3.1.2 管板
3.1.3 管箱 3.1.4 管束分程 3.1.5换热管与管板连接
3.1.1 管束（ tube bundle ）
光管
换热管型式 翅片管（在给热系数低侧 螺旋槽管 螺纹管 φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm无缝钢管
强化传热管
换热管尺寸
φ25×2和 φ38×2.5mm不锈钢管 标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等
换热管材料
碳素钢
低合金钢
石墨
金属材 料
不锈钢 铜 铜镍合金 铝合金 钛等
非金属 材料
陶瓷
聚四氟乙烯等
二、横向流中的管束
在管束中，通常管子按左
图所示的正三角形，转角正
三角形、正方形、转角正方
形等四种形式排列。其排列
角依次为３０°、６０°、 ９０°与４５°。正方形排 列的管束也称顺列管束，其
小管径
单位体积传热面积增大、结构紧凑 金属耗量减少、传热系数提高 阻力大，不便清洗，易结垢堵塞 用于较清洁的流体
大管径
粘性大或污浊的流体
在可以允许的范围内，优先选用较小管径；
管子数目的选择取决于流体流量和允许的压 力降；应该 将管内的流速处于推荐的速度范围内
正确选择高压换热器用换热管标准 建议采用JB/T10523-2005（管壳式换热器用横槽换热管 ）标准，不选择GB6479-2000（高压化肥设备用无缝钢 管）标准。因为进行设备水压试验时，如果其试验水压超 过20MPa时，所采用的换热管能够承受设备水压试验压力 值的压力，如果依据GB6479-2000 标准而采购换热管时 ，如果没有特殊的说明，则会使采购的换热管虽然在说明 上能够符合该试验的最大压力，但是在实际使用的过程中 ，由于换热管无法承受试验水压最大压力值致使事故现象 屡屡发生。因此，在设计时不建议选择GB6479-2000标 准。
Qust ——管壳式换热器设计
40
3.1.3 管箱
管箱是由封头、管箱 短节、法兰连接、分程 隔板等组成。增加短节
的目的是保证管箱有必
要的深度安放接管和改
善流体分布。
图 3-6 管箱结构
管箱结构（a）
特点：清洗要拆除管线
隔板
适用场合：适用于于较 隔 清洁的介质
箱
图 3-7管箱结构（a）
(a) (a)
管子排列方式
它三种统称为错列管束。
流体进入管束前的主流速度为ｖｏ，在管子 之间间隙处的流速为ｖ，为便于计算，两者 间的关系示于下表。
管间隙中的流速ｖ表
排列形式 正三角形 转角三角形 正方形 转角正方形
排列角 30° 60° 90° 45°
v/(m/s)
P P - d 0 3P 0 （ 2 P - d） P P - d 0 P （ 2 P - d） 0
挠性薄管板结构
（1）法兰与壳程流体 不接触； （2）管板与壳体有过 渡圆弧，可以减少管 板边缘的应力集中； 而且壳体很薄，所以 管板具有一定的弹性 ，可以缓冲管束与壳 体之间的热膨胀。 缺点：加工复杂。
2015-4-12
（d）
Qust ——管壳式 34 换热器设计
过程设备设计
椭圆形管板
以椭圆形封头作为管板，与换热器壳体焊接在一起。 受力情况比平管板好得多，可以做得很薄，有利于降 低热应力；适用于高压、大直径的换热器。
最大布管圆直径应在 GB151-1999 所规定范 围内。 DL=Di-2b3 、B3=0.25d 一般不小于8mm
固定管板和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为0.25d（d——换 热管外径），且不宜小于8mm。 DL=Di-2b3 b3=0.25d一般不小于8mm。 浮头式换热器从结构上考虑。
(b) （b ）
管箱结构（b）
隔板 箱盖
（1）
特点 管板
隔板
1. 清洗时不要拆除管线 箱盖 （2） 2. 用材较多
(b) 图 3-7 管箱结构（b）
（b）
(c) (c)
管箱结构（c）
隔板
）
管板 隔板
2）
箱盖
避免管箱和管板连 接处的泄漏，检查、 清洗不方便，很少使 用。
图 3-7管箱结构（c）
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差应力）的前提下，应尽量减少管板的厚度。 Qust ——管壳式换热器设计
30
相对于GB151-1999、
薄管板式换热器
TEMA计算所得的厚度要 薄得多的管板，一般厚度 为8-20mm；主要有以下 的几种形式； 贴面式（德国）：管板 焊在设备法兰密封面上 （图a），当管程为腐蚀 性介质时，由于密封槽开 在管板上，法兰不用采用 耐腐蚀材料。
管壳式换热器的结构设计 及强度分析 (二)
保定金能公司
3、管壳式换热器的结 构设计
管壳式换热器的主要零部件
管程——与管束中流体相通的空间 壳程——换热管外面流体及相通空间
管程
壳程
图3-1 管壳式换热器结构图
管程
（ a) BEM立 式 固 定 管 板 式 换 热 器
3.1管程结构
3.1.1 管束
过程设备设计
（ c）
焊入式（原上海医药设计院）：管板焊在
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壳体上（图c）。壳程有腐蚀性介质时，法 兰不与其接触，不需采用耐腐蚀材料，而 且管板离开了法兰，减小了法兰力矩对其 的影响。同时管板与刚度较小的筒体相连 ，有助于减少管板的边缘应力。 Qust ——管壳式
