换热器介绍
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换热器简介
概述 管壳式换热器
概述
1 概念 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指
标的热量交换设备，又称热交换器。
2 分类 2.1 按照用途不同可分为：加热器、过热器、冷却器、蒸发器、冷凝器等。 2.2 根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为间壁式、混合式和蓄热式三类。其 中间壁式换热器应用最多。而板式换热器、管壳式换热器是最为常用的间壁式换热器。
间壁式
蛇管式换热器
套管式
管壳式
板面式
沉浸式
喷淋式
板式
螺旋板式
板翅式
管壳式换热器
1 特点 具有处理能力大，适应性强，可靠性高，设计和制造工艺成熟，生产成本低，清
洗较为方便等优点，是目前生产中最为广泛使用的一种换热设备。 2 基本结构
见下图。
管壳式换热器的结构及主要零部件
换热器构件名称
3 分类
管壳式换热器种类很多，根据换热器所受温差应力以及是否采用温差补偿装置，分为刚性结构和 具有温差补偿的两类。常用的管壳式换热器有固定管板式，浮头式，填函式和U型管式。
缺点：焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐 蚀和破裂；管子与管板间存在着间隙，这些间隙 中的介质会形成死区，造成间隙腐蚀。
径向翅片管
螺纹管
4.5 管子与管板的连接
管子与管板间的连接是管壳式换热器设计和制造中的主要问题之一。要求连接处有足够的结合力， 工作时气密性要好。常用的连接方法有胀接、焊接和胀焊结合。
1、胀接（Expansion）
胀接是利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管子发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变 形。当取掉胀管器后，管板孔弹性收缩，管板与管子间就产生一定的挤紧压力而紧密地贴在一起， 达到密封、紧固、连接的目的。
缺点：胀接结构随温度的升高，管子或管板材料会产生高温蠕变，使接头处应力松弛或逐渐消失， 使连接处发生泄漏，造成连接失效。因此胀接结构只适用于温度不超过300℃、压力不超过4MPa 的场合。
采用胀接型式，管板的硬度必须高于管端硬度。通常对管端作退火处理，以降低其硬度后进行胀 接。同时为提高管子与管板的连接质量，也可在管板孔内开一个或二个环形槽。
常用的碳钢和低合金钢无缝钢管的规格有Ø19×2、 Ø25×2.5、 Ø32×3、 Ø38×3、不锈钢常采用 Ø25×2、 Ø38×2.5。
4.2 管子材料的选择
管子材料应根据设计压力、温度、介质的腐蚀等条件来选择，在满足以上条件的前提下，尽量选 择导热性能好的材料，对于一般介质，可选用普通碳素钢，特别是10、20号无缝钢管。
4 管子的选用
4.1 管子直径的选择
换热管直径的确定要考虑管内介质的物性和管内流速、流量。为了提高传热效率，通常要求管内 流体呈湍流，故一般要求管径较小；而且采用小直径的管子，换热器单位体积的换热面积大些， 设备较紧凑。但制造较麻烦，容易结垢，不易清洗，适用于较清洁的流体。粘度大或污浊的流体， 宜选用大直径的管子。
3.3 填函式换热器 填函式换热器的浮头与壳体间采用填料函进行密封和热补偿。
填函式换热器 优点：结构简单，造价较浮头式低。检修、清洗容易，填函处的泄漏能及时发现。 缺点：壳程受到填料密封的限制，不能承受过高的压力和温度。且壳程内介质有外漏的可能，壳 程内不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。 为减少管束与壳体之间的环隙，可采用滑动式管板结构。
3.2 浮头式换热器 浮头式换热器中只有一块管板与壳体刚性固定在一起，另一端的管板可在壳体内自由移动。管束 和壳体在不同温度下膨胀自由，互不牵连。
浮头式换热器 优点：这种换热器消除了温差应力的影响，可用于温差较大的两种介质的换热。管程和壳程均能 承受较高的介质压力。管束可从壳程一端抽出，壳程与管程的清洗均很方便。 缺点：由于换热器管束与壳程之间存在较大的环隙，设备的紧凑性差，传热效率较低。结构复杂， 浮头部分由活动管板、浮头盖和勾圈组成，浮头处发生内漏不便检查。金属消耗量大，造价也较 高。
