殼管式換熱器是一種換熱傳導裝置，由殼體、管板、管束、擋板及箱體組成
基本介紹
- 中文名：殼管式換熱器
- 外文名：shell-and-tube heat exchanger
- 定義：一組管束裝在一殼體內構成、
- 簡介：傳遞熱量的兩種介質
- 組成：殼體、管板、管束、擋板及箱體
- 屬於：換熱傳導裝置
概述,工藝條件的選擇,溫度,壓力降,流體空間的選擇,結構,換熱管,管程數和殼程形式,殼程折流板,
概述
殼管式(或管殼式)換熱器是套用最廣泛的傳統的換熱器。其最基本的構造是在圓形的殼體內加許多熱交換用的小管，當加熱的熱媒為蒸汽時稱為殼管汽一水換熱器；加熱的熱媒為高溫水時稱為殼管水一水換熱器，水一水換熱器由於熱交換小管內外都是水，因為小管兩側水流速接近，圓形外殼直徑不能太大，當加熱面積要求較大時，常幾段連起來，故又稱分段式水一水換熱器。它們的具體構造見後。該類換熱器常用於熱水供暖系統，低溫水空調系統及某些連續性用熱水的生產工藝用水。作為生活熱水供應，則需配備貯水罐。
工藝條件的選擇
溫度
冷卻水的出口溫度不宜高於60℃，以免結垢嚴重。
高溫端的溫差不應小於20℃，低溫端的溫差不應小於5℃。當在兩工藝流體之間進行換熱，低溫端的溫差不應小於20℃。
當在採用多管程、單殼程的管殼式換熱器，並用水作為冷卻劑時，冷卻劑的出口溫度不應高於工藝物流的出口溫度。
在冷卻或者冷凝工藝物流時，冷卻劑的人口溫度應高於工藝流體中易結凍組分的冰點，一般高於5℃。
換熱器的設計溫度應高於最大使用溫度，一般高15℃。
壓力降
增加工藝物流流體的流速，可增加對流換熱係數，從而提高總傳熱係數，使換熱器的結構緊湊，但增加流速將增加換熱器的壓力降，從而使得換熱器的磨蝕和振動破壞加劇等。同時，壓力降增加使得換熱器在運行過程的動力消耗增大，因此，最大允許的壓力降範圍一般限制如表所示。
工藝物流的壓力(MPa) | 允許壓力降  |
真空 0．1～0．7 >0.17 | 0．01 0．004～0．034 ≥0．034 |
流體空間的選擇
要使換熱器正常而有效地操作，就必須慎重地選擇流動空間。
(1)溫度。高溫流體一般走管程，因為高溫會降低材料的許用應力，所以高溫流體走管程可節省保溫層並減少殼體厚度，有時為了便於高溫流體的散熱，也可使高溫流體走殼程，但為了保證操作人員的安全，需設定保溫層。
(2)壓力。較高壓力的流體走管程，可減少殼體厚度。
(3)黏度。
(4)腐蝕性。腐蝕性較強的流體應走管程，以節省耐腐蝕材料。
(5)壓力降。
(6)清潔性。較髒和易結垢的流體應走管程，以便於清洗和控制結垢。如必須走殼程，則應採取正方形排列，並採用可拆式(浮頭式、填料函式、U型管式)換熱器。
(7)流速。
(8)對流換熱係數。
結構
換熱管
換熱管可採用光管、螺紋管、螺旋槽管等。在換熱管選擇中，應考慮下列幾個因素。
(1)管徑。管徑愈小的換熱器愈緊湊、愈便宜，且可以獲得較好的對流換熱係數與阻力係數的比值。但是，管徑愈小的換熱器的壓降將愈大，在滿足允許壓力降的情況下，一般推薦選用
19管子。對於易結垢的流體，為方便清洗，採用外徑為25管子。對於有氣一液兩相流的工藝流體，一般選用較大的管徑。例如再沸器、鍋爐，換熱管多採用
32、
51的管徑。
(2)管長。無相變換熱時，管子較長則傳熱係數也增加。在相同的傳熱面積情況下，採用長管則流動截面積小，流速大，管程數少，從而可減少流體在換熱器中的回彎次數，因而壓力降也較小；而且採用長管時，每平方米傳熱面的比價也低。但是，管子過長會給製造帶來困難。因此，一般選用管長為4～6m。對於傳熱面積大或無相變的換熱器可選用8～9m的管長。
