管壳式热交换器(PPT课件)
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换热器类型大全PPT课件
在套管式换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙
适当选择两管的管径，两流体均可得到较高的流速，且两 流体可以为逆流，对传热有利。另外，套管式换热器构造 较简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，应用方便
缺点：管间接头多，易泄露，占地较大，单位传热面消 耗的金属量大。因此它较适用于流量不大，所需传热面积 不多而要求压强较高的场合。 4）列管式换热器 优点 ：单位体积所具有的传热面积大，结构紧凑、紧固传 热效果好。能用多种材料制造，故适用性较强，操作弹性
螺旋板换热器的主要缺点是： （1）操作压强和温度不宜太高：目前最高操作压强不超过 2Mpa，温度不超过300~400℃。 （2）不易检修：因整个换热器被焊成一体，一旦损坏，修理 很困难。 1． 3）平板式换热器
平板式换热器简称板式换热器，是由一组长方形的薄金 属板平行排列，加紧组装于支架上而构成。两相邻板片的边 缘衬有垫片，压紧后板间形成密封的流体通道，且可用垫片
铝合金不仅导热系数高，而且在零度以下操作时，其延性和 抗拉强度都很高，适用于低温和超低温的场合，故操作范围 广，可在200℃至绝对零度范围内使用。同时因翅片对隔板 有支撑作用，板翅式换热器允许操作压强也比较高，可达 5MPa。 这种换热器的缺点是设备流道很小，易堵塞，且清洗和检修 困难，故所处理的物料应较洁净或预先净制；另外由于隔板 的翅片均由薄铝板制称成，故要求介质对铝不腐蚀。
3、翅片式换热器
1） 翅片管换热器 翅片管换热器是在管的表面加装翅片制成，翅片与管表面的 连接应紧密无间，否则连接处的接触热阻很大，影响传热效 果。常用的连接方法有热套、镶钳、张力缠绕和焊接等方法 。此外，翅片管也可采用整体轧制、整体铸造或机械加工等 方法制造。 当两种流体的对流传热系数相差较大时，在传热系数较小的 一侧加翅片可以强化传热。
适当选择两管的管径，两流体均可得到较高的流速，且两 流体可以为逆流，对传热有利。另外，套管式换热器构造 较简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，应用方便
缺点：管间接头多，易泄露，占地较大，单位传热面消 耗的金属量大。因此它较适用于流量不大，所需传热面积 不多而要求压强较高的场合。 4）列管式换热器 优点 ：单位体积所具有的传热面积大，结构紧凑、紧固传 热效果好。能用多种材料制造，故适用性较强，操作弹性
螺旋板换热器的主要缺点是： （1）操作压强和温度不宜太高：目前最高操作压强不超过 2Mpa，温度不超过300~400℃。 （2）不易检修：因整个换热器被焊成一体，一旦损坏，修理 很困难。 1． 3）平板式换热器
平板式换热器简称板式换热器，是由一组长方形的薄金 属板平行排列，加紧组装于支架上而构成。两相邻板片的边 缘衬有垫片，压紧后板间形成密封的流体通道，且可用垫片
铝合金不仅导热系数高，而且在零度以下操作时，其延性和 抗拉强度都很高，适用于低温和超低温的场合，故操作范围 广，可在200℃至绝对零度范围内使用。同时因翅片对隔板 有支撑作用，板翅式换热器允许操作压强也比较高，可达 5MPa。 这种换热器的缺点是设备流道很小，易堵塞，且清洗和检修 困难，故所处理的物料应较洁净或预先净制；另外由于隔板 的翅片均由薄铝板制称成，故要求介质对铝不腐蚀。
3、翅片式换热器
1） 翅片管换热器 翅片管换热器是在管的表面加装翅片制成，翅片与管表面的 连接应紧密无间，否则连接处的接触热阻很大，影响传热效 果。常用的连接方法有热套、镶钳、张力缠绕和焊接等方法 。此外，翅片管也可采用整体轧制、整体铸造或机械加工等 方法制造。 当两种流体的对流传热系数相差较大时，在传热系数较小的 一侧加翅片可以强化传热。
第二章+管壳式热交换器(1)
4 布管限定圆
