化工707管壳式换热器结构系列丛书（共12册）内容精选，原版电子书发放中
本内容为化工707制作的《管壳式换热器结构系列丛书》（共十二册）的内容精选，想要查看原版电子书的七友请到化工707APP的小七书城或者各个相对应的话题板块的图书栏目中查看。
化工707APP电子书新功能已上线内测，海量电子书将会陆续上线，化工707电子书不同于传统的电子书，功能随后将一步步完善，文字、图片、动画、语音等多种呈现形式，满足七友的各种阅读体验。手机已安装化工707APP的老七友请升级到最新版本（安卓：5.7.0；苹果ios：2.2.0）。还没有下载化工707APP的七友请按照文章最下方的下载安装方式下载。
一、管壳式换热器的主要结构型式及特点
（本节内容摘选自下图所示书籍）
第一章：固定管板换热器
固定管板换热器其由壳体、管束、封头、管板、折流挡板、接管等部件组成。结构特点为：两块管板分别焊于壳体的两端，管束两端固定在管板上。换热管束可做成单程、双程或多程。它适用于壳体与管子温差小的场合。
一、固定管板换热器结构图如下
二、固定管板换热器的主要特点
a) 结构结单，制造成本低；
b) 排管数比浮头式、U 形管式换热器要多；
c) 不能抽芯，无法进行机械清洗；
d) 因不能单独更换管束，所以维修成本高。
e) 不适用于大温差的场合。
优点：结构简单、紧凑。在相同的壳体直径内，排管数最多，旁路最少；每根换热管都可以进行更换，且管内清洗方便。
缺点：壳程不能进行机械清洗；当换热管与壳体的温差较大（大于50℃）时产生温差应力，需在壳体上设置膨胀节，因而壳程压力受膨胀节强度的限制不能太高。固定管板式换热器适用于壳方流体清洁且不易结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。
三、固定管板换热器的动画原理图如下
第二章：浮头式换热器
浮头式换热器适用于壳体和管束壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。结构特点是两端管板之一不与壳体固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，称为浮头。
一、浮头换热器结构图如下
二、浮头式换热器特点
a) 具有可抽式管束，因此管束可抽出进行机械清洗，适用于易结焦及堵塞的工况；
b) 管束的浮头端可自由浮动，无须考虑温差应力，可用于大温差的场合；
c) 浮头结构复杂，影响排管数，浮头密封面发生泄漏时，很难采取措施；
d) 压力试验时的施压胎具复杂。
优点：当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可从壳体内抽出，便于管内和管间的清洗。
缺点：结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板之间若密封不严，发生内漏，造成两种介质的混合。
三、浮头式换热器的动画原理图如下
第三章：U形管式换热器
结构特点是只有一个管板，换热管为 U 型，管子两端固定在同一管板上。管束可以自由伸缩，当壳体与 U 型换热管有温差时，不会产生温差应力。可弥补浮头式换热器结构复杂的特点，同时又保留换热管束可以抽出，热应力可以消除的优点。
一、U 形管式换热器
U 形管式换热器在换热器中是唯一适用于高温、高压和高温差的换热器
典型的U 形管式换热器结构如下图
二、U 形管式换热器的主要特点
a) U 形换热管的管束可以自由浮动，无须考虑温差应力，可用于大温差场合；
b) 只有一块管板，法兰数量少，泄露点少、结构简单；
c) 可以抽芯清洗管束；
d) 由于U 形管的最小弯曲半径的限制，分程间距宽,因此排管少；
e) 当管内流速太高时，将会对U 形弯管段产生严重的冲蚀，影响寿命。
f) 由于换热管是U 形的，管内清洗困难，故管内介质宜是清洁且不易结垢的物料。
优点：结构简单，只有一个管板，密封面少，运行可靠，造价低；管束可以抽出，管间清洗方便。
缺点：管内清洗比较困难；由于管子需要有一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内层管间距大，壳程易短路；内层管子坏了只能堵塞而不能更换，因而报废率较高。
