管壳式换热器结构基础知识
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一、管壳式换热器的基本概念管壳式换热器是一种常见的换热设备，其主要由管束和外壳两部分组成。
其中，管束是由许多平行排列的管子组成，而外壳则是将这些管子包裹在一起的结构。
通过这种结构，管壳式换热器可以实现两种介质之间的热量传递。
二、工作原理1. 热媒流动原理在管壳式换热器中，介质A和介质B分别通过内部的管子和外部的壳体进行流动。
其中，介质A通常为高温流体，而介质B则为低温流体。
当两种介质在内外两侧经过时，由于存在温度差异，会发生热量传递。
2. 热媒传递原理在介质A和介质B之间进行热量传递时，主要有三个过程：对流传热、传导传热和辐射传热。
其中，对流传热是最主要的一种方式。
3. 工作过程在工作过程中，高温流体通过内部的管子进入到换热器中，并沿着管子表面流动。
同时，低温流体从外部的壳体进入到换热器中，并沿着管子外表面流动。
在这个过程中，高温流体和低温流体之间进行了热量传递，使得高温流体的温度降低，而低温流体的温度升高。
三、结构特点1. 管束结构管束是管壳式换热器的主要组成部分之一。
在管束中，许多平行排列的管子被固定在两个端盖板上，并通过密封垫圈与外壳连接。
由于管子间距离较小，因此可以有效地增加热量传递面积。
2. 壳体结构外壳是管壳式换热器的另一个重要组成部分。
它通常由两个半球形或长方形壳体组成，并通过法兰连接。
在使用过程中，外壳起到保护内部管束不受损坏的作用。
3. 密封结构为了保证介质A和介质B之间不发生混合，在管壳式换热器中需要设置密封结构。
这种密封结构通常采用密封垫圈或波纹垫片等材料制成，可以有效地防止介质泄漏。
4. 清洗结构由于管壳式换热器在使用过程中会产生一定的污垢和腐蚀物，因此需要定期进行清洗。
为了方便清洗，管壳式换热器通常设置有进出口和排污口等结构。
四、应用领域管壳式换热器广泛应用于化工、石油、制药、食品等领域中。
在这些领域中，管壳式换热器可以实现高效的热量传递，提高生产效率，并减少能源消耗。
管壳式换热器内部结构
管壳式换热器内部结构
管壳式换热器的内部结构主要包括壳体、管板、管束、挡板及箱体等部分。
其中，壳体是圆形的，用于容纳管束和其他内部组件，并通过连接法兰与换热器其他部分连接在一起。
管板则位于壳体的两端，用于固定管束并防止管束在运行过程中发生位移或振动。
管束是换热器的核心部分，由许多小直径的管子组成，它们被固定在管板上，用于传输热流体。
挡板则位于管束的一侧，用于改变热流体的流动方向，增加湍流度并提高换热效率。
箱体则用于容纳所有内部组件，并作为外部框架，支撑和固定整个换热器。
此外，管壳式换热器还有许多其他的设计和结构变化，例如固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式的浮头换热器等。
这些变化都是为了满足不同的工艺和操作要求。
以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议查阅相关书籍或咨询专业人士。
完整版HTRI管壳式换热器设计基础教程讲解
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
管壳式换热器结构介绍
后封头
L型后封头：和A型前封头相同 M型后封头：和B型前封头相同 N型后封头：和N型前封头相同 U型：U型管束,管束可移动,壳侧容易清洗；热膨胀处理优秀,经济无法兰； 缺点是管侧无法清洗,更换管束困难,弯头部位容易冲刷损伤, P型封头和W型封头已经被淘汰,不在使用， S型封头：其尺寸特点是其后封头要比壳体的直径大,优点是可以解决换热 器设计过程中的两个问题,一是可以消除换热器的热应力,二是换热器的管
造遵循标准：国外TEMAASME国内GB151、GB150
换热器封头选取原则
1、管壳侧是否需要清洗； 2、是否需要移动管束； 3、是否需要考虑热膨胀； 前封头类型：A、B、C、D、N 后封头类型：L、M、N、P、S、T、W 后封头又分为固定式、浮头式以及U型管,相对于固定式,浮头式造价更高、 需要更大的壳径、低的换热效果由于泄漏流C的存在,优点则是一端具有自 由度可以处理好热膨胀问题,
温度，
5、设备结构的选择
对于一定的工艺条件,首先应确定设备的形式, 例如选择固定管板形式还是浮头形式等，参
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
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，
管壳式换热器
第十七章管壳式换热器（shellandtubeheatexchange）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°C）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
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
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：
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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；