管板 靠近中央部分的布管区 靠近周边处较窄的不布管区
布管区
不布管区
简化
浮头式
固定管板式、 U形管式
DL Di 2(b1 b2 b)
Di <1000 1000~2600 b >3 >4 Di ≤600 >600 b1 3 5 Di ≤700 >700
DL Di 2b3
形状结构力求简单，使密封长度尽可能短； 应使各程换热管数大致相等； 相邻程间平均壁温差一般不应超过28℃； 程数取为1、2、4、6、8、10、12七种 标准中规定了隔板的最小厚度：
公称直径DN ≤600 ＞600～≤1200 ＞1200～≤2000 ＞2000～≤2600 碳素钢及低合金钢 8 10 14 14 高合金钢 6 8 10 10
（三）结构型式
光管 换热管型式 强化传热管 翅片管（在换热系数低侧） 螺旋槽管 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。
（四）材料
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。 碳素钢 低合金钢 不锈钢 金属材料 铜 铜镍合金 铝合金 钛等 非金属材料 石墨 陶瓷 聚四氟乙烯等
热应力
管板与壳体的不可拆联接
管板与壳体的可拆联接
结构有可拆、不可拆之分。 焊接时，管板最小厚度应满足结构设计和制造要求，且≮12mm。 胀接时，管板最小厚度为：
管板最小厚度（不包括腐蚀裕量）
换热管外径do 管板最 小厚度 用于易燃易爆有毒介质等 严格场合 用于无害介质的一般场合
≤25
25<do<50 ≮do
bn ≥10 ≥13
GB151-2014 热交换器ppt课件
器》是一个什 么样的标准，具有怎样的地位？
相关标准 GB150-2011《压力容器》
——压力容器行业基础标准 ——给出了压力容器建造的通用要求，包括材料、设计、 制造检验与验收等内容
1、本标准适用的设计压力 1.1、钢制容器不大于35MPa。 1.2、 其他金属材料制容器按相应引用标准确定。 2、本标准适用的设计温度范围 2.1 设计温度范围：－269℃～900℃。 2.2 钢制容器不得超过按GB 150.2 中列入材料的允许使用温度范围。 2.3 其他金属材料制容器按本部分相应引用标准中列入的材料允许使用温度确定
21
22
换热管与管板的连接
胀度（新增概念）
公式：
k=（d2-di-b）/2δx100%
d2——换热管胀后内径mm di——换热管胀前内径mm b——换热管与管板管孔的 径向间隙mm
δ——换热管壁厚mm
23
换热管与管板的连接
胀度可按式6-2计算，机械胀接的胀度可按表6-18选用.当采用其他胀接 方法或材料超出表6-18时，应通过胀接工艺试验确定合适的胀度。
验，换热管与管板连接的拉脱力满足7.4.7（许用拉脱力）的要求。 6.6.1.5强度胀接的结构尺寸要求 a）最小胀接尺寸应取管板名义厚度减去3mm的差值与50mm二者的小值；
超出部分可采用贴胀，当有要求时也可全长采用强度胀接 b）连接尺寸：伸出长度上角标+2改为+1 c）采用柔性胀接工艺时，开槽宽度按式6-3计算，且不得大于13mm。 d）需要时可开多个槽
（如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等）； d） 核能装置中存在中子辐射损伤失效风险的容器； e） 直接火焰加热的容器； f） 内直径（对非圆形截面，指截面内边界的最大几何尺寸，如：
相关标准 GB150-2011《压力容器》
——压力容器行业基础标准 ——给出了压力容器建造的通用要求，包括材料、设计、 制造检验与验收等内容
1、本标准适用的设计压力 1.1、钢制容器不大于35MPa。 1.2、 其他金属材料制容器按相应引用标准确定。 2、本标准适用的设计温度范围 2.1 设计温度范围：－269℃～900℃。 2.2 钢制容器不得超过按GB 150.2 中列入材料的允许使用温度范围。 2.3 其他金属材料制容器按本部分相应引用标准中列入的材料允许使用温度确定
21
22
换热管与管板的连接
胀度（新增概念）
公式：
k=（d2-di-b）/2δx100%
