TEMA管壳式换热器设计原则
管壳式换热器设计要领
管壳式换热器设计要领1.结构设计：管壳式换热器由壳体、管束、管板、管头盖板等部分组成。
在设计中，需考虑到换热器的耐压性能、换热面积、流体分布等因素。
换热器的结构应具有良好的刚性和密封性能，以确保设备的可靠运行。
2.材料选择：换热器的材料选择直接影响其性能和使用寿命。
一般来说，壳体、管束等部分可选用碳钢、不锈钢、铜合金等材料，而密封件宜选择耐高温、耐腐蚀的材料。
在实际应用中，还需要根据工艺要求和介质特性选择合适的材料。
3.传热计算：换热器的传热计算是设计的重要环节之一、传热计算需要确定换热器的传热系数、摩擦阻力、压降等参数。
传热系数的计算可采用经验公式或传热实验数据进行估算。
同时，需考虑换热介质的性质、流体状态和流速等因素。
4.流动特性：换热器的流动特性对传热效果和设备性能有重要影响。
合理设计的管束结构和流体分布能有效提高传热效果。
同时，应考虑流体在管束间和壳内的流动方式，如单相流、两相流、多相流等。
对于热敏介质，还需注意避免结垢、热点等问题。
5.安全性和维修性：管壳式换热器在使用过程中要保证安全性和维修性。
在设计中要考虑到设备的容易维修、更换部件的便利性，以及防止泄漏、爆炸等安全事故的发生。
合理的结构设计和材料选择可以提高设备的可靠性和安全性。
6.经济性：在设计过程中要全面考虑成本和效益，追求经济性指标。
应根据具体的工艺要求和使用情况，合理选择换热器的型号、大小和材料。
在满足工艺条件的前提下，尽量降低投资成本和运行成本，提高设备的经济效益。
综上所述，管壳式换热器的设计要领主要包括结构设计、材料选择、传热计算、流动特性、安全性和维修性、经济性等方面。
合理的设计能够保证设备的正常运行和高效换热，同时提高设备的安全性和经济性。
在具体的设计中应根据实际情况进行优化和改进，以满足特定工艺要求和使用要求。
管壳式换热器工艺设计
4 换热器几何尺寸
在设计过程中可以选择 HT FS 或 HT RI 进行 设计计算, 有时需要使用 ASPEN PL US 模拟工 艺物料的物性数据。先进行设计性计算, 输入基 础数据, 如换热器形式、流体走向、卧立式、流 体温度、压力、流量及物性数据等, 进行运算得 出比较合适的换热器直径和换热管长, 再进行校 核型和模拟型计算, 核算所选换热器是否满足设 计要求。
昝河松 华陆工程科技有限责任公司 西安 710054
摘要 介绍换热器的工艺 设计 程序, 特 别是管 壳式 换热 器的工 艺设 计过程, 并结合 实际 工程 经验,
介绍几种换热器工艺计算软件的用法和功能。
关键词 管壳式 换热器 工艺设计
1 概述
换热器在化工生产装置中应用十分广泛, 是 化工操作单元中的重要组成部分。随着工业装置 的大型化和高效率化, 换热器也趋于大型化。目 前在大型化工生产装置中, 各种换热设备的数量 占工艺设备 数量的 30% 以上。因 此, 换热器设 计对产品质量、能量利用率以及系统的经济性和 可靠性起着重要作用。
在进行换热器设计时, 一般先用设计型初步 计算出合适的换 热器形式和规 格, 然后经 过圆 整, 选择具体的换热器的几何尺寸, 用校核型进 行核算, 计算结果中实际面积/ 所需面积一般为 1 1~ 1 2。
经核算表明能完全满足工艺要求并具有良好 传热性能的换热器并不能保证操作中的安全性, 因为在换 热器中流体流动 可能会引起管 子的振 动, 进而引起换热器的机械故障。因此还需对所 选换热器进行振动计算, 这就需要用到该程序的 模拟型计算模式。如有明显的振动则需调整换热 器的某些几何参数甚至改变其结构形式, 经过反 复的性能核算和振动计算, 直至传热性能和振动 这一机械性能同时满足要求, 换热器的工艺设计 才算完成。
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。
TEMA(列管式换热器制造商协会标准)规格的管壳式换热器设计原则
