管壳式热交换器设计全解
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应用场合： 适用于流体温差较大，或壳程流体易结垢的场合。
18
结构特点:管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料
函密封，可在调料函中滑动，浮头露在壳体外面，又称为外 浮头式热交换器。管束可以自由伸缩，不会因壳壁和管壁的 温差而产生温差应力。
19
优点：结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节省材料，造价比
第二章 管壳式热交换器
第一节 管壳式热交换器的类型标准与结构
1
一、热交换器的类型
沉浸式
管式
蛇管式 套管式
喷淋式
间壁式
板式
列管（管壳）式 夹套式 板式
翅片式
螺旋板式 翅片管式
混合式（直接接触式）
板翅式
蓄热式
二、列管式换热器的基本型式
固定（管板）式
U型管式 浮头式
无膨胀节 有膨胀节
填料函式
T
t
间壁式
t
较低廉，且管束从壳体内可以抽出，管内、管间都能进行清洗，维修方 便。
缺点：因填料处易产生泄漏，填料函式换热器一般适用于4MPa以下
的工作条件，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用 温度也受填料的物性限制。填料函式换热器现在已很少采用。
应用场合 ： 温差较大，介质易结垢，且压力不高的场合。
连接一浮头，当管束受热受冷时即可自由伸缩。浮头式换热器各有一个 内浮头和一个外浮头。
特点：
优点：管束的热膨胀不受壳体的约束，壳体与管束之间不会因
差胀产生热应力。管程壳程及清洗检修较为方便，将整个管束
从固定端抽出即可。
17
缺点：浮头盖与管板法兰连接面积较大，壳体直径增加，在
管束与壳体之间形成阻力较小的环形通道，部分流体由这里 通过不参加换热。形成短路。结构较复杂，造价高，易发生 内漏。
T 直接接触式
热流体 蓄热式
2
优点：结构简单、便于制造、便于防腐、且能承受高压。 缺点：管外液体的对流传热系数较小，从而总传热系数亦小，如 3 增设搅拌装置，则可提高传热效果。
喷淋蛇管式换热器
直管
水槽
喷淋式冷却器 4
优点：与沉浸式 相比，该换热器 便于检修和清洗。
缺点：是占地 较大，水滴溅 洒到周围环境， 且喷淋不易均 匀。
当热交换器传热面积比较大，所需管子数目 比较多时，为提高管流体流速，我们通常将 换热管平均分为若干组，使流体在管内依次 往返多次，称为多管程。
单壳程 当流体一次通过壳程称为单壳程。
多壳程
为提高流体的流速也可以将壳程分为多程， 分程可使壳流体流速增大，扰动加剧，有
助于强化传热，但是壳程分程，不仅使流
动阻力增大，且制造安装较为困难。因此
填料函式 管板只有一端与壳体固定连接，
另一端采用填料函密封，
浮头式 两端管板之一不与壳体连接，
管程 换热管内的通道以及与其相贯通处称为管程。
壳程 换热管外的通道以及与其相贯通处称为壳程。
管流体 流经管程的流体称为管流体
壳流体 流经壳程的流体称为壳流体。
7
单管程 当管流体一次通过管程称为单管程
多管程
Ⅰ一级管束碳素钢较高级冷拔换热管
24
第二节 列管式换热器的组成元件及其连接
一、换热管 (1)概述：
换热管是管壳式换热器的传热元件，主要通过管壁的内外 面进行传热，所以换热管的形状、尺寸和材料，对传热有很大 的影响。
小管径且管壁较薄的管子在相同的壳径内可以排列较多的 管子，使换热器单位体积的传热面积增大、结构紧凑，单位传 热面积金属耗量少，传热效率也稍高一些，但制造麻烦，且易 结垢，不易清洗。
23
××× 第一个字母代表前端管箱形式， 第二个字母代表壳体形式,
第三个字母代表后端结构形式
例：AES500-1.6-54-6/25-4Ⅰ A平盖管箱 E单程壳体
S钩圈式浮头式热交换器 公称直径为500mm
管程和壳程设计压力分别为1.6MPa 公称换热面积为54m2 换热管外径25mm
管长6m
4管程单壳程
11
热应力的处理方法：在外壳上装设膨胀节，但是只能减小不能
完全消除由于温差引起的热应力，而且在多程热交换器中，这 种方法不能照顾到管子的相对移动。
12
带膨胀节的固定管板换热器
应用场合：适用于壳方流体洁净且不宜结垢，流体
温差小于70℃壳方压力小于600KPa的场合。
U形管式热交来自百度文库器
13
结构特点： 只有一个管板，换热管弯成U形，管子两端固定在
20
热补偿
浮头补偿：
补偿圈补偿： U形管补偿：
21
➢三、基本参数
公称换热面积SN 公称直径DN 公称压力PN 换热管长度L 换热管规格 管程数
