管壳式换热器的工作原理及结构
管壳式换热器工作原理
管壳式换热器工作原理
管壳式换热器是一种常见的热交换设备，广泛应用于化工、电力、石油、冶金等工业领域。
它通过管壳两侧流体的热量传递，实现了热能的高效利用。
下面我们将详细介绍管壳式换热器的工作原理。
首先，管壳式换热器由壳体、管束、管板、管箱、管支撑、法兰、密封件等部件组成。
工作时，热源流体通过换热器的壳侧流动，被传热管束中的传热介质吸收热量，而冷却介质则通过管束内部流动，从而实现热量的传递。
其次，管壳式换热器的工作原理主要包括传热、流体运动和传热管束结构。
在传热过程中，热源流体和冷却介质在管束内外形成对流传热，同时通过管壁实现了传导传热。
流体的运动状态对传热效果也有着重要影响，合理的流体速度和流动方式能够提高传热效率。
此外，传热管束的结构设计也是影响换热器工作效果的重要因素，合理的管束布局和管子材质选择都能够影响传热效果。
最后，管壳式换热器在工作中需要注意一些问题。
首先是流体的流动状态，要保证流体在换热器内部的均匀分布，避免出现死角和局部过热。
其次是管束的清洁和维护，定期清洗管束表面的污垢，保持传热管的清洁度，以确保换热器的正常工作。
最后是对换热器的运行参数进行监测和调整，根据实际工况对换热器的进出口温度、压力等参数进行调整，以保证换热器的高效运行。
总之，管壳式换热器通过管束内外流体的热量传递，实现了热能的高效利用。
在工作中，合理的结构设计和运行参数调整都能够提高换热器的工作效率。
希望本文能够对大家对管壳式换热器的工作原理有所帮助。
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。
管壳式换热器的工作原理及结构
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 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 。
管壳式换热器结构介绍
3、管壳程流体的确定
主要根据流体的操作压力和温度、可以利用的压力降、结构和腐蚀 特性，以及所需设备材料的选择等方面，考虑流体适宜走哪一程。下面 的因素可供选择时考虑：
适于走管程的流体有水和水蒸气或强腐蚀性流体；有毒性流体；容易 结构的流体；高温或高压操作的流体等。
1、管壳式换热器结构介绍
管壳式换热器：是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间 壁式换热器，这种换热器结构较简单、操作可靠，可用各种结构材 料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用 最广的类型。（设计制造遵循标准：国外 TEMA ASME 国内 GB151、GB150）
换热器封头选取原则
换热器折流板
单弓形折流板：优点是可以达到最大的错流，缺点是压降较高，且窗口 的管束容易发生振动；设计要点是折流板圆缺率在17%-35%之间，折流 板间距在0.2-1.0倍的壳径。此种类型折流板适用于大部分场合。
NITW：该折流板窗口不布管，管少，需要的壳体直径大。设计要点：15%的 折流板圆缺率。适合的场合是气体振动和压降受限。
谢谢！
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。
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程传热系数相当于管程传热系数1/3-3/5的工况。
管壳式换热器内部结构
管壳式换热器内部结构
管壳式换热器的内部结构主要包括壳体、管板、管束、挡板及箱体等部分。
其中，壳体是圆形的，用于容纳管束和其他内部组件，并通过连接法兰与换热器其他部分连接在一起。
管板则位于壳体的两端，用于固定管束并防止管束在运行过程中发生位移或振动。
管束是换热器的核心部分，由许多小直径的管子组成，它们被固定在管板上，用于传输热流体。
挡板则位于管束的一侧，用于改变热流体的流动方向，增加湍流度并提高换热效率。
箱体则用于容纳所有内部组件，并作为外部框架，支撑和固定整个换热器。
此外，管壳式换热器还有许多其他的设计和结构变化，例如固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式的浮头换热器等。
这些变化都是为了满足不同的工艺和操作要求。
以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议查阅相关书籍或咨询专业人士。
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
管壳式换热器原理
管壳式换热器原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊管壳式换热器原理，这玩意儿可有意思啦！你可以把管壳式换热器想象成是一个特别的“热魔法盒”。
它有个长长的壳子，就像一个大口袋，里面装着好多管子。
这管子啊，就像是一条条小路，热的流体和冷的流体就沿着这些小路走。
热流体大摇大摆地从一些管子里通过，它身上带着好多热量呢。
而冷流体呢，则在壳子和管子之间的缝隙里悄悄溜达。
这时候神奇的事情就发生啦！热流体的热量就会透过管子壁，传递给冷流体。
哎呀呀，这不就像是热流体很大方地把自己的热量分了一些给冷流体嘛！你说这像不像在一个热闹的集市上，大家互相交换东西？热流体把热量这个“宝贝”给了冷流体，自己慢慢变凉了，冷流体呢，就变得暖和起来了。
这样不就实现了热量的交换嘛！那这其中的原理到底是咋回事呢？其实啊，就是因为有温差呀！热的东西总是想把热量散发出去，冷的东西总是想吸收热量，这是自然规律呀！管壳式换热器就是利用了这个规律，让热流体和冷流体在合适的地方相遇，然后完成热量的传递。
你想想看，要是没有这种换热器，我们的生活得少了多少便利呀！比如在一些工厂里，需要把热量从一个地方转移到另一个地方，要是靠人工去搬，那得累成啥样呀！有了管壳式换热器，就轻松多啦。
而且哦，管壳式换热器还有很多不同的类型呢，就像人有不同的性格一样。
有的适合处理高温的流体，有的适合处理腐蚀性的流体，各有各的特点和用处。
咱再说说它的优点吧。
它结构相对简单，容易制造和维护，这多好呀！就像一个老实可靠的朋友，不会给你找麻烦。
而且它的换热效率也不错呀，可以在很多场合大显身手。
当然啦，它也不是完美无缺的。
它可能会占比较大的空间，有时候还会有一些泄漏的问题。
但这也不能掩盖它的光芒呀！总之呢，管壳式换热器原理虽然看起来有点复杂，但只要你用心去理解，就会发现其实也不难。
它就像我们生活中的一个好帮手，默默地为我们服务着。
让我们的生活变得更加舒适和便利。
所以呀，可别小看了这个“热魔法盒”哦！原创不易，请尊重原创，谢谢!。
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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，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1400～2850瓦每平方米每摄氏度〔W/（m（℃）〕；用水冷却气体时，为10～280W/（m（℃）；用水冷凝水蒸汽时，为570～4000W/（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，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，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。