管壳式热交换器设计常见问题浅析PPT详细介绍课件
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PPT-7-管壳式换热器设计计算实例
kf Ai 1 hi hoo Ao 1 1 1 hi hoo 1
t fi t f 0
所以，只要 o 1 就可以起到强化换热的效果。 由于β值常常远大于1，而使η0β的值总是远大于1，这就
使肋化侧的热阻显著减小，从而增大传热系数的值。
32
ln( d o d i ) 2 l
28
上面三式相加
l t fi t fo
do 1 1 1 ln hi d i 2 d i ho d o
对外侧面积而言得传热系数的定义式由下式表示：
k ko 1 do d d 1 o ln o hi di 2 di ho
10
1 构造和工作原理
翅片管热交换器可以仅由一根或若干根翅片管组成，如室内取 暖用翅片管散热器；也可再配以外壳、风机等组成空冷器型式 的热交换器。
11
主要换热元件是翅片管，由基管和翅片组成。
翅片管的类型和选择
对翅片管的要求：良好的传 热性能、耐温性能、耐热冲 击能力（如介质热负荷不稳 定）及耐腐蚀能力，易于清 除尘垢，压降较低。
13
常见的翅片管形式
•
14
翅片管因制造方法不同而使其在传热性能、机械性能等方面有一定的 差异。按制造方法分有整体翅片、焊接翅片、高频焊翅片和机械连接 翅片。
整体翅片：由铸造、机械加工或轧制而成，翅片与管子一体，无接触 热阻，强度高，但要求翅片与管子同种材料。如低压锅炉的省煤器就 是采用整体翅片。 焊接翅片：用钎焊或氩弧焊等工艺制造，可使用与管子不一样的材料。 由于它制造简单、经济且具有较好的传热和机械性能，故已广泛应用， 主要问题是焊接工艺的质量。 高频焊翅片：利用高频发生器产生的高频电感应，使管子表面与翅片 接触处产生高温而部分熔化，同通过加压翅片与管子连成一体而成。 这种连接方法无焊剂、焊料，制造简单，性能优良。
t fi t f 0
所以，只要 o 1 就可以起到强化换热的效果。 由于β值常常远大于1，而使η0β的值总是远大于1，这就
使肋化侧的热阻显著减小，从而增大传热系数的值。
32
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28
上面三式相加
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对外侧面积而言得传热系数的定义式由下式表示：
k ko 1 do d d 1 o ln o hi di 2 di ho
10
1 构造和工作原理
翅片管热交换器可以仅由一根或若干根翅片管组成，如室内取 暖用翅片管散热器；也可再配以外壳、风机等组成空冷器型式 的热交换器。
11
主要换热元件是翅片管，由基管和翅片组成。
翅片管的类型和选择
对翅片管的要求：良好的传 热性能、耐温性能、耐热冲 击能力（如介质热负荷不稳 定）及耐腐蚀能力，易于清 除尘垢，压降较低。
13
常见的翅片管形式
•
14
翅片管因制造方法不同而使其在传热性能、机械性能等方面有一定的 差异。按制造方法分有整体翅片、焊接翅片、高频焊翅片和机械连接 翅片。
整体翅片：由铸造、机械加工或轧制而成，翅片与管子一体，无接触 热阻，强度高，但要求翅片与管子同种材料。如低压锅炉的省煤器就 是采用整体翅片。 焊接翅片：用钎焊或氩弧焊等工艺制造，可使用与管子不一样的材料。 由于它制造简单、经济且具有较好的传热和机械性能，故已广泛应用， 主要问题是焊接工艺的质量。 高频焊翅片：利用高频发生器产生的高频电感应，使管子表面与翅片 接触处产生高温而部分熔化，同通过加压翅片与管子连成一体而成。 这种连接方法无焊剂、焊料，制造简单，性能优良。
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
