化工装置常用换热设备介绍：管壳式换热器

发布：菏泽市设备安装有限公司时间：2024-03-02

（一）管壳式换热器的类型和优缺点

常用的管壳式换热器有固定管板式、浮头式和“U”形管式。

固定管板式换热器结构简单，造价低，制造容易，管程清洗检修方便。壳程清洗困难，管束制造后有温差应力存在，当冷热两流体的平均温差较大，或壳体和传热管材料热膨胀系数相差较大、热应力超过材质的许用应力时，在壳体上应设膨胀节，由于膨胀节不能承受较大内压，所以换热器壳程压力不能太高。

固定管板式换热器适用于两种介质温差不大（一般应低于30℃），或温差较大但壳程压力不高的条件。

浮头式换热器的优点是壳体和管束的温差不受限制，管束清洗和检修较为方便，管程、壳程均容易清扫。缺点是结构复杂，密封要求较高，一旦泄漏在线处理较为困难。一般在温差较大的化工单元操作中设置浮头式换热器。

U形管式换热器，克服了固定管板式和浮头式换热器的缺点，但在U形拐弯处很难清洗干净，更换管子较为困难，特别是管板中心部的U形管，泄漏后只能堵管，要想更换管子必须从管板处全部切除，造成很大浪费。U形管换热器适用于两种流体温差较大，且壳程易结垢的条件。

（二）管壳式换热器的结构特点

1.固定管板式换热器

固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成，如图1所示。其结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起。管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器，管程可以用隔板分成任何程数。应用极为广泛。近年来，也有设计开发出固定管板的挠性管板，即薄管板式换热器，这是根据弹性薄圆板理论，在均匀载荷作用下周边固定支承的圆平板产生的挠度可被看作在管板布管区的变形，无论是热应力还是管壳温差应力挠性变形薄管板均能承受，它的应用比常规的固定管板式换热器更具有优点。

图1 固定管板式换热器结构图

1一排气口；2一封头；3一法兰；4一管板；5一排气口；6一壳体；7一列管；

8一支座；9一定距管；10一折流板；11-膨胀节；12一壳体接管；13一排气口；

14一封头接管；15一封头；16一排气口；17一法兰；18一管板；19一排液口；

20一支座；21一接管；22一排液口；23一接管

薄管板换热器用于中压、大直径换热设备上更有满意的效果。

设计薄管板换热器可减少计算管板厚度的复杂程序，管板材料可节约70%~90%，制造简单方便。

薄管板的结构一般有三种型式，如图2。

图2 薄管板结构

（a）凸面薄管板；（b）平面薄管板；（c）凹面薄管板

2.浮头式换热器

浮头式换热器主要由壳体、浮动式封头管箱、管束等部件组成，如图3所示。它的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，也就是壳体和管束热膨胀可自由，故管束和壳体之间没有温差应力。一般浮头设计成可拆卸结构，使管束可自由地抽出和装入。浮头式换热器的浮头也有不同的结构型式，常用的如图4所示，它是用钳形环和螺栓使浮头和管板密封贴合，以使管内和管间流体互不渗漏。这种结构现在用的不多了。根据设计规范，采用了图5所示结构，即浮头盖法兰直接和钩圈用螺栓紧固，使浮头法兰和活动的管板密封贴合，虽然减少了管束的有效传热面积，但密封性可靠，整体也较紧凑。

图3 浮头式换热器

1一吊环；2一平盖板；3一法兰；4一接口；5一管线接管；6一分程板；7一壳体；

8一排气口；9一接管；10一接管；11一封头：12一接管；13一排气口；14一接管；

15一支座；16一内封头；17一堰板；18一吊耳；19一浮头衬托；20一浮动管板；

21一列管；22一折流板；23一定距管；24一支座；25一接管；26一排液口；

27一法兰；28一固定管板；29一法兰；30一排液口；31一接管；32一管箱

图4 浮头结构之一

图5 浮头结构之二

3.“U”形管式换热器

U形管式换热器的结构如图6所示。结构特点是换热管做成U形，两端固定在同一块管板上，由于壳体和管子分开，可以不考虑热膨胀，管束可以自由伸缩，不会因为流体介质温差而产生温差应力。U形管换热器只有一块管板，没有浮头，结构比较简单。管束可以自由抽出和装入，方便清洗。由于换热管均做成半径不等的U形弯，最外层损坏后可更换外，其余的管子损坏只有堵管。同时和固定管板式换热器相比，它的管束的中心部分存有空隙，流体很容易走短路，影响了传热效果，管板上排列的管子也比固定管板式换热器少，体积有些庞大。由于U形管曲率半径不一样，也增加了制造程序，加上切管长短不一，流体流动状态下的分布也不均匀，堵管后更减少了换热面积。