(7)管壳式热交换器结构
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DL Di 2b1 b2 b b 当Di 1000mm时，b 3mm；当Di 1000~ 2600 时，b 4mm b1 Di 600mm时，b1 3mm;Di 600mm时，b1 5mm b2 b2 bn 1.5mm bn Di 700mm时，bn 10mm;Di 700mm时，bn 13mm.
4、分程隔板 优点： 1、改善长管结构 2、提高流速，增强对流换热 缺点： 1、结构复杂，工作稳定性差 2、阻力增大 3、隔板占去位置，减少换热管布置 4、隔板位置在壳程会形成短路空间，不利于 流体充分换热 5、流体穿过隔板垫片短路的机会增多
4、分程隔板
管壳式热交换器结构
纵向隔板 作用：壳程分程 设置要求：在U形管壳式热交换器中常用，一般 不超过两块 优点：增强湍流流动，提高流速，强化传热 缺点：1、结构复杂，安装难度大 2、阻力增大 3、容易泄漏 4、隔板两侧存在热泄漏
2、管子在管板上的固定与排列 管子排列 常用排列方式： 1）等边三角形排列（正六角形排列法）法、同心 圆排列法和正方形排列法。
2、管子在管板上的固定与排列 组合排列 在多管程热交换器 中，多可采用组合 排列，由于分程隔 板占据布管空间， 实际布管需要作图 确定；
2、管子在管板上的固定与排列
转角排列法
管板与壳体的连接分可拆和不可拆两种
管板厚度受材料强度、介质压力、温度和压差、温 差以及管子和外壳的固定方式和受力状况等因素影 响。如何选取按照国标GB151-99规定执行。
2.1 管壳式热交换器的结构
3、管板
管板与管子用胀接法连接时，管板的最小厚度（不包括腐 蚀裕量）规定，见下表； 当用焊接法连接时，最小厚度要满足结构设计和制造的要 求且不小于12mm.
管壳式热交换器结构
折流板 作用：使流体横流过管束，增强换热 支撑管束，防止管束振动和弯曲 设置要求：由于折流板只是限制流动，所 以折流板和壳体间可以存在漏流，因而在 结构布置及安装上较易实现。
管壳式热交换器结构
折流板的形式 弓形折流板（最常用） 盘环形折流板 扇形折流板 管孔形折流板
管壳式热交换器结构
螺旋折流板
■通常普通的弓形折流 板能造成曲折的流道 系统（Z字形流道）， 这样会导致较大的死 角和相对高的返混。
■提出了一种新方案， 即建议采用螺旋状折 流板
■设计原理：将圆截面 的特制板安装在“拟 螺旋折流系统”中， 每块折流板占换热器 壳程中横剖面的四分 之一，其倾角朝向换 热器的轴线，即与换 热器轴线保持一定倾 斜度。相邻折流板的 周边相接，与外圆处 成连续螺旋状。
2、管子在管板上的固定与排列
8)布管限定圆
对于固定管板，U型管 热交换器
DL Di 2b3
b3 固定管板式， U型管式热交换器管束 最外层换热管表面至壳 体内壁的最短距离 b3 0.25d且不小于8mm。
2.1 管壳式热交换器的结构
3、管板 作用：布管，分隔不同的换热介质（非传热部件）
2、管子在管板上的固定与排列 管子在管板上的固定 胀接法： 工作参数较低，使用压力低于4MPa，温度低 于300℃。 焊接法： 高温高压条件下
其它：爆炸胀接、爆炸焊接、液压胀管、粘胀法等
2、管子在管板上的固定与排列 管子排列
原则： 1）保证管板有必要的强度，而且管子和管板的连 接要坚固和紧密； 2）设备要尽量紧凑，以便减小管板和壳体的直径， 并使管外空间的流通截面减小，提高管外流体的流 速。 3）制造、安装和修理、维护简便。
当壳程进出口接管距管板较远，流体停滞区过大时， 应设置导流筒，以减小流体停滞区，增加换热管的有效换热 长度。
管壳式热交换器结构
防冲板 作用：防止高速流体冲刷入口管束
管壳式热交换器结构
导流筒 作用:(1)流体均匀流入 (2)防止冲刷 (3)减小接管处的死区
管壳式热交换器结构
进出口设计
管程：考虑流型对于压降和换热的影响 壳程：考虑对管束冲击、磨损、振动等
弓形折流板 1、布置： 上下方向交替排列 气相或液相清洁物料时适用 左右方向交替排列 气、液共存或流体中带有固体物料时适用
管壳式热交换器结构
弓形折流板 2、结构设计： 间距：间距过小，阻力过大；间距过大， 不能充分横掠，换热效果差,具体见P50表 2.5 缺口高度：弦高取壳体内径20～45％，一 般取25％ 厚度：一般较管壁厚一倍，最薄约3mm， 见P50表2.6.