管壳式换热器培训讲义
管壳式换热器Tubular Hat Echangers一．基本知识固定管板式换热器；浮头式换热器；U 形管式换热器；釜式重沸器；填料函式换热器。
3 固定管板式换热器固定管板换热器的具体结构，见GB151中P5上的图2。
1）固定管板换热器的主要特点：结构简单、紧凑、没有壳程密封的问题，而且往往是管板兼作法兰。
其适用于：管、壳程温差较大，但压力不高的场合(因为温差大，要加膨胀节，而膨胀节耐压能力差；管、壳程温差不大，而压力较高的场合；壳程无法机械清洗，故要求壳程介质干净；或虽会结垢，但通过化学清而能去除的场合；布管多，锻件少，一次性投资低；但不可更换管束，整台设备往往由换热管损坏而更换，故设备运行周期短。
2）用压力和温度的限制：由于换热管、管板和壳体焊在一起，故换热管与壳体间的金属壁温差引起的温差应力是其致命的弱点，因为在固定管板换热器的管板温差应力计算中，要进行以下三个方面的校核：（1）按有温差的各种工况算出的壳体轴向应力σc；（2）换热管轴向应力σt；（3）换热管与管板之间连接拉脱力q。
上述三项中有一项不能满足强度条件时，就需设置膨胀节。
根据工程经验，当壳体与换热管金属温差(注意不是介质温差)高于50℃时一般应设置膨胀节，而GB16749《压力容器用波形膨胀节》规定最高使用压力为6.4MPa,再高要用带加强装置的Ω型膨胀节。
故带膨胀节的固定管板换热器使用压力不高，而且结构设计和制造也趋于复杂。
在壁温差很小无需考虑温差应力时，固定管板式换热器也有使用在很高压力的场合，此时往往管板与管箱或管板与壳体做成整体型式，或者管板、管箱(头盖)和壳体三者成为一个整体，如大化肥中的高压甲铵冷凝器的管程压力为15.8MPa ，但一般高压用得比较少，而低压力、大直径固定管板式换热器用得很广泛。
4 浮头式换热器浮头换热器的具体结构，见GB151中P5上的图1。
1）浮头换热器的主要特点：可抽式管束，当换热管为正方形或转角正方形排列时，管束可抽出进行管间机械清洗，适用于壳程易结焦及堵塞的工况；一端管板夹持，一端内浮头型式可自由浮动，故无需考虑温差应力，可用于大温差的场合；浮头结构复杂，影响排管数，加之处于壳程介质内的浮头密封面操作中发生泄漏时很难采取措施；压力试验时的试压胎具复杂。
管壳式换热器
2.浮头式换热器
管束一端的管板可以自由移动，不受温差应力的影响，其结构复杂，内浮头密封困难，锻件多， 造价高。维修时可拆卸浮头，抽出管束进行检修或更换，适用于管、壳程温差大但工作压力不 超过10 MPa的工况，缺点是需要抽出管束。还有一种浮头式换热器也成为填料函式换热器， 其管束可自由伸缩，壳程和管程都可以拆开清洗，结构简单，适用管、壳程温差大工况，但其 耐压、耐温及密封能力差，目前只是在低压与小直径的场合下使用。
管壳式换热器结构与原理
PPT演示
管壳式换热器的简介：
1. 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。 2.管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，管 壳式换热器在化工、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。
3 U形管式换热器
管束可自由伸缩，只有一块管板，密封面少，管束与壳体分离，消除了温差应力，可抽芯检修 更换。适用场合为管、壳程温差大，高温，高压。壳程需抽芯清洗，管内介质干净或虽会结垢 但通过化学清洗能清除。
换热器工作结构图示
管壳式换热器分类：
• 为固定管板式换热器的构造。A流体从接管1Байду номын сангаас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)。
管壳式换热器换热特点
• 管壳式换热器是换热器的基本类型之一， 19世纪80年代开始就已应用在工业上。这 种换热器结构坚固,处理能力大、选材范围 广，适应性强，易于制造,生产成本较低， 清洗较方便，在高温高压下也能适用。但 在传热效能、紧凑性和金属消耗量方面不 及板式换热器、板翅式换热器和板壳式换 热器等高效能换热器先进。
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收集设计资料
收集相关的工艺数据、物性数 据、设备规格等必要信息。
选择设计软件
根据设计任务和设计资料，选 择合适的管壳式换热器设计软
件，如HTRI等。
热力计算与选型分析
热力计算
根据工艺条件和物性数据，进行 热量衡算，确定传热面积、热负 荷等关键参数。
选型分析
根据热力计算结果，选择合适的 换热器型号、管径、管长、管数 等结构参数。
结构组成
管壳式换热器主要由壳体、管束、管板、折流板、封头等部件组成。
结构特点
管壳式换热器具有结构紧凑、传热效率高、适应性强、使用寿命长等特点。
工作原理与性能参数
工作原理
管壳式换热器通过热传导和对流换热的方式，实现热量从高温流体向低温流体的传递。
性能参数
评价管壳式换热器性能的参数主要包括传热系数、压力降、热效率等。
计算实例
以某具体换热器为例，展示详细的热力计算 过程，包括物性参数计算、传热系数确定、 压降计算等。
结构设计优化建议
要点一
结构优化方向
从提高传热效率、降低压降、增强结构强度等方面提出优 化建议。
要点二
具体优化措施
采用高效传热管型、优化折流板结构、改进管板连接方式 等。
性能评估与改进方向
性能评估方法
案例分析：典型管壳式换热器设计实 例
