管壳式换热器简介
(完整版)管壳式换热器简介及其分类
管壳式换热器简介及分类概述换热器是在具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备。
在工业生产中，换热器的主要作用是使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要。
换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空以及其他许多工艺部门广泛使用的一种通用设备。
在华工厂中，换热器的投资约占总投资的10%-20%；在炼油厂中该项投资约占总投资的35%-40%。
目前，在换热器中，应用最多的是管壳式换热器，他是工业过程热量传递中应用最为广泛的一种换热器。
虽然管壳式换热器在结构紧凑型、传热强度和单位传热面的金属消耗量无法与板式或者是板翅式等紧凑换热器相比，但管壳式换热器适用的操作温度与压力范围较大，制造成本低，清洗方便，处理量大，工作可靠，长期以来人们已在其设计和加工方面积累了许多经验，建立了一整套程序，人么可以容易的查找到其他可靠设计及制造标准，而且方便的使用众多材料制造，设计成各种尺寸及形式，管壳式换热器往往成为人们的首选。
近年来，由于工艺要求、能源危机和环境保护等诸多因素，传热强化技术和换热器的现代研究、设计方法获得了飞速发展，设计人员已经开发出了多种新型换热器，以满足各行各业的需求。
如为了适应加氢装置的高温高压工艺条件，螺纹锁紧环换热器、Ω密封环换热器、金属垫圈式换热器技术获得了快速发展，并在乙烯裂解、合成氨、聚合和天然气工业中大量应用，可达到承压35Mpa、承温700℃的工艺要求；为了回收石化、原子能、航天、化肥等领域使用燃气、合成气、烟气等所产生的大量余热，产生了各种结构和用途的废热锅炉，为了解决换热器日益大型化所带来的换热器尺度增大，震动破坏等问题，纵流壳程换热器得到飞速的发展和应用；纵流壳程换热器不仅提高了传热效果，也有效的克服了由于管束震动引起的换热器破坏现象。
另外，各种新结构的换热器、高效重沸器、高效冷凝器、双壳程换热器等也大量涌现。
管壳式换热器的工作原理及结构
管壳式换热器的工作原理及结构一、管壳式换热器的基本概念管壳式换热器是一种常见的换热设备，其主要由管束和外壳两部分组成。
其中，管束是由许多平行排列的管子组成，而外壳则是将这些管子包裹在一起的结构。
通过这种结构，管壳式换热器可以实现两种介质之间的热量传递。
二、工作原理1. 热媒流动原理在管壳式换热器中，介质A和介质B分别通过内部的管子和外部的壳体进行流动。
其中，介质A通常为高温流体，而介质B则为低温流体。
当两种介质在内外两侧经过时，由于存在温度差异，会发生热量传递。
2. 热媒传递原理在介质A和介质B之间进行热量传递时，主要有三个过程：对流传热、传导传热和辐射传热。
其中，对流传热是最主要的一种方式。
3. 工作过程在工作过程中，高温流体通过内部的管子进入到换热器中，并沿着管子表面流动。
同时，低温流体从外部的壳体进入到换热器中，并沿着管子外表面流动。
在这个过程中，高温流体和低温流体之间进行了热量传递，使得高温流体的温度降低，而低温流体的温度升高。
三、结构特点1. 管束结构管束是管壳式换热器的主要组成部分之一。
在管束中，许多平行排列的管子被固定在两个端盖板上，并通过密封垫圈与外壳连接。
由于管子间距离较小，因此可以有效地增加热量传递面积。
2. 壳体结构外壳是管壳式换热器的另一个重要组成部分。
它通常由两个半球形或长方形壳体组成，并通过法兰连接。
在使用过程中，外壳起到保护内部管束不受损坏的作用。
3. 密封结构为了保证介质A和介质B之间不发生混合，在管壳式换热器中需要设置密封结构。
这种密封结构通常采用密封垫圈或波纹垫片等材料制成，可以有效地防止介质泄漏。
4. 清洗结构由于管壳式换热器在使用过程中会产生一定的污垢和腐蚀物，因此需要定期进行清洗。
为了方便清洗，管壳式换热器通常设置有进出口和排污口等结构。
四、应用领域管壳式换热器广泛应用于化工、石油、制药、食品等领域中。
在这些领域中，管壳式换热器可以实现高效的热量传递，提高生产效率，并减少能源消耗。
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计管壳式换热器是一种常用的换热设备，广泛应用于石油化工、冶金、电力、制药、食品等行业。
它由壳体、管束、管板、管箱等组成，能够有效地将两种介质之间的热量传递。