d2——换热管胀后内径mm di——换热管胀前内径mm b——换热管与管板管孔的 径向间隙mm
δ——换热管壁厚mm
23
换热管与管板的连接
胀度可按式6-2计算，机械胀接的胀度可按表6-18选用.当采用其他胀接 方法或材料超出表6-18时，应通过胀接工艺试验确定合适的胀度。
验，换热管与管板连接的拉脱力满足7.4.7（许用拉脱力）的要求。 6.6.1.5强度胀接的结构尺寸要求 a）最小胀接尺寸应取管板名义厚度减去3mm的差值与50mm二者的小值；
超出部分可采用贴胀，当有要求时也可全长采用强度胀接 b）连接尺寸：伸出长度上角标+2改为+1 c）采用柔性胀接工艺时，开槽宽度按式6-3计算，且不得大于13mm。 d）需要时可开多个槽
（如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等）； d） 核能装置中存在中子辐射损伤失效风险的容器； e） 直接火焰加热的容器； f） 内直径（对非圆形截面，指截面内边界的最大几何尺寸，如：
PPT-7-管壳式换热器设计计算实例
kf Ai 1 hi hoo Ao 1 1 1 hi hoo 1
t fi t f 0
所以，只要 o 1 就可以起到强化换热的效果。 由于β值常常远大于1，而使η0β的值总是远大于1，这就
使肋化侧的热阻显著减小，从而增大传热系数的值。
32
ln( d o d i ) 2 l
28
上面三式相加
l t fi t fo
do 1 1 1 ln hi d i 2 d i ho d o
对外侧面积而言得传热系数的定义式由下式表示：
k ko 1 do d d 1 o ln o hi di 2 di ho
10
1 构造和工作原理
翅片管热交换器可以仅由一根或若干根翅片管组成，如室内取 暖用翅片管散热器；也可再配以外壳、风机等组成空冷器型式 的热交换器。
11
主要换热元件是翅片管，由基管和翅片组成。
翅片管的类型和选择
对翅片管的要求：良好的传 热性能、耐温性能、耐热冲 击能力（如介质热负荷不稳 定）及耐腐蚀能力，易于清 除尘垢，压降较低。
13
常见的翅片管形式
•
14
翅片管因制造方法不同而使其在传热性能、机械性能等方面有一定的 差异。按制造方法分有整体翅片、焊接翅片、高频焊翅片和机械连接 翅片。
整体翅片：由铸造、机械加工或轧制而成，翅片与管子一体，无接触 热阻，强度高，但要求翅片与管子同种材料。如低压锅炉的省煤器就 是采用整体翅片。 焊接翅片：用钎焊或氩弧焊等工艺制造，可使用与管子不一样的材料。 由于它制造简单、经济且具有较好的传热和机械性能，故已广泛应用， 主要问题是焊接工艺的质量。 高频焊翅片：利用高频发生器产生的高频电感应，使管子表面与翅片 接触处产生高温而部分熔化，同通过加压翅片与管子连成一体而成。 这种连接方法无焊剂、焊料，制造简单，性能优良。
t fi t f 0
所以，只要 o 1 就可以起到强化换热的效果。 由于β值常常远大于1，而使η0β的值总是远大于1，这就
使肋化侧的热阻显著减小，从而增大传热系数的值。
32
ln( d o d i ) 2 l
28
上面三式相加
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对外侧面积而言得传热系数的定义式由下式表示：
k ko 1 do d d 1 o ln o hi di 2 di ho
10
1 构造和工作原理
翅片管热交换器可以仅由一根或若干根翅片管组成，如室内取 暖用翅片管散热器；也可再配以外壳、风机等组成空冷器型式 的热交换器。
11
主要换热元件是翅片管，由基管和翅片组成。
翅片管的类型和选择
对翅片管的要求：良好的传 热性能、耐温性能、耐热冲 击能力（如介质热负荷不稳 定）及耐腐蚀能力，易于清 除尘垢，压降较低。
13
常见的翅片管形式
•
14
翅片管因制造方法不同而使其在传热性能、机械性能等方面有一定的 差异。按制造方法分有整体翅片、焊接翅片、高频焊翅片和机械连接 翅片。