根据我国1989年颁布的国标GB151-89的适用范围为：
（1）公称直径≤2000mm； （2）公称压力≤35MPa； （3）公称直径（mm）和公称压力(MPa)的乘积≯104。
5
3 列管式换热器
优点：容易制造、生产成本低，适应性强， 尤其适于高压流体，维修清洗方便。
缺点：结合面较多，易泄漏。
1 —外壳 2—管束 3、4—接管 5—封头 6—管板 7—挡板
6
➢结构
前端管箱 壳体 后端（包括管束）
➢分类 ➢概念
固定管板式 管子两端固定在位于壳体两端的固定管板上
U形管式 只有一个管板，换热管弯成U形
22
钢制管壳式热交换器型号的表示方法
×××DN—Pt/Ps－A － LN/d－Nt/Ns (Ⅰ或Ⅱ) (Ⅰ或Ⅱ) ：Ⅰ级热交换器采用高级或较高级冷拔钢管 Ⅱ级热交换器采用普通级冷拔钢管
Nt/Ns：管/壳程数，对于单程只写Nt LN/d ：LN-公称长度(m)，
d-换热管外径（mm）
A：公称换热面积（m2） Pt/Ps:管/壳程设计压力（MPa）,压力相等时只写Pt DN:公称直径（mm）
同一管板上，管束可自由伸缩。当壳体与U形换热管有温差时，不会 产生温差应力。
14
U型管式换热器
15
特点：
优点：结构简单，造价低，运行可靠，管间易清理。 缺点：管内不易清洗，管板的利用率较低，壳程易 短路，损坏的管子难于调换。 应用场合： 高温高压。
16
浮头式热交换器
浮头式换热器
结构：一块管板与壳体固定，另一块管板可以在壳体内来回活动，并
工程上应用较少。
8
单程列管式换热器
1 —外壳 2—管束 3、4—接管 5—封头 6—管板 7—挡板
9
双程列管式换热器 1—壳体 2—管束 3—挡板 4—隔板
10
固定管板式热交换器
无膨胀节 有膨胀节
特点：结构简单，重量轻，在壳程程数相同的条件下,可排的
管数比较多，壳程不能够检修和清洗，当产生热膨胀时使接口 脱开，发生流体的泄漏。
18
结构特点:管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料
函密封，可在调料函中滑动，浮头露在壳体外面，又称为外 浮头式热交换器。管束可以自由伸缩，不会因壳壁和管壁的 温差而产生温差应力。
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优点：结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节省材料，造价比
第二章 管壳式热交换器
第一节 管壳式热交换器的类型标准与结构
1
一、热交换器的类型
沉浸式
管式
蛇管式 套管式
喷淋式
间壁式
板式
列管（管壳）式 夹套式 板式
翅片式
螺旋板式 翅片管式
混合式（直接接触式）
板翅式
蓄热式
二、列管式换热器的基本型式
固定（管板）式
U型管式 浮头式
无膨胀节 有膨胀节
填料函式
T
t
间壁式
t
较低廉，且管束从壳体内可以抽出，管内、管间都能进行清洗，维修方 便。
缺点：因填料处易产生泄漏，填料函式换热器一般适用于4MPa以下
的工作条件，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用 温度也受填料的物性限制。填料函式换热器现在已很少采用。
应用场合 ： 温差较大，介质易结垢，且压力不高的场合。
连接一浮头，当管束受热受冷时即可自由伸缩。浮头式换热器各有一个 内浮头和一个外浮头。
特点：
优点：管束的热膨胀不受壳体的约束，壳体与管束之间不会因
差胀产生热应力。管程壳程及清洗检修较为方便，将整个管束
从固定端抽出即可。
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缺点：浮头盖与管板法兰连接面积较大，壳体直径增加，在
管束与壳体之间形成阻力较小的环形通道，部分流体由这里 通过不参加换热。形成短路。结构较复杂，造价高，易发生 内漏。
T 直接接触式
热流体 蓄热式
2
优点：结构简单、便于制造、便于防腐、且能承受高压。 缺点：管外液体的对流传热系数较小，从而总传热系数亦小，如 3 增设搅拌装置，则可提高传热效果。
喷淋蛇管式换热器
直管
水槽
喷淋式冷却器 4
优点：与沉浸式 相比，该换热器 便于检修和清洗。
缺点：是占地 较大，水滴溅 洒到周围环境， 且喷淋不易均 匀。
当热交换器传热面积比较大，所需管子数目 比较多时，为提高管流体流速，我们通常将 换热管平均分为若干组，使流体在管内依次 往返多次，称为多管程。
单壳程 当流体一次通过壳程称为单壳程。
多壳程