适用场合：U 型管式换热器适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢，而管程介质清洁不易结垢以及高温、高压、腐蚀性强的场合。一般高温、高压、腐蚀性强的介质走管内，可使高压空间减小，密封易解决，并可节约材料和减少热损失。
三、U 形管式换热器的动画原理如下图
第四章：填料函式的浮头换热器
浮头式换热器的一种改型结构，它把原置于壳程内部的浮头移至体外，用填料函来密封壳程内介质的外泄。结构特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。
一、填料函式的浮头换热器结构如下图
二、填料函式换热器的特点
填料函式换热器（见图2.4）是由管箱、壳体、管束、浮头盖、压盖、密封圈等零部件组成。管
束可抽出，壳体与管束间可自由滑动，从而吸收了壳体与管束壁温而引起的热膨胀。
其特点如下：
a) 管束可抽出机械清洗；
b) 介质间温差不受限制
c) 可用于结垢比较严重的场合；
d) 可用于管程腐蚀较重的场合；
e) 金属耗量较浮头低10% 左右；
f) 适用温度可达200℃，压力可达2.5Mpa。
g) 密封处易漏；
h) 不适用于有毒、易燃、易爆、易挥发及贵重介质场合。
优点：结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价低；管束可从壳体内抽出，管内、管间均能进行清洗，维修方便。
缺点：填料函耐压不高，一般小于4.0MPa；壳程介质可能通过填料函外漏，对易燃、易爆、有毒和贵重的介质不适用。填料函式换热器适用于管、壳壁温差较大或介质易结垢，需经常清理且压力不高的场合。
第五章、带蒸发空间的卧式换热器（或称釜式重沸器）
带蒸发空间的卧式换热器的两种类型；
a) 浮头式或U 形式管束的釜式重沸器结构图如下
b) 固定式管束釜式重沸器
二、带蒸发空间的卧式换热器的特点
釜式重沸器的管程采用浮头式、U 形管式或固定管板式管束，壳程为单斜锥具有蒸发空间的壳体，一般为管程介质加热壳程介质，故管程的温度和压力比壳程的高，但设计压力一般不会高于6.4MPa。
第六章：主要组合部件分类及代号
管壳式换热器的主要组合部件分类及代号
GB151 将管壳式换热器分成前端管箱、壳体和后端管箱（包括管束）三部分，详细分类及代号见
如下图
二、管壳式换热器管箱结构
（本节内容摘选自下图所示书籍）
第一章：管箱的结构形式
管箱的作用是把进入换热器的流体相对均匀地分布到管束的各换热管中，并通过另一端管箱使流体汇集在一起送出换热器。
典型的管箱结构形式见图5.1–1
一、A 型管箱（带法兰平盖的管箱）
A 型管箱可用于单管程和多管程，优点是便于清洗换热器的管程；缺点是管箱盖结构用材较多，当尺寸较大时，需要锻件，故建议A 型管箱宜用于DN≤900mm 的场合。
二、B 型管箱
B 型管箱用于单管程和多管程，优点是结构简单，便于制造；缺点是检修和清洗管程的换热管内时，需将管箱上的接管法兰和设备法兰拆开，并取下整体管箱。
三、C 型管箱
该管箱是多管程换热器的返回管箱。
四、D 型管箱
该管箱用于单管程换热器的进出口管箱。
五、E、F、G 型管箱
E、F、G 型管箱是较典型的高压管箱结构，管箱盖板（或人孔盖板）的常见密封结构如下：
• 金属平垫密封；• 八角垫和椭圆垫密封；• 双锥密封。
• 焊接密封：如膜片式密封、欧米伽环式密封。
设计者应根据工程设计条件，选择相应的密封结构。
第二章：管箱的最小内侧深度
管箱的最小内侧深度 （Lg min）
规定管箱的最小内侧深度，目的是为了使流体均匀流入换热管并减少流动的压力降。
一、管箱最小内侧深度的确定原则：
a）单管程采用轴向接管时，接管中心线上的管箱最小深度应大于或等于接管内径的1/3。
b）多程管箱（侧向接管）时，流经相邻两管程之间的最小流通面积不小于每程换热管流通面积的1.3 倍；当压力降允许时也可等于每程换热管的流通面积。
c）管箱上的各相邻焊缝（如接管或补强圈的角焊缝与B 类焊接接头）的距离，必须大于或等于4倍的管箱圆筒名义厚度，且不小于50mm.