案例背景介绍及设计要求
案例背景
某化工厂需要一种高效、可靠的管壳式 换热器来满足生产过程中的热量交换需 求。
VS
设计要求
换热器需要能够承受高温高压的工作环境 ，同时保证高效的热量传递效率，降低能 耗，提高生产效率。
热力计算过程展示
热力计算流程
确定设计参数 -> 选择合适的热力学模型 > 进行热量平衡计算 -> 确定换热器的主要 尺寸和性能参数。
管壳式换热器 (2) ppt课件
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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
焊接：在高温高压下能保持连接的紧密性，对管板孔的加工要
ppt课件
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管壳式换热器的类型、标准与结构
换热器中主要部件名称
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：圆筒壳体；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；21：吊耳；22：放气口； 23：凸形封头；24：浮头法兰；25：浮头垫片；26：无折边球面封头；27：浮头管 板；28：浮头盖(部件)；29：外头盖(部件)；30：排液口；31：钩圈；32：接管；33： 活动鞍座(部件)；34：换热管；35：挡管；36：管束(部件)；37：固定鞍座(部件)； 38：滑道；39：管箱垫片；40：管箱短节；41：封头管箱(部件)；42：分程隔板
（3）密封长度尽可能短。
常用程数：根据GBl51-1999规定，常用程数有1、2、4、6、8、
10、12等七种程数。
分程方法：平行分程法和丁字形分成法
从热膨胀角度出发，在考虑分程时，最好使相邻程间平均壁 温之差不超过28℃，因此就由平行隔板和丁字形隔板所组成的四 流程换热器而论，平行隔板要优于丁字形隔板，因为在采用丁字 形隔板时，最冷和最热的流程是紧挨着的。
（2）由于制造复杂，安装不便， 因而不常采用。
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
管壳式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、石油、制药、食品等行业中。
它的工作原理是利用管内流体与管外流体之间的热量传递，将热量从一个介质传递到另一个介质中，以达到加热、冷却或蒸发等目的。
管壳式换热器的结构主要由管束、壳体、管板、支撑件、密封件、进出口管道等组成。
其中，管束是由许多平行排列的管子组成的，管子的材质可以是不锈钢、铜、钛等，根据不同的介质选择不同的材质。
壳体是管束的外壳，通常采用碳钢、不锈钢等材质制成，具有良好的耐腐蚀性能。
管板是将管束固定在壳体内的关键部件，它可以分为固定管板和浮动管板两种类型。
支撑件是用于支撑管束的部件，通常采用钢制材料制成。
密封件则是用于保证管束与壳体之间的密封性能，通常采用橡胶、聚四氟乙烯等材料制成。
进出口管道则是用于将介质引入或排出换热器的管道。
管壳式换热器的工作原理是将需要加热或冷却的介质通过管道引入管束内，然后通过管子的壁面与管外流体进行热量传递，最后将加热或冷却后的介质从管束中排出。
管外流体则通过壳体内的流道流动，将管内流体传递过来的热量带走，以达到加热或冷却的目的。
在换热过程中，管束和壳体之间的热量传递效率取决于管束的布置方式、管子的材质、流体的流速等因素。
管壳式换热器是一种高效、可靠的换热设备，具有结构简单、维护
方便、适用范围广等优点。
在工业生产中，它被广泛应用于加热、冷却、蒸发等工艺过程中，为生产提供了重要的支持。
管壳式换热器原理与设计
管壳式换热器原理与设计管壳式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、炼油、石油化工、动力、核能等多个工业领域。
其工作原理和设计要点如下：工作原理：基本构造：管壳式换热器主要由壳体、管束、管板、折流板、管箱等部件组成。
壳体通常为圆筒形，内部装有平行排列的管束，管束两端固定在管板上。
流体通过管内（管程）和管外（壳程）进行热交换。
热量传递：冷热两种流体分别在管程和壳程中流动，热量通过管壁从高温流体传递给低温流体。
一种流体在管内流动（管程流体），另一种流体在管外，即壳体内流动（壳程流体）。
热量传递遵循热力学第二定律，从高温区自发流向低温区。
强化传热：为了提高传热效率，壳程内常设置折流板，迫使壳程流体多次改变方向，增加流体湍流程度，从而提高传热系数。
管束的排列（如等边三角形或正方形）也会影响传热效率和清洁维护的便利性。
设计要点：流体选择：根据工艺要求决定哪种流体走管程，哪种走壳程。
一般而言，易结垢或腐蚀性的流体走管程便于清洗和更换管束。
材料选择：根据流体的性质（如温度、压力、腐蚀性）选择合适的材料，如不锈钢、碳钢、铜合金等，以确保换热器的耐用性和安全性。
热负荷计算：根据工艺条件计算所需的热负荷，确定换热面积，进而决定管束的数量、长度和直径。
压降考虑：设计时需考虑流体在管程和壳程中的压降，确保泵送能耗合理，避免因压降过大导致系统运行不稳定。
结构设计：包括管板的设计（固定管束的方式）、壳体厚度设计、支撑和悬挂结构设计等，以保证换热器的机械强度和稳定性。
清洗与维护：设计时应考虑换热器的可维护性，如管束的可拆卸性，以及便于清洗壳程内部的结构设计。
