换热器培训PPT(1)
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三、换热器的分类
换热设备的分类方法很多，现将几种常见的分 类方法介绍如下： 1、按用途分类：分为热交换器、冷凝器、蒸发器、 加热器及冷却器等五类。 1）热交换器：两种不同温度的介质进行热量交换， 使一种介质降温而另一种介质升温，以满足各自 的需要。 2）冷凝器：两种不同温度的介质进行热量交换，其 中一种介质由汽态被冷凝成液态。
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换热器培训PPT(1)
（四）管箱 管箱的作用是将进入管程的流体均匀分布到各换
热管，把管内流体汇集在一起送出换热器。在多 管程换热器中，管箱还可通过设置隔板起分隔作 用。管箱结构如图所示，其中图（a）适用较清洁 的介质，因检查管子及清洗时只能将管箱整体拆 下，故不太方便；图（b）在管箱上装有平盖，只 要将平盖拆下即可进行清洗和检查，所以工程应 用较多，但材料消耗多；图（c）是将管箱与管板 焊成一体，这种结构密封性好，但管箱不能单独 拆下，检修、清洗都不方便，实际应用较少。
换热器培训PPT(1)
➢ 焊接连接是将换热管的端部与管板焊在一起，这 种连接形式工艺简单、不受管子与管板材料硬度 的限制，而且在高温、高压下仍能保持良好的连 接密封性和牢固性，所以在高温、高压下甚至某 些压力并不太高的场合都使用焊接连接，如图所 示。焊接连接的缺点是只在管子端部与管板焊死， 而沿管板厚度方向的大部分管段其外壁与管板之 间存在环行间隙，在这些间隙中流体不流动，及 易造成“间隙腐蚀”，为消除间隙可采用胀接和 焊接并用的连接方式。
3. 节省材料。要做到此点要求其比重量要小，所谓比重量是 指单位传热面积所耗用的金属量，即换热设备总金属用量 与传热面积之比。
4. 压力降要小。流体在设备中流动阻力小、压力损失就小， 节省动力、操作成本降低。
5. 要求结构可靠、制造成本低，便于安装、检修、使用周期 长。
➢ 由于要全面满足上述要求是非常困难的，因而产生了各种 各样的换热器，以适应各种特定的工艺条件。
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六、管壳式换热器流体通过管程或壳程的选择 流体经过换热器时应走管程还是走壳程，需要
常用换热管为：碳钢、低合金钢管有Φ19×2、 Φ25×2.5、 Φ38×3、 Φ57×3.5；不锈钢管有
Φ25×2、 Φ38×2.5。
换热器培训PPT(1)
➢ 在相同的传热面积的情况下，换热管越长则壳体、 封头的直径和壁厚就越小，经济性越好；但换热 管过长，经济效果不再显著且清洗、运输、安装 都不太方便。换热管的长度规格有1.5、2.0、3.0、 4.5、6.0、7.5、9.0、12.0m，在炼油厂所用的换 热器中最常用的是6m管长。换热管一般都用光管， 为了强化传热，也可用螺纹管、带钉管及翅片管。
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（三）壳体及管板的连接
管壳式换热器的壳体都是圆筒形的，直径较小时 用无缝钢管制作，直径较大时用钢板卷制焊接而 成；壳体所用材料及要求与一般的压力容器相同。 不同类型的管壳式换热器其壳体与管板的连接方 式不同，在固定管板式换热器中，两端管板均与 壳体采用焊接连接，这种连接称为管板与壳体的 不可拆连接；根据管板是否兼作法兰其结构不用， 如图所示，多数情况下采用管板兼作法兰的结构。 在浮头式、U形管式换热器中固定端的管板与壳体 采用可拆连接，将管板夹持在壳体法兰与管箱法 兰之间，这样便于管束从壳体中抽出进行清洗和 维修，如图所示。
五、管壳式换热器的主要零部件
（一）换热管及在管板上的排列方式
换热管是管壳式换热器的传热元件，它直接与两 种介质接触，所以换热管的形状和尺寸对传热有 很大的影响。小管径利于承受压力，因而管壁较 薄且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、结垢紧凑，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，且小直径管子易结垢，不易清洗。所 以一般对清洁流体用小直径管子，粘性较大的或 污染的流体采用大直径管子。我国管壳式换热器
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• 总体结构如图3
换热器培训PPT(1)
4）釜式换热器 • 这种换热器的壳体直径一般为管束直径的1.5～2.0
