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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