【精品】管壳式换热器
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应用——壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易 结垢的场合。
10
6.2.1 基本类型
结构
三、U形管式换热器
过程设备设计
U形管
（C）BIU U形管式换热器
11
U形管式换热器
12
6.2.1 基本类型
优点 缺点
应用
过程设备设计
结构比较简单、价格便宜，承压能力强。
受弯管曲率半径限制，布管少； 管束最内层管间距大，管板利用率低； 壳程流体易短路，传热不利。 当管子泄漏损坏时，只有外层U形管可更 换，内层管只能堵死，坏一根U形管相当 于坏两根管，报废率较高。
三角形布管多，但不易清洗； 正方形及转角正方形较易清洗
P≥1.25d0
24
6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
表6-1 常用换热管中心距/mm
换热管外径do 12 14 19 25 32 38 45 57 换热管中心距 16 19 25 32 40 48 57 72
25
6.2.2 管壳式换热器结构
管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要 清洗，又不宜采用浮头式和固定管板式的 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。
13
6.2.1 基本类型
结构
四、填料函式
过程设备设计
填料函式密封
(d) AFP填料函双壳程换热器
14
6.2.1 基本类型
过程设备设计
优点
结构较浮头式简单，加工制造方便； 节省材料，造价比较低廉; 管束从壳体内可抽出; 管内、管间都能进行清洗，维修方便。
翅片管（在给热系数低侧） 螺旋槽管 螺纹管
2.换热管尺寸
φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm无缝钢管 φ25×2和φ38×2.5mm不锈钢管
标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等
21
6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
小管径
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
2
管壳式换热器
3
6.2.1 基本类型
6.2.1 基本类型
一、固定管板式 二、浮头式 三、U形管式 四、填料函式 五、釜式重沸器
过程设备设计
4
6.2.1 基本类型
结构
一、固定管板式换热器
过程设备设计
（a) BEM立式固定管板式换热器
5
双管程固定管板换热器
6
6.2.1 基本类型
过程设备设计
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
——当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相 差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。
应用
——适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行溶 解清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳 侧压力不高的场合。
为减少热应力，通常在固定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。
过程设备设计
管程
壳程
管程
（a) BEM立式固定管板式换热器
19
6.2.2 管壳式换热器结构
6.2.2.1 管程结构 6.2.2.2 壳程结构
过程设备设计
一、换热管 二、管板 三、管箱 四、管束分程 五、换热管与管板连接
20
6.2.2 管壳式换热器结构
一、换热管
1.换热管型式
光管 强化传热管
过程设备设计
29
6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
厚度计算标准 GB151《管壳式换热器》
美国管式换热器制造商协会标准TEMA
西德AD标准
厚度
“厚管板”——GB151《管壳式换热器》、 美国管式换热器制造商协会标准TEMA
“薄管板”——西德AD标准8-20mm
30
6.2.2 管壳式换热器结构
薄管板
目前主要有
特点
与浮头式、U形管式换热器一样， 清洗维修方便；
可处理不清洁、易结垢介质，能 承受高温、高压（无温差应力）。
17
6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
管程
壳程
管程
（a) BEM立式固定管板式换热器
18
6.2.2 管壳式换热器结构
管程——与管束中流体相通的空间 壳程——换热管外面流体及相通空间
过程设备设计
26
6.2.2 管壳式换热器结构
二、管板
过程设备设计
作用
用来排布换热管； 将管程和壳程流体分开，避免冷、热流体混合； 承受管程、壳程压力和温度的载荷作用。
27
6.2.2 管壳式换热器结构
1.管板材料
过程设备设计