倍，管束偏置于壳体的下方，页面淹没管束，使 管束上部形成一定的汽液分离空间。此换热器多 用来做蒸发器、精馏塔的重沸器或简单的废热锅 炉。根据需要，管束可以是固定管板型、浮头型 或U型管型。
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3）蒸发器：与冷凝器的操作刚好相反，两种 介质中 的一种介质由液体被蒸发成汽体。
4）加热器：只单纯的完成一种介质的加热升温的操作。 5）冷却器：如果热量不回收利用，完成用冷却剂（如
水、空气）来冷却另外一种介质的操作的换热器 称为冷却器。如用空气作为冷却剂的换热器称为 空气冷却器，简称空冷器。 2、按材料分类：分为金属材料和非金属材料换热器。 3、按结构分类：分为管壳式换热器和板式换热器。
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• 总体结构图如图2
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3）U型管式换热器 • 这种换热器不同于固定管板式和浮头式，只有一
块管板，换热管作为U字形、两端都固定在同一块 管板上；管板和壳体之间通过螺栓固定在一起。 这种换热器结构简单、造价低，管束可在壳体内 自由伸缩，无温差应力，也可将管束抽出清洗且 还省了一块管板；但U形管管内清洗困难且管子更 换也不方便，由于U形弯管半径不能太小，故与其 他管壳式换热器相比布管较少，结构不够紧凑。 它适用于冷热流体温差较大、管内走清洁不易结 垢的高温、高压、腐蚀性较大的流体的场合。
➢ 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。如图所示。三 角形排管多，结构紧凑，但管外清洗不方便；正 方形排管少，结构不够紧凑，但管外清洗较方便。 一般在固定管板式换热器中多用三角形排列，浮 头式换热器多用正方形排列。
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（二）管板及换热管的连接
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浮头式冷凝器 • 封头管箱，公称直径1200mm，管程设计压
力2.5MPa，壳程设计压力1.0MPa，公称换 热面积610㎡，普通级冷拔换热管外径 25mm,管长9m，4管Ⅱ程单壳程的浮头式冷凝 器，其型号为：
BJS1200-2.5/1.0-610-9/25-4Ⅱ
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设计压力均为1.6MPa，公称换热面积54㎡， 较高级冷拔换热管外径25mm，管长6m，4 管程单壳程的浮头式换热器，其型号为：
AES500-1.6-54-6/25-4Ⅰ
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固定管板式换热器 • 封头管箱，公称直径700mm，管程设计压
力2.5MPa，壳程设计压力1.6MPa，公称换 热面积200 ㎡，较高级冷拔换热管外径 25mm,管长9m，4管程单壳程的固定管板式 换热器，其型号为：
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（五）折流板 折流板是设置在壳体内与管束垂直的弓形或圆盘
－圆环形平板，如图所示。安装折流板迫使壳程 流体按照规定的路径多次横向穿过管束，既提高 了流速又增加了湍流速度，改善了传热效果，在 卧式换热器中折流板还可起到支撑管束的作用。 但在冷凝器中，由于冷凝传热系数与蒸汽在设备 中的流动状态无关，因此不需要设置折流板。
综上所述，换热设备是炼油、化工生产中不可缺 少的重要设备。换热设备在动力、原子能、冶金及 食品等其他工业部门也有着广泛的应用。
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二、比较换热设备的指标
1. 效率要高。效率高就要求其传热系数大，传热系数是指在 单位时间内、单位面积上温度每变化一度所传递的热量。
2. 结构紧凑。要使换热设备的结构紧凑就要求其比表面积大， 比表面积是指单位体积的换热设备所具有的传热面积，即 传热面积与换热设备体积之比。
板式换热器的传热效率虽然较高，但由于其强度 低，密封性能差，故其应用受到了限制。因此， 在石油、化工工业中应用较多的是管壳式换热器， 它已被当成传统的换热设备来加以使用。
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四、管壳式换热器的总体结构
1、管壳式换热器的总体结构以及特点 1）浮头式换热器