整体翅片：由铸造、机械加工或轧制而成，翅片与管子一体，无接触 热阻，强度高，但要求翅片与管子同种材料。如低压锅炉的省煤器就 是采用整体翅片。 焊接翅片：用钎焊或氩弧焊等工艺制造，可使用与管子不一样的材料。 由于它制造简单、经济且具有较好的传热和机械性能，故已广泛应用， 主要问题是焊接工艺的质量。 高频焊翅片：利用高频发生器产生的高频电感应，使管子表面与翅片 接触处产生高温而部分熔化，同通过加压翅片与管子连成一体而成。 这种连接方法无焊剂、焊料，制造简单，性能优良。
管壳式热交换器
2.5.2 流体温度和终温的确定
• 在换热器设计中加热剂或冷却剂出口温度需由设计 者确定。如冷却水进口温度需依当地条件而定，但 出口温度需通过经济权衡作出选择。在缺水地区可 使出口温度高些，这样操作费用低，但使传热平均 温差下降，需传热面积增加使得投资费用提高，反 之亦然。根据经验一般应使∆tm大于10℃为宜， 此外若工业用水作为冷却剂出口温度不宜过高，因 工业用水中所含的盐类(主要CaCO3,MgCO3,CaSO4、 MgSO4等)的溶解度随温度升高而减小，若出口温度 过高，盐类析出，形成垢层使传热过程恶化，因此 一般出口温度不超过45℃。所以应根据水源条件， 水质情况等加以综合考虑后确定。水源严重缺乏地 区可采用空气作为冷却剂，但使传热系数下降。对 于加热剂可按同样原则选择出口温度
一、管、壳程介质的配置 有利于传热、压力损失小。具体如下： 1、流量小、粘度大的流体走壳程较好。 2、温差较大时，K大的流体走壳程。 3、与外界温差大的流体走管程。 4、饱和蒸汽走壳程。 5、含杂质流体走管程。 6、有毒介质走管程。 7、压降小走壳程。 8、高温、高压、腐蚀性强的流体走管程。
2.5.1 流体在换热器中内的流动 空间选择
管程变化对阻力影响
• 对同一换热器，若由单管程改为两管程， 阻力损失剧增为原来的8倍，而强制对流 传热、湍流条件下的表面传热系数只增 为原来的1.74倍；若由单管程改为四管程， 阻力损失增为原来的64倍，而表面传热 系数只增为原来的3倍。由此可见，在选 择换热器管程数目时，应该兼顾传热与 流体压降两方面的得失。
– 见公式2.21
2.3 管壳式换热器的传热计算
• • • • • 一、热力设计任务 1．合理的参数选择及结构设计 2．传热计算和压降计算 热力设计：设计计算，校核计算。 设计计算：已知传热量Q，换热工质工作 参数(进、出口温度)，求F和结构形式。 • 校核计算：已知换热器的具体结构、某 些参数来核定另一参数。
《换热器类型大全》课件
《换热器类型大全》PPT课件
导言
什么是换热器？为什么需要换热器？换热器在工业领域起到至关重要的作用， 通过传递热量实现能量的有效转移。
传统换热器类型
单管换热器
通过内外管道实现热量传递，适用于液体 与蒸汽之间的热交换。
管束式换热器
利用管束与壳体之间的传热，Hale Waihona Puke 凑轻便， 适用于石油、化工等领域。
管壳式换热器
运用管壳结构进行换热，适用于高温高压 工况，热效率高。
干式换热器
将热量通过热风或燃气传递，适用于对流 量要求高的场合，如航天器。
板式换热器
1
波纹板式换热器
2
表面增加波纹结构，扩大换热面积，
提高传热效果，适用于高温高压工
况。
3
省空间板式换热器
4
采用紧凑设计，占用空间小，适用 于有空间限制的场合，如海洋平台。
螺旋式换热器
1
螺旋板式换热器
采用螺旋板片结构，增加换热面积，适用于气-气、气-液换热。
2
螺旋管式换热器
通过管内流体的螺旋流动实现换热，适用于高粘度、易结垢的流体。
制冷装置用换热器
冷媒蒸发器
将工质在低温和低压条件下蒸发，实现制冷过 程中的热量吸收。
冷凝器
通过冷凝工质释放热量，使工质从气态转化为 液态，用于制冷循环的热回收。
常规板式换热器
采用平板式设计，换热效率高，广 泛应用于石油炼制、化工等领域。
焊接板式换热器
板片通过焊接固定，提升换热效率， 常用于化工、航空航天等领域。
磁力搅拌换热器
1
磁力搅拌板式换热器
在板式换热器的基础上加入磁力搅拌技术，实现更高的换热效果。
2
磁力搅拌管式换热器
导言
什么是换热器？为什么需要换热器？换热器在工业领域起到至关重要的作用， 通过传递热量实现能量的有效转移。
传统换热器类型