下面将从换热原理、设计要求和结构设计等方面进行详细介绍。
一、换热原理管壳式换热器通过管壳两侧的介质进行热量传递。
其中，一个介质在管内流动，被称为"壳侧流体"，另一个介质在管外流动，被称为"管侧流体"。
壳侧流体通过壳体流动，而管侧流体则通过管束流动。
热量传递主要通过壳侧流体和管侧流体之间的传导和对流传热方式进行。
二、设计要求1.热量传递效果好：要求在换热器内两种介质之间实现高效的热量传递，以满足工艺要求。
2.压力损失小：为了保证介质流动的稳定性和降低能源消耗，设计时需要尽量减小换热器内的动能损失。
3.适应不同工艺条件：换热器的设计要能适应不同的流量、温度和压力等工艺条件的变动。
4.安全可靠：要求在设计中考虑到换热器的安全性和可靠性，尽量减少故障率。
三、结构设计1.壳体：壳体是换热器的外壳，一般采用钢质材料制造。
壳体的选择应考虑到介质的性质、压力和温度等参数，并采取相应的增强措施。
2.管束：管束是由多根管子组成的，一般采用金属材料或塑料制造。
管束的设计要考虑到介质对管材的腐蚀性、温度和压力等参数，同时也要考虑到换热面积的要求。
3.管板：管板位于管束两端，起到支撑和固定管束的作用，一般采用钢质材料制造。
管板的设计要考虑到壳侧和管侧流体的流动特性，并采用合适的孔洞布置，以保证流体的均匀流动。
4.管箱：管箱是安装在管板上的设施，主要用于集流壳侧流体并将其引导出换热器。
管箱的设计应考虑到壳侧流体的流动特性和流量等参数，以实现流体的顺畅流动。
在设计过程中，需要进行换热器的热力计算和结构力学计算，以确定壳体、管束和管板等部件的尺寸和选材。
同时，还需要根据不同工艺和使用条件的要求，进行热交换面积的计算和确定。
第十章管壳式换热器
第⼗章管壳式换热器第⼗章管壳式换热器第⼀节管壳式换热器基本知识【学习⽬标】学习GB151-1999《管壳式换热器》，了解该标准适⽤范围及相关定义、规定。
了解管壳式换热器型号表⽰⽅法。
⼀、GB151《管壳式换热器》标准适⽤范围GB151-1999《管壳式换热器》标准规定了⾮直接受⽕管壳式换热器（已下简称“换热器”）的设计、制造、检验和验收的要求。
GB151-1999《管壳式换热器》1 “范围”⼆、换热器型号表⽰⽅法GB151-1999《管壳式换热器》标准第3章“总则”中，规定了换热器型号的表⽰⽅法。
1、换热器的主要组合部件（GB151图1）图10-1 AES、BES浮头式换热器1-平盖；2-平盖管箱（部件）；3-接管法兰；4-管箱法兰；5-固定管板；6-壳体法兰；7-防冲板8-仪表接⼝；9-补强圈；10-壳体（部件）；11-折流板；12-旁路挡板；13-拉杆；14-定距管；15-⽀持板；16-双头螺柱或螺栓；17-螺母；18-外头盖垫⽚；19-外头盖侧法兰；20-外头盖法兰；2、换热器型号的表⽰⽅法采⽤碳素钢、低合⾦钢冷拔钢管做换热管时，其管束分为Ⅰ、Ⅱ两级：Ⅰ级管束——采⽤较⾼级、⾼级冷拔钢管；Ⅱ级管束——采⽤普通级冷拔钢管。
⽰例：a ）浮头式换热器平盖管箱，公称直径500mm ，管程和壳程设计压⼒均为1.6MPa ，公称换热⾯积54m 2，碳素钢较⾼级冷拨换热管外径25mm ，管长6m ，4管程，单壳程的浮头式换热器，其型号为：4256546.1500----AES Ⅰ b ）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200m 2，碳素钢较⾼级冷拨换热管外径25mm ，管长9m ，4管程，单壳程的固定管板式换热器，其型号为：42592006.15.2700----BEM Ⅰ c ）U 形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75m 2，不锈钢冷拨换热管外径19mm ，管长6m ，2管程，单壳程的U 形管式换热器，其型号为：2196756.10.4500----BIU f ）填料函式换热器平盖管箱，公称直径600mm ，管程和壳程设计压⼒均为1.0MPa ，公称换热⾯积90m 2，16Mn 较⾼级冷拨换热管外径25mm ，管长6m ，2管程，2壳程的填料函浮头式换热器，其型号为：22256900.1600----AFP Ⅰ三、换热器部分定义及规定GB 151标准许多定义和规定是与GB 150⼀致的，以下内容摘录了⼀部分不同于GB 150的规定。
完整版HTRI管壳式换热器设计基础教程讲解
市场前景