• 浮头式换热器的一端管板是固定的。与壳体刚性 连接，另一端管板是活动的，与壳体之间并不相 连。活动管板一侧总称为浮头，浮头式换热器的 管束可从壳体中抽出，故管外壁清洗方便，管束 可在壳体中自由伸缩，所以无温差应力；但结构 复杂、造价高，且浮头处若密封不严会造成两种 流体混合。浮头式换热器适用于冷热流体温差较 大（一般冷流进口与热流进口温差可达110℃）， 介质易结垢需要清洗的场合。在炼油厂中使用的 各类管壳式换热器中浮头式最多。
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2、管壳式换热器的主要组合部件 管壳式换热器的主要组合部件有前端管箱，壳体
和后端结构（包括管束）三部分，详细分类以及 代号（英文字母）如下所示：
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3、换热ຫໍສະໝຸດ Baidu型号的表示方法
换热器培训PPT(1)
现举例说明 浮头式换热器 • 平盖管箱，公称直径500mm，管程和壳程
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1）管壳式换热器：特点是圆形的外壳中装有管束。 一种介质流经换热管内的通道及其相贯通部分 （称为壳程）。它可分为:浮头式换热器、U型管 式换热器、套管式换热器、固定管板式换热器等。
2）板式换热器：它是由压成各种形状的薄板组成传 热面的，冷、热两种介质分别在相邻两板之间流 动。常见的板式换热器有平板式换热器、伞板式 换热器、螺旋板式换热器及板壳式换热器。
BEM700-2.5/1.6-200-9/25-4Ⅰ
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U型管式换热器 • 封头管箱，公称直径500mm，管程设计压
力4.0MPa，壳程设计压力1.6MPa，公称换 热面积75 ㎡，较高级冷拔换热管外径 19mm,管长6m，2管Ⅱ程单壳程的U型管式换 热器，其型号为：
BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2Ⅰ
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•总体结构图如图1
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2）固定管板式换热器 • 这类换热器的结构简单，重量轻，造价较低，在
相同的壳层情况下，可较其他型式的列管换热器 多排一些传热管子。但是壳体与管层之间的流体 的温差不能太大，因温差太大时，会产生较大的 热应力，使管子与管板结合处松脱而产生泄漏。 此外这类换热器因管板是固定的，所以在检修， 更换管子或清洗壳层时，都比较困难。此换热器 适用于壳程介质不易结垢，或是有结垢但可进行 化学清洗的场合；壳壁与管壁因温度差而引起的 膨胀量之差不大，或膨胀差虽大但壳程压力不高 的情况。
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釜式重沸器 • 平盖管箱，管箱内直径600mm，圆筒内直
径1200mm，管程设计压力2.5MPa，壳程 设计压力1.0MPa，公称换热面积90㎡，普 通级冷拔换热管外径25mm,管长6m，2管程 釜式重沸器，其型号为：
AKT-600/1200-2.5/1.0-90-6/25-2Ⅱ
管板一般采用圆形平板，在板上开孔并装设换热 管，在多管程换热器中管板上还设置分程隔板。 管板还起分隔管程和壳程空间，避免冷热流体混 合的作用。管板与换热管间可采用胀接、焊接或 二者并用的连接方式。
管板与换热管的胀接连接是利用管子与管板材料 的硬度差（选材时管板材料硬度要高于管子材料 硬度），使管子在管孔中在胀管器的作用下直径 扩大并产生塑性变形，而管板只产生弹性变形， 在胀管后管板在弹性恢复力的作用下与管子外表 面紧紧贴合在一起，达到密封和紧固连接的目的， 如图所示。胀接连接结构简单、便于管子更换与 修补，但不宜在高温、高压下工作。随着温度和 压力增高，胀接的密封性和牢固性将逐渐下降。
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2020/11/20
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以降低成本。另外，生产所得的油品或化工产品， 需要将其冷却或冷凝，以便储存和运输。以上这些 与热量有关的过程都需要使用换热设备。