为提高流体的流速也可以将壳程分为多程， 分程可使壳流体流速增大，扰动加剧，有
助于强化传热，但是壳程分程，不仅使流
动阻力增大，且制造安装较为困难。因此
填料函式 管板只有一端与壳体固定连接，
另一端采用填料函密封，
浮头式 两端管板之一不与壳体连接，
管程 换热管内的通道以及与其相贯通处称为管程。
壳程 换热管外的通道以及与其相贯通处称为壳程。
管流体 流经管程的流体称为管流体
壳流体 流经壳程的流体称为壳流体。
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单管程 当管流体一次通过管程称为单管程
多管程
Ⅰ一级管束碳素钢较高级冷拔换热管
24
第二节 列管式换热器的组成元件及其连接
一、换热管 (1)概述：
换热管是管壳式换热器的传热元件，主要通过管壁的内外 面进行传热，所以换热管的形状、尺寸和材料，对传热有很大 的影响。
小管径且管壁较薄的管子在相同的壳径内可以排列较多的 管子，使换热器单位体积的传热面积增大、结构紧凑，单位传 热面积金属耗量少，传热效率也稍高一些，但制造麻烦，且易 结垢，不易清洗。
23
××× 第一个字母代表前端管箱形式， 第二个字母代表壳体形式,
第三个字母代表后端结构形式
例：AES500-1.6-54-6/25-4Ⅰ A平盖管箱 E单程壳体
S钩圈式浮头式热交换器 公称直径为500mm
管程和壳程设计压力分别为1.6MPa 公称换热面积为54m2 换热管外径25mm
管长6m
4管程单壳程
11
热应力的处理方法：在外壳上装设膨胀节，但是只能减小不能
完全消除由于温差引起的热应力，而且在多程热交换器中，这 种方法不能照顾到管子的相对移动。
12
带膨胀节的固定管板换热器
应用场合：适用于壳方流体洁净且不宜结垢，流体
温差小于70℃壳方压力小于600KPa的场合。
U形管式热交来自百度文库器
13
结构特点： 只有一个管板，换热管弯成U形，管子两端固定在
20
热补偿
浮头补偿：
补偿圈补偿： U形管补偿：
21
➢三、基本参数
公称换热面积SN 公称直径DN 公称压力PN 换热管长度L 换热管规格 管程数
根据我国1989年颁布的国标GB151-89的适用范围为：
（1）公称直径≤2000mm； （2）公称压力≤35MPa； （3）公称直径（mm）和公称压力(MPa)的乘积≯104。
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3 列管式换热器
优点：容易制造、生产成本低，适应性强， 尤其适于高压流体，维修清洗方便。
缺点：结合面较多，易泄漏。
1 —外壳 2—管束 3、4—接管 5—封头 6—管板 7—挡板
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➢结构
前端管箱 壳体 后端（包括管束）
➢分类 ➢概念
固定管板式 管子两端固定在位于壳体两端的固定管板上
U形管式 只有一个管板，换热管弯成U形
22
钢制管壳式热交换器型号的表示方法
×××DN—Pt/Ps－A － LN/d－Nt/Ns (Ⅰ或Ⅱ) (Ⅰ或Ⅱ) ：Ⅰ级热交换器采用高级或较高级冷拔钢管 Ⅱ级热交换器采用普通级冷拔钢管
Nt/Ns：管/壳程数，对于单程只写Nt LN/d ：LN-公称长度(m)，
d-换热管外径（mm）
A：公称换热面积（m2） Pt/Ps:管/壳程设计压力（MPa）,压力相等时只写Pt DN:公称直径（mm）
同一管板上，管束可自由伸缩。当壳体与U形换热管有温差时，不会 产生温差应力。
14
U型管式换热器
15
特点：
优点：结构简单，造价低，运行可靠，管间易清理。 缺点：管内不易清洗，管板的利用率较低，壳程易 短路，损坏的管子难于调换。 应用场合： 高温高压。
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浮头式热交换器
浮头式换热器
结构：一块管板与壳体固定，另一块管板可以在壳体内来回活动，并
工程上应用较少。
8
单程列管式换热器
1 —外壳 2—管束 3、4—接管 5—封头 6—管板 7—挡板
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双程列管式换热器 1—壳体 2—管束 3—挡板 4—隔板
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固定管板式热交换器
无膨胀节 有膨胀节
特点：结构简单，重量轻，在壳程程数相同的条件下,可排的
管数比较多，壳程不能够检修和清洗，当产生热膨胀时使接口 脱开，发生流体的泄漏。