模数是
我们在设计管壳式换热器中经常遇到这样的 问题 : 对于某台换热器面积如果计算下来富余度 (overdesign) 不够或者是负值 , 我们不应简单地 增加面积 , 而应仔细分析设计的各种参数是否合 理 , 然后再考虑增加面积 。
1 设计输入
111 工艺参数 在设计换热器之前必须提供工艺参数 。 (1) 两侧流体的流量 。 (2) 两侧流体的进出温度 。 (3) 两侧流体的准确的操作压力对没有给定
(5) 如果没有给定两侧流体的污垢系数 , 设 计者应该参照 TEMA 标准 , 或参照以往的经验 数据 。
(6) 包括进出温度范围内的粘度 、导热系 数 、密度和比热等两侧流体的物性参数 。
(7) 两侧流体的流量 , 进出温度和热负荷之 间要匹配 。
(8) 如 果 没 有 特 别 要 求 , 设 计 者 可 根 据 TEMA 标准里各种不同结构的换热器的特性选 择换热器的类型 , 见图 1 。
(5) 被冷却的流体宜走壳程 , 便于散热 。 (6) 若两流体温差较大 , 对于刚性结构的换 热器 , 宜将给热系数大的流体通入壳程 , 以减少 热应力 。 (7) 流量小而粘度大的流体一般以壳程为 宜 , 因在壳程 Re > 100 即可达到湍流 。如流动 阻力损失允许 , 将这种流体通入管内并采用多管 程结构 , 反而能得到更高的给热系数 。
管壳式换热器设计所需考虑的因素
管壳式换热器设计所需考虑的因素换热设备的类型很多，对每种特定的传热工况，通过优化选型都会得到一种最合适的设备型号，如果将这个型号的设备使用到其他工况，则传热的效果可能有很大的改变。
因此，针对具体工况选择换热器类型，是很重要和复杂的工作。
对管壳式换热器的设计，有以下因素值得考虑。
1、流速的选择流速是换热器设计的重要变量，提高流速则提高传热系数，同时压力降与功耗也会随之增加，如果采用泵送流体，应考虑将压力降尽量消耗在换热器上而不是调节阀上，这样可依靠提高流速来提高传热效果。
采用较高的流速有两个好处：一是提高总传热系数，从而减小换热面积；二是减少在管子表面生成污垢的可能性。
但是也相应的增加了阻力和动力的消耗，所以需要进行经济比较才能最后确定适宜的流速。
此外在选择流速上，还必须考虑结构上的要求。
为了避免设备的严重磨损，所算出的流速不应超过最大允许的经验流速。
以下的三个表格分别表示了介质的流速范围和水在管内的流速余材质的关系等。
下表为壳程气体的最大允许速度与气体成分的分子量和气体压力的关系：2、允许压力降的选择选择较大的压力降可以提高流速，从而增强传热效果减少换热面积。
但是较大的压力降也使得泵的操作费用增加。
合适的压力降值需要以换热器年总费用为目标,反复调整设备尺寸，进行优化计算而得出。
在大多数设备中，可能会发现一侧的热阻明显的高于另一侧，此侧的热阻成为控制热阻。
可壳程的热阻是控制侧时，可以用增加折流板块数或者缩小壳径的方法，来增加壳侧流体流速、减少传热热阻，但是减少折流板间距是有限制的，一般不能小于壳径的"5或50mm。
当管程的热阻是控制侧时，则依靠增加管成熟来增加流体流速。
在处理粘稠物料时，如果流体处于层流流动则将此物料走壳程。
由于在壳程的流体流动易达到湍流状态，这样可以得到较高的传热速率，还可以改进对压力降的控制。
下图为不同介质在不同设备类型中的允许压力降参考值：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。
管壳式换热器设计参数的选择
管壳式换热器设计参数的选择摘要：文章探讨了管壳式换热器设计过程中管箱、壳体、管束、折流板和防冲板等参数的选择，提出了对设计过程中常见问题的解决方案，可以为此类换热器的设计提供参考。
关键词：管壳式换热器，管箱，壳体，管束，折流板，防冲板，设计Parameters Determine in Shell-Tube Heat Exchanger DesigningZhou Hai-ge*, SUN Ai-jun(China Textile Industry Engineering Institute, Beijing 100037)Abstract: Parameters determine of tube box, shell, bundle, baffle and impingement in shell-tube heat exchanger designing is discussed in this article. Propose the solution to ordinary question in designing. It is can be the reference for this type exchanger designing.Keywords: shell-tube heat exchanger, tube box, shell, bundle, baffle, impingement, design引言管壳式换热器是石化行业中应用最广泛的间壁式传热型换热器，适用范围从真空到超高压（超过100MPa），从低温到高温（超过1100℃），约占市场多于65%的份额[1]，因此对于工程设计人员来说，管壳式换热器的设计十分重要。
管壳式换热器的主要组合部件包括壳体、前端管箱和后端结构（含管束）三部分。
管箱、壳体、管束、折流板、防冲板等设计参数决定了换热器的类型、规格及性能特点。
1. 管箱1.1 前端管箱的选择原则GB151中分别列出了A、B、C、N、D五种前端管箱型式[2]。
管壳式换热器设计介绍
TEMA type
Shell Type
TEMA type Shell Type (1/2)
– E-shell is most commonly used. – F-shell gives pure counter-current flow with two tube passes. – However, longitudinal baffle is difficult to seal with the shell especially when reinserting the shell after maintenance. Therefore, some clients don’t allow to use F-shell. – K-shell is used for pure component boiling service.(kettle reboiler) Longitudinal baffle
Fixed Tubesheet Type Heat Exchanger
U-Tube Type Heat Exchanger
Type of STHE
Floating Head Type Heat Exchanger
Q: Which type is cheapest either H-BEM or HAES?