管式换热器ppt
（2）根据不同的目的，换热器可以是热交换器、加热器、 冷却器、蒸发器、冷凝器等。
（3）衡量一台换热器好坏的标准。
a.先进性 传热效率高，流体阻力小，材料省
b.合理性 可制造加工，成本可接受
c.可靠性 满足操作条件 ,强度足够,保证使用寿命
化工生产对换热设备提出的要求是： 传热效率高，流体阻力小； 强度、刚度、稳定性足够； 结构合理，节省材料，成本较低； 制造、装拆、检修方便等。
第一节 管壳式换热器的总体结构
一、概述
（4）任何一种换热器不可能十全十美。 板式换热器传热效率高、金属消耗量低，但流体阻力大、强度 和刚度差，制造、维修困难。 列管式换热器虽在传热效率、紧凑性、金属消耗量等方面均不 如板式换热器，但其结构坚固、可靠程度高、适应性强、材料 范围广，因而目前仍是石油、化工生产中，尤其是高温、高压 和大型换热器的主要结构型式。
二、管壳式换热器的种类及其结构
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：管内通道及与其相贯通的管箱，称为 管程空间；换热管外的通道及与其贯通的部分，称为壳程空间。
1 列管式换热器的主要结构： 横 向
壳体、管板、管束、顶盖（封头）、挡板 纵 向
2 列管式换热器的工作原理：
3）、缺点：填料处易泄漏。 4）、适用场合： 4MPa 以下，且不适用于易挥发、易
燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度受填料的物性 限制。
列管式换热器 种类
优点
缺点
固定管板式
管外清洗困难； 结构较简单，造价较低，相对 管壳间有温差应力存在； 其 它 列 管 式 换 热 器 其 管 板 最 薄 。当两种介质温差较大时必须
1-管箱(A,B,C,D型);2-接管法兰;3-设备法兰;4-管板;5-壳程接管;6-拉杆;7-膨胀 节;8-壳体;9-换热管;10-排气管;11-吊耳;12-封头;13-顶丝;14-双头螺柱;15-螺 母;16-垫片;17-防冲板;18-折流板或支承板;19-定距管;20-拉杆螺母;21-支 座;22-排液管;23-管箱壳体;24-管程接管;25-分程隔板;26-管箱盖
（3）衡量一台换热器好坏的标准。
a.先进性 传热效率高，流体阻力小，材料省
b.合理性 可制造加工，成本可接受
c.可靠性 满足操作条件 ,强度足够,保证使用寿命
化工生产对换热设备提出的要求是： 传热效率高，流体阻力小； 强度、刚度、稳定性足够； 结构合理，节省材料，成本较低； 制造、装拆、检修方便等。
第一节 管壳式换热器的总体结构
一、概述
（4）任何一种换热器不可能十全十美。 板式换热器传热效率高、金属消耗量低，但流体阻力大、强度 和刚度差，制造、维修困难。 列管式换热器虽在传热效率、紧凑性、金属消耗量等方面均不 如板式换热器，但其结构坚固、可靠程度高、适应性强、材料 范围广，因而目前仍是石油、化工生产中，尤其是高温、高压 和大型换热器的主要结构型式。
二、管壳式换热器的种类及其结构
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：管内通道及与其相贯通的管箱，称为 管程空间；换热管外的通道及与其贯通的部分，称为壳程空间。
1 列管式换热器的主要结构： 横 向
壳体、管板、管束、顶盖（封头）、挡板 纵 向
2 列管式换热器的工作原理：
3）、缺点：填料处易泄漏。 4）、适用场合： 4MPa 以下，且不适用于易挥发、易
燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度受填料的物性 限制。
列管式换热器 种类
优点
缺点
固定管板式