随着科技的不断进步和工业的快速发展，管 壳式换热器的应用领域将不断扩大。同时， 随着环保意识的提高和节能减排政策的实施， 高效、节能、环保的管壳式换热器将成为未
来市场的主流产品。
02
HTRI软件简介及功能
HTRI软件发展历程
01
初始开发阶段
HTRI软件最初由美国Heat Transfer Research Inc.公司开发，专注于管
04
HTRI在管壳式换热器设 计中的应用
工艺流程模拟与优化
工艺流程建模
使用HTRI软件对管壳式换热器工艺流程进行 建模，包括输入工艺参数、物性数据和设备尺 寸等。
模拟计算
通过软件内置的算法和模型，对工艺流程进行模拟计 算，得出各物流的温度、压力、流量和物性变化等关 键参数。
优化设计
根据模拟结果，对换热器的结构、尺寸和布局 等进行优化设计，以提高换热效率和降低能耗。
换热器类型选择依据
传热方式
根据工艺要求选择合适的传热方式，如并流、逆 流或错流。
操作条件
根据操作压力、温度、流量等条件选择合适的换 热器类型。
ABCD
流体性质
考虑流体的物理性质（如密度、粘度、比热容等） 和化学性质（如腐蚀性、结垢性等）。
经济性
在满足工艺要求的前提下，考虑换热器的制造成 本、运行费用和维修费用等因素。
壳式换热器的热工水力设计计算。
02
逐步完善阶段
随着技术的发展和用户需求的变化，HTRI软件逐步增加了新的功能模
块，如振动分析、腐蚀预测等，并不断优化算法以提高计算精度和效率。
03
广泛应用阶段
目前，HTRI软件已成为全球范围内广泛应用于石油、化工、制冷等领
管壳式换热器结构介绍
后封头
L型后封头：和A型前封头相同 M型后封头：和B型前封头相同 N型后封头：和N型前封头相同 U型：U型管束,管束可移动,壳侧容易清洗；热膨胀处理优秀,经济无法兰； 缺点是管侧无法清洗,更换管束困难,弯头部位容易冲刷损伤, P型封头和W型封头已经被淘汰,不在使用， S型封头：其尺寸特点是其后封头要比壳体的直径大,优点是可以解决换热 器设计过程中的两个问题,一是可以消除换热器的热应力,二是换热器的管
造遵循标准：国外TEMAASME国内GB151、GB150
换热器封头选取原则
1、管壳侧是否需要清洗； 2、是否需要移动管束； 3、是否需要考虑热膨胀； 前封头类型：A、B、C、D、N 后封头类型：L、M、N、P、S、T、W 后封头又分为固定式、浮头式以及U型管,相对于固定式,浮头式造价更高、 需要更大的壳径、低的换热效果由于泄漏流C的存在,优点则是一端具有自 由度可以处理好热膨胀问题,
温度，
5、设备结构的选择
对于一定的工艺条件,首先应确定设备的形式, 例如选择固定管板形式还是浮头形式等，参
螺纹管性能特点
在管子类型中,螺纹管属于管外扩展表面的类型,在普通换热管外壁轧制成 螺纹状的低翅片,用以增加外侧的传热面积,螺纹管表面积比光管可扩展 1.6-2.7倍,与光管相比,当管外流速一样时,壳程传热热阻可以缩小相应的倍 数,而管内流体因管径的减小,则压力降会略有增大，螺纹管比较适宜于壳
K型壳体：主要用于管程热介质,壳侧蒸发的工况,在废热回收条件下使用，
X型壳体：冷热流体属于错流流动,其优点是压降非常小,当采用其他壳体 发生振动,且通过调整换热器参数无法消除该振动时可以使用此壳体形式,
其不足之处是流体分布不均匀,X型壳体并不经常使用，
在化工工艺手册中,I型壳体类型可EDR软件中的不是同一种壳体,其形式见 I1,它的使用方式仅有一种搭配,就是BIU,U型管换热器，
管壳式换热器的工作原理
管壳式换热器的工作原理
管壳式换热器是一种常用的热交换装置，用于将两种介质之间的热量传递。
它由一个外壳和一组内部管子组成。
工作原理如下：
1. 媒体流动：热交换的两种介质通过各自的入口进入换热器，一个在管道内流动，被称为“管侧媒体”，另一个在外壳内流动，被称为“壳侧媒体”。
2. 热传导：管侧和壳侧媒体之间通过热传导进行热量交换。
通常，一个介质在管侧流动，将热量传递给壳侧的另一个介质。
3. 热量交换：热量通过管壁传导，从管侧媒体流向壳侧媒体。
热量传递的方向取决于各介质的温度差和流速。
4. 冷却或加热：根据实际需求，换热器可被用于冷却或加热流体。
冷却时，管侧媒体温度较高，而壳侧媒体温度较低，使得管侧媒体的热量传递到壳侧媒体中。
加热时，情况相反。
5. 出口排放：经过热交换后，已经冷却或加热的介质分别通过各自的出口排放。
总之，管壳式换热器通过管内和壳内的介质流动，使热量在两者之间传导，实现了热量交换的目的。
这种设计可以高效地将热量从一个介质传递到另一个介质，广泛应用于工业生产和能源领域。
