文章引用：管殼式換熱器基礎(chǔ)知識
管殼式換熱器又稱列管式換熱器。是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡單，操作可靠，可用各種結(jié)構(gòu)材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應(yīng)用*廣的類型。今天我們就來借鑒學(xué)習(xí)一下管殼式換熱器的相關(guān)知識內(nèi)容。
管殼式換熱器結(jié)構(gòu)與類型
管殼式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。
進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。
擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度。
換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體。
流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次稱為一個殼程。圖示為*簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱為1-1型換熱器。為提高管內(nèi)流體速度,可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分成若干組。
這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應(yīng)用。
管殼式換熱器由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。
因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過50℃時，需采取適當(dāng)補償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。根據(jù)所采用的補償措施，管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型：
①固定管板式換熱器管束兩端的管板與殼體聯(lián)成一體，結(jié)構(gòu)簡單,但只適用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機械清洗時的換熱操作。當(dāng)溫度差稍大而殼程壓力又不太高時，可在殼體上安裝有彈性的補償圈，以減小熱應(yīng)力。
②浮頭式換熱器管束一端的管板可自由浮動，完全消除了熱應(yīng)力;且整個管束可從殼體中抽出,便于機械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應(yīng)用較廣，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價較高。
③ U型管式換熱器 每根換熱管皆彎成U形，兩端分別固定在同一管板上下兩區(qū)，借助于管箱內(nèi)的隔板分成進(jìn)出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，但管程不易清洗。
④填料函式換熱器 填料函式換熱器其結(jié)構(gòu)特點是管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。
填料函式換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，制造方便，耗材少，造價低；管束可從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)、管間均能進(jìn)行清洗，維修方便。其缺點是填料函耐壓不高，一般小于4.0MPa；
殼程介質(zhì)可能通過填料函外漏，對易燃、易爆、有毒和貴重的介質(zhì)不適用。填料函式換熱器適用于管、殼壁溫差較大或介質(zhì)易結(jié)垢，需經(jīng)常清理且壓力不高的場合。
⑤釜式換熱器 釜式換熱器結(jié)構(gòu)特點是在殼體上部設(shè)置適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)空間，同時兼有蒸汽室的作用。
管束可以為固定管板式、浮頭式或U 型管式。釜式換熱器清洗維修方便，可處理不清潔、易結(jié)垢的介質(zhì)，并能承受高溫、高壓。它適用于液-汽式換熱，可作為*簡結(jié)構(gòu)的廢熱鍋爐。
管殼式換熱器傳熱機理
一般來說，管殼式換熱器制造容易，生產(chǎn)成本低，選材范圍廣，清洗方便，適應(yīng)性強，處理量大，工作可靠，且能適應(yīng)高溫高壓。雖然它在結(jié)構(gòu)緊湊性、傳熱輕度和單位金屬消耗量方面無法與板式和板翅式換熱器相比，但它由于具有前述的一些優(yōu)點，因而在化工、石油能源等行業(yè)的應(yīng)用中仍處于主導(dǎo)地位。
管殼式換熱器是把管子與管板連接，再用殼體固定。它的型式大致分為固定管板式、釜式浮頭式、U型管式、滑動管板式、填料函式及套管式等幾種。
根據(jù)介質(zhì)的種類、壓力、溫度、污垢和其他條件，管板與殼體的連接的各種結(jié)構(gòu)型式特點，傳熱管的形狀和傳熱條件，造價，維修檢查方便等情況來選擇設(shè)計制造各種管殼式換熱器。
管殼式換熱器結(jié)構(gòu)及制造標(biāo)準(zhǔn)
一般來說，管殼式換熱器制造容易，生產(chǎn)成本低，選材范圍廣，清洗方便，適應(yīng)性強，處理量大，工作可靠，且能適應(yīng)高溫高壓。雖然它在結(jié)構(gòu)緊湊性、傳熱輕度和單位金屬消耗量方面無法與板式和板翅式換熱器相比，但它由于具有前述的一些優(yōu)點，因而在化工、石油能源等行業(yè)的應(yīng)用中仍處于主導(dǎo)地位。