TEMA规格的管壳式换热器设计原则——摘引自《PERRY’S CHEMICAL ENGINEER’S HANDBOOK 1999》设计中的一般考虑流程的选择在选择一台换热器中两种流体的流程时，会采用某些通则。
管程的流体的腐蚀性较强，或是较脏、压力较高。
壳程则会是高粘度流体或某种气体。
当管壳程流体中的某一种要用到合金结构时，碳钢壳体加合金质壳程元件比之壳程流体接触部件全用合金加碳钢管箱的方案要较为节省费用。
清晰管子的内部较之清洗其外部要更为容易。
假如两侧流体中有表压超过2068KPa(300 Psig)的,较为节约的结构形式是将高压流体安排在管侧。
对于给定的压降，壳侧的传热系数较管侧的要高。
换热器的停运最通常的原因是结垢、腐蚀和磨蚀。
建造规则“压力容器建造规则，第一册”也就是《ASME锅炉及压力容器规范Section VIII , Division 1》, 用作换热器的建造规则时提供了最低标准。
一般此标准的最新版每3年出版发行一次。
期间的修改以附录形式每半年出一次。
在美国和加拿大的很多地方，遵循ASME 规则上的要求是强制性的。
最初这一系列规范并不是为换热器制造所准备的。
但现在已添加了固定管板式换热器上管板与壳体间的焊接接头的有关规定，并且还包含了一个非强制性的有关管子－管板接头的附件。
目前ASME 正在研究有关换热器的其他规定。
列管式换热器制造商协会标准, 第6版., 1978 (通常引称为TEMA 标准*), 用作在除套管式换热器而外的所有管壳式换热器的应用中对ASME规则的补充和说明。
TEMA “R级”设计就是“用于石油及相关加工应用的一般性苛刻要求。
按本标准制造的设备是设计目的在于在此类应用中严苛的保养和维修条件下的安全性、持久性。
”TEMA “C级”设计是“用于商用及通用加工用途的一般性适度要求。
”而TEMA“B级”是“用于化学加工用途”*译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到1999年第8版3种建造标准的机械设计要求都是一样的。
TEMA(列管式换热器制造商协会标准)规格的管壳式换热器设计原则
TEMA规格的管壳式换热器设计原则——摘引自《PERRY’S CHEMICAL ENGINEER’S HANDBOOK 1999》设计中的一般考虑流程的选择在选择一台换热器中两种流体的流程时，会采用某些通则。
管程的流体的腐蚀性较强，或是较脏、压力较高。
壳程则会是高粘度流体或某种气体。
当管壳程流体中的某一种要用到合金结构时，碳钢壳体加合金质壳程元件比之壳程流体接触部件全用合金加碳钢管箱的方案要较为节省费用。
清晰管子的内部较之清洗其外部要更为容易。
假如两侧流体中有表压超过2068KPa(300 Psig)的,较为节约的结构形式是将高压流体安排在管侧。
对于给定的压降，壳侧的传热系数较管侧的要高。
换热器的停运最通常的原因是结垢、腐蚀和磨蚀。
建造规则“压力容器建造规则，第一册”也就是《ASME锅炉及压力容器规范Section VIII , Division 1》, 用作换热器的建造规则时提供了最低标准。
一般此标准的最新版每3年出版发行一次。
期间的修改以附录形式每半年出一次。
在美国和加拿大的很多地方，遵循ASME 规则上的要求是强制性的。
最初这一系列规范并不是为换热器制造所准备的。
但现在已添加了固定管板式换热器上管板与壳体间的焊接接头的有关规定，并且还包含了一个非强制性的有关管子－管板接头的附件。
目前ASME 正在研究有关换热器的其他规定。
列管式换热器制造商协会标准, 第6版., 1978 (通常引称为TEMA 标准*), 用作在除套管式换热器而外的所有管壳式换热器的应用中对ASME规则的补充和说明。
TEMA “R级”设计就是“用于石油及相关加工应用的一般性苛刻要求。
按本标准制造的设备是设计目的在于在此类应用中严苛的保养和维修条件下的安全性、持久性。
”TEMA “C级”设计是“用于商用及通用加工用途的一般性适度要求。
”而TEMA“B级”是“用于化学加工用途”*译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到1999年第8版3种建造标准的机械设计要求都是一样的。