Type of STHE
固定管板式换热器 Fixed Tubesheet Type
Tubesheets are welded to shell. Simple construction and low cost Shell side mechanical cleaning is impossible. Shell side fluid should be clean and less corrosive (<0.00026m2K/W). Expansion bellows are sometimes required due to metal temp. difference (>60 degC).
3.换热器的设计计算
传热负荷生产上对物料加热(冷却)时所需提供(移除)的热量设Q —传热速率，W ；W1、W2 —热、冷流体的质量流率，kg/s ；Cp1、Cp2 —热、冷流体的比热，J/(kg·K)；T1、T2 —热流体的进、出口温度，℃；t1、t2 —冷流体的进、出口温度，℃；r —流体的汽化或冷凝潜热，kJ/kg 。
无相变：()1211p Q W C T T =−()2221p Q W C t t =−()21p Q W r C t t =+−⎡⎤⎣⎦有相变：()()12112221p p Q W C W C t t T T =−=−若忽略热损失，则热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量)()22112121212lnln t T t t t t T t t T −−Δ−Δ=−Δ−Δ()()12121122lnmt t T T t t T t T −−−Δ==−−温差修正曲线¾ψ＜1(Δtm ＜Δtm,逆)是由于复杂流动中同时存在并流和逆流；¾换热器设计时ψ值不应小于0.8，否则不经济；¾可改用多壳程来增大ψ，即将几台换热器串联使用。
Hextran使用最大的管长作为初始值进行计算，如果不满足管程压降和管速限制的话就会减少一个增加值再进行计算。
标准指定选择方法。
设计压力会TEMA类型：前管箱(A、B、C、N、D)TEMA类型：壳程(E,F,G,H,J,K,X)TEMA类型：后管箱或后端结构(L,M,N,P,S,T,U,W)翅片的设计（Fins 选项页）¾翅片效率：对于翅片管外膜传热系数的计算，以光管外表面为基准，其关系式如下：hf0—以光管外表面积为基准的翅片管外膜传热系数hf—翅片管表面膜传热系数At—翅片管的光管部分的面积Af—翅片管的翅片部分的面积A0—光管的外表面积Ω—翅片效率⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Ω+=o f t f fo A A A h h。
管壳式换热器设计原则
（二）管壳式换热器的设计与选型换热器的设计是通过计算，确定经济合理的传热面积及换热器的其它有关尺寸，以完成生产中所要求的传热任务。
1．设计的基本原则（1）流体流径的选择流体流径的选择是指在管程和壳程各走哪一种流体，此问题受多方面因素的制约，下面以固定管板式换热器为例，介绍一些选择的原则。
①不洁净和易结垢的流体宜走管程，因为管程清洗比较方便。
②腐蚀性的流体宜走管程，以免管子和壳体同时被腐蚀，且管程便于检修与更换。
③压力高的流体宜走管程，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗量。
④被冷却的流体宜走壳程，可利用壳体对外的散热作用，增强冷却效果。
⑤饱和蒸汽宜走壳程，以便于及时排除冷凝液，且蒸汽较洁净，一般不需清洗。
⑥有毒易污染的流体宜走管程，以减少泄漏量。
⑦流量小或粘度大的流体宜走壳程，因流体在有折流挡板的壳程中流动，由于流速和流向的不断改变，在低Re（Re>100）下即可达到湍流，以提高传热系数。
⑧若两流体温差较大，宜使对流传热系数大的流体走壳程，因壁面温度与α大的流体接近，以减小管壁与壳壁的温差，减小温差应力。
以上讨论的原则并不是绝对的，对具体的流体来说，上述原则可能是相互矛盾的。
因此，在选择流体的流径时，必须根据具体的情况，抓住主要矛盾进行确定。
（2）流体流速的选择流体流速的选择涉及到传热系数、流动阻力及换热器结构等方面。
增大流速，可加大对流传热系数，减少污垢的形成，使总传热系数增大；但同时使流动阻力加大，动力消耗增多；选择高流速，使管子的数目减小，对一定换热面积，不得不采用较长的管子或增加程数，管子太长不利于清洗，单程变为多程使平均传热温差下降。