管外清洗困难； 结构较简单，造价较低，相对 管壳间有温差应力存在； 其 它 列 管 式 换 热 器 其 管 板 最 薄 。当两种介质温差较大时必须
1-管箱(A,B,C,D型);2-接管法兰;3-设备法兰;4-管板;5-壳程接管;6-拉杆;7-膨胀 节;8-壳体;9-换热管;10-排气管;11-吊耳;12-封头;13-顶丝;14-双头螺柱;15-螺 母;16-垫片;17-防冲板;18-折流板或支承板;19-定距管;20-拉杆螺母;21-支 座;22-排液管;23-管箱壳体;24-管程接管;25-分程隔板;26-管箱盖
管壳式热交换器设计常见问题浅析PPT详细介绍课件
2 换热管沿长度平均温差等于管程介质进/出口温度的平均值
二、管壳式换热器设计参数确定
GB/T151-2104附录B P120：
二、管壳式换热器设计参数确定
2、设计压力和设计温度
1）热交换器为多腔容器，其设计压力和设计温度 的确定：
按“各管各”原则，即分别按各自最苛刻的工作 压力、工作温度确定其设计压力、设计温度。
管壳式热交换器 设计常见问题浅析
主要内容
管壳式热交换器是工业中应用最为广泛的一种换热 器，而设计是其质量保证的首要环节，故提高换热器的 设计质量，对于行业发展来说至关重要。
针对管壳式热交换器设计过程中，以下五个方面的 常见问题及注意事项，在此与在座各位同仁进行交流和 探讨。
一、不同结构型式换热器特点
（计算时应注意大小端厚度减去腐蚀裕量，但常常带来结果不合格。处理： 选用标准设备法兰可不计算，但需要保留基本计算数据，如：螺柱材质、规格及 数量，垫片材质等）
d. 换热管、钩圈、浮头螺栓、纵向隔板一般不考虑腐蚀裕量。
TEMA标准关于腐蚀裕量的条文中明确规定，钩圈及其内部螺栓连接件，是不 必考虑腐蚀裕量。钩圈是一个非受压件，且是可拆卸件，按TEMA规定，对其不 考虑腐蚀裕量是合理的。
为了检查换热管与管板连接接头的质量，可能遇到下列4种情况： 1）管壳程均为正压，且壳程试验压力高于管程试验压力。
处理：管壳程按各自设计压力、设计温度、材料分别确定其耐压试验 的试验压力值。
2）管壳程均为正压，且壳程试验压力低于管程试验压力。 处理：将壳程试验压力提高至管程试验压力，并应对壳程圆筒进行校 核。 在此，往往会忽视其他受压元件的强度和结构等问题，下面分别讨论：
参照GB/T151-2014附录B中B3.4 结构参数（P115）
二、管壳式换热器设计参数确定
GB/T151-2104附录B P120：
二、管壳式换热器设计参数确定
2、设计压力和设计温度
1）热交换器为多腔容器，其设计压力和设计温度 的确定：
按“各管各”原则，即分别按各自最苛刻的工作 压力、工作温度确定其设计压力、设计温度。
管壳式热交换器 设计常见问题浅析
主要内容
管壳式热交换器是工业中应用最为广泛的一种换热 器，而设计是其质量保证的首要环节，故提高换热器的 设计质量，对于行业发展来说至关重要。
针对管壳式热交换器设计过程中，以下五个方面的 常见问题及注意事项，在此与在座各位同仁进行交流和 探讨。
一、不同结构型式换热器特点
（计算时应注意大小端厚度减去腐蚀裕量，但常常带来结果不合格。处理： 选用标准设备法兰可不计算，但需要保留基本计算数据，如：螺柱材质、规格及 数量，垫片材质等）
d. 换热管、钩圈、浮头螺栓、纵向隔板一般不考虑腐蚀裕量。
TEMA标准关于腐蚀裕量的条文中明确规定，钩圈及其内部螺栓连接件，是不 必考虑腐蚀裕量。钩圈是一个非受压件，且是可拆卸件，按TEMA规定，对其不 考虑腐蚀裕量是合理的。
为了检查换热管与管板连接接头的质量，可能遇到下列4种情况： 1）管壳程均为正压，且壳程试验压力高于管程试验压力。
处理：管壳程按各自设计压力、设计温度、材料分别确定其耐压试验 的试验压力值。
2）管壳程均为正压，且壳程试验压力低于管程试验压力。 处理：将壳程试验压力提高至管程试验压力，并应对壳程圆筒进行校 核。 在此，往往会忽视其他受压元件的强度和结构等问题，下面分别讨论：