管壳式换热器管道布置设计规定
结构特点：管板与壳体之间采用焊接连接。两端管板均固定， 管束不可拆，管板可延长兼作法兰。 优点：结构简单，制造方便，在相同管束情况下其壳体内径最 小，管程分程较方便。 缺点：壳程无法进行机械清洗，壳程检查困难，壳体与管子之 间无温差补偿元件时会产生较大的温差应力，即温差较大时需 采用膨胀节或波纹管等补偿元件以减小温差应力。
四、再沸器管道布置设计
3.4 蒸汽管和工艺管的配置要有足够的柔性并经过应力分析确定。 3.5 在再沸器管束抽出端要留出抽管区。 3.6 釜式再沸器固定架的位置决定于它与塔之间的相对位置，一般将 最靠近塔中心线的再沸器支架作为固定架。再沸器底部的标高应尽可 能与塔底封头切线的标高相一致，这样可以减少调节再沸器与塔之间 的垂直管段膨胀量所需的管道长度。再沸器的安装标高还必须满足 PID图上的工艺要求。
4.2 宜走壳程的流体： 4.2.1 饱和蒸汽宜走壳程，便于排出冷凝液和不凝气，且蒸汽洁净不 污染； 4.2.2 被冷却的流体宜走壳程，便于散热，增强冷却效果； 4.2.3 粘度大流体或流量小的流体宜走壳程. 4.2.4 若两流体温差较大,宜使给热系数α大的流体走壳程,使管壁和 壳壁温差减小.
一、换热器布置的一般要求
于主要工艺管线的走向，通过计算选出最有利于吸收 设备和管线热位移的位置作为固定端。
3.管壳式和套管式换热器的工艺管道应注意冷、热物流 的流向：一般情况下被加热的介质（即冷流体）宜下 进上出；被冷却的介质（即热流体）宜上进下出。冷 流体和热流体宜选用逆流布置。
一、换热器布置的一般要求
4.流体走管程、壳程的选择 4.1 宜走管程的流体： 4.1.1 不清洁或易结垢的流体宜走管程，因管内清洗方便， 4.1.2 腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀,且清洗、 检修方便; 4.1.3 压力高的流体宜走管程,以免壳体同时受压; 4.1.4 有毒流体宜走管程,使泄露机会减少； 4.1.5 高温物流宜走管程.
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计
1.传热面积的计算：传热面积决定了热交换效果的好坏，计算传热面
积是设计的第一步。
传热面积的大小受到工艺需求、流体特性和设备尺寸
等因素的影响。
2.流体流速的选择：流体流速对传热效率有重要影响。
流速不宜过大，以免增加流体阻力和泵耗能，但也不宜过小，以免影响传热效果。
需要通
过经验和实验确定合适的流速范围。
3.换热器的参数选择：根据工艺要求和流体性质选择合适的管壳式换
热器参数，如管子和外壳的材料、厚度和长度等。
一般情况下，不同材料
的换热器对不同的流体具有不同的传热效果和抗腐蚀能力。
4.温度和压力的控制：管壳式换热器工作时，内外两种流体通常以不
同的温度和压力运行，因此需要采取相应的措施确保换热器的安全性能。
这包括选择合适的密封材料、加装安全阀和温控装置等。
5.清洗和维护的考虑：管壳式换热器在长期使用过程中会有积垢和堵
塞的问题，因此需要预留清洗口和维护通道，并定期进行清洗和维护工作，以保证换热器的正常运行。
总之，管壳式换热器的设计需要综合考虑传热效率、流体性质、工艺
要求和设备安全性能等因素，确保换热效果良好、运行安全可靠。
通过合
理的设计和选择，可以使管壳式换热器发挥最佳的效果，实现节能降耗的
目的。
优化设计管壳式换热器
(9) 接管尺寸要求与管道尺寸相匹配 , 以避 免增加大小头 , 然而通常接管尺寸要比管线尺寸 更严格 , 尤其对于壳侧入口 。因此接管尽寸有时 比对应管线尺寸大 。
(10) 换热管规格一般表示成外径 ×壁厚 × 长度的形式 , 我们常用的管子规格是Φ19mm × 2mm , 25mm × 2mm , Φ25mm × 215mm , Φ38mm ×3mm 或Φ38mm ×215mm 。管长模数是