管壳式热交换器结构
弓形折流板 3、安装固定： 配套结构： 拉杆、定距管 拉杆单侧固定， 用螺纹拧入管板， 定距管确定折流 板间距，最后一 块折流板用螺母 固定。
管壳式热交换器结构
弓形折流板 拉杆直径和数量：见P51表2.7，最小直径 10mm，最少数量4根。（计算时要考虑拉 杆所占流通截面面积）
2.1 管壳式热交换器的结构
3、管板
2.1 管壳式热交换器的结构
4、分程隔板
作 用：管程分程 设置要求： 1、每一程管数大致相等，保证流通截面积一致，减少阻力 损失。 2、隔板形状力求简单，密封长度尽量短 3、所采取的程数有1、2、4、6、8、10、12 等七种程数。 4、设计中避免温度交叉现象 5、相邻程间平均壁温不超过28℃.
2.1 管壳式热交换器的结构
2、管子在管板上的固定与排列 管子外形： 尽量采用光管。特殊管形在强化换热等特殊场合才 有应用。 管子直径： 尽量采用标准管径，在结构和经济性方面均有 好处； 管子长度： 尽量采用标准管长或将其等分。 管子材料： 应根据工作压力、温度和介质腐蚀条件确定， 可选用碳钢、不锈钢、铜、塑料和石墨等。
整圆型折流板
即能支撑管子，又能让流体流过管孔，流体从间隙 流过时，产生射流，形成湍流，强化壳程传热同时 对管子有冲刷和自清洁作用，从而消除管子结垢和 垢下腐蚀。
折流杆
图1 折流杆的结构形式
折流杆式支承结构 管壳式换热器中代替折流板的折流杆式支 承结构 （ 1）使换热器壳程流体的流动方向主要呈 轴向流动，消除了弓形折流板造成的传热 死区。 （2）由于壳程介质为轴向流动，没有弓形 折流板那么多转向和缺口处的节流效应， 因而流动阻力比较小，一般为传统弓形折 流板的50%以下，达到了节能的效果。
课后总结
管壳式热交换器基本部件有哪些，选 用原则和优缺点分析？结构部件有哪 些，设计原则和功能分析？
小直径管？长管？管子排列？
管壳式热交换器结构
挡管 设置在分程隔板后面，防止壳程流体流 动短路影响换热效果。
管壳式热交换器结构
旁路挡板 减小管束外环间隙的流动短路，用在浮 头式热交换器中。
管壳式热交换器结构
防冲板和导流筒
设置防冲板和导流筒遵循的条件
（a）非腐蚀性的单相流体，ρυ2＞2230kg/(m s2)。
(b)其他流体，包括沸点下的液体， ρυ2＞740kg/(m s2)。 有腐蚀或有磨蚀的气体、蒸汽及汽液混合物，应设防冲 板。
（3）结垢速率变慢，延长了操作周期。 （4）消除了弓形折流板造成的局部腐蚀和磨 损（或切割）破坏，改善了换热管的支承情 况和介质的流动状态，消除或减少了因换热 管的振动而引起的管子破坏，延长了换热器 的使用寿命。
管壳式热交换器结构
支持板 没有折流板安装要求时，可以布置一 定数量的支持板来支撑换热管，防止产生 过大挠度。见P50表2.6
1、壳体
2.1 管壳式热交换器的结构
壳体型式在传热计算之前确定，是管子、管板设计 的基础 设计要求：满足强度、刚度、稳定性、耐久性、 节约ຫໍສະໝຸດ Baidu料等要求，制造、安装、运输、 维修力求方便 设计方法： 内径按标准选取，无缝钢管159、273、325； 钢板卷制400、500、600、800及以上。 选用合理长径比，一般取4~25，通常选用6~10， 立式热交换器取4~6。
2、管子在管板上的固定与排列 管子间距 管板上两根管子中心线的距离称为管间距， 其大小主要与管板强度和清洗管子外表所需间隙、 管子固定方式等有关。 间距太小，不能保证焊接质量和胀管强度要 求；钢制管壳式热交换器最小管间距按书中表2.3 所示。
2、管子在管板上的固定与排列 8)布管限定圆 布管限定圆是由于热交换器 管束外缘需要受壳体内径限 制而提出的一个定义，进行 热力计算时需要应用，其数 值根据壳体内径和热交换器 结构型式确定。