参照GB/T151-2014附录B中B3.4 结构参数（P115）
管壳式热交换器设计全解6-PPT课件
式中：
参与传热的周边
5
粘度修正 非定温 流动
f w
n
因子修正项
Pr f Pr w
m
Pr的不同方次
壁温未知
加热 冷却 加热 冷却
热流 方向
近似值
试差法
液体
气体
6
液体
加热
f w
0.14
1.05
0.14
冷却
气体
f w
q t t 1 1 s w 1
比较q1与q2是否相等
最终求得壁温tw1=98 ℃,
13
第四节 管壳式热交换器的流动阻力计算
流动阻力产生的根源
流动阻力产生的条件 流动阻力大小的决定因素
黏 性 固体壁面 物理性质 流动状况 壁面因素
热交换器流动阻力分类
摩擦阻力 局部阻力
14
管程阻力
假设壁温时，假设值应接近α值大的那种流体的温度。 如果要考虑污垢热阻时，应该加入污垢热阻的因素。
方法
作图 牛顿迭代法。
11
在某一钢制立式管壳式热交换器中用饱和温度ts=111.38℃ 材料的导热系数λ=52w/(m ℃),管内溶液的平均温度t2=68 ℃, 换热系数α 2=3348w/(m2 ℃) 求蒸汽侧的管壁温度tw1。
第二章 管壳式热交换器
1
与换热系数有关的几个问题
定性温度
取法
流体的平均温度 壁面温度 流体和壁面的平均温度
分段
油类
高粘度流体
计算
流体进出口的 算数平均温度 卡路里 温度
2
卡路里 温度特点 卡路里
传热系数可以被视为常量 传热系数和平均对数平均温差的乘积等于 变化的传热系数和实际温差的乘积。
管壳式热交换器设计常见问题全面浅析
一、不同结构型式换热器特点
●U形管式换热器
U形管式换热器的型式见下图：
它是在换热器中是唯一适用于高温、高压和高温差的换热器,特点如下： a）以U形换热管尾端的自由浮动解决温差应力，可用于高温差； b）只有一块管板，加之法兰的数量也少，故结构简单而且泄漏点少； c）可以进行抽芯清洗（管程走清洁流体），便于清洗换热管外壁； d）由于弯管Rmim的限制，分程间距宽，故比固定管板换热器排管略少。 e）管程流速太高时，将会对U形弯管段产生严重的冲蚀，影响寿命。 f）换热管泄漏时，除外圈U形管外，不能更换，只能堵管。
参照GB/T151-2014附录B中B3.4 结构参数（P115）
二、管壳式换热器设计参数确定
注意：
固定管板式换热器的计算，在SW6程序中需要输入沿筒体长度 平均温差和换热管沿长度平均温差，这两项为金属壁温。
设计院做工艺计算时会有很详细的计算过程，这两个数据并不难 得到，但对于一般的制造厂，并不具备工艺计算的能力，所以，我 们常采用GB/T151附录B中给出的金属壁温计算方法。
但采用该方法时，需要管壳程两侧流体相关的物性参数，如对流 传热系数，污垢系数等数据，但往往因用户提供的数据有限，用公 式计算会遇到很大的麻烦。
管壳式热交换器 设计常见问题全面浅析
主要内容
管壳式热交换器是工业中应用最为广泛的一种换热器 ，而设计是其质量保证的首要环节，故提高换热器的设 计质量，对于行业发展来说至关重要。
针对管壳式热交换器设计过程中，以下五个方面的常 见问题及注意事项，在此与在座各位同仁进行交流和探 讨。
一、不同结构型式换热器特点
GB/T151-2014给出了管壳式热交换器数据表（表B.1）P116。 设计条件应由委托方以正式书面形式提出，并应有条件提出方的签署。
管壳式热交换器(PPT课件)
管外纵流条件下，管外传热系数为光管的1.6倍.
传递热量相同，泵功率相同，取代光管，节约材 料30%-50%
螺旋槽
主要用于强化管内气体或液体的传热，强化管内液
体的沸腾或管内外蒸气的冷凝，管内传热系数为光管 传热系数的1.5-2.0倍；管外传热系数为光管传热系数 的1.5倍.