33 换热器设计
过程设备设计
• 介质流经折流板缺口是垂直正对换热管，冲刷换 热管外表面，传热学上称为错列，介质流动时形 成湍流，对传热有利。因此，对无相变的换热器， 因其传热与介质流动状态关系较大，宜采用正三 角形排列。正三角形排列用于壳程介质较清洁， 换热管外不需清洗。
2015-4-12 Qust ——管壳式换热器设计
15
可以参阅相关的文献。
目前大多数采用ANSYS软件进行设计。
2015-4-12 Qust ——管壳式换热器设计
38
双管板间间距的确定：
（1）采用双管板结构时，一方面由于制造钻孔的原因，两 管板间产生管孔错位，另一方面两管板的不同温度，会 产生不同的膨胀或冷缩，管板的径向变化也不同，这时 管板对换热管产生横向剪力和弯曲力，影响换热管与管 板连接处的强度及严密性，导致泄漏现象的发生。
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36
2 2
用于严格禁止管程
3 3
4 4
ห้องสมุดไป่ตู้与壳程介质互相混
合的场合。
方法
从短节排出；短节圆筒 充入高于管程、壳程压 力的惰性介质。
图3-5 双管板结构 1—空隙 2—壳程管板3—短节 4—管程管板
1 1
双管板换热器的管箱壳体、封头、壳程壳体、 管箱法兰及开孔补强的设计计算与普通固定 管板式换热器相同，关键是管程侧管板和壳 程侧管板强度的计算。 GB151没有计算方法； 可按照单板计算，结果偏安全； 内外管板厚度可以不一样；
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Qust ——管壳式 35 换热器设计
当换热器两程之间的物料相混合，将会产生以下严重后 果时，就会采用双管板式换热器： （1）腐蚀：管程和壳程的介质不接触时没有腐蚀发生，一旦 两种介质发生接触混合后，会导致设备严重腐蚀； （2）环境保护：若一程为极度危害介质，渗透至另外一程时， 引起其极度危害介质大面积的波及，如波及到冷却系统及 加热系统等； （3）安全方面：当两种介质相混合后，会产生燃烧或爆炸； （4）产生反应：当一种介质与另一种介质接触后，使一种介 质化学反应受到限制，或不产生反应，或两种介质接触后 发生聚合或生成树脂状物质； （5）催化剂中毒：当一种介质与另一种介质接触后，造成催 化剂性能改变或化学反应。 （6）产品不纯：当一种介质与另一种介质接触后，可能会污 染产品，使产品质量下降。
流体无腐蚀性或有轻微腐蚀性时，管板采用压力容
器用碳素钢或低合金钢板或锻件制造；
腐蚀性较强时，用不锈钢、铜、铝、钛等材料，为 经济考虑，采用复合钢板或堆焊衬里。
高压换热器的管板与管箱壳体的连接一般不采用
法兰连接，而是将管板和管箱对接焊接或锻成一 体，目的是防止泄漏。
当处理高压腐蚀性介质时，管板应采用复合管板，
2015-4-12 Qust ——管壳式换热器设计
（a）
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过程设备设计
镶平式（原苏联
ГОСТ标准）：管板焊 在设备法兰内，并将 表明车平（图b）。不 管管程或者壳程有腐 蚀性介质，法兰都需 采用耐腐蚀材料，而 且管板受法兰力矩影 响较大。
图 薄管板结构形式
（b）
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Qust ——管壳式 32 换热器设计
（2）由于两块管板间的管束不能用于传热，过大的间距会 浪费管子的表面积。
（3）液压胀管器的胀杆长度。
（4）两块管板间距能够保证在管壳程压力试验和气密性试 验时，用于观察检漏的最小空间。
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Qust ——管壳式换热器设计
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假设换热管为内管板固定的柱
（如图所示），确定间距G
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质较脏，换热管外需清洗场合。
2015-4-12 Qust ——管壳式换热器设计
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原则
无论哪种排列都必须在管束周围的弓形空间 尽可 能多布管→传热面积↑，且可防壳程流体短路。
管心距:保证管子与管板连接时，管桥有足够的强度和刚度
影响因素
清洗难易 传热效果
结构紧凑性
取值：t≥1.25d0 (保证管桥强度和清洗通道)
2015-4-12 Qust ——管壳式换热器设计
7
螺纹管
螺纹管外表面积，一般可为光管外表面积 的2～2.5倍。螺纹管使用在管外结垢比较严 重的场合，当有脆硬的结垢发生时，往往 沿着翅片的边缘形成平行的垢，当温度发 生变化会引起管子伸缩，使垢自行脱落， 重新露出翅片金属。 不适用于固体粉尘含量较高或易结焦的场合