我们在设计管壳式换热器中经常遇到这样的 问题 : 对于某台换热器面积如果计算下来富余度 (overdesign) 不够或者是负值 , 我们不应简单地 增加面积 , 而应仔细分析设计的各种参数是否合 理 , 然后再考虑增加面积 。
1 设计输入
111 工艺参数 在设计换热器之前必须提供工艺参数 。 (1) 两侧流体的流量 。 (2) 两侧流体的进出温度 。 (3) 两侧流体的准确的操作压力对没有给定
(5) 如果没有给定两侧流体的污垢系数 , 设 计者应该参照 TEMA 标准 , 或参照以往的经验 数据 。
(6) 包括进出温度范围内的粘度 、导热系 数 、密度和比热等两侧流体的物性参数 。
(7) 两侧流体的流量 , 进出温度和热负荷之 间要匹配 。
(8) 如 果 没 有 特 别 要 求 , 设 计 者 可 根 据 TEMA 标准里各种不同结构的换热器的特性选 择换热器的类型 , 见图 1 。
(5) 被冷却的流体宜走壳程 , 便于散热 。 (6) 若两流体温差较大 , 对于刚性结构的换 热器 , 宜将给热系数大的流体通入壳程 , 以减少 热应力 。 (7) 流量小而粘度大的流体一般以壳程为 宜 , 因在壳程 Re > 100 即可达到湍流 。如流动 阻力损失允许 , 将这种流体通入管内并采用多管 程结构 , 反而能得到更高的给热系数 。
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TEMA规格的管壳式换热器设计原则——摘引自《PERRY’S CHEMICAL ENGINEER’S HANDBOOK 1999》设计中的一般考虑流程的选择在选择一台换热器中两种流体的流程时，会采用某些通则。
管程的流体的腐蚀性较强，或是较脏、压力较高。
壳程则会是高粘度流体或某种气体。
当管/壳程流体中的某一种要用到合金结构时，“碳钢壳体+合金管侧部件”比之“接触壳程流体部件全用合金+碳钢管箱”的方案要较为节省费用。
清洗管子的内部较之清洗其外部要更为容易。
假如两侧流体中有表压超过2068KPa(300 Psig)的,较为节约的结构形式是将高压流体安排在管侧。
对于给定的压降，壳侧的传热系数较管侧的要高。
换热器的停运最通常的原因是结垢、腐蚀和磨蚀。
建造规则“压力容器建造规则，第一册”也就是《ASME锅炉及压力容器规范Section VIII , Division 1》, 用作换热器的建造规则时提供了最低标准。
一般此标准的最新版每3年出版发行一次。
期间的修改以附录形式每半年出一次。
在美国和加拿大的很多地方，遵循ASME 规则上的要求是强制性的。
最初这一系列规范并不是准备用于换热器制造的。
但现在已包含了固定管板式换热器中管板与壳体间焊接接头的有关规定，并且还包含了一个非强制性的有关管子－管板接头的附件。
目前ASME 正在开发用于换热器的其他规则。
列管式换热器制造商协会标准, 第6版., 1978 (通常引称为TEMA 标准*), 用在除套管式换热器而外的所有管壳式换热器的应用中，对ASME规则的补充和说明。
TEMA “R级”设计就是“用于石油及相关加工应用的一般性苛刻要求。
按本标准制造的设备，设计目的在于在此类应用时严苛的保养和维修条件下的安全性、持久性。
”TEMA “C级”设计是“用于商用及通用加工用途的一般性适度要求。
”而TEMA“B级”是“用于化学加工用途”*译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到1999年第8版3种建造标准的机械设计要求都是一样的。
各TEMA级别之间的差异很小，并已由Rubin 在Hydrocarbon Process., 59, 92 (June 1980) 上做了归列。
TEMA标准所讨论的主题是：命名原则、制造公差、检验、保证、管子、壳体、折流板和支撑板，浮头、垫片、管板、管箱、管嘴、法兰连接端及紧固件、材料规范以及抗结垢问题。
API Standard 660, 4th ed., 1982*，一般炼油用途的管壳式换热器是由美国炼油协会出版的，以补充TEMA标准和ASME规范。