因此，一般需通过多方面权衡选择适宜的流速。
（3）冷却介质（或加热介质）终温的选择在换热器的设计中，进、出换热器物料的温度一般是由工艺确定的，而冷却介质（或加热介质）的进口温度一般为已知，出口温度则由设计者确定。
如用冷却水冷却某种热流体，水的进口温度可根据当地气候条件作出估计，而出口温度需经过经济权衡确定。
换热器的工艺设计
热器工艺设计根据TEMA Class R 选定换热器。
1.1.1换热器的选型管壳式换热器常用型式有：固定管板式、U 形管式和浮头式等。
（1）满足以下列出的条件时可选择固定管板式换热器：●管子和壳体因热膨胀引起的应力不超过设计应力的范围，否则要选择浮头式或U 形管式以保证管束可以自由伸缩；●壳程介质不易结垢，或壳程污垢便于化学清洗；●开、停车或其他工况下临时用的换热器。
（2）满足以下列出的条件时可选择U形管式换热器：●管侧不需要机械清洗或容易实现机械清洗时，可以采用 U形管；●管程污垢便于化学清洗。
（3）对于上述各项条件以外，可选择浮头式换热器。
（4）一般情况，下列介质应走管程：●腐蚀性介质；●有毒介质；●易结垢介质；●温度或压力高的介质（必须增加厚度或由碳钢改合金钢时，否则此条不必作为主要矛盾考虑）。
●循环水、水蒸汽。
（5）当上述情况排除后，介质走管程还是走壳程一般要考虑能够提高传热系数和充分利用压降。
一般情况下列介质走壳程：●塔顶冷凝介质；●烃类的冷凝和重沸；●关键压力降控制的流体；●粘度较大的流体；1.1.2传热计算（1）一般要求管壳式换热器的传热设计和校核计算所采用的计算方法要求是被广泛应用的。
推荐使用HTRI 公司发布的HTRI Xchanger Suite4 .0 / 5 .0 和HTFS 公司发布的TASC 程序。
对于采用中国标准的换热器可以采用国内公司自己的专有计算软件。
（2）设计余量1．一般情况，换热器按初期工况进行设计计算，但要核算末期工况和 110％装置负荷工况。
考虑合理的污垢系数，以初期工况选取换热器的余量，末期工况和110 ％装置负荷工况换热器余量大于零就行。
2．塔顶冷凝器设计余量按操作负荷的 115-130 ％或相应的重沸器负荷的增加值两者中的大者来考虑3．考虑热回收系统（即进料／产物、进料／塔底物）低负荷的危险，一般规定余量如下：●产物冷却器（或进料预热器）：热负荷的10 ％或进料／产物换热器负荷的5% ，取大者；●重沸器：进料／塔底换热器热负荷的 5％或重沸器热负荷的10 -30％，取大者；●塔底冷却器：冷却器热负荷的 10 ％或进料／塔底物换热器热负荷的5 % ，取大者。
TEMA管壳式换热器设计原则
TEMA规格的管壳式换热器设计原则——摘引自《PERRY’S CHEMICAL ENGINEER’S HANDBOOK 1999》设计中的一般考虑流程的选择在选择一台换热器中两种流体的流程时，会采用某些通则。
管程的流体的腐蚀性较强，或是较脏、压力较高。
壳程则会是高粘度流体或某种气体。
当管/壳程流体中的某一种要用到合金结构时，“碳钢壳体+合金管侧部件”比之“接触壳程流体部件全用合金+碳钢管箱”的方案要较为节省费用。
清洗管子的内部较之清洗其外部要更为容易。
假如两侧流体中有表压超过2068KPa(300 Psig)的,较为节约的结构形式是将高压流体安排在管侧。
对于给定的压降，壳侧的传热系数较管侧的要高。
换热器的停运最通常的原因是结垢、腐蚀和磨蚀。
建造规则“压力容器建造规则，第一册”也就是《ASME锅炉及压力容器规范Section VIII , Division 1》, 用作换热器的建造规则时提供了最低标准。
一般此标准的最新版每3年出版发行一次。
期间的修改以附录形式每半年出一次。
在美国和加拿大的很多地方，遵循ASME 规则上的要求是强制性的。
最初这一系列规范并不是准备用于换热器制造的。
但现在已包含了固定管板式换热器中管板与壳体间焊接接头的有关规定，并且还包含了一个非强制性的有关管子－管板接头的附件。
目前ASME 正在开发用于换热器的其他规则。
列管式换热器制造商协会标准, 第6版., 1978 (通常引称为TEMA 标准*), 用在除套管式换热器而外的所有管壳式换热器的应用中，对ASME规则的补充和说明。
TEMA “R级”设计就是“用于石油及相关加工应用的一般性苛刻要求。
按本标准制造的设备，设计目的在于在此类应用时严苛的保养和维修条件下的安全性、持久性。
