管壳式换热器的工作原理及结构.doc

1、管壳式换热器的工作原理及结构随着科技高速发展的今天，换热器已广泛应用国内各个生产领域，换热器跟人们生活息息相关。换热器顾名思义就是用来热交换的机械设备。换热器是一种非常重要的换热设备，能够把热量从一种介质传递给另一种介质，在各种工业领域中有很广泛的应用。尤其在化工、能源、交通、机械、制冷、空调等领域应用更广泛。换热器能够充分利用工业的二次能源，并且能够实现余热回收和节能。换热器分为很多类型，管壳式换热器是很普遍的一种。管壳式换热器的传热强化技术主要包括管程和壳程的传热强化研究。本文对管壳式换热器的原理进行简单介绍。 一、管壳式换热器的工作原理 管壳式换热器由一个壳体和包含许多管子的管束所构成，

2、冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。通常的工作压力可达 4 兆帕，工作温度在 200以下，在个别情况下还可达到更高的压力和温度。一般壳体直径在 1800 毫米以下，管子长度在 9米以下，在个别情况下也有更大或更长的。 工作原理和结构 图 1 固定管板式换热器为固定管板式换热器的构造。A 流体从接管 1 流入壳体内，通过管间从接管 2 流出。B 流体从接管3 流入，通过管内从接管 4 流出。如果 A 流体的温度高于 B 流体，热量便通过管壁

3、由 A 流体传递给 B 流体；反之，则通过管壁由 B 流体传递给 A流体。壳体以内、管子和管箱以外的区域称为壳程，通过壳程的流体称为壳程流体 （A 流体） 。管子和管箱以内的区域称为管程，通过管程的流体称为管程流体（B 流体） 。管壳式换热器主要由管箱、管板、管子、壳体和折流板等构成。通常壳体为圆筒形；管子为直管或 U 形管。为提高换热器的传热效能，也可采用螺纹管、翅片管等。管子的布置有等边三角形、正方形、正方形斜转 45和同心圆形等多种形式，前 3 种最为常见。按三角形布置时，在相同直径的壳体内可排列较多的管子，以增加传热面积，但管间难以用机械方法清洗，流体阻力也较大。管板和管子的总体称为管

4、束。管子端部与管板的连接有焊接和胀接两种。在管束中横向设置一些折流板，引导壳程流体多次改变流动方向，有效地冲刷管子，以提高传热效能，同时对管子起支承作用。折流板的形状有弓形、圆形和矩形等。为减小壳程和管程流体的流通截面、加快流速，以提高传热效能，可在管箱和壳体内纵向设置分程隔板，将壳程分为 2 程和将管程分为 2 程、4 程、6 程和 8 程等。管壳式换热器的传热系数，在水-水换热时为 14002850 瓦每平方米每摄氏度W/（m（） ；用水冷却气体时，为 10280W/（m（） ；用水冷凝水蒸汽时，为5704000W/（m（） 。 二、管壳式换热器的形式与结构 管壳式换热器是把管子与管板连接

5、，再用壳体固定。它的形式大致分为 固定管板式、釜式浮头式、U 型管式、滑动管板式、填料函式及套管式等几种。根据介质的种类、压力、温度、污垢和其他条件，管板与壳体的连接的各种结构特点，传热管的形状与传热条件，造价，维修检验方面等情况来选择设计制造各种管壳式换热器。 1.固定管板式换热器 固定管板式换热器的两端管板，采用焊接方法与壳体连接固定。这种换热器结构简单；喜爱相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；在有折流板得壳侧流动中，旁路最小，管程可以分成任一偶数程数。由于两个管板呗换热管相互支撑，与其他管壳式换热器相比，管板最薄，不仅造价低而且每根管子内侧都能进行清洗。 2.浮头式换热器 浮头式换热器

6、针对固定管板式换热器的缺陷在结构上做了改进，两端管板只有一端管板与壳体固定，而另一端的管板可以在壳体内自由移动，该端称为浮头。这类换热器壳体和管束对膨胀是自由的，故当两种介质温差较大时，管束与壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结的构，是管束可以容易地插入或抽出（也有设计成不可拆的） ，这样为检修、清洗提供了方便。但结构较为复杂，而且浮头端操作时无法知道泄流情况，所以在安装时要特别的注意其密封限制。 3.U 型管式换热器 U 型管式换热器仅有一块管板。 它是将管子弯成 U 型，管子两端固定在同一块管板上。由于壳体和管子分开，管束可以自由伸缩，不会因管壁、壳壁之间的温度差而产生热应力，热补偿

7、性能好。管程为双管程，流程较长，流速较高，传热性能好，承压能力强。U 型管式换热器，一般使用高温高压的情况下。尤其在压力较高的情况下，在弯管段壁厚要加厚，以弥补弯管后管壁的减薄。 如壳程需要经常清洗的管束，则要求采用正方形排列，一般情况下都按三角形排列，管程为偶数。 壳程内可按工艺要求设置纵向隔板组成双壳程换热器，以增加壳侧介质流速，提高换热设备的传热效果。纵向隔板安装在平行于传热管方向（纵向隔板按工艺要求决定） 4.填料函式换热器 对于一些腐蚀严重，温差较大而经常要更换管束的冷却器，采用填料 函式换热器要比浮头式或固定式换热器优越的多。它是具有浮头式换热器的优点，有克服了固定式换热器的缺点，

8、结构较浮头简单，制造方便，易于检修清洗。 填料函式换热器的管板也仅有一端与壳体固定，另一端采用填料 函密封，它的管束也可以自由膨胀，所以也不需要考虑由于管壁、壳壁温度引起的热应力。且管程和课程都能清洗，加工制造叫浮头简便，且造价较低。但由于填料密封处易于泄露，故壳程压力不能过高，也不易于壳程内为易挥发、易燃、易爆和有毒介质的场合。 目前所使用的填料函式换热器都较小，使用在直径 700mm 以下，大直径填料函式换热器采用的很少，尤其在操作压力及温度较高的条件下就更少 5.其他形式换热器 滑动管板式填料函换热器滑动管板和单填料单式的结构。管束可以从壳体中抽出，易于清洗，但在填料内侧密封处，管程与壳程之间仍会产生串流现象，当两种介质相混而不相容时，往往会产生事故。而单填料单式结构的结构形式，采用管、壳程完全隔离的填料函结构，解决了两程之间的串流现象，但为了能将管束从壳体中抽出，管箱法兰一定要做成可拆式的形式。以上几种结构，可按具体情况选用。填料一般可以采用油浸石棉。双填料函式管板式换热器。它是在一般滑动管板的基础上，对填料密封结构进行了改进，它不仅具有一般滑动管板的优点，而且密封性能更为可靠，与目前常用型式的浮头换热器相比，就有一定的特点，以内圈为主要密封，防止内漏及外漏，而以外圈为辅助密封。