缩放管
波纹管
波纹管优点
（4）填料函式换热器
填料函式换热器 1.纵向隔板；2.浮动管板；3.活套法兰；4.部分剪切环；5.填 料压盖；6.填料；7.填料函
填料函式密封
缺点：填料处易泄漏。 优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管
间清洗方便 适用场合：4MPa 以下，且不适用于易挥发、易燃、易 爆、有毒及贵重介质，使用温度受填料的物性限制。
带膨胀节的固定管板式换热器 图7-3 带补偿器的固定管板式换热器
（2） U形管式换热器
U形管式换热器 1.中间挡板；2.U形换热管；3.排气口；4.防冲板；5.分程隔板
U形管式换热器
U型管式换热器 图7-6 U形管式换热器 优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。 缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。 适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、 腐蚀性大的物料。
第二章 管壳式热交换器
间壁式热交换器
管式热交换器
管壳式、套管式、螺旋管式等
板式热交换器
延伸表面热交换器
蓄热式热交换器
管壳式换热器
2.1 管壳式换热器的分类
基本类型 固定管板式换热器
U形管式换热器 浮头式换热器 填料函式换热器
（1）固定管板式换热器
管壳式热交换器设计全解(2)幻灯片
多管程
当热交换器传热面积比较大，所需管子数目 比较多时，为提高管流体流速，我们通常将 换热管平均分为若干组，使流体在管内依次 往返多次，称为多管程。
单壳程 当流体一次通过壳程称为单壳程。
多壳程
为提高流体的流速也可以将壳程分为多程， 分程可使壳流体流速增大，扰动加剧，有 助于强化传热，但是壳程分程，不仅使流 动阻力增大，且制造安装较为困难。因此 工程上应用较少。
第二节 列管式换热器的组成元件及其连接
一、换热管 (1)概述：
换热管是管壳式换热器的传热元件，主要通过管壁的内外 面进展传热，所以换热管的形状、尺寸和材料，对传热有很大 的影响。
小管径且管壁较薄的管子在一样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、构造紧凑，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，且易 结垢，不易清洗。
热应力的处理方法：在外壳上装设膨胀节，但是只能减小不能
完全消除由于温差引起的热应力，而且在多程热交换器中，这 种方法不能照顾到管子的相对移动。
带膨胀节的固定管板换热器
应用场合：适用于壳方流体洁净且不宜结垢，流体
温差小于70℃壳方压力小于600KPa的场合。
U形管式热交换器
结构特点： 只有一个管板，换热管弯成U形，管子两端固定在
管壳式热交换器设计全解 (2)幻灯片
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间壁式
夹套式
板式 板式
螺旋板式
翅片管式
翅片式
T
t
板翅间式壁式
混合式〔直接接触式〕
蓄热式
二、列管式换热器的根本型式
固定〔管板〕式
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1）设计所依据的主要标准和规范； 2）操作参数（包括工作压力、工作温度范围、液位高度、接管载荷以 及疲劳工况等）； 3）使用地及其自然条件（包括环境温度、抗震设防烈度、风和雪载荷 等）； 4）介质组分与特性； 5）预期使用年限； 6）几何参数和管口方位； 7）钢制管束等级； 8）设计需要的其他必要条件（如管道外推力等）。
