管壳式换热器结构基础知识
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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）
4．蒸发器(etaporater)——发生相变 5．再沸器（reboiler） 6．废热锅炉（waste heat boiler）
2020/7来自百度文库14
1 概述
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。
2020/7/14
1 概述
2、浮头式换热器 优点：管束可以抽出，便于清洗； 缺点：换热器结构较复杂，金属耗量较大。 适用场合：适用于介质易结垢的场合。
2020/7/14
2 管子的选用及其与管板的连接
2）先胀后焊：强度胀＋密封焊 适用于管子与管板材料焊接性能较差的材料，胀接时不用润滑油，可防止产生焊
3、胀焊并用 前面我们讲了胀接、焊接后，会发现它们各自有优、缺点，因而目前广泛应用了
胀焊并用的方法，这种方法能提高连接处的抗疲劳性能，消除应力腐蚀和间隙腐蚀， 提高使用寿命。
胀焊并用连接形式主要有： 1）先焊后胀：强度焊＋贴胀
高温高压换热器中大多用厚壁管，胀接时要使用润滑油，进入接头后缝隙中会在 焊接时生成气体，恶化焊缝质量，只要胀接过程控制得当，先焊后胀可避免这一弊 病。
2020/7/14
1 概述
3、填料函式换热器 优点：造价比浮头式低，检修、清洗容易，填料函处泄漏能及时发现； 缺点：壳程内介质由外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的
介质。 适用场合：适用于低压小直径场合。
2020/7/14
1 概述
4、U型管式换热器 优点：结构简单，造价低，壳程可清洗，一个管
常采用无缝钢管规格（外径×壁厚），长度按规定选用（1500mm、2000mm、 2500mm、3000mm、4500mm、5000mm、6000mm、7500mm、9000mm、 12000mm）。其长度与公称直径之比，一般为4～25，常用的为6～10，立式换热器 多为4～6。
2020/7/14
2 管子的选用及其与管板的连接
接的紧密性，管板加工要求可降低，节省孔的 加工工时，工艺较胀接简单，压力较低时可使 用较薄的管板。
缺点：在焊接接头处产生的热应力可能造成应 力腐蚀开裂和疲劳破裂，同时管子、管板间存 在间隙，易出现间隙腐蚀。
2020/7/14
2 管子的选用及其与管板的连接
结构：主要有4种
2020/7/14
2 管子的选用及其与管板的连接
2020/7/14
2 管子的选用及其与管板的连接
2020/7/14
2 管子的选用及其与管板的连接
3）要求管板硬度 大于管子硬度， 否则将管端退火 后再胀接。
胀接时管板上 的孔可以是光孔， 也可开槽。
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2 管子的选用及其与管板的连接
2、焊接 优点：在高温高压条件下，焊接连接能保持连
2020/7/14
1 概述
1.1 管壳式换热器的结构及其主要零部件
2020/7/14
1 概述
2、冷凝器（condenser） 1）分离器 2）全凝器
3、加热器（一般不发生相变）（heater） 1）预热器（preheater）——粘度大的液体，喷雾 状不好，预热使其粘度下降； 2）过热器（superheater）——加热至饱和温度以 上。
1）用空气作介质——空冷器（aircooler） 2）用氨、盐水、氟里昂等冷却到0℃～－20℃——保冷器（deepcooler）
2020/7/14
1 概述
1.2 管壳式换热器的分类 1、固定管板式换热器
优点：结构简单、紧凑、布管多，管内便于清洗，更换、造价低，应用广泛。管 坏时易堵漏。
缺点：不易清洗壳程，一般管壳壁温差大于50℃，设置膨胀节。
板，管子可自由伸缩，无温差应力； 缺点：管程不能清洗，管板上布管少，结构不紧
凑，管子坏时不易修补。 适用场合： 适用于管、壳壁温差较大的场合，尤
其是管内介质清洁不易结垢 的高温、高压、腐蚀性较强 的场合。
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1 概述
1.3 管壳式换热器机械设计内容 管壳式换热器的设计：
1、根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同 时选择管径、管长，决定管数、管程数和壳程数； 2、进行机械设计。内容有：
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
2020/7/14
管壳式换热器结构基础知识
1）壳体直径的决定和壳体厚度的计算； 2）换热器封头选择，压力容器法兰选择； 3）管板尺寸确定； 4）折流板的选择与计算； 5）管子拉脱力的计算； 6）温差应力计算。
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2 管子的选用及其与管板的连接
2.1 管子的选用 1、直径
小直径管子单位传热面积的金属消耗量小，传热系数稍高，但容易结垢，不易清 洗，用于较清洁的流体；大直径管子用于粘性大或污浊的流体。 2、规格
3、结构型式 多用光管，因为结构简
单，制造容易；为强化传 热，也采用异型管、翅片 管、螺纹管等。
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2 管子的选用及其与管板的连接
4、材料 根据压力、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。 7.2.2管子与管板的连接 1、胀接 1）过程：最普通的是利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性变 形，管板孔同时产生弹性变形，取去胀管器后，管板与管子产生一定的挤压力，贴 在一起达到密封紧固连接的目的。 2）适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力≤4Mpa，设计 温度≤300℃，且无特殊要求的场合。外径d＜14mm，不适合胀接。
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
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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）
4．蒸发器(etaporater)——发生相变 5．再沸器（reboiler） 6．废热锅炉（waste heat boiler）
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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。