使用换热设备是为了达到加热或冷却的目的，如 果将那些需要加热的流体与需要冷却的流体，经过 换热设备相互换热，既可回收热量，又可降低冷却 水的消耗。
三、换热器的分类
换热设备的分类方法很多，现将几种常见的分 类方法介绍如下： 1、按用途分类：分为热交换器、冷凝器、蒸发器、 加热器及冷却器等五类。 1）热交换器：两种不同温度的介质进行热量交换， 使一种介质降温而另一种介质升温，以满足各自 的需要。 2）冷凝器：两种不同温度的介质进行热量交换，其 中一种介质由汽态被冷凝成液态。
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（四）管箱 管箱的作用是将进入管程的流体均匀分布到各换
热管，把管内流体汇集在一起送出换热器。在多 管程换热器中，管箱还可通过设置隔板起分隔作 用。管箱结构如图所示，其中图（a）适用较清洁 的介质，因检查管子及清洗时只能将管箱整体拆 下，故不太方便；图（b）在管箱上装有平盖，只 要将平盖拆下即可进行清洗和检查，所以工程应 用较多，但材料消耗多；图（c）是将管箱与管板 焊成一体，这种结构密封性好，但管箱不能单独 拆下，检修、清洗都不方便，实际应用较少。
换热器培训PPT(1)
➢ 焊接连接是将换热管的端部与管板焊在一起，这 种连接形式工艺简单、不受管子与管板材料硬度 的限制，而且在高温、高压下仍能保持良好的连 接密封性和牢固性，所以在高温、高压下甚至某 些压力并不太高的场合都使用焊接连接，如图所 示。焊接连接的缺点是只在管子端部与管板焊死， 而沿管板厚度方向的大部分管段其外壁与管板之 间存在环行间隙，在这些间隙中流体不流动，及 易造成“间隙腐蚀”，为消除间隙可采用胀接和 焊接并用的连接方式。
3. 节省材料。要做到此点要求其比重量要小，所谓比重量是 指单位传热面积所耗用的金属量，即换热设备总金属用量 与传热面积之比。
4. 压力降要小。流体在设备中流动阻力小、压力损失就小， 节省动力、操作成本降低。
5. 要求结构可靠、制造成本低，便于安装、检修、使用周期 长。
➢ 由于要全面满足上述要求是非常困难的，因而产生了各种 各样的换热器，以适应各种特定的工艺条件。
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六、管壳式换热器流体通过管程或壳程的选择 流体经过换热器时应走管程还是走壳程，需要
常用换热管为：碳钢、低合金钢管有Φ19×2、 Φ25×2.5、 Φ38×3、 Φ57×3.5；不锈钢管有
Φ25×2、 Φ38×2.5。
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➢ 在相同的传热面积的情况下，换热管越长则壳体、 封头的直径和壁厚就越小，经济性越好；但换热 管过长，经济效果不再显著且清洗、运输、安装 都不太方便。换热管的长度规格有1.5、2.0、3.0、 4.5、6.0、7.5、9.0、12.0m，在炼油厂所用的换 热器中最常用的是6m管长。换热管一般都用光管， 为了强化传热，也可用螺纹管、带钉管及翅片管。
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（三）壳体及管板的连接
管壳式换热器的壳体都是圆筒形的，直径较小时 用无缝钢管制作，直径较大时用钢板卷制焊接而 成；壳体所用材料及要求与一般的压力容器相同。 不同类型的管壳式换热器其壳体与管板的连接方 式不同，在固定管板式换热器中，两端管板均与 壳体采用焊接连接，这种连接称为管板与壳体的 不可拆连接；根据管板是否兼作法兰其结构不用， 如图所示，多数情况下采用管板兼作法兰的结构。 在浮头式、U形管式换热器中固定端的管板与壳体 采用可拆连接，将管板夹持在壳体法兰与管箱法 兰之间，这样便于管束从壳体中抽出进行清洗和 维修，如图所示。
五、管壳式换热器的主要零部件
（一）换热管及在管板上的排列方式
换热管是管壳式换热器的传热元件，它直接与两 种介质接触，所以换热管的形状和尺寸对传热有 很大的影响。小管径利于承受压力，因而管壁较 薄且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、结垢紧凑，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，且小直径管子易结垢，不易清洗。所 以一般对清洁流体用小直径管子，粘性较大的或 污染的流体采用大直径管子。我国管壳式换热器
换热器培训PPT(1)
• 总体结构如图3
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4）釜式换热器 • 这种换热器的壳体直径一般为管束直径的1.5～2.0