力学性能 介质腐蚀性（及tube-tubesheet间电位差对腐蚀影响） 贵重钢板价格
缺点 应用
填料处易泄漏。
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。
注：填料函式换热器现在已很少采用。
15
6.2.1 基本类型
结构
五、釜式重沸器
过程设备设计
蒸发空间
(f)
管束可以为浮头式、U形管式和固定管板式结构
16
6.2.1 基本类型
过程设备设计
过程设备设计
平面形 椭圆形 碟形 球形 挠性薄管板等
流体无腐蚀性或有轻微腐蚀性时， 管板采用压力容器用碳素钢或低合金钢板或锻件制造； 腐蚀性较强时，用不锈钢、铜、铝、钛等材料， 为经济考虑，采用复合钢板或堆焊衬里。
28
6.2.2 管壳式换热器结构
2.管板结构
厚度—— 满足强度前提下，尽量减少管板厚度
过程设备设计
热应力
（a) BEM立式固定管板式换热器
7
6.2.1 基本类型
结构
二、浮头式
过程设备设计
浮头端可自由伸缩，无热应力
浮头端
8
浮头式换热器 9
6.2.1 基本类型
过程设备设计
优点——管间和管内清洗方便，不会产生热应力；
缺点——结构复杂，造价比固定管板式换热器高， 设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖 在操作中无法检查，制造时对密封要求较 高。
第六章 换热设备
6.1 概述 6.2 管壳式换热器 6.3 传热强化技术
过程设备设计
6.2.1 基本类型 6.2.2 管壳式换热器结构 6.2.3 管板设计 6.2.4 膨胀节设计 6.2.5 管束振动和防止
1
6.2 管壳式换热器
过程设备设计
本章 重点
教学重点： 管壳式换热器结构。
教学难点： 管板设计、管束振动。
用于较清洁的流体
大管径
粘性大或污浊的流体
22
6.2.2 管壳式换热器结构
3.换热管材料
Hale Waihona Puke Baidu
金属材料
碳素钢 低合金钢 不锈钢 铜 铜镍合金 铝合金 钛等
非金属材料
过程设备设计
石墨 陶瓷 聚四氟乙烯等
23
6.2.2 管壳式换热器结构
4.换热管排列形式及中心距
30°
60°
90°
过程设备设计
45°
p
管桥强度 清洗通道
10
6.2.1 基本类型
结构
三、U形管式换热器
过程设备设计
U形管
（C）BIU U形管式换热器
11
U形管式换热器
12
6.2.1 基本类型
优点 缺点
应用
过程设备设计
结构比较简单、价格便宜，承压能力强。
受弯管曲率半径限制，布管少； 管束最内层管间距大，管板利用率低； 壳程流体易短路，传热不利。 当管子泄漏损坏时，只有外层U形管可更 换，内层管只能堵死，坏一根U形管相当 于坏两根管，报废率较高。
三角形布管多，但不易清洗； 正方形及转角正方形较易清洗
P≥1.25d0
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6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
表6-1 常用换热管中心距/mm
换热管外径do 12 14 19 25 32 38 45 57 换热管中心距 16 19 25 32 40 48 57 72
25
6.2.2 管壳式换热器结构
管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要 清洗，又不宜采用浮头式和固定管板式的 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。
13
6.2.1 基本类型
结构
四、填料函式
过程设备设计
填料函式密封
(d) AFP填料函双壳程换热器
14
6.2.1 基本类型
过程设备设计
优点
结构较浮头式简单，加工制造方便； 节省材料，造价比较低廉; 管束从壳体内可抽出; 管内、管间都能进行清洗，维修方便。
翅片管（在给热系数低侧） 螺旋槽管 螺纹管
2.换热管尺寸
φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm无缝钢管 φ25×2和φ38×2.5mm不锈钢管
标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等
21
6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
小管径
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
2
管壳式换热器
3
6.2.1 基本类型
6.2.1 基本类型
一、固定管板式 二、浮头式 三、U形管式 四、填料函式 五、釜式重沸器
过程设备设计
4
6.2.1 基本类型
结构
一、固定管板式换热器
过程设备设计
（a) BEM立式固定管板式换热器
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双管程固定管板换热器
6
6.2.1 基本类型
过程设备设计
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
——当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相 差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。