”TEMA “C级”设计是“用于商用及通用加工用途的一般性适度要求。
”而TEMA“B级”是“用于化学加工用途”*译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到1999年第8版3种建造标准的机械设计要求都是一样的。
管壳式换热器设计
管壳式换热器设计一、设计原理：二、工艺要点：1.确定热媒：根据工艺要求，选择合适的热媒，包括流体的物性参数（如密度、比热等）、热传导性能等。
2.确定传热面积：根据传热工质的物性、进出口温度差、热媒的传热系数等参数，计算所需的传热面积。
一般情况下，可以根据热传导的基本公式进行计算，也可以通过经验公式进行估算。
3.确定流量与速度：根据热媒的性质及工艺需求，计算出所需的流量和速度。
流量一般通过流量计进行测量，速度通过壳体内径和流量计算得出。
4.确定壳程和管程流体的传热系数：通过经验公式计算出壳程和管程的传热系数，用于后续的热传导计算。
5.确定传热过程：根据实际情况，选择合适的传热过程，包括对流传热、传导传热和辐射传热等。
6.确定材料和结构：根据工艺要求和运行条件，选择合适的材料进行制造。
同时，结构设计要考虑到换热效果、运行安全性和维护方便性。
三、常见设计问题：1.壳程流体和管程流体的温度差：对于壳程和管程，流体的温度差越大，传热效果越好。
设计时需要考虑流体温度差对换热器的尺寸和传热效率的影响。
2.压降：壳程和管程的流体在换热过程中会产生压降。
设计时需要考虑压降对流体流速和传热系数的影响，并在设计中进行合理的折减和控制。
3.热媒的物性参数：热媒的物性参数对换热器的设计和运行有很大影响。
需要考虑热媒的密度、比热、热传导系数等参数，并在设计中进行合理的估算和计算。
4.材料选择：根据工艺要求和运行条件，选择合适的材料进行制造。
必须考虑材料的耐受性和耐腐蚀性，以及对流体和环境的影响。
总结：管壳式换热器设计涉及多个方面的参数和工艺要求，包括热媒选择、传热面积计算、流量和速度确定、传热系数估算、传热过程选择、材料和结构设计等。
在实际设计中，需按照工艺要求和运行条件合理选择参数和材料，并通过模拟计算和经验公式进行设计。
同时，需要注意常见的设计问题，如温度差、压降、热媒物性参数和材料选择等。
通过合理的设计和选择，可以实现管壳式换热器的高效工作和长期稳定运行。
管壳式换热器选用和设计
在选用和设计管壳式换热器时必须考虑以下问题：（1）冷、热流体流动通道的选择在管壳式换热器内，冷、热流体流动通道可根据以下原则进行选择。
①不洁净和易结垢的流体宜在管程，因管内清洗方便。
②腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀；③压强高的流体宜在管内，以免壳体承受压力；④饱和蒸气宜走壳程，因饱和蒸汽比较清净，给热系数与流速无关而且冷凝液容易排出；⑤被冷却的流体宜走壳程，便于散热；⑥若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程，以减小热应力；⑦流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因在壳程Re＜100即可达到湍流。
但这不是绝对的，如流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而能得到更高的给热系数。
（2）流动方式的选择除逆流和并流之外，在管壳式换热器中冷、热流体还可作各种多管程多壳程的复杂流动。
当流量一定时，管程数或壳程数越多，给热系数越大，对传热过程有利。
但是，采用多管程或多壳程必导致流体阻力损失即输送流体的动力费用增加。
因此，在决定换热器的程数时，需权衡传热和流体输送两方面的得失。
（3）换热管规格和排列的选择换热管直径越小，换热器单位容积的传热面积越大。
因此，对于洁净的流体管径可取得小些。
但对于不洁净或易结垢的流体，管径应取得大些，以免堵塞。
考虑到制造和维修的方便，加热管的规格不宜过多。
目前，我国实行的系列标准规定采用φ25mm×2.5mm的管子，管中心距为32mm和φ19×2mm的管子，管中心距为25mm两种规格，对一般流体是适应的。
管长的选择是以清洗方便和合理使用为准。
我国生产的钢管长多为6m、9m，故系列标准中管长有1.5m、2m、3m、4.5m、6m和9m 六种，其中以3m和6m更为普通。
管子的排列方式有等边三角形和正方形两种。