倍，管束偏置于壳体的下方，页面淹没管束，使 管束上部形成一定的汽液分离空间。此换热器多 用来做蒸发器、精馏塔的重沸器或简单的废热锅 炉。根据需要，管束可以是固定管板型、浮头型 或U型管型。
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3）蒸发器：与冷凝器的操作刚好相反，两种 介质中 的一种介质由液体被蒸发成汽体。
4）加热器：只单纯的完成一种介质的加热升温的操作。 5）冷却器：如果热量不回收利用，完成用冷却剂（如
水、空气）来冷却另外一种介质的操作的换热器 称为冷却器。如用空气作为冷却剂的换热器称为 空气冷却器，简称空冷器。 2、按材料分类：分为金属材料和非金属材料换热器。 3、按结构分类：分为管壳式换热器和板式换热器。
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• 总体结构图如图2
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3）U型管式换热器 • 这种换热器不同于固定管板式和浮头式，只有一
块管板，换热管作为U字形、两端都固定在同一块 管板上；管板和壳体之间通过螺栓固定在一起。 这种换热器结构简单、造价低，管束可在壳体内 自由伸缩，无温差应力，也可将管束抽出清洗且 还省了一块管板；但U形管管内清洗困难且管子更 换也不方便，由于U形弯管半径不能太小，故与其 他管壳式换热器相比布管较少，结构不够紧凑。 它适用于冷热流体温差较大、管内走清洁不易结 垢的高温、高压、腐蚀性较大的流体的场合。
➢ 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。如图所示。三 角形排管多，结构紧凑，但管外清洗不方便；正 方形排管少，结构不够紧凑，但管外清洗较方便。 一般在固定管板式换热器中多用三角形排列，浮 头式换热器多用正方形排列。
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（二）管板及换热管的连接
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浮头式冷凝器 • 封头管箱，公称直径1200mm，管程设计压
力2.5MPa，壳程设计压力1.0MPa，公称换 热面积610㎡，普通级冷拔换热管外径 25mm,管长9m，4管Ⅱ程单壳程的浮头式冷凝 器，其型号为：
BJS1200-2.5/1.0-610-9/25-4Ⅱ
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设计压力均为1.6MPa，公称换热面积54㎡， 较高级冷拔换热管外径25mm，管长6m，4 管程单壳程的浮头式换热器，其型号为：
AES500-1.6-54-6/25-4Ⅰ
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固定管板式换热器 • 封头管箱，公称直径700mm，管程设计压
力2.5MPa，壳程设计压力1.6MPa，公称换 热面积200 ㎡，较高级冷拔换热管外径 25mm,管长9m，4管程单壳程的固定管板式 换热器，其型号为：
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（五）折流板 折流板是设置在壳体内与管束垂直的弓形或圆盘
－圆环形平板，如图所示。安装折流板迫使壳程 流体按照规定的路径多次横向穿过管束，既提高 了流速又增加了湍流速度，改善了传热效果，在 卧式换热器中折流板还可起到支撑管束的作用。 但在冷凝器中，由于冷凝传热系数与蒸汽在设备 中的流动状态无关，因此不需要设置折流板。
综上所述，换热设备是炼油、化工生产中不可缺 少的重要设备。换热设备在动力、原子能、冶金及 食品等其他工业部门也有着广泛的应用。
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二、比较换热设备的指标
1. 效率要高。效率高就要求其传热系数大，传热系数是指在 单位时间内、单位面积上温度每变化一度所传递的热量。
2. 结构紧凑。要使换热设备的结构紧凑就要求其比表面积大， 比表面积是指单位体积的换热设备所具有的传热面积，即 传热面积与换热设备体积之比。
板式换热器的传热效率虽然较高，但由于其强度 低，密封性能差，故其应用受到了限制。因此， 在石油、化工工业中应用较多的是管壳式换热器， 它已被当成传统的换热设备来加以使用。
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四、管壳式换热器的总体结构