4、分程隔板 优点： 1、改善长管结构 2、提高流速，增强对流换热 缺点： 1、结构复杂，工作稳定性差 2、阻力增大 3、隔板占去位置，减少换热管布置 4、隔板位置在壳程会形成短路空间，不利于 流体充分换热 5、流体穿过隔板垫片短路的机会增多
4、分程隔板
管壳式热交换器结构
纵向隔板 作用：壳程分程 设置要求：在U形管壳式热交换器中常用，一般 不超过两块 优点：增强湍流流动，提高流速，强化传热 缺点：1、结构复杂，安装难度大 2、阻力增大 3、容易泄漏 4、隔板两侧存在热泄漏
2、管子在管板上的固定与排列 管子排列 常用排列方式： 1）等边三角形排列（正六角形排列法）法、同心 圆排列法和正方形排列法。
2、管子在管板上的固定与排列 组合排列 在多管程热交换器 中，多可采用组合 排列，由于分程隔 板占据布管空间， 实际布管需要作图 确定；
2、管子在管板上的固定与排列
转角排列法
管板与壳体的连接分可拆和不可拆两种
管板厚度受材料强度、介质压力、温度和压差、温 差以及管子和外壳的固定方式和受力状况等因素影 响。如何选取按照国标GB151-99规定执行。
2.1 管壳式热交换器的结构
3、管板
管板与管子用胀接法连接时，管板的最小厚度（不包括腐 蚀裕量）规定，见下表； 当用焊接法连接时，最小厚度要满足结构设计和制造的要 求且不小于12mm.
管壳式热交换器结构
折流板 作用：使流体横流过管束，增强换热 支撑管束，防止管束振动和弯曲 设置要求：由于折流板只是限制流动，所 以折流板和壳体间可以存在漏流，因而在 结构布置及安装上较易实现。
管壳式热交换器结构
折流板的形式 弓形折流板（最常用） 盘环形折流板 扇形折流板 管孔形折流板
管壳式热交换器结构
螺旋折流板
■通常普通的弓形折流 板能造成曲折的流道 系统（Z字形流道）， 这样会导致较大的死 角和相对高的返混。
■提出了一种新方案， 即建议采用螺旋状折 流板
■设计原理：将圆截面 的特制板安装在“拟 螺旋折流系统”中， 每块折流板占换热器 壳程中横剖面的四分 之一，其倾角朝向换 热器的轴线，即与换 热器轴线保持一定倾 斜度。相邻折流板的 周边相接，与外圆处 成连续螺旋状。
2、管子在管板上的固定与排列
8)布管限定圆
对于固定管板，U型管 热交换器
DL Di 2b3
b3 固定管板式， U型管式热交换器管束 最外层换热管表面至壳 体内壁的最短距离 b3 0.25d且不小于8mm。
2.1 管壳式热交换器的结构
3、管板 作用：布管，分隔不同的换热介质（非传热部件）
2、管子在管板上的固定与排列 管子在管板上的固定 胀接法： 工作参数较低，使用压力低于4MPa，温度低 于300℃。 焊接法： 高温高压条件下
其它：爆炸胀接、爆炸焊接、液压胀管、粘胀法等
2、管子在管板上的固定与排列 管子排列
原则： 1）保证管板有必要的强度，而且管子和管板的连 接要坚固和紧密； 2）设备要尽量紧凑，以便减小管板和壳体的直径， 并使管外空间的流通截面减小，提高管外流体的流 速。 3）制造、安装和修理、维护简便。
当壳程进出口接管距管板较远，流体停滞区过大时， 应设置导流筒，以减小流体停滞区，增加换热管的有效换热 长度。
管壳式热交换器结构
防冲板 作用：防止高速流体冲刷入口管束
管壳式热交换器结构
导流筒 作用:(1)流体均匀流入 (2)防止冲刷 (3)减小接管处的死区
管壳式热交换器结构
进出口设计
管程：考虑流型对于压降和换热的影响 壳程：考虑对管束冲击、磨损、振动等
弓形折流板 1、布置： 上下方向交替排列 气相或液相清洁物料时适用 左右方向交替排列 气、液共存或流体中带有固体物料时适用
管壳式热交换器结构
弓形折流板 2、结构设计： 间距：间距过小，阻力过大；间距过大， 不能充分横掠，换热效果差,具体见P50表 2.5 缺口高度：弦高取壳体内径20～45％，一 般取25％ 厚度：一般较管壁厚一倍，最薄约3mm， 见P50表2.6.