综上所述，管壳式换热器的设计是一个综合考虑热工性能、机械强度、材料选择、经济性和可维护性的复杂过程，需要精确的计算和细致的工程设计。
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一、引言管壳式换热器作为一种常见的换热设备，在工业生产和能源领域得到广泛应用。
它能够将热量从一个介质传递到另一个介质，实现能量的转移。
本文将深入探讨管壳式换热器的工作原理及结构。
二、工作原理管壳式换热器的工作原理可以概括为传导、对流和辐射三种方式的能量传递。
2.1 传导传热传导是指由于不同温度物体之间的热运动，热量通过颗粒的碰撞和传递实现。
在管壳式换热器中，传导传热主要发生在管壳内部。
热源通过传导方式将热量传递给管壳内的管道，然后通过管道的传导传递给另一介质。
2.2 对流传热对流传热是指热源通过流体的对流方式将热量传递给另一介质。
在管壳式换热器中，热源和另一介质通过管道分别进入管壳内部，热源通过管壁将热量传递给管道内的流体，流体再通过对流方式将热量传递给另一介质。
2.3 辐射传热辐射传热是指热源通过辐射方式将热量传递给另一介质。
辐射传热不需要介质的介入，可以在真空中传递热量。
在管壳式换热器中，热源通过辐射方式将热量传递给管道内壁，然后再通过传导或对流方式将热量传递给另一介质。
三、结构管壳式换热器由管壳和管束两部分组成，具有复杂的结构设计。
3.1 管壳管壳是管壳式换热器的外壳，起到固定管束和流体的作用。
常见的管壳材料有碳钢、不锈钢和铜等。
管壳主要由头盖、壳体、管板和尾盖等部分组成。
3.2 管束管束是管壳式换热器中的核心部件，由管子和管板组成。
管子通常采用无缝钢管或螺旋钢管制成，根据换热要求可以采用不同的布管方式，如并列布管、单列布管和交叉布管等。
管板用于固定管子，保证管子之间的间距。
3.3 流体分流器流体分流器位于管束的进出口处，起到将流体引导到相应的管子中去的作用。
流体分流器的设计关系到换热效率和流体的流动状态。
3.4 密封装置密封装置用于防止热源和另一介质之间的交叉污染，同时保证换热过程中的密封性。
四、工作过程管壳式换热器的工作过程可以分为进料、加热和出料三个阶段。
管壳式换热器讲解
管壳式换热器讲解管壳式换热器又称列管式换热器，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。
构成：管壳式换热器由管箱、壳体、管束等主要元件构成。
管束是管壳式换热器的核心，其中换热管作为导热元件，决定换热器的热力性能。
另一个对换热器热力性能有较大影响的基本元件是折流板（或折流杆）。
管箱和壳体主要决定管壳式换热器的承压能力及操作运行的安全可靠性。
工作原理：管壳式换热器属于间壁式换热器，其换热管内构成的流体通道称为管程，换热管外构成的流体通道称为壳程。
管程和壳程分别通过两不同温度的流体时，温度较高的流体通过换热管壁将热量传递给温度较低的流体，温度较高的流体被冷却，温度较低的流体被加热，进而实现两流体换热工艺目的。
类型：管壳式换热器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：1）固定管板换热器结构：管束连接在管板上，管板与壳体相焊。
优点：结构简单紧促，能承受较高压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时方便堵管或更换。
排管数比U形管换热器多。
缺点：管束与壳体的壁温或材料的线胀系数相差较大时，壳体和管束中将产生较大热应力，为此应需要设置柔性元件（如膨胀节）。
不能抽芯无法进行机械清洗。
不能更换管束，维修成本较高。
适用范围：壳程侧介质清洁不易结垢，不能进行清洗，管程与壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。
2）浮头换热器结构：两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，称为浮头。
浮头由浮头管板，钩圈和浮头盖组成，是可拆连接，管束可从壳体中抽出。
管壳式换热器ppt课件
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。
第一节 管壳式换热器的总体结构
流 体 流 动 方 向
转角正三角形
正三角形排列的管束
正三角形最普遍，因为在相同的管板面积上排管最多， 结构紧凑，同一板上管子比正方形多排10%左右，但管外清 洗不方便；
适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。
管板
壳壁内温差应力： s
F As
35
管子拉脱力的计算 ——限于管子与管板胀接情况。 1）.介质压力和温差力对管板的作用：
假设 管壁温度＞壳壁温度
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2）.拉脱力的计算
计算的目的：保证胀接接头的牢固连接和良好的密封性。 拉脱力定义：管子每平方米胀接周边上所受的力，单位为
帕。 引起拉脱力的因素为：操作压力和温差力。 （1）操作压力引起的拉脱力qp: 介质压力作用的面积 f 如图示
补偿方法： a.减小壳体与管束间的温度差
使传热膜系数大的流体走壳程； 壳壁温度低于管壁温度时，对壳体进行保温。
b.装设挠性构件 壳体上安装膨胀节；（见书P217 图7-38） 将直管制成带S形弯的管。如氨合成塔内的冷管：