单管换热器
通过内外管道实现热量传递，适用于液体 与蒸汽之间的热交换。
管束式换热器
利用管束与壳体之间的传热，Hale Waihona Puke 凑轻便， 适用于石油、化工等领域。
管壳式换热器
运用管壳结构进行换热，适用于高温高压 工况，热效率高。
干式换热器
将热量通过热风或燃气传递，适用于对流 量要求高的场合，如航天器。
板式换热器
1
波纹板式换热器
2
表面增加波纹结构，扩大换热面积，
提高传热效果，适用于高温高压工
况。
3
省空间板式换热器
4
采用紧凑设计，占用空间小，适用 于有空间限制的场合，如海洋平台。
螺旋式换热器
1
螺旋板式换热器
采用螺旋板片结构，增加换热面积，适用于气-气、气-液换热。
2
螺旋管式换热器
通过管内流体的螺旋流动实现换热，适用于高粘度、易结垢的流体。
制冷装置用换热器
冷媒蒸发器
将工质在低温和低压条件下蒸发，实现制冷过 程中的热量吸收。
冷凝器
通过冷凝工质释放热量，使工质从气态转化为 液态，用于制冷循环的热回收。
常规板式换热器
采用平板式设计，换热效率高，广 泛应用于石油炼制、化工等领域。
焊接板式换热器
板片通过焊接固定，提升换热效率， 常用于化工、航空航天等领域。
磁力搅拌换热器
1
磁力搅拌板式换热器
在板式换热器的基础上加入磁力搅拌技术，实现更高的换热效果。
2
磁力搅拌管式换热器
管壳式换热器
6
400~1100 — 1200~1800 —
150 200 250 300 350 450（或 480） — — 200 250 300 350 450（或 480） —
9
1200~1800 — — — — 300 350 450
600
－10－
第一节 绪论
二、管壳式换热器的性能特点
主要几何参数
★浮头式换热器和冷凝器系列的型号参数
－8－
第一节 绪论
二、管壳式换热器的性能特点
壳径 mm 325
426
400 500 600-700 800-1200 1300-1500
1600-1800
导流形式 内导流 外导流 ∨
∨
∨
∨
∨
∨
∨
∨
∨
∨
∨
壳体制作方式
换热器
冷凝器
钢管制 圆筒
— 钢管制 圆筒
卷
卷
制
制
圆
圆
筒
筒
基本参数
公称压力/Mpa 换热器 冷凝器
－12－
第一节 绪论
二、管壳式换热器的性能特点
固定管板换热器示意图
－13－
第一节 绪论
二、管壳式换热器的性能特点
性能特点
国产固定管板式换热器系列（JB/T 4715— 92），采用内导流结构、适用于石油及化学工业用 碳素钢、低合金钢和不锈耐酸钢制换热器，也适用 于其他工业部门相似的换热器和冷凝器。引用标准 为GB151—钢制管壳式换热器。
管程数 2，4
2，4
1.0 1.6 2.5 4.0 6.4
1.0 1.6 2.5 4.0
2，4 2，4 2，4，6
管壳式换热器ppt课件
类型与结构
类型
根据结构特点和使用要求，管壳式换热器可分为固定管板式 、浮头式、U形管式、填料函式等类型。
结构
主要由壳体、管束、管板、封头等组成，其中管束是换热器 的核心部件，通过两端固定在管板上，与壳体形成封闭空间 。
02
管壳式换热器的工作原理
传热原理
热传导
管壳式换热器中的传热过程主要 以热传导为主，热量从高温介质 传递到低温介质，通过管壁和壳
适用范围与限制
适用范围
管壳式换热器适用于高温高压的工况， 以及需要承受较大压力和温度变化的场 合。此外，由于其结构简单、可靠性强 ，管壳式换热器也常用于工业生产中的 加热、冷却和冷凝等操作。
VS
限制
管壳式换热器的传热效率较低，因此不适 用于需要高效传热的场合。此外，由于其 体积较大，管壳式换热器也不适用于空间 受限的场合。
在石油化工领域，管壳式换热器的优点包括高可靠性、耐高温高压、良好的热效 率以及适应性强等，使其成为该领域不可或缺的设备之一。
能源工业领域
能源工业是另一个管壳式换热器得到广泛应用的重要领域。在火力发电、核能发电、水力发电等过程中，管壳式换热器都扮 演着重要的角色。
在能源工业中，管壳式换热器被用于加热和冷却各种流体，如水、蒸汽、油等，以实现能量的转换和回收。其高效可靠的运 行对于提高能源利用效率和降低能源成本具有重要的作用。