与正方形相比，等边三角形排列比较紧凑，管外流体湍流程度高，给热系数大。
正方形排列虽比较松散，给热效果比较差，但管外清洗方便，对易结垢流体更为适用。
TEMA换热器设计
TEMA换热器设计换热器是广泛应用于化工、石油、冶金、食品等行业的一种设备，用于将热量从一个介质转移到另一个介质。
换热器的设计对于节约能源和提高生产效率至关重要。
在本文中，将讨论换热器的设计原理以及一些常见的设计方法。
换热器的设计原理基于热传导和对流传热的原理。
热传导是指热量通过介质内部的分子传递，而对流传热则是指介质之间的流动导致的热量传递。
在换热器中，热量的传递通常通过壁面的传导和对流传热来实现。
换热器的设计通常分为两个步骤：热量计算和换热器尺寸计算。
热量计算是确定需要传递的热量量，在换热器设计的初期时非常重要。
它通常基于介质的热力学性质和流量来计算。
例如，对于蒸汽换热器，需要考虑供入和出口蒸汽的温度和流量，以及冷却水的温度和流量。
通过计算这些参数，可以确定所需的热量传递。
换热器尺寸计算是确定换热器的几何尺寸和换热面积的步骤。
设计人员通常需要考虑一些参数，例如介质的热传导系数、压降以及换热器的可靠性。
换热器的几何形状和流道结构对于换热效率有着重要的影响。
一些常见的换热器结构包括管壳式换热器、板式换热器和管束式换热器。
在管壳式换热器中，热量通过内部的管束传递给外壳中的流体。
内部管束的形状和数量可以根据具体的设计要求进行选择。
与管壳式换热器相比，板式换热器通常具有更高的换热效率，并且占用的空间更小。
板式换热器由一系列平行的金属板组成，这些板上有一系列用于流体流动的通道。
热量通过板之间的金属板传递。
管束式换热器是由一系列平行的管束组成，热量通过管束壁面传递给外部流体。
在进行换热器设计时，常常需要考虑的一个重要因素是热效率。
热效率是指实际传递的热量与理论上可传递的最大热量之比。
提高热效率是设计中的一个重要目标，可以通过选择适当的换热器结构和优化流体流动路径来实现。
此外，在换热器的设计中，还需要考虑材料的选择和热交换导管的设计。
对于高温和高压环境，需要选择能够耐受这些条件的材料。
热交换导管的设计需要考虑管道的直径、长度和布局，以确保流体能够高效地传递热量。
TEMA(列管式换热器制造商协会标准)规格的管壳式换热器设计原则
TEMA规格的管壳式换热器设计原则——摘引自《PERRY’S CHEMICAL ENGINEER’S HANDBOOK 1999》设计中的一般考虑流程的选择在选择一台换热器中两种流体的流程时，会采用某些通则。
管程的流体的腐蚀性较强，或是较脏、压力较高。
壳程则会是高粘度流体或某种气体。
当管壳程流体中的某一种要用到合金结构时，碳钢壳体加合金质壳程元件比之壳程流体接触部件全用合金加碳钢管箱的方案要较为节省费用。
清晰管子的内部较之清洗其外部要更为容易。
假如两侧流体中有表压超过2068KPa(300 Psig)的,较为节约的结构形式是将高压流体安排在管侧。
对于给定的压降，壳侧的传热系数较管侧的要高。
换热器的停运最通常的原因是结垢、腐蚀和磨蚀。
建造规则“压力容器建造规则，第一册”也就是《ASME锅炉及压力容器规范Section VIII , Division 1》, 用作换热器的建造规则时提供了最低标准。
一般此标准的最新版每3年出版发行一次。
期间的修改以附录形式每半年出一次。
在美国和加拿大的很多地方，遵循ASME 规则上的要求是强制性的。
最初这一系列规范并不是为换热器制造所准备的。
但现在已添加了固定管板式换热器上管板与壳体间的焊接接头的有关规定，并且还包含了一个非强制性的有关管子－管板接头的附件。
目前ASME 正在研究有关换热器的其他规定。
列管式换热器制造商协会标准, 第6版., 1978 (通常引称为TEMA 标准*), 用作在除套管式换热器而外的所有管壳式换热器的应用中对ASME规则的补充和说明。
TEMA “R级”设计就是“用于石油及相关加工应用的一般性苛刻要求。
按本标准制造的设备是设计目的在于在此类应用中严苛的保养和维修条件下的安全性、持久性。
”TEMA “C级”设计是“用于商用及通用加工用途的一般性适度要求。
”而TEMA“B级”是“用于化学加工用途”*译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到1999年第8版3种建造标准的机械设计要求都是一样的。
管壳式换热器的设计及计算