管壳式热交换器结构
弓形折流板 3、安装固定： 配套结构： 拉杆、定距管 拉杆单侧固定， 用螺纹拧入管板， 定距管确定折流 板间距，最后一 块折流板用螺母 固定。
管壳式热交换器结构
弓形折流板 拉杆直径和数量：见P51表2.7，最小直径 10mm，最少数量4根。（计算时要考虑拉 杆所占流通截面面积）
2.1 管壳式热交换器的结构
3、管板
2.1 管壳式热交换器的结构
4、分程隔板
作 用：管程分程 设置要求： 1、每一程管数大致相等，保证流通截面积一致，减少阻力 损失。 2、隔板形状力求简单，密封长度尽量短 3、所采取的程数有1、2、4、6、8、10、12 等七种程数。 4、设计中避免温度交叉现象 5、相邻程间平均壁温不超过28℃.
2.1 管壳式热交换器的结构
2、管子在管板上的固定与排列 管子外形： 尽量采用光管。特殊管形在强化换热等特殊场合才 有应用。 管子直径： 尽量采用标准管径，在结构和经济性方面均有 好处； 管子长度： 尽量采用标准管长或将其等分。 管子材料： 应根据工作压力、温度和介质腐蚀条件确定， 可选用碳钢、不锈钢、铜、塑料和石墨等。
整圆型折流板
即能支撑管子，又能让流体流过管孔，流体从间隙 流过时，产生射流，形成湍流，强化壳程传热同时 对管子有冲刷和自清洁作用，从而消除管子结垢和 垢下腐蚀。
折流杆
图1 折流杆的结构形式
折流杆式支承结构 管壳式换热器中代替折流板的折流杆式支 承结构 （ 1）使换热器壳程流体的流动方向主要呈 轴向流动，消除了弓形折流板造成的传热 死区。 （2）由于壳程介质为轴向流动，没有弓形 折流板那么多转向和缺口处的节流效应， 因而流动阻力比较小，一般为传统弓形折 流板的50%以下，达到了节能的效果。
课后总结
管壳式热交换器基本部件有哪些，选 用原则和优缺点分析？结构部件有哪 些，设计原则和功能分析？
小直径管？长管？管子排列？
管壳式热交换器结构
挡管 设置在分程隔板后面，防止壳程流体流 动短路影响换热效果。
管壳式热交换器结构
旁路挡板 减小管束外环间隙的流动短路，用在浮 头式热交换器中。
管壳式热交换器结构
防冲板和导流筒
设置防冲板和导流筒遵循的条件
（a）非腐蚀性的单相流体，ρυ2＞2230kg/(m s2)。
(b)其他流体，包括沸点下的液体， ρυ2＞740kg/(m s2)。 有腐蚀或有磨蚀的气体、蒸汽及汽液混合物，应设防冲 板。
（3）结垢速率变慢，延长了操作周期。 （4）消除了弓形折流板造成的局部腐蚀和磨 损（或切割）破坏，改善了换热管的支承情 况和介质的流动状态，消除或减少了因换热 管的振动而引起的管子破坏，延长了换热器 的使用寿命。
管壳式热交换器结构
支持板 没有折流板安装要求时，可以布置一 定数量的支持板来支撑换热管，防止产生 过大挠度。见P50表2.6
1、壳体
2.1 管壳式热交换器的结构
壳体型式在传热计算之前确定，是管子、管板设计 的基础 设计要求：满足强度、刚度、稳定性、耐久性、 节约ຫໍສະໝຸດ Baidu料等要求，制造、安装、运输、 维修力求方便 设计方法： 内径按标准选取，无缝钢管159、273、325； 钢板卷制400、500、600、800及以上。 选用合理长径比，一般取4~25，通常选用6~10， 立式热交换器取4~6。
2、管子在管板上的固定与排列 管子间距 管板上两根管子中心线的距离称为管间距， 其大小主要与管板强度和清洗管子外表所需间隙、 管子固定方式等有关。 间距太小，不能保证焊接质量和胀管强度要 求；钢制管壳式热交换器最小管间距按书中表2.3 所示。
2、管子在管板上的固定与排列 8)布管限定圆 布管限定圆是由于热交换器 管束外缘需要受壳体内径限 制而提出的一个定义，进行 热力计算时需要应用，其数 值根据壳体内径和热交换器 结构型式确定。