4.3 管子长度的选择（Choice of pipe length）
管子长度主要根据工艺计算和整个换热器的几何尺寸的布局来确定，管子越长，换热器单位材料 消耗越低。但管子不能太长，否则对流体产生较大阻力，维修、清洗、运输、安装都不方便，管 子本身受力也不好。常用管长规格为1.5、2、2.5、3、4.5、5、6、7.5、9、12m等。
3.4 U型管式换热器 换热器的管束弯成U型，U型管两端固定在同一块管板上，在管箱中加有一块隔板。
U型管式换热器 优点：换热器只有一块管板，结构简单，造价便宜。管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。 缺点：管内不便清洗，管板上布管少，结构不紧凑。管外介质易短路，影响传热效Baidu Nhomakorabea。内层管子 损坏后不易更换。 U型管式换热器主要用于管内清洁而不结垢的高温、高压介质。壳层介质适应性强，常用于高压、 高温、粘度较大的场合。
3.1 固定管板式换热器
固定管板式换热器分为刚性结构的固定管板式和带膨胀节的固定管板式两种。换热器壳体和管束 通过两端的管板刚性地连在一起。
固定管板式换热器
带膨胀节的固定管板式换热器
优点：换热器结构简单、造价低，每根管子都能单独更换，管内便于清洗 缺点：管外清洗困难，管壳间有温差应力存在。当两种介质温差较大时，必须设置膨胀节。 固定管板式换热器适用于壳程介质清洁、不易结垢、温差不大和壳程压力不高的场合。
胀接长度取（1）两倍换热管外径；（2）50mm；（3）管板厚度减3mm三者中的最小值。
胀管前后的示意图
管板孔内开环形槽
2、焊接（Welding）
管子与管板间采用焊接连接
优点：连接结构简单、适用范围广；管板的加工 要求低、生产过程简单、生产效率高；管子与管 板选材要求简化、管端不须退火；在压力不高的 场合可使用较薄的管板。
4.4 管子型式的选择（Choose the type of pipe）
管子一般都用光管，因为其结构简单、制造方便，但它强化传热的性能不足。为了强化传热，可 选用特殊型式的管子：
几种异形管
a）扁平管 b）椭圆管 c）凹槽扁平管 d）波纹管
纵向翅片管
a）焊接外翅片管 b）整体式外翅片管 c）镶嵌式外翅片管 d）整体式内外翅片管
概述 管壳式换热器
概述
1 概念 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指
标的热量交换设备，又称热交换器。
2 分类 2.1 按照用途不同可分为：加热器、过热器、冷却器、蒸发器、冷凝器等。 2.2 根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为间壁式、混合式和蓄热式三类。其 中间壁式换热器应用最多。而板式换热器、管壳式换热器是最为常用的间壁式换热器。
间壁式
蛇管式换热器
套管式
管壳式
板面式
沉浸式
喷淋式
板式
螺旋板式
板翅式
管壳式换热器
1 特点 具有处理能力大，适应性强，可靠性高，设计和制造工艺成熟，生产成本低，清
洗较为方便等优点，是目前生产中最为广泛使用的一种换热设备。 2 基本结构
见下图。
管壳式换热器的结构及主要零部件
换热器构件名称
3 分类
管壳式换热器种类很多，根据换热器所受温差应力以及是否采用温差补偿装置，分为刚性结构和 具有温差补偿的两类。常用的管壳式换热器有固定管板式，浮头式，填函式和U型管式。
缺点：焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐 蚀和破裂；管子与管板间存在着间隙，这些间隙 中的介质会形成死区，造成间隙腐蚀。
径向翅片管
螺纹管
4.5 管子与管板的连接
管子与管板间的连接是管壳式换热器设计和制造中的主要问题之一。要求连接处有足够的结合力， 工作时气密性要好。常用的连接方法有胀接、焊接和胀焊结合。
1、胀接（Expansion）
胀接是利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管子发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变 形。当取掉胀管器后，管板孔弹性收缩，管板与管子间就产生一定的挤紧压力而紧密地贴在一起， 达到密封、紧固、连接的目的。