三项中有一项不能满足强度条件时,就需设置膨胀节。
一、不同结构型式换热器特点
●浮头式换热器
浮头式换热器的型式见下图：
浮头式换热器的主要特点如下： a)可抽式管束，当换热管为正方形或转角正方形排列时，管束可抽出进行管间机械清洗， 适用于壳程易结焦及堵塞的工况； b)一端管板夹持，一端内浮头型式可自由浮动，故无需考虑温差应力，可用于大温差的场 合； c)浮头结构复杂，影响排管数，加之处于壳程介质内的浮头密封面操作中发生泄漏时很难 采取措施； d)压力试验时的试压胎具复杂。 浮头式换热器使用压力和温度的限制：用于炼油行业中较多，其内浮头结构限制了使用压 力和温度,故一般情况其使用限制为Pmax≤6.4 MPa; Tmax≤400℃。
一、不同结构型式换热器特点
由于固定管板式换热器的换热管、管板和壳体焊在一起,故换热管与壳体 间的金属壁温差（实际是管、壳间的热膨胀差）引起的温差应力是其致命 的弱点,也是设计中的控制因素。
因为在固定管板换热器的管板计算中，按有温差的各种工况校核以下应 力和力:
① 壳体轴向应力σc, ② 换热管轴向应力σt, ③ 换热管与管板之间连接拉脱力q
管壳式热交换器 设计常见问题浅析
主要内容பைடு நூலகம்
管壳式热交换器是工业中应用最为广泛的一种换热 器，而设计是其质量保证的首要环节，故提高换热器的 设计质量，对于行业发展来说至关重要。
针对管壳式热交换器设计过程中，以下五个方面的 常见问题及注意事项，在此与在座各位同仁进行交流和 探讨。
一、不同结构型式换热器特点
一、不同结构型式换热器特点
●填料函式换热器
填料函式换热器的型式见下图：
填料函式换热器是另一种浮头式换热器，它的浮动端采用填料密封浮动管板 （裙）可在填料函内填料的压力下，自由滑动，以补偿换热管与壳体的膨胀差 量。
这类结构直径不能太大，压力一般不高于2.5 MPa，且不能用于贵重介质及 危害介质，当介质危害不是太大时，也可以采用双填函密封加以弥补，之所以 有使用是因其解决温差应力的成本较低。
二、管壳式换热器设计参数确定
三、管壳式换热器材料选取
四、管壳式换热器结构设计
五、管壳式换热器强度计算
一、不同结构型式换热器特点
●固定管板式换热器
固定管板式换热器的型式见下图：
固定管板式换热器的主要特点： 结构简单、紧凑、没有壳程密封的问题，而且往往是管板兼作法兰。 其适用于： a)管、壳程温差较大，但压力不高的场合(因为温差大，要加膨胀节，而膨胀节耐压能力差 ，GB16749《压力容器波形膨胀节》中规定设计压力不大于6.4 MPa ）； b)管、壳程温差不大，而压力较高的场合； c)壳程无法机械清洗，故要求壳程介质干净；或虽会结垢，但通过化学清而能去除的场合 ； d)布管多，锻件少，一次性投资低；但不可更换管束，整台设备往往由换热管损坏而更换 ，故设备运行周期短。
一、不同结构型式换热器特点
●U形管式换热器
U形管式换热器的型式见下图：
它是在换热器中是唯一适用于高温、高压和高温差的换热器,特点如下： a）以U形换热管尾端的自由浮动解决温差应力，可用于高温差； b）只有一块管板，加之法兰的数量也少，故结构简单而且泄漏点少； c）可以进行抽芯清洗（管程走清洁流体），便于清洗换热管外壁； d）由于弯管Rmim的限制，分程间距宽，故比固定管板换热器排管略少。 e）管程流速太高时，将会对U形弯管段产生严重的冲蚀，影响寿命。 f）换热管泄漏时，除外圈U形管外，不能更换，只能堵管。
一、不同结构型式换热器特点
●釜式重沸器
釜式重沸器的型式见下图：
釜式重沸器的管程采用U形或浮头管束（管头试压时，要另配试压壳体），壳 程为单（或双）斜锥具有蒸发空间的壳体，一般为管程介质加热壳程介质，故管 程的温度和压力比壳体的高，但设计压力一般不大于6.4Mpa。适用于：