第一章换热器简介及发展趋势1.1 概述在化工生产中，为了工艺流程的需要，常常把低温流体加热或把高温流体冷却，把液态汽化或把蒸汽冷凝程液体，这些工艺过程都是通过热量传递来实现的。
进行热量传递的设备称为换热设备或换热器。
换热器是通用的一种工艺设备，他不仅可以单独使用，同时又是很多化工装置的组成部分。
在化工厂中，换热器的投资约占总投资的10%——20%，质量约为设备总质量的40%左右，检修工作量可达总检修工作量的60%以上。
由此可见，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。
在其他方面如动力、原子能、冶金、轻工、制造、食品、交通、家电等行业也有着广泛的应用。
70年代的世界能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展，为了节能降耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备[1]。
这是因为，随着能源的短缺(从长远来看，这是世界的总趋势)，可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高[2]。
所以，这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题，最近，随着工艺装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化，向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。
同时，对其一方面要求成本适宜，另一方面要求高精度的设计技术。
当今换热器技术的发展以CFD(Computational Fluid Dynamics)、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系[3]。
当前换热器发展的基本趋势是：继续提高设备的传热效率，促进设备结构的紧凑性，加强生产制造的标准化系列化和专业化，并在广泛的范围内继续向大型化的方向发展。
各种新型高效紧凑式换热器的应用范围将得到进一步扩大。
在压力、温度和流量的许可范围内，尤其是处理强腐蚀性介质而需要使用贵重金属材料的场合下，新型紧凑式换热器将进一步取代管壳式换热器。
总之，为了适应工艺发展的需要，今后在强化传热过程和换热设备方面，还将继续探索新的途径。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
TEMA规格的管壳式换热器设计原则——摘引自《PERRY’S CHEMICAL ENGINEER’S HANDBOOK 1999》设计中的一般考虑流程的选择在选择一台换热器中两种流体的流程时，会采用某些通则。
管程的流体的腐蚀性较强，或是较脏、压力较高。
壳程则会是高粘度流体或某种气体。
当管/壳程流体中的某一种要用到合金结构时，“碳钢壳体+合金管侧部件”比之“接触壳程流体部件全用合金+碳钢管箱”的方案要较为节省费用。
清洗管子的内部较之清洗其外部要更为容易。
假如两侧流体中有表压超过2068KPa(300 Psig)的,较为节约的结构形式是将高压流体安排在管侧。
对于给定的压降，壳侧的传热系数较管侧的要高。
换热器的停运最通常的原因是结垢、腐蚀和磨蚀。
建造规则“压力容器建造规则，第一册”也就是《ASME锅炉及压力容器规范Section VIII , Division 1》, 用作换热器的建造规则时提供了最低标准。
一般此标准的最新版每3年出版发行一次。
期间的修改以附录形式每半年出一次。
在美国和加拿大的很多地方，遵循ASME 规则上的要求是强制性的。
最初这一系列规范并不是准备用于换热器制造的。
但现在已包含了固定管板式换热器中管板与壳体间焊接接头的有关规定，并且还包含了一个非强制性的有关管子－管板接头的附件。
目前ASME 正在开发用于换热器的其他规则。
列管式换热器制造商协会标准, 第6版., 1978 (通常引称为TEMA 标准*), 用在除套管式换热器而外的所有管壳式换热器的应用中，对ASME规则的补充和说明。
TEMA “R级”设计就是“用于石油及相关加工应用的一般性苛刻要求。
按本标准制造的设备，设计目的在于在此类应用时严苛的保养和维修条件下的安全性、持久性。
”TEMA “C级”设计是“用于商用及通用加工用途的一般性适度要求。