很多从事化学和石油加工的公司都有其自己的标准以对以上各种要求作出补充。
关于规范、标准和个客户的规定之间的关系已由F. L. Rubin编辑结集，由ASME 在1979年出版了(参见佩里化学工程师手册第6章关于压力容器规则的讨论)。
*译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到2001年第6版换热器的设计压力和设计温度通常在确定时都在预计的工作条件上又给了一个安全裕量。
一般设计压力比操作中的预计最高压力或关泵时的最高压力要高大约172KPa(25 Psi)；而设计温度则通常较最高工作温度高14°C (25°F)。
管束振动随着折流板换热器被设计用于流量和压降越来越高的场合，由管子振动带来的损标准分享网 免费下载坏日益严重。
处理这种问题最为有效的办法就是通过采用只会有助于纵向流动的管子支撑档板而避免出现错流情况。
但是即使如此，仍需对壳程管嘴入口下方的管束区严加注意：此处的流动是从壳体侧面引入的。
TEMA 标准中专门为此设立了一章。
一般说来，管子的振动机理是：漩涡脱体流体错流流过管子时的漩涡脱体频率可能会与管子的固有频率相符，进而激发起很大的共振振幅。
流体弹性耦合流过管子的流体导致管子发生涡动式的振动。
当流速超过某临界值时，流体弹性耦合的机制出现，振动就变为自激振动，振幅增长。
这一机理在遭受振动破坏的工艺换热器上经常发生。
压力脉动由紧随在圆柱体之后或由上游带往圆柱体而发生的湍流压力波动会给管子的振动造成潜在的机理。
管子会对接近其固有频率的那部分能谱作出响应。
声耦合当壳程流体为低密度的气体时, 假如壳程驻波的相位和从管子上脱落的漩涡频率相位相同，声学共振或耦合就会发生。
驻波垂直于管子的轴线和错流的方向。
管子的损坏很少会发生，但是其噪声会令人非常难受。
检查当预制完毕或是维护期间，如能对列管式换热器的壳程做水压试验以便在管头侧做外观检验则是很理想的。
这样就很能容易地确定泄漏管子的位置并做出维修。
假如确定出的漏点无法从管端接近，则有必要对所有的管子－管板连接做再轧制或重焊接，而这有可能给完好的连接处带来损害。
换热器泄漏的测试已有Rubin 在Chem. Eng., 68, 160–166 (July 24, 1961)上做了研究。
性能换热器的性能测试已由美国化学工程师学会在“换热器测试标准程序第一部分：管壳式设备的显热传导”中做了描述。
主要的结构形式图11-36所示为TEMA规格的管壳式换热器的结构细节。
有关此类及其他类型的换热器的详细讨论见下面数节。
固定管板式换热器固定管板式换热器(图.11-36b) 的使用较其他各种换热器更为频繁，并且其使用频率近年来日益提高。
其管板是焊在壳体上的。
一般其管板会在壳体上延伸出去兼做与管侧联箱相紧固连接的法兰。
这种结构的换热器需要壳体与管板的材料可以相互焊接。
假如两部分的材质不能相互焊接，则使用一种“盲死的”垫片结构。
一旦设备制造好，这种盲垫片在维修时无法触及和更换。
这种结构的换热器可用于在真空下操作的蒸汽表面冷凝器。
管程的联箱(或管箱)可能会如图11-35所示的C型或N型是焊到管板上的。
焊上以后的结构比B/M或A/L型管箱的优势在于花钱更少，并且可在不必扰动管侧连接的情况下对换热管做检测和更换。
对于管侧的程数没有限制。
而壳侧的程数可以取1也可以更多—尽管多于两程的壳体比较少见应用。
布管可以完全填满换热器的壳体。
在布管区最外层和壳体之间所留的间隙仅是为了制造时的最低需要。
而在壳体内部与折流板之间也必须留有一定的间隙以便折流板可以滑入壳体。
由于制造公差的缘故在折流挡板的外缘和布管区最外层之间还要留有一定的附加间隙。
在外管限(OTL)和折流挡板直径间的边距必须留的足够以防止管子因为振动而穿透挡板上的开孔。
布管区最外层的管子必须限制在OTL之内。
在壳体内径和OTL之间的间隙：对壳体内径为635mm及以上的换热器，间隙为13mm；对内径为254至610mm 的钢管制壳体换热器，间隙为11mm；对于更小的钢管制壳体间隙可取得更小些。