d) 管箱的筒体（短节）长度不宜小于100mm。
注：管箱筒体（短节）的长度不必遵循GB150 圆筒长度不小于300mm 的规定。
二、管箱的最小内侧深度（L g min）计算（按流通面积计算）
第三章：管箱的最大内侧深度
管箱的最大内侧深度（Lg max）
管箱长度，除考虑流通面积，各相邻焊缝间的距离以外还应考虑管箱内件的焊接和清洗。因此，对多管程的管箱，除限制最小内侧深度外，还必须考虑管箱的最大内侧深度。
管箱的最大内侧深度（Lg max）可参照以下方法确定：
a) 在与设备轴线垂直的平面内测得的从焊缝开始和分程隔板或壳体的夹角不小于20°的射线的最大净空距离H(见图5.1–2)。当一个管箱有多个H 值时，应取其中的最小值。
b) 根据H 值由图5.1–3 查得管箱的最大内侧深度Lg max 。
c) 对于能从两端进行隔板焊接的A 型管箱，其最大内侧深度可取由图5.1–2 中所查的L 的两倍。
第六章：管箱平盖
一、管箱平盖的结构型式如图5.1–4 和图5.1–5
a) 图5.1–4 为整体结构的管箱盖，主要用于管箱为碳钢或低合金钢材料的场合。
b) 图5.1–5a 为复合结构的管箱盖，用于管箱为不锈钢或耐蚀合金材料的场合。
c) 图5.1–5b 是采用衬板塞焊的管箱盖，但不适用于真空状态的场合。
二、整体结构管箱盖的有效厚度应等于管箱盖的实际厚度减去管箱腐蚀裕量或管箱腐蚀裕量与分程隔板槽深度的大值。
三、对于复合管箱盖和衬层管箱盖，其复合层或衬层厚度不包括在有效厚度之内。
第七章：管箱分程隔板和管板分程隔板槽
一、分程隔板的最小厚度应不小于表5.1–1 的规定。
二、 当分程隔板两侧压差较大或载荷不稳定有冲击功时，应按GB151-1999 的公式（12）进行校核，当通不过时，应适当增加厚度或改变隔板的结构。
注： GB151-1999 的公式（12）的ΔP 为隔板两侧的压力差值（MPa），该数值难以计算，可取管程进出口的压差值来代替ΔP，但此方法相对较保守。
三、厚度大于10mm 的分程隔板，其密封面处按图12 削边至10mm，见图5.1–6。
三、 为增加刚度，对于大直径管箱的分程隔板可设计成双层结构，见图5.1–7。
五、水平分程隔板上应设排净孔（泪孔），泪孔直径一般取6 mm。
六、分程隔板的布置应根据换热器的排管图确定。常用的分程隔板的布置见图5.1–8。
七、管板上的分程隔板槽
a) 管板的分程隔板槽深度不宜小于4mm，对于缠绕垫片，其槽深宜取5mm。对于兼作法兰的管板，其分程隔板槽的底面应和管板的法兰密封面在同一平面上。
b) 分程隔板槽的宽度应等于分程隔板厚度+2mm，见图5.1–9。
c) 分程隔板槽拐角处的倒角一般为45°，倒角宽度b 近似等于分程垫片的圆角半径R（一般
为10mm）。拐角的另一侧转角半径r 一般取7~8mm。对于四管程或四管程以上的分程隔板槽，其远离中心线的隔板槽拐角处的倒角不宜标注b×45°，应标为b×b，见图5.1–10。
三、管壳式换热器结构 换热管
（本节内容摘选自下图所示书籍）
第一章：换热管概述
一、换热管的推荐定尺长度为1.5，2.0，2.5，3.0，4.5，6.0，7.5，9.0，12.0m。
二、换热管的常用规格见下表5.2–1。
三、换热管的标准
设计者应根据换热器的设计条件（如：压力、温度、介质、材料及设计使用寿命等）选用相应的换热管标准。常用的换热管标准和钢号应符合4.5.2 和4.8 的规定 。
四、U 形换热管
1、 U 形换热管弯管段的弯曲半径
U 形管弯管段的弯曲半径R（见图5.2）应不小于两倍的换热管外径，常用换热管的最小弯曲半径Rmin 按表5.2–2 选取。
一、 换热管的排列形式
换热管标准的排列形式见图5.3–1 和图5.3–2。
a） 三角形排列
三角形排列（包括正三角形排列和转角三角形排列）是最为普遍的排列形式，特别是用在壳程介质较清洁，换热管外不需要清洗的固定管板换热器中。
b） 正方形排列
正方形排列一般多用于需对换热管外进行清洗的浮头换热器和U 形管换热器中。
c） 正三角形排列和转角正方形排列（见图5.3–1 a、d），在传热上称为错列，介质流动时可形成湍流，对传热有利。而转角三角形和正方形排列（见图5.3–1 b、c）在传热上称为直列，介质流动时有一部分是层流，对传热有不利影响。
因此，对于无相变的换热器，因其传热与介质流动状态关系较大。故宜采用正三角形或转角正方形排列。对于有相变的冷凝器，因为传热与介质的流动关系较小，仅与管壁凝液流动方向的关系较大，一般可采用转角三角形和正方形排列。
由上所述，对于无相变的卧式换热器（加热器 冷却器），其折流板的缺口是水平上下布置，换热管属于正三角形排列，见图5.3–2a。