(3)管子的排列和管心距。管子在管板上的排列形式主要有正方形排列和三角形排列
兩種形式。三角形排列有利於殼程流體達到湍流且排管數也多。正方形排列有利於殼程的清洗。為了彌補各自的缺點，就產生了轉過一定角度的正方形排列(即轉置正方形排列)和留有清洗通道的三角形排列。管間距是兩相鄰管子中心的距離。管間距愈小則設備愈緊湊，但將引起管板增厚、清潔不便、殼程壓降增大。為此，一般選用範圍為(1．25～1．5)
(為管外徑)。
管程數和殼程形式
管程數有1～8程幾種，常用的為1、2或4管程。管程數增加，管內流速增大，對流換熱係數也增加。但管內流速要受到管程壓力降等的限制，在工業生產中常用的流速為：水和相類似的流體流速一般取1～2．5m/s。對大型冷凝器的冷卻水流速可增加到3m/s。氣體和蒸汽的流速可在8～30m/s的範圍內選取。
殼程大致可分為如下幾種形式：
(1)單殼程換熱器，可在殼程內放入各種形式的折流板，主要是增大流體的流速，強化傳熱。這是最常用的一種換熱器，在單組分冷凝的真空操作時可將接管移到殼體的中心。
(2)放入縱向隔板的雙殼程換熱器，可以提高殼程流速，改善熱的效應，比兩個換熱器串聯要便宜。
(3)分流式換熱器，它適用於大流量且壓降要求低的情況，當中的隔板在作為冷凝器時可採用有孔板。
(4)雙分流式換熱器，它適用於低壓降且當一種流體比另一種流體溫度變化很小的情況，以及適用於溫差很大或者管程對流換熱係數很大的情況。
殼程折流板
除非考慮壓降、管子振動或管子支撐和強化傳熱問題，要求採用弓形折流板、盤環形折流板、折流桿或是弓形缺口處無管子的結構外，一般都採用圓缺形折流板(又稱弓形折流板)。
折流板可以改變殼程流體的方向，使其垂直於管束流動，並提高流速，從而增加流體流動的湍流程度，獲得較好的傳熱效果。
當殼程進行蒸發、冷凝操作或者管程對流換熱係數很低時，殼程折流板的效果就不很明顯，主要起管子支承作用，有時可以不要折流板；對於帶有不凝性氣體的冷凝操作，採用不等距的折流板可改善傳熱效果。
1．折流板的形式
折流板的形式可分為圓缺形(弓形)折流板、盤環形折流板、孔式折流板和折流圈(又稱折流桿)。
圓缺形折流板；圓缺形折流板可分為橫缺形、豎缺形和阻液形三種。
橫缺形折流板適用於無相變的對流傳熱，防止殼程流體平行於管束流動，減少殼程底部液體的沉積。當殼程用於冷凝操作時，橫缺形折流板的底部應開排液孔，孔的大小決定於液量的多少。但住往由於排液孑L的不適當而產生液泛和氣相旁流，因此在殼程進行冷凝操作時，一般採用豎缺形折流板。阻液式折流板由於下部有一個液封區，因此可以用於帶有冷卻的冷凝操作。
圓缺形折流板的缺口高度可為直徑的10%～40%，現在通用的高度為直徑的25%。實際上在相同的壓力降下，圓缺高度為直徑的20%的折流板將獲得最好的傳熱效率。換熱器流量很大時，為了得到較好的錯流並避免流體誘發振動，常常取掉缺口處的管子，稱為弓形區不布管。
盤環形折流板：盤環形折流板允許通過的流量大，壓降小，但傳熱效率不如圓缺形折流板，因此這種折流板多用於要求壓降小的情況。
孔式折流板：孔式折流板使流體穿過折流板孔和管子之間的縫隙流動，以增加傳熱效率。這種折流板的壓力降大，僅適用於較清潔的流體。
折流圈(又稱折流桿)：折流圈是一種桿式折流結構。它使流體縱向穿過折流桿與換熱管之問的縫隙。這種換熱器要求流量大，壓力降小且傳熱效果好，無相變和有相變的場合均適用。
2．折流板間距
折流板的間距影響到殼程流體的流向和流速，從而影響到傳熱效率。最小的折流板間