a)管、壳程温差大的场合； b)一般管程压力比壳程高，可采用T翅或表面多孔强化传热管。
参照GB/T151-2014附录B中B3.4 结构参数（P115）
二、管壳式换热器设计参数确定
注意：
固定管板式换热器的计算，在SW6程序中需要输入沿筒体长度 平均温差和换热管沿长度平均温差，这两项为金属壁温。
设计院做工艺计算时会有很详细的计算过程，这两个数据并不难 得到，但对于一般的制造厂，并不具备工艺计算的能力，所以，我 们常采用GB/T151附录B中给出的金属壁温计算方法。
GB/T151-2014给出了管壳式热交换器数据表（表B.1）P116。 设计条件应由委托方以正式书面形式提出，并应有条件提出方的签署。
二、管壳式换热器设计参数确定
B、机械设计条件
经工艺专业传热计算和管壳程压力降计算后，确定了换热器型式、换 热面积、换热管管径、管壳程数、折流板形式/块数/缺口布置及切割比例 等，交由机械设计专业完成其详细设计。故机械设计是为了保证实现工艺 计算中的传热和压降的一种手段。机械设计条件至少包含以下内容：
二、管壳式换热器设计参数确定
1、设计条件 2、设计压力和设计温度 3、腐蚀裕量 4、焊接接头系数 5、设计寿命 6、试验压力 7、类别划分
二、管壳式换热器设计参数确定
1、设计条件
管壳式热交换器的设计过程：工艺计算—设备选型—机械设计（材料选择、
强度计算、结构设计等）。
A、工艺设计条件
工艺设计在换热器中占有主导地位，工艺设计条件至少包含以下内容： 1、操作数据，包括介质、流量、温度、压力、热负荷等； 2、物性数据，包括密度、比热、粘度、导热系数等； 3、允许阻力降； 4、其他：如操作弹性、工况、安装要求（几何尺寸、管口方位）等；
但采用该方法时，需要管壳程两侧流体相关的物性参数，如对流 传热系数，污垢系数等数据，但往往因用户提供的数据有限，用公 式计算会遇到很大的麻烦。
三项中有一项不能满足强度条件时,就需设置膨胀节。
一、不同结构型式换热器特点
●浮头式换热器
浮头式换热器的型式见下图：
浮头式换热器的主要特点如下： a)可抽式管束，当换热管为正方形或转角正方形排列时，管束可抽出进行管间机械清洗， 适用于壳程易结焦及堵塞的工况； b)一端管板夹持，一端内浮头型式可自由浮动，故无需考虑温差应力，可用于大温差的场 合； c)浮头结构复杂，影响排管数，加之处于壳程介质内的浮头密封面操作中发生泄漏时很难 采取措施； d)压力试验时的试压胎具复杂。 浮头式换热器使用压力和温度的限制：用于炼油行业中较多，其内浮头结构限制了使用压 力和温度,故一般情况其使用限制为Pmax≤6.4 MPa; Tmax≤400℃。
一、不同结构型式换热器特点
由于固定管板式换热器的换热管、管板和壳体焊在一起,故换热管与壳体 间的金属壁温差（实际是管、壳间的热膨胀差）引起的温差应力是其致命 的弱点,也是设计中的控制因素。
因为在固定管板换热器的管板计算中，按有温差的各种工况校核以下应 力和力:
① 壳体轴向应力σc, ② 换热管轴向应力σt, ③ 换热管与管板之间连接拉脱力q
管壳式热交换器 设计常见问题浅析
主要内容பைடு நூலகம்
管壳式热交换器是工业中应用最为广泛的一种换热 器，而设计是其质量保证的首要环节，故提高换热器的 设计质量，对于行业发展来说至关重要。
针对管壳式热交换器设计过程中，以下五个方面的 常见问题及注意事项，在此与在座各位同仁进行交流和 探讨。
一、不同结构型式换热器特点
一、不同结构型式换热器特点
●填料函式换热器
填料函式换热器的型式见下图：
填料函式换热器是另一种浮头式换热器，它的浮动端采用填料密封浮动管板 （裙）可在填料函内填料的压力下，自由滑动，以补偿换热管与壳体的膨胀差 量。