管子是可以更换的。
管侧联箱，管箱盖板，垫片等都是易于检修和更换的。
而壳程的挡板结构和盲垫片则是不可拆卸的。
移走管子时管子可能会在壳体内断裂，假如有此情况发生，则想再移走或是更换此管子都是极为困难的。
通常采取的做法是将管板上的相应洞口堵死。
由于热膨胀的长度不同，会使壳体和管子的长度产生差异，引发不均匀膨胀。
可以使用各种膨胀节以消除由于膨胀引起的过剩的应力。
是否需要使用膨胀节取决于不均匀膨胀的量以及预期的操作循环工况。
可以使用的膨胀节有很多种。
(图.11-37).标准分享网 免费下载a. Flat plates(平板式).两块同心的平行板，其外边缘处有一连杆。
平板可以挠曲以对局部膨胀作出某些修正。
此种设计通常用于真空及表压低于103Kpa的场合。
局部膨胀发生时所有的焊点都受到危险应力。
b. Flanged-only heads（凸缘接头式? ）.两片平板是凸缘式的，或弧形的。
接头的直径一般要比壳体直径大203mm(或以上). 局部膨胀发生时在壳体上的焊点仍承受前述的应力，但是连接接头的部分所受应力则因为弧形的形状而要小一些。
c. Flared shell or pipe segments(扩径壳体或扩口管段).壳体扩径以连接一管段，或管段剖半或一剖四以做成一个环。
d. Formed heads(成型加工头).可用形式为：一对碟型或椭圆型或凸缘碟型头。
两部分焊在一起或是用一环形连接。
该连接形式类似于凸缘接头式膨胀节但所受应力明显要小。
e. Flanged and flued heads(凸缘接头加烟道孔式).一对凸缘式接头上带有两个同心反向烟道孔。
由于此烟道操作这对接头的费用较高。
接头呈弧形降低了壳体上和连接部焊点所承受的应力。
f. Toroidal (环形膨胀节).环形膨胀节在数学上可以预期有一个较低量级的平滑的应力模型。
其最大应力点在波纹的侧壁，最小应力点在波纹的顶部和底部。
前述设计已经由Kopp 和Sayre在“Expansion Joints for Heat Exchangers” (ASME Misc. Pap., vol. 6, no. 211)中作为环形膨胀圈加以研究过。
所有的对象都属于静不定问题，但通过引进各种简化假定而做了分析。
目前工业上使用某些膨胀节比之于上文中所讨论的模型属于更薄壁的结构。
g. Bellows(波纹管).有众多生产厂家制造薄壁型波纹管膨胀节。
此类设计用于局部膨胀场合并针对轴向位移、横向位移和循环寿命做了测试。
波纹管材质可能是不锈钢、镍基合金或紫铜的(铝，蒙奈尔，磷青铜和钛质波纹管也有见制造。
) 一般还提供与换热器壳体材质相同的焊接短管。
波纹管可能是用一张板材液压制造的或是有几个部分焊成的。
通常也会提供碳钢制保温包壳以保护轻型波纹管换热器免于损坏。
此包壳也能防止保温材料对波纹管位移的妨碍(见h).h. Toroidal bellows(环形波纹管). 波纹管膨胀节做了一些改进以适应高压工况，其位移被薄壁小直径的环形波纹管所吸收。
因此高压部件的厚度相应的降低。
(见f ).带有薄壁波纹管或环形膨胀节的换热器在制造、运输、安装和维修中的不当处理都会损坏其膨胀节。
在大型设备上此类薄壁膨胀节特别易于受损，某些设计人员更乐于使用厚壁的成型加工头型膨胀节。
化工装置上所需要的膨胀节的是凸缘接头加烟道孔式膨胀节。
但使用薄壁型波纹管膨胀节的趋势日益明显。
U型管换热器(图.11-36d) 此类管束包括一个固定端管板和U型管(发夹管)，以及折流挡板和支撑板，相应的拉杆和定距器。
管束可以从壳体中抽出。
此外还有管程联箱(固定端管箱)以及壳体和焊在壳体上的整体式壳盖。
每根换热管都可以自由膨胀，或者都可以不受彼此影响的易于维护。
U型管束的优势在于：有可拆卸管束结构的换热器中U型管束的外管限(OTL)与壳体内径之间间隙最小。
其间隙与固定管板换热器的间隙相同。
对于给定的管板，U型管束的管子开孔数比固定管板换热器的要少，因为将管子弯成小半径弯头是有限度的。
U型管的设计还有一个好处就是降低了膨胀节的使用数目。