1、管壳式换热器的总体结构以及特点 1）浮头式换热器
• 浮头式换热器的一端管板是固定的。与壳体刚性 连接，另一端管板是活动的，与壳体之间并不相 连。活动管板一侧总称为浮头，浮头式换热器的 管束可从壳体中抽出，故管外壁清洗方便，管束 可在壳体中自由伸缩，所以无温差应力；但结构 复杂、造价高，且浮头处若密封不严会造成两种 流体混合。浮头式换热器适用于冷热流体温差较 大（一般冷流进口与热流进口温差可达110℃）， 介质易结垢需要清洗的场合。在炼油厂中使用的 各类管壳式换热器中浮头式最多。
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2、管壳式换热器的主要组合部件 管壳式换热器的主要组合部件有前端管箱，壳体
和后端结构（包括管束）三部分，详细分类以及 代号（英文字母）如下所示：
换热器培训PPT(1)
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换热器培训PPT(1)
3、换热ຫໍສະໝຸດ Baidu型号的表示方法
换热器培训PPT(1)
现举例说明 浮头式换热器 • 平盖管箱，公称直径500mm，管程和壳程
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1）管壳式换热器：特点是圆形的外壳中装有管束。 一种介质流经换热管内的通道及其相贯通部分 （称为壳程）。它可分为:浮头式换热器、U型管 式换热器、套管式换热器、固定管板式换热器等。
2）板式换热器：它是由压成各种形状的薄板组成传 热面的，冷、热两种介质分别在相邻两板之间流 动。常见的板式换热器有平板式换热器、伞板式 换热器、螺旋板式换热器及板壳式换热器。
BEM700-2.5/1.6-200-9/25-4Ⅰ
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U型管式换热器 • 封头管箱，公称直径500mm，管程设计压
力4.0MPa，壳程设计压力1.6MPa，公称换 热面积75 ㎡，较高级冷拔换热管外径 19mm,管长6m，2管Ⅱ程单壳程的U型管式换 热器，其型号为：
BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2Ⅰ
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•总体结构图如图1
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2）固定管板式换热器 • 这类换热器的结构简单，重量轻，造价较低，在
相同的壳层情况下，可较其他型式的列管换热器 多排一些传热管子。但是壳体与管层之间的流体 的温差不能太大，因温差太大时，会产生较大的 热应力，使管子与管板结合处松脱而产生泄漏。 此外这类换热器因管板是固定的，所以在检修， 更换管子或清洗壳层时，都比较困难。此换热器 适用于壳程介质不易结垢，或是有结垢但可进行 化学清洗的场合；壳壁与管壁因温度差而引起的 膨胀量之差不大，或膨胀差虽大但壳程压力不高 的情况。
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釜式重沸器 • 平盖管箱，管箱内直径600mm，圆筒内直
径1200mm，管程设计压力2.5MPa，壳程 设计压力1.0MPa，公称换热面积90㎡，普 通级冷拔换热管外径25mm,管长6m，2管程 釜式重沸器，其型号为：
AKT-600/1200-2.5/1.0-90-6/25-2Ⅱ
管板一般采用圆形平板，在板上开孔并装设换热 管，在多管程换热器中管板上还设置分程隔板。 管板还起分隔管程和壳程空间，避免冷热流体混 合的作用。管板与换热管间可采用胀接、焊接或 二者并用的连接方式。
管板与换热管的胀接连接是利用管子与管板材料 的硬度差（选材时管板材料硬度要高于管子材料 硬度），使管子在管孔中在胀管器的作用下直径 扩大并产生塑性变形，而管板只产生弹性变形， 在胀管后管板在弹性恢复力的作用下与管子外表 面紧紧贴合在一起，达到密封和紧固连接的目的， 如图所示。胀接连接结构简单、便于管子更换与 修补，但不宜在高温、高压下工作。随着温度和 压力增高，胀接的密封性和牢固性将逐渐下降。
换热器培训PPT(1)
2020/11/20
换热器培训PPT(1)
以降低成本。另外，生产所得的油品或化工产品， 需要将其冷却或冷凝，以便储存和运输。以上这些 与热量有关的过程都需要使用换热设备。
使用换热设备是为了达到加热或冷却的目的，如 果将那些需要加热的流体与需要冷却的流体，经过 换热设备相互换热，既可回收热量，又可降低冷却 水的消耗。