这类结构直径不能太大，压力一般不高于2.5 MPa，且不能用于贵重介质及 危害介质，当介质危害不是太大时，也可以采用双填函密封加以弥补，之所以 有使用是因其解决温差应力的成本较低。
二、管壳式换热器设计参数确定
三、管壳式换热器材料选取
四、管壳式换热器结构设计
五、管壳式换热器强度计算
一、不同结构型式换热器特点
●固定管板式换热器
固定管板式换热器的型式见下图：
固定管板式换热器的主要特点： 结构简单、紧凑、没有壳程密封的问题，而且往往是管板兼作法兰。 其适用于： a)管、壳程温差较大，但压力不高的场合(因为温差大，要加膨胀节，而膨胀节耐压能力差 ，GB16749《压力容器波形膨胀节》中规定设计压力不大于6.4 MPa ）； b)管、壳程温差不大，而压力较高的场合； c)壳程无法机械清洗，故要求壳程介质干净；或虽会结垢，但通过化学清而能去除的场合 ； d)布管多，锻件少，一次性投资低；但不可更换管束，整台设备往往由换热管损坏而更换 ，故设备运行周期短。
一、不同结构型式换热器特点
●U形管式换热器
U形管式换热器的型式见下图：
它是在换热器中是唯一适用于高温、高压和高温差的换热器,特点如下： a）以U形换热管尾端的自由浮动解决温差应力，可用于高温差； b）只有一块管板，加之法兰的数量也少，故结构简单而且泄漏点少； c）可以进行抽芯清洗（管程走清洁流体），便于清洗换热管外壁； d）由于弯管Rmim的限制，分程间距宽，故比固定管板换热器排管略少。 e）管程流速太高时，将会对U形弯管段产生严重的冲蚀，影响寿命。 f）换热管泄漏时，除外圈U形管外，不能更换，只能堵管。
一、不同结构型式换热器特点
●釜式重沸器
釜式重沸器的型式见下图：
釜式重沸器的管程采用U形或浮头管束（管头试压时，要另配试压壳体），壳 程为单（或双）斜锥具有蒸发空间的壳体，一般为管程介质加热壳程介质，故管 程的温度和压力比壳体的高，但设计压力一般不大于6.4Mpa。适用于：
a)管、壳程温差大的场合； b)一般管程压力比壳程高，可采用T翅或表面多孔强化传热管。
参照GB/T151-2014附录B中B3.4 结构参数（P115）
二、管壳式换热器设计参数确定
注意：
固定管板式换热器的计算，在SW6程序中需要输入沿筒体长度 平均温差和换热管沿长度平均温差，这两项为金属壁温。
设计院做工艺计算时会有很详细的计算过程，这两个数据并不难 得到，但对于一般的制造厂，并不具备工艺计算的能力，所以，我 们常采用GB/T151附录B中给出的金属壁温计算方法。
GB/T151-2014给出了管壳式热交换器数据表（表B.1）P116。 设计条件应由委托方以正式书面形式提出，并应有条件提出方的签署。
二、管壳式换热器设计参数确定
B、机械设计条件
经工艺专业传热计算和管壳程压力降计算后，确定了换热器型式、换 热面积、换热管管径、管壳程数、折流板形式/块数/缺口布置及切割比例 等，交由机械设计专业完成其详细设计。故机械设计是为了保证实现工艺 计算中的传热和压降的一种手段。机械设计条件至少包含以下内容：
二、管壳式换热器设计参数确定
1、设计条件 2、设计压力和设计温度 3、腐蚀裕量 4、焊接接头系数 5、设计寿命 6、试验压力 7、类别划分
二、管壳式换热器设计参数确定
1、设计条件
管壳式热交换器的设计过程：工艺计算—设备选型—机械设计（材料选择、
强度计算、结构设计等）。
A、工艺设计条件
工艺设计在换热器中占有主导地位，工艺设计条件至少包含以下内容： 1、操作数据，包括介质、流量、温度、压力、热负荷等； 2、物性数据，包括密度、比热、粘度、导热系数等； 3、允许阻力降； 4、其他：如操作弹性、工况、安装要求（几何尺寸、管口方位）等；
但采用该方法时，需要管壳程两侧流体相关的物性参数，如对流 传热系数，污垢系数等数据，但往往因用户提供的数据有限，用公 式计算会遇到很大的麻烦。