缺点：胀接结构随温度的升高，管子或管板材料会产生高温蠕变，使接头处应力松弛或逐渐消失， 使连接处发生泄漏，造成连接失效。因此胀接结构只适用于温度不超过300℃、压力不超过4MPa 的场合。
采用胀接型式，管板的硬度必须高于管端硬度。通常对管端作退火处理，以降低其硬度后进行胀 接。同时为提高管子与管板的连接质量，也可在管板孔内开一个或二个环形槽。
常用的碳钢和低合金钢无缝钢管的规格有Ø19×2、 Ø25×2.5、 Ø32×3、 Ø38×3、不锈钢常采用 Ø25×2、 Ø38×2.5。
4.2 管子材料的选择
管子材料应根据设计压力、温度、介质的腐蚀等条件来选择，在满足以上条件的前提下，尽量选 择导热性能好的材料，对于一般介质，可选用普通碳素钢，特别是10、20号无缝钢管。
4 管子的选用
4.1 管子直径的选择
换热管直径的确定要考虑管内介质的物性和管内流速、流量。为了提高传热效率，通常要求管内 流体呈湍流，故一般要求管径较小；而且采用小直径的管子，换热器单位体积的换热面积大些， 设备较紧凑。但制造较麻烦，容易结垢，不易清洗，适用于较清洁的流体。粘度大或污浊的流体， 宜选用大直径的管子。
3.3 填函式换热器 填函式换热器的浮头与壳体间采用填料函进行密封和热补偿。
填函式换热器 优点：结构简单，造价较浮头式低。检修、清洗容易，填函处的泄漏能及时发现。 缺点：壳程受到填料密封的限制，不能承受过高的压力和温度。且壳程内介质有外漏的可能，壳 程内不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。 为减少管束与壳体之间的环隙，可采用滑动式管板结构。
3.2 浮头式换热器 浮头式换热器中只有一块管板与壳体刚性固定在一起，另一端的管板可在壳体内自由移动。管束 和壳体在不同温度下膨胀自由，互不牵连。
浮头式换热器 优点：这种换热器消除了温差应力的影响，可用于温差较大的两种介质的换热。管程和壳程均能 承受较高的介质压力。管束可从壳程一端抽出，壳程与管程的清洗均很方便。 缺点：由于换热器管束与壳程之间存在较大的环隙，设备的紧凑性差，传热效率较低。结构复杂， 浮头部分由活动管板、浮头盖和勾圈组成，浮头处发生内漏不便检查。金属消耗量大，造价也较 高。
4.3 管子长度的选择（Choice of pipe length）
管子长度主要根据工艺计算和整个换热器的几何尺寸的布局来确定，管子越长，换热器单位材料 消耗越低。但管子不能太长，否则对流体产生较大阻力，维修、清洗、运输、安装都不方便，管 子本身受力也不好。常用管长规格为1.5、2、2.5、3、4.5、5、6、7.5、9、12m等。
3.4 U型管式换热器 换热器的管束弯成U型，U型管两端固定在同一块管板上，在管箱中加有一块隔板。
U型管式换热器 优点：换热器只有一块管板，结构简单，造价便宜。管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。 缺点：管内不便清洗，管板上布管少，结构不紧凑。管外介质易短路，影响传热效Baidu Nhomakorabea。内层管子 损坏后不易更换。 U型管式换热器主要用于管内清洁而不结垢的高温、高压介质。壳层介质适应性强，常用于高压、 高温、粘度较大的场合。
3.1 固定管板式换热器
固定管板式换热器分为刚性结构的固定管板式和带膨胀节的固定管板式两种。换热器壳体和管束 通过两端的管板刚性地连在一起。
固定管板式换热器
带膨胀节的固定管板式换热器
优点：换热器结构简单、造价低，每根管子都能单独更换，管内便于清洗 缺点：管外清洗困难，管壳间有温差应力存在。当两种介质温差较大时，必须设置膨胀节。 固定管板式换热器适用于壳程介质清洁、不易结垢、温差不大和壳程压力不高的场合。
胀接长度取（1）两倍换热管外径；（2）50mm；（3）管板厚度减3mm三者中的最小值。
胀管前后的示意图
管板孔内开环形槽
2、焊接（Welding）
管子与管板间采用焊接连接
优点：连接结构简单、适用范围广；管板的加工 要求低、生产过程简单、生产效率高；管子与管 板选材要求简化、管端不须退火；在压力不高的 场合可使用较薄的管板。
4.4 管子型式的选择（Choose the type of pipe）
管子一般都用光管，因为其结构简单、制造方便，但它强化传热的性能不足。为了强化传热，可 选用特殊型式的管子：
几种异形管
a）扁平管 b）椭圆管 c）凹槽扁平管 d）波纹管
纵向翅片管
a）焊接外翅片管 b）整体式外翅片管 c）镶嵌式外翅片管 d）整体式内外翅片管