对于有相变的卧式冷凝器，其折流板的缺口是垂直左右布置，换热管属于转角三角形排列，见图5.3–2b。
第三章：换热管的中心距
a）换热管中心距，一般不小于1.25 倍的换热管外径，这是保证管间小桥在胀管时有足够的强度。当采用焊接方式时，管间距可小一些。常用的换热管中心距见表5.3–1。
b）换热器管间需要机械清洗时，应采用正方形排列，相邻两管间的净空距离（S-d）不宜小于6mm，对于外径为10mm、12mm 和14mm 的换热管，其中心距分别不得小于17、19 和21mm；
c） 外径为25mm 的换热管，当用转角正方形排列时，其分程隔板槽两侧相邻的中心距应等于32mm×32mm正方形的对角线长，即Sn = 32 2 mm。
d) 对于多管程排管，见图5.3–3。采用转角正方形布管将很方便，即任意抽调一排管就可布置宽为12mm 的隔板槽。见图5.3–3b。
第四章：排管限定圆直径（DL）
排管限定圆（DL）按表5.3–2 和图5.3–4、图5.3–5 确定。
表中：
b — 见图5.3–4，其值按表5.3–3 选取，mm；
b1 — 见图5.3–4，其值按表5.3–4 选取，mm；
b2 — 见图5.3–4，b2= bn+1.5；
b3 — 固定管板换热器或U 形管换热器管束最外层换热管外表面至壳体内壁的最短距离（见图5.3–5）,b3=0.25d，一般不小于8mm；
bn — 见图5.3–4，垫片宽度，其值按表5.3–4 选取，mm；
DL — 布管限定圆直径，mm；
Di — 圆筒内直径，mm；
D — 换热管外径，mm。
第五章： 换热管与防冲挡板间的距离
换热管外表面与邻近防冲板之间的距离应不小于6mm，对于正三角形排列的换热管中心线与防冲板下表面的距离最大为换热管中心距的
第九章：U 形管换热器的排管方法
图5.3–7 所示的是U 形换热器的几种排管方法
图5.3–7a）是工程设计中最常采用的排管方法，U 形换热管的尺寸规格简单，排列整齐，但是U 形管束由于受弯曲半径的限制，管束中间最里层管间通道宽度（见图5.3–7 中的S1）较大，壳程流体将在此处形成短路，同时排管数量也受到限制。
图5.3–7b）～e）是靠近管板中心线两侧的管子交叉排列方法，其特点如下：
1）保证管板中心线两侧的排管间距（宽度）不至于过大，并满足GB151 的规定；
2）可保证中心线弯管处弯曲半径在允许的弯曲范围之内；
3）可避免壳程流体的短路，且排管数要比图5.3–7a）多，可提高壳程流体有效传热面积；
4）但交叉排列的层数不宜过多。层数过多时，将会缩短直管段的长度而造成换热面积的减少。
换热器排管图参见一下我制作的另外两本书《换热器排管图∅19》《换热器排管图∅25》
一．以上两本书的排管图适用范围
1. 固定管板式换热器；
2. 公称直径：DN159～DN2000 mm；
3. 换热管外径：φ19、φ25 mm；
4. 排管方式：三角形;
5. 折流板类型：弓形；
6. 壳程进口接管处设防冲板。
二. 排管原则和说明
1. 排管图系按附表 H 所列的壳程进、出口接管直径，及在进口处设置防冲板排列的。
注：DN —— 换热器公称直径； dN —— 壳程接管公称直径。
2. 进出口接管处的换热管按对称排列；
3. 图形中的左半部是表示上、下缺边弓形折流板的排列，右半部是表示左、右缺边弓形折流板的排列。图中的虚线表示折流板缺边的位置；切去部分的高度（即弦高）为0.25Di ；
4. 图形上部的双点划线表示防冲板，数字为防冲板的位置和尺寸；
5. 布管限定圆尺寸按固定管板换热器确定的，本排管图管束最外层换热管外表面与壳体内表面的距离为10mm。
三. 本排管图仅供设计者参考，若壳程的进口接管直径与附表I 不同、或不需设置防冲板板时，可在排管图的基础上增加或减少管数，但由于增加或减少管数都只能在壳程进、出口接管部位进行，所以对四管程以上的排管，在增、减管数后，还应验算各程管数的相对误差是否小于或等于10%（最大不超过20%）。
四. 若折流板缺边高度（弦高）不是0.25Di，则可按设计条件和本手册5.6.5.6 叙述的拉杆布置原则，重新布置拉杆的位置。
这里简单放几张布管图，如有需要请移步到《换热器排管图∅19》《换热器排管图∅25》
以上内容为《管壳式换热器结构设计系列丛书》其中三本部分内容精选，《管壳式换热器结构设计系列丛书》共12本，由于微信内容呈现形式受限，需要查看全部内容的七友，请到化工707APP查看全部完整内容。现把全部图书目录放上来，大家根据需求选择查看！
还不是化工707 APP用户？
长按二维码下载！