维护方便
管壳式换热器的结构简单，拆装方便，便于进行维修和清 洗。
缺点
01
02
03
传热效率较低
相比于其他类型的换热器 ，管壳式换热器的传热效 率相对较低。这是由于其 结构特点所决定的。
体积较大
管壳式换热器的体积较大 ，需要占用较多的空间。
管壳式换热器ppt课件
a.先进性 传热效率高，流体阻力小，材料省
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
36
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
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
36
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：
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c.采用壳体与管束自由伸缩的结构 （1）填料函式换热器
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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
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管外纵流条件下，管外传热系数为光管的1.6倍.
传递热量相同，泵功率相同，取代光管，节约材 料30%-50%
螺旋槽
主要用于强化管内气体或液体的传热，强化管内液
体的沸腾或管内外蒸气的冷凝，管内传热系数为光管 传热系数的1.5-2.0倍；管外传热系数为光管传热系数 的1.5倍.
缩放管
波纹管
波纹管优点
（4）填料函式换热器
填料函式换热器 1.纵向隔板；2.浮动管板；3.活套法兰；4.部分剪切环；5.填 料压盖；6.填料；7.填料函
填料函式密封
缺点：填料处易泄漏。 优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管
间清洗方便 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。
带膨胀节的固定管板式换热器 图7-3 带补偿器的固定管板式换热器
（2） U形管式换热器
U形管式换热器 1.中间挡板；2.U形换热管；3.排气口；4.防冲板；5.分程隔板
U形管式换热器
U型管式换热器 图7-6 U形管式换热器 优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。 缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。 适用场合：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。
第二章 管壳式热交换器
间壁式热交换器
管式热交换器
管壳式、套管式、螺旋管式等
板式热交换器
延伸表面热交换器
蓄热式热交换器
管壳式换热器
2.1 管壳式换热器的分类
基本类型 固定管板式换热器
U形管式换热器 浮头式换热器 填料函式换热器
（1）固定管板式换热器
固定管板式换热器 1—封头；2—法兰；3—排气口；4—壳体；5—换热管；6—波形膨胀 节；7—折流板（或支持板）；8—防冲板；9—壳程接管；10—管板； 11—管程接管；12—隔板；13—封头；14—管箱；15—排液口；16—定距 管；17—拉杆；18—支座；19—垫片；20、21—螺栓、螺母
（3）浮头式换热器
浮头式换热器 1—防冲板；2—折流板；3—浮头管板；4—钩圈；5—支耳
浮头结构示意图
浮头式热交换器 图7-4 浮头式换热器 优点：管内和管间清洗方便，不会产生热应力。 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。
既强化管内，又强化管外，结构特点：波形
变化，管壁薄，小于1mm.