应用
——适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行溶 解清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳 侧压力不高的场合。
为减少热应力，通常在固定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。
过程设备设计
管程
壳程
管程
（a) BEM立式固定管板式换热器
19
6.2.2 管壳式换热器结构
6.2.2.1 管程结构 6.2.2.2 壳程结构
过程设备设计
一、换热管 二、管板 三、管箱 四、管束分程 五、换热管与管板连接
20
6.2.2 管壳式换热器结构
一、换热管
1.换热管型式
光管 强化传热管
过程设备设计
29
6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
厚度计算标准 GB151《管壳式换热器》
美国管式换热器制造商协会标准TEMA
西德AD标准
厚度
“厚管板”——GB151《管壳式换热器》、 美国管式换热器制造商协会标准TEMA
“薄管板”——西德AD标准8-20mm
30
6.2.2 管壳式换热器结构
薄管板
目前主要有
特点
与浮头式、U形管式换热器一样， 清洗维修方便；
可处理不清洁、易结垢介质，能 承受高温、高压（无温差应力）。
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6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
管程
壳程
管程
（a) BEM立式固定管板式换热器
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6.2.2 管壳式换热器结构
管程——与管束中流体相通的空间 壳程——换热管外面流体及相通空间
过程设备设计
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6.2.2 管壳式换热器结构
二、管板
过程设备设计
作用
用来排布换热管； 将管程和壳程流体分开，避免冷、热流体混合； 承受管程、壳程压力和温度的载荷作用。
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6.2.2 管壳式换热器结构
1.管板材料
过程设备设计
力学性能 介质腐蚀性（及tube-tubesheet间电位差对腐蚀影响） 贵重钢板价格
缺点 应用
填料处易泄漏。
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。
注：填料函式换热器现在已很少采用。
15
6.2.1 基本类型
结构
五、釜式重沸器
过程设备设计
蒸发空间
(f)
管束可以为浮头式、U形管式和固定管板式结构
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6.2.1 基本类型
过程设备设计
过程设备设计
平面形 椭圆形 碟形 球形 挠性薄管板等
流体无腐蚀性或有轻微腐蚀性时， 管板采用压力容器用碳素钢或低合金钢板或锻件制造； 腐蚀性较强时，用不锈钢、铜、铝、钛等材料， 为经济考虑，采用复合钢板或堆焊衬里。
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6.2.2 管壳式换热器结构
2.管板结构
厚度—— 满足强度前提下，尽量减少管板厚度
过程设备设计
热应力
（a) BEM立式固定管板式换热器
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6.2.1 基本类型
结构
二、浮头式
过程设备设计
浮头端可自由伸缩，无热应力
浮头端
8
浮头式换热器 9
6.2.1 基本类型
过程设备设计
优点——管间和管内清洗方便，不会产生热应力；
缺点——结构复杂，造价比固定管板式换热器高， 设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖 在操作中无法检查，制造时对密封要求较 高。
第六章 换热设备
6.1 概述 6.2 管壳式换热器 6.3 传热强化技术
过程设备设计
6.2.1 基本类型 6.2.2 管壳式换热器结构 6.2.3 管板设计 6.2.4 膨胀节设计 6.2.5 管束振动和防止
1
6.2 管壳式换热器
过程设备设计
本章 重点
教学重点： 管壳式换热器结构。
教学难点： 管板设计、管束振动。
用于较清洁的流体
大管径
粘性大或污浊的流体
22
6.2.2 管壳式换热器结构
3.换热管材料
Hale Waihona Puke Baidu
金属材料
碳素钢 低合金钢 不锈钢 铜 铜镍合金 铝合金 钛等
非金属材料
过程设备设计
石墨 陶瓷 聚四氟乙烯等
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6.2.2 管壳式换热器结构
4.换热管排列形式及中心距
30°
60°
90°
过程设备设计
45°
p
管桥强度 清洗通道