管殼式換熱器是把管子與管板連接，再用殼體固定。它的型式大致分為固定管板式、釜式浮頭式、U型管式、滑動管板式、填料函式及套管式等幾種，前面我們簡要介紹過。
根據(jù)介質(zhì)的種類、壓力、溫度、污垢和其他條件，管板與殼體的連接的各種結(jié)構(gòu)型式特點，傳熱管的形狀和傳熱條件，造價，維修檢查方便等情況來選擇設(shè)計制造各種管殼式換熱器。
管殼式換熱器結(jié)構(gòu)及制造標(biāo)準(zhǔn)
管殼式換熱器：是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器，這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡單、操作可靠，可用各種結(jié)構(gòu)材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應(yīng)用*廣的類型。（設(shè)計制造遵循標(biāo)準(zhǔn)：國外 TEMA ASME 國內(nèi) GB151、GB150）
換熱器封頭選取原則
1、管殼側(cè)是否需要清洗；
2、是否需要移動管束；
3、是否需要考慮熱膨脹；
前封頭類型：A、B、C、D、N
后封頭類型：L、M、N、P、S、T、W
后封頭又分為固定式、浮頭式以及U型管，相對于固定式，浮頭式造價更高、需要更大的殼徑、低的換熱效果（由于泄漏流C的存在），優(yōu)點則是一端具有自由度可以處理好熱膨脹問題。
前封頭：
B型封頭：單法蘭經(jīng)濟型*好，由于易于采購，是*常用的封頭
C型封頭：帶管板和可拆蓋，管側(cè)清洗方便，可以處理管程高壓和高危介質(zhì)（適當(dāng)），適于殼側(cè)管束較重以及殼側(cè)需要清洗的情況。
D型封頭：特種高壓型，適用于特殊高壓的工況（管箱焊在管板上）
N型封頭：帶管板和可拆蓋，管束不可拆，此種封頭經(jīng)濟性*好，接近管板容易；可以處理殼側(cè)高危介質(zhì)。
A型封頭與B型封頭相比多了一片法蘭，其耐壓性沒有B型封頭好，其優(yōu)點是換熱器檢修時不許將封頭拿掉，相對于B型封頭來說更加方便。C型封頭、N型封頭換熱器中的管束是可抽出的，其中C型封頭的換熱器中的管板和管箱是焊在一起的。
后封頭：
L型后封頭：和A型前封頭相同；
M型后封頭：和B型前封頭相同；
N型后封頭：和N型前封頭相同；
U型：U型管束，管束可移動，殼側(cè)容易清洗；熱膨脹處理**，經(jīng)濟（無法蘭）；缺點是管側(cè)無法清洗，更換管束困難，彎頭部位容易沖刷損傷。
P型封頭和W型封頭已經(jīng)被淘汰，不在使用。
S型封頭：其尺寸特點是其后封頭要比殼體的直徑大，優(yōu)點是可以解決換熱器設(shè)計過程中的兩個問題，一是可以消除換熱器的熱應(yīng)力，二是換熱器的管殼側(cè)都可以進(jìn)行清洗。
T型封頭和S型封頭相似，但其后封頭尺寸和殼體直徑相同，且其內(nèi)封頭和管束可以直接抽出,但T型封頭和S型封頭相比，受力情況沒有S型封頭好，**的好處是抽芯方便，在工程設(shè)計中一般不選用T。
換熱器殼體：
E型殼體：為單程殼體，在設(shè)計過程中一般優(yōu)先選擇，它適用于所有的情況，單相換熱更優(yōu)，缺點是壓降較大。
F型殼體：適用于場地受限，需要雙殼程的情況，比較適合于單相換熱，純逆流換熱，傳熱溫差大；缺點是F型殼體有分程隔板，此處會發(fā)生漏流，而且殼程進(jìn)口與出口處的壓差和溫差都是*大的，會發(fā)生漏溫且分程隔板也容易發(fā)生變形。所以F型殼體適用于壓差和溫差都不大的情況下。
G型殼體：屬于平行流換熱器，該換熱器的熱流體出口溫度可以比冷流體出口溫度低，適用于需要做殼側(cè)強化的臥式熱虹吸再沸器、冷凝器等。
H型殼體：雙平行流換熱器，主要用于冷凝和蒸發(fā)的工況下，而且殼體中不使用折流板。G/H型殼體的優(yōu)點是傳熱溫差大，比E型要高。
J型殼體：分流殼體，一是適用于殼體氣相壓降較大，振動解決不了的情況；二是用于再沸器，相對于E型使得傳熱的效果比較穩(wěn)定；三是用于部分冷凝的工況，其缺點則是傳熱溫差較小，傳熱系數(shù)也不大。
K型殼體：主要用于管程熱介質(zhì)，殼側(cè)蒸發(fā)的工況，在廢熱回收條件下使用。
X型殼體：冷熱流體屬于錯流流動，其優(yōu)點是壓降非常小，當(dāng)采用其他殼體發(fā)生振動，且通過調(diào)整換熱器參數(shù)無法消除該振動時可以使用此殼體形式，其不足之處是流體分布不均勻，X型殼體并不經(jīng)常使用。
在化工工藝手冊中，I型殼體類型可EDR軟件中的不是同一種殼體，其形式見I1，它的使用方式僅有一種搭配，就是BIU，U型管換熱器。
換熱器折流板：
單弓形折流板：優(yōu)點是可以達(dá)到*大的錯流，缺點是壓降較高，且窗口的管束容易發(fā)生振動；設(shè)計要點是折流板圓缺率在17%-35%之間，折流板間距在0.2-1.0倍的殼徑。此種類型折流板適用于大部分場合。
NITW：該折流板窗口不布管，管子支撐**，不引起管束振動，缺點是相同的殼徑大小，布管數(shù)較少，需要的殼體直徑大。設(shè)計要點：15%的折流板圓缺率。適合的場合是氣體振動和壓降受限。
雙弓形折流板：優(yōu)點是壓降低，更好的規(guī)避振動的問題；缺點是大的窗口流動面積；設(shè)計要點：5%-30%的圓缺率，默認(rèn)兩排管重疊；適合場合時振動和壓力受限的換熱器（相對于單弓形折流板來說）。
螺旋折流板：分為單螺旋折流板和雙螺旋折流板優(yōu)點是換熱好，壓降低，流動均勻；缺點是制造困難；設(shè)計要點是螺旋角度5-45°，適合的場合時壓降受限，容易結(jié)垢的場合。
折流桿：優(yōu)點是支撐優(yōu)，流動均勻，壓降低基本無振動問題；缺點是低的換熱效果；管子布置只能為45°和90°；適合場合是低壓降氣體冷凝和換熱。
窩巢型：支撐優(yōu)，流動均勻，壓降低；缺點是比換熱效果不好，設(shè)計基本無要求。
蛋框型：支撐好，制造經(jīng)濟；缺點是高溫應(yīng)力下發(fā)生變形；設(shè)計基本無要求。