传热系数较光管高2~3倍，波纹管换热器具
有传热效率高，不易结垢，热补偿能力强.
换热管及其在管板上的排列 等边三角形，同心圆法，正方形法
换热管在管板上的排列形式
有正三角形、转角正三角形、 正方形和转角正方形等.
一边与流向垂直，在相同管板面积上管数排列最多， 传热系数较高（与正方形排列比），节约管板面积. 换热管间不宜清洗，适用于不结垢护着可用化学方
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。
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。 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。
换热管
构成换热器的传热面.碳钢、合金钢、铜、塑料、
石墨材料。 在管壳式热交换器使用各种各样的管子，大部分 为直管和U形管。
一般情况下使用光管，当壳侧的传热系数比管侧 低时，如壳内为高粘度液体，气体，蒸汽时，使用 低翅管加强换热。
在另外一些特定情况下，选用双层管
横纹槽管
双面强化管，内表面环形凸肋，外表面环形凹肋. 管内换热系数为光管换热系数的2~3倍；
将管板夹持在壳体法兰和管箱法兰之间。
管板与壳体连接结构
折流板
作用：流体反复地改变方向作错流流动或其他形式的 流动，并可调节折流板间距以获得适宜流速，提高 传热效率。另外，支撑管束的作用。 分类： 常用折流板有弓形和圆盘-圆环形两种，弓形的有 单弓形、双弓形及三弓形，单弓形和双弓形应用最多。
弓形折流板
釜式重沸器
类似浮头式、U形管换热器，清洗维修方便，可处理 不清洁，易结垢的介质，并能承受高压、高温.
2.2 管壳式换热器的结构
管壳式换热器流体的流程
一种流体走管内，称为管程，另一种流体 走管外，称为壳程。管内流体从换热管一端流 向另一端一次，称为一程；对U形管换热器， 管内流体从换热管一端经过U形弯曲段流向另 一端一次，称为两程.
法清洗以及允许压降较高的工况。
一边与流向平行，特点皆于等边三角形与正 方形排列之间，不宜用于卧式冷凝器底部， 换热管外表面的冷凝液膜削弱传热.
最不紧凑，便于机械清洗，用于需要将管束 抽出清洗的换热器，如浮头式换热器中。
对比正方形排列，板间距相同的情况下，流
通面积比正方形小，有利于流速提高.
焊接
碳钢或低合金钢，温度在300℃以上，大 都采用焊接连接。
管板与换热管的焊接连接
管箱
位于壳体两端，其作用是控制及分配管程流体。
管箱结构形式 1.隔板；2.管板；3.箱盖
壳体及其与管板的连接
在壳程进口接管处常装有防冲板或称缓冲板。
进口接管及防冲板的布置
固定管板式中，两端管板均与壳体采用焊接连接，管 板兼作法兰用。 浮头式、U形管式及填料函式换热器中采用可拆连接，
多种排列方式组合
p45
组合排列与转角排列
换管中心距
涉及清洗，固定方法。
定义：管板上两管子的中心线距离。 确定方法：
换热管中心距不小于1.25倍管外径。
布管限定圆
用来决定壳体内管束的大小。
管板和管子的连接
管板和管子的连接方式有胀接和焊接，对 于高温高压下常采用胀、焊并用的方式。
胀接 胀接适用于换热管为碳钢，管板为碳钢或 低合金钢，设计压力不超过4MPa、设计温度 不超过350℃，且无特殊要求的场合。
圆盘-圆环形折流板
折流板缺口尺寸
折流板的固定
通过拉杆和定距管来实现。
拉杆结构
折流杆换热器
折流板使流体横掠管束，在增强传热的同时，
也会引起流体的诱导振动。
诱导振动对换热器的损伤