管殼式換熱器的組成與應用

管殼式換熱器由許多管子組成管束，管束構成換熱器的傳熱面。換熱器的管子固定在管板上，而管板又與外殼聯接在一起。為了增加流體在管外空間的流速，以改善換熱器的傳熱情況，在筒體內間隔安裝了許多折流板。換熱器的殼體和兩側管箱上開有流體的進出口，有時還在其上裝設有檢查孔，為安置儀表用的接口管、排液孔和排氣孔等。在換熱器中，一種流體從一側管箱（稱為前管箱）流進管子里，經另一側管箱（稱為后管箱）流出（對奇數單管程換熱器），或繞過管箱，流回進口側前管箱流出（對偶數單管程換熱器），這條路徑稱為管程。另一種流體從筒體上的連接管進出換熱器殼體，流經管束外，這條路徑稱為殼程。管殼式換熱器是把管子與管板連接，再用殼體固定。根據其不同的連接與固定方式又可分為固定管板式、釜式浮頭式、U型管式、滑動管板式、填料函式等。

1、固定管板式換熱器。

固定管板換熱器的兩端管板，采用焊接方法與殼體連接固定。但殼側清洗較難，不能進行機械清洗，所以宜用于不易結垢的流體。當管束和殼體之間的溫差太大而產生不同的熱膨脹時，常會使管子與管板的接口脫開，從而發生介質泄漏。由此可見，這種換熱器適合于溫差不大以及殼程結垢不嚴重或能用化學清洗的場合。由于此類換熱器集中了管殼式換熱器的優點，因此應用相當廣泛。

2、浮頭式換熱器。

浮頭式換熱器針對固定管板式換熱器的缺陷在結構上做了改進，兩端管板只有一端與殼體固定，而另一端的管板可以在殼體內自由移動，該端稱為浮頭。浮頭端設計成可拆結構，使管束可以容易地插入或抽出（也有設計成不可拆的），這樣為檢修、清洗提供了方便。

3、U型管式換熱器。

U型管式換熱器僅有一塊管板。由于殼體和管子分開，管束可以自由伸縮，不會因管壁、殼壁之間的溫度差而產生熱應力，熱補償性能好。管程為雙管程，流程較長，流速較高，傳熱性能好，承壓能力強。因U型管式換熱器僅有一塊管板，且無浮頭，所以結構簡單，造價比其他換熱器便宜，管束可以從殼體內抽出，管外便于清洗，但管內清洗困難，所以管內的流體必須是清潔及不易結垢的物料。

4、填料函式換熱器。

對于一些腐蝕嚴重，溫差較大而經常要更換管束的垮熱器，采用填料函式換熱器要比浮頭式或固定式換熱器優越得多。目前所使用的填料函式換熱器都較小，使用在直徑700mm以下，大直徑填料函式換熱器采用得很少，尤其在操作壓力及溫度較高的條件下就更少。

5、折流桿式換熱器。

折流桿式換熱器是一種殼體內的折流元件由一系列細小的折流桿組成的管殼式換熱器。這些細小的折流桿相互平行以一定的間距焊在由棒材或桿材制成的外環上形成折流圈，每一根折流圈相隔一定距離按一定的排列分別焊接或用普通的定距管固定于拉桿上的折流桿網絡。這些折流桿網絡與換熱管一起組成了折流桿換熱器的主體結構（折流桿管束）。折流桿換熱器是為了改善常規的板式折流板換熱器的流體誘導振動而設計的。在這種結構中，支撐管子的折流桿與管子幾乎不存在間隙，管束中每根傳熱管的上、下、左、右都得到了可靠的支撐，而且從根本上改變了流體的流動狀況，變折流板換熱器的橫向流動為平行于管子的軸向流動，從而消除了產生液體誘導振動的根源。采用此種結構的換熱器還具有以下特點：

（1） 由于殼側流體以軸向流動為主，降低了殼側壓降；（2）與折流板換熱器相比，具有更高的殼程單位壓降與總傳熱系數的傳熱特性比K/△p；（3）在換熱器內不存在嚴重的滯流區域，因而效益高，具有不易結垢的優點。在我國GB 151《管殼式換熱器》規范中，對換熱器型號的表示方法是參照美國的TEMA規范，用三個英文字母來表示換熱器的三個主要組成部分的結構型式，以表達換熱器的整體結構型式。其表示方法如下：在上述表示方法中，DN為換熱器的公稱直徑，對卷制圓筒為圓筒內徑，對鋼管制圓筒為鋼管外徑。A為換熱器的公稱換熱面積，它是以換熱管外徑為基礎，扣除伸入管板內的換熱管長度后，計算得到的管束外表面積經圓整后得到的計算換熱面積。LN為公稱長度，它是指換熱管的長度，換熱管為直管時，取直管長度，換熱管為U型管時，指U型管的直管段長度。S表示換熱管管材（只限于鋁、銅、鈦）。pt/ps為管/殼程設計壓力，而設計壓力是指在相應的設計溫度下，用以確定換熱器圓筒厚度及其他受壓元件厚度的壓力，一般取略高于工作壓力。Ⅰ級管束是指采用較高級、高級冷拔換熱管，適用于無相變傳熱和易產生振動的場合，Ⅱ級管柬為采用普通級冷拔換熱管，適用于重沸、冷凝傳熱和無振動的一般場合。Ⅰ、Ⅱ級管束只限于碳鋼和低合金鋼。

（作者單位： 長春房地（集團）有限責任公司）