管壳式换热器
第十七章管壳式换热器（shellandtubeheatexchange）本章重点讲解内容：（1）熟悉管壳式换热器的整体结构及其类型；（2）熟悉主要零部件的作用及适用场合；（3）熟悉膨胀节的功能及其设置条件。
第一节总体结构管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备。
它具有结构简单、坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点，应用最为广泛，在换热设备中占据主导地位。
管壳式换热器是把换热管束与管板连接后，再用筒体与管箱包起来，形成两个独立的空间。
管内的通道及与其相贯通的管箱称为管程（tube-side）；管外的通道及与其相贯通的部分称为壳程（shell-side）。
一种流体在管内流动，而另一种流体在壳与管束之间从管外表面流过，为了保证壳程流体能够横向流过管束，以形成较高的传热速率，在外壳上装有许多挡板。
以下结合不同类型的管壳式换热器介绍其相应的总体结构。
1、固定管板换热器其由壳体、管束、封头、管板、折流挡板、接管等部件组成。
结构特点为：两块管板分别焊于壳体的两端，管束两端固定在管板上。
换热管束可做成单程、双程或多程。
它适用于壳体与管子温差小的场合。
图1固定管板换热器结构示意图优点：结构简单、紧凑。
在相同的壳体直径内，排管数最多，旁路最少；每根换热管都可以进行更换，且管内清洗方便。
缺点：壳程不能进行机械清洗；当换热管与壳体的温差较大（大于50°C）时产生温差应力，需在壳体上设置膨胀节，因而壳程压力受膨胀节强度的限制不能太高。
固定管板式换热器适用于壳方流体清洁且不易结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。
2、浮头式换热器浮头式换热器适用于壳体和管束壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。
结构特点是两端管板之一不与壳体固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，称为浮头。
图2浮头式换热器结构示意图优点：当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可从壳体内抽出，便于管内和管间的清洗。
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管壳式换热器由管子，管板和壳体（管箱）组成。
由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。
如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。
因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。
根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型：
①固定管板式换热器管束两端的管板（跟管子过盈配合的那块板）与壳体联成一体，结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。
当温度差稍大（相差50度必须）而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。
（每个物体都有伸缩性，像水杯，冷热水无影响，但是像这，管程热水要膨胀，壳程冷水要收缩，就需要弹性好的补偿圈）
②浮头（斧头）式换热器（有一块浮头管板就是不固定，有一块固定管板，在固定管板的基础上，只是管程流体到另一端便折流）管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。
浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。
③U型管式换热器每根换热管皆弯成U形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。
此种换热器完全消除了热应力，弯曲那端不用膨胀固定，可以伸缩。
消除应力。
结构比浮头式简单，但管程不易清洗（因为弯曲，难冲洗）。
温度应力又称为热应力,它是由于构件受热不均匀而存在着温度差异,各处膨胀变形或收缩变形不一致,相互约束而产生的内应力。