”而TEMA“B级”是“用于化学加工用途”*译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到1999年第8版3种建造标准的机械设计要求都是一样的。
各TEMA级别之间的差异很小，并已由Rubin 在Hydrocarbon Process., 59, 92 (June 1980) 上做了归列。
TEMA标准所讨论的主题是：命名原则、制造公差、检验、保证、管子、壳体、折流板和支撑板，浮头、垫片、管板、管箱、管嘴、法兰连接端及紧固件、材料规范以及抗结垢问题。
API Standard 660, 4th ed., 1982*，一般炼油用途的管壳式换热器是由美国炼油协会出版的，以补充TEMA标准和ASME规范。
很多从事化学和石油加工的公司都有其自己的标准以对以上各种要求作出补充。
关于规范、标准和个客户的规定之间的关系已由F. L. Rubin编辑结集，由ASME 在1979年出版了(参见佩里化学工程师手册第6章关于压力容器规则的讨论)。
*译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到2001年第6版换热器的设计压力和设计温度通常在确定时都在预计的工作条件上又给了一个安全裕量。
一般设计压力比操作中的预计最高压力或关泵时的最高压力要高大约172KPa(25 Psi)；而设计温度则通常较最高工作温度高14°C (25°F)。
管束振动随着折流板换热器被设计用于流量和压降越来越高的场合，由管子振动带来的损标准分享网 免费下载坏日益严重。
处理这种问题最为有效的办法就是通过采用只会有助于纵向流动的管子支撑档板而避免出现错流情况。
但是即使如此，仍需对壳程管嘴入口下方的管束区严加注意：此处的流动是从壳体侧面引入的。
TEMA 标准中专门为此设立了一章。
一般说来，管子的振动机理是：漩涡脱体流体错流流过管子时的漩涡脱体频率可能会与管子的固有频率相符，进而激发起很大的共振振幅。
流体弹性耦合流过管子的流体导致管子发生涡动式的振动。
当流速超过某临界值时，流体弹性耦合的机制出现，振动就变为自激振动，振幅增长。
这一机理在遭受振动破坏的工艺换热器上经常发生。
压力脉动由紧随在圆柱体之后或由上游带往圆柱体而发生的湍流压力波动会给管子的振动造成潜在的机理。
管子会对接近其固有频率的那部分能谱作出响应。
声耦合当壳程流体为低密度的气体时, 假如壳程驻波的相位和从管子上脱落的漩涡频率相位相同，声学共振或耦合就会发生。
驻波垂直于管子的轴线和错流的方向。
管子的损坏很少会发生，但是其噪声会令人非常难受。
检查当预制完毕或是维护期间，如能对列管式换热器的壳程做水压试验以便在管头侧做外观检验则是很理想的。
这样就很能容易地确定泄漏管子的位置并做出维修。
假如确定出的漏点无法从管端接近，则有必要对所有的管子－管板连接做再轧制或重焊接，而这有可能给完好的连接处带来损害。
换热器泄漏的测试已有Rubin 在Chem. Eng., 68, 160–166 (July 24, 1961)上做了研究。
性能换热器的性能测试已由美国化学工程师学会在“换热器测试标准程序第一部分：管壳式设备的显热传导”中做了描述。
主要的结构形式图11-36所示为TEMA规格的管壳式换热器的结构细节。
有关此类及其他类型的换热器的详细讨论见下面数节。
固定管板式换热器固定管板式换热器(图.11-36b) 的使用较其他各种换热器更为频繁，并且其使用频率近年来日益提高。
其管板是焊在壳体上的。
一般其管板会在壳体上延伸出去兼做与管侧联箱相紧固连接的法兰。
这种结构的换热器需要壳体与管板的材料可以相互焊接。
假如两部分的材质不能相互焊接，则使用一种“盲死的”垫片结构。
一旦设备制造好，这种盲垫片在维修时无法触及和更换。
这种结构的换热器可用于在真空下操作的蒸汽表面冷凝器。
管程的联箱(或管箱)可能会如图11-35所示的C型或N型是焊到管板上的。
焊上以后的结构比B/M或A/L型管箱的优势在于花钱更少，并且可在不必扰动管侧连接的情况下对换热管做检测和更换。
对于管侧的程数没有限制。
而壳侧的程数可以取1也可以更多—尽管多于两程的壳体比较少见应用。
布管可以完全填满换热器的壳体。
在布管区最外层和壳体之间所留的间隙仅是为了制造时的最低需要。
而在壳体内部与折流板之间也必须留有一定的间隙以便折流板可以滑入壳体。
由于制造公差的缘故在折流挡板的外缘和布管区最外层之间还要留有一定的附加间隙。