43
c.采用壳体与管束自由伸缩的结构 （1）填料函式换热器
44
填料函结构之三
；
s
F As
2.由管束与壳体温差引起的热应力
温差应力的产生：
t t (tt to )L S S (ts t0 )L
管壳式换热器
管壳式换热器引言管壳式换热器是一种常用于工业生产过程中的传热设备，通过管壳之间的传热，对流传热和传导传热来完成能量的传递。
本文将对管壳式换热器的基本原理、结构和工作原理进行详细介绍。
一、基本原理管壳式换热器由管束、壳体和管板等组成。
工作过程中，热量通过壳体流通的介质（如水、气体等）经过管束的外表面传递给换热器中的工艺流体，实现传热。
其基本原理包括对流传热和传导传热两部分。
1. 对流传热对流传热是指热量通过流体的流动而传递的过程。
在管壳式换热器中，工艺流体通过管束的管道中流动，与管道外面的介质进行对流传热。
传热过程中，流体的流速和流动方式对换热效果有着重要的影响。
2. 传导传热传导传热是指热量通过物质的热传导而传递的过程。
在管壳式换热器中，热量从管束的工艺流体传递到管束的外表面，再通过壳体传导给外部介质。
传导传热过程中，材料的导热性能和温度差是影响换热效果的关键因素。
二、结构管壳式换热器的基本结构包括管束、壳体、管板和垫片等。
具体结构如下：1.管束：管束是管壳式换热器中的主要传热元件，由一系列管道组成，起到传热的作用。
管束通常由多根管道并排排列而成，根据不同的传热需求，可以采用不同的管束结构。
2.壳体：壳体是管壳式换热器的外壳，起到固定管束和保护换热器的作用。
壳体通常由钢板焊接而成，能够承受一定的压力和温度。
3.管板：管板是管束和壳体之间的连接件，起到固定管束和密封壳体的作用。
管板通常由金属材料制成，能够耐受高温和高压的工况。
4.垫片：垫片位于管束和管板之间，起到密封作用。
垫片通常由柔性材料（如橡胶、石墨等）制成，能够适应不同的工作条件和温度变化。
三、工作原理管壳式换热器的工作原理可以简述如下：1.工艺流体进入换热器的管束中，并流经管道，与管道的外表面进行换热。
2.热量从管束内的工艺流体传递到管束的外表面上，通过传导传热和对流传热的方式，热量传递给外部介质。
3.外部介质经过壳体，在管板上与管束的表面进行对流传热，实现热量的传递和交换。
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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。
2020/7/14
Байду номын сангаас 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：
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。
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
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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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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。
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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。
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1 概述
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。
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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
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
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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
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
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。
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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
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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
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