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2、浮头式换热器 优点：管束可以抽出，便于清洗； 缺点：换热器结构较复杂，金属耗量较大。 适用场合：适用于介质易结垢的场合。
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2 管子的选用及其与管板的连接
2）先胀后焊：强度胀＋密封焊 适用于管子与管板材料焊接性能较差的材料，胀接时不用润滑油，可防止产生焊
3、胀焊并用 前面我们讲了胀接、焊接后，会发现它们各自有优、缺点，因而目前广泛应用了
胀焊并用的方法，这种方法能提高连接处的抗疲劳性能，消除应力腐蚀和间隙腐蚀， 提高使用寿命。
胀焊并用连接形式主要有： 1）先焊后胀：强度焊＋贴胀
高温高压换热器中大多用厚壁管，胀接时要使用润滑油，进入接头后缝隙中会在 焊接时生成气体，恶化焊缝质量，只要胀接过程控制得当，先焊后胀可避免这一弊 病。
2020/7/14
1 概述
3、填料函式换热器 优点：造价比浮头式低，检修、清洗容易，填料函处泄漏能及时发现； 缺点：壳程内介质由外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的
介质。 适用场合：适用于低压小直径场合。
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1 概述
4、U型管式换热器 优点：结构简单，造价低，壳程可清洗，一个管
常采用无缝钢管规格（外径×壁厚），长度按规定选用（1500mm、2000mm、 2500mm、3000mm、4500mm、5000mm、6000mm、7500mm、9000mm、 12000mm）。其长度与公称直径之比，一般为4～25，常用的为6～10，立式换热器 多为4～6。
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2 管子的选用及其与管板的连接
接的紧密性，管板加工要求可降低，节省孔的 加工工时，工艺较胀接简单，压力较低时可使 用较薄的管板。
缺点：在焊接接头处产生的热应力可能造成应 力腐蚀开裂和疲劳破裂，同时管子、管板间存 在间隙，易出现间隙腐蚀。
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2 管子的选用及其与管板的连接
结构：主要有4种
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2 管子的选用及其与管板的连接
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2 管子的选用及其与管板的连接
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2 管子的选用及其与管板的连接
3）要求管板硬度 大于管子硬度， 否则将管端退火 后再胀接。
胀接时管板上 的孔可以是光孔， 也可开槽。
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2 管子的选用及其与管板的连接
2、焊接 优点：在高温高压条件下，焊接连接能保持连
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1.1 管壳式换热器的结构及其主要零部件
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1 概述
2、冷凝器（condenser） 1）分离器 2）全凝器
3、加热器（一般不发生相变）（heater） 1）预热器（preheater）——粘度大的液体，喷雾 状不好，预热使其粘度下降； 2）过热器（superheater）——加热至饱和温度以 上。
1）用空气作介质——空冷器（aircooler） 2）用氨、盐水、氟里昂等冷却到0℃～－20℃——保冷器（deepcooler）
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1 概述
1.2 管壳式换热器的分类 1、固定管板式换热器
优点：结构简单、紧凑、布管多，管内便于清洗，更换、造价低，应用广泛。管 坏时易堵漏。
缺点：不易清洗壳程，一般管壳壁温差大于50℃，设置膨胀节。
板，管子可自由伸缩，无温差应力； 缺点：管程不能清洗，管板上布管少，结构不紧
凑，管子坏时不易修补。 适用场合： 适用于管、壳壁温差较大的场合，尤
其是管内介质清洁不易结垢 的高温、高压、腐蚀性较强 的场合。
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1 概述
1.3 管壳式换热器机械设计内容 管壳式换热器的设计：
1、根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同 时选择管径、管长，决定管数、管程数和壳程数； 2、进行机械设计。内容有：
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
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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
2020/7/14
管壳式换热器结构基础知识
1）壳体直径的决定和壳体厚度的计算； 2）换热器封头选择，压力容器法兰选择； 3）管板尺寸确定； 4）折流板的选择与计算； 5）管子拉脱力的计算； 6）温差应力计算。
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2 管子的选用及其与管板的连接
2.1 管子的选用 1、直径
小直径管子单位传热面积的金属消耗量小，传热系数稍高，但容易结垢，不易清 洗，用于较清洁的流体；大直径管子用于粘性大或污浊的流体。 2、规格
3、结构型式 多用光管，因为结构简
单，制造容易；为强化传 热，也采用异型管、翅片 管、螺纹管等。
2020/7/14
2 管子的选用及其与管板的连接
4、材料 根据压力、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。 7.2.2管子与管板的连接 1、胀接 1）过程：最普通的是利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性变 形，管板孔同时产生弹性变形，取去胀管器后，管板与管子产生一定的挤压力，贴 在一起达到密封紧固连接的目的。 2）适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力≤4Mpa，设计 温度≤300℃，且无特殊要求的场合。外径d＜14mm，不适合胀接。