在外管限(OTL)和折流挡板直径间的边距必须留的足够以防止管子因为振动而穿透挡板上的开孔。
布管区最外层的管子必须限制在OTL之内。
在壳体内径和OTL之间的间隙：对壳体内径为635mm及以上的换热器，间隙为13mm；对内径为254至610mm 的钢管制壳体换热器，间隙为11mm；对于更小的钢管制壳体间隙可取得更小些。
管子是可以更换的。
管侧联箱，管箱盖板，垫片等都是易于检修和更换的。
而壳程的挡板结构和盲垫片则是不可拆卸的。
移走管子时管子可能会在壳体内断裂，假如有此情况发生，则想再移走或是更换此管子都是极为困难的。
通常采取的做法是将管板上的相应洞口堵死。
由于热膨胀的长度不同，会使壳体和管子的长度产生差异，引发不均匀膨胀。
可以使用各种膨胀节以消除由于膨胀引起的过剩的应力。
是否需要使用膨胀节取决于不均匀膨胀的量以及预期的操作循环工况。
可以使用的膨胀节有很多种。
(图.11-37).标准分享网 免费下载a. Flat plates(平板式).两块同心的平行板，其外边缘处有一连杆。
平板可以挠曲以对局部膨胀作出某些修正。
此种设计通常用于真空及表压低于103Kpa的场合。
局部膨胀发生时所有的焊点都受到危险应力。
b. Flanged-only heads（凸缘接头式? ）.两片平板是凸缘式的，或弧形的。
接头的直径一般要比壳体直径大203mm(或以上). 局部膨胀发生时在壳体上的焊点仍承受前述的应力，但是连接接头的部分所受应力则因为弧形的形状而要小一些。
c. Flared shell or pipe segments(扩径壳体或扩口管段).壳体扩径以连接一管段，或管段剖半或一剖四以做成一个环。
d. Formed heads(成型加工头).可用形式为：一对碟型或椭圆型或凸缘碟型头。
两部分焊在一起或是用一环形连接。
该连接形式类似于凸缘接头式膨胀节但所受应力明显要小。
e. Flanged and flued heads(凸缘接头加烟道孔式).一对凸缘式接头上带有两个同心反向烟道孔。
由于此烟道操作这对接头的费用较高。
接头呈弧形降低了壳体上和连接部焊点所承受的应力。
f. Toroidal (环形膨胀节).环形膨胀节在数学上可以预期有一个较低量级的平滑的应力模型。
其最大应力点在波纹的侧壁，最小应力点在波纹的顶部和底部。
前述设计已经由Kopp 和Sayre在“Expansion Joints for Heat Exchangers” (ASME Misc. Pap., vol. 6, no. 211)中作为环形膨胀圈加以研究过。
所有的对象都属于静不定问题，但通过引进各种简化假定而做了分析。
目前工业上使用某些膨胀节比之于上文中所讨论的模型属于更薄壁的结构。
g. Bellows(波纹管).有众多生产厂家制造薄壁型波纹管膨胀节。
此类设计用于局部膨胀场合并针对轴向位移、横向位移和循环寿命做了测试。
波纹管材质可能是不锈钢、镍基合金或紫铜的(铝，蒙奈尔，磷青铜和钛质波纹管也有见制造。
) 一般还提供与换热器壳体材质相同的焊接短管。
波纹管可能是用一张板材液压制造的或是有几个部分焊成的。
通常也会提供碳钢制保温包壳以保护轻型波纹管换热器免于损坏。
此包壳也能防止保温材料对波纹管位移的妨碍(见h).h. Toroidal bellows(环形波纹管). 波纹管膨胀节做了一些改进以适应高压工况，其位移被薄壁小直径的环形波纹管所吸收。
因此高压部件的厚度相应的降低。
(见f ).带有薄壁波纹管或环形膨胀节的换热器在制造、运输、安装和维修中的不当处理都会损坏其膨胀节。
在大型设备上此类薄壁膨胀节特别易于受损，某些设计人员更乐于使用厚壁的成型加工头型膨胀节。
化工装置上所需要的膨胀节的是凸缘接头加烟道孔式膨胀节。
但使用薄壁型波纹管膨胀节的趋势日益明显。
U型管换热器(图.11-36d) 此类管束包括一个固定端管板和U型管(发夹管)，以及折流挡板和支撑板，相应的拉杆和定距器。
管束可以从壳体中抽出。
此外还有管程联箱(固定端管箱)以及壳体和焊在壳体上的整体式壳盖。
每根换热管都可以自由膨胀，或者都可以不受彼此影响的易于维护。
U型管束的优势在于：有可拆卸管束结构的换热器中U型管束的外管限(OTL)与壳体内径之间间隙最小。
其间隙与固定管板换热器的间隙相同。
对于给定的管板，U型管束的管子开孔数比固定管板换热器的要少，因为将管子弯成小半径弯头是有限度的。
U型管的设计还有一个好处就是降低了膨胀节的使用数目。