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摘要：本文在对管壳式换热器基本类型特点及特殊结构分析的基础上，通过三种换热器综合性能的对比，对管壳式换热器在工况允许条件下的结构优选进行了排序，并指出管壳式换热器进一步研究的方向。
关键词：管壳式换热器 结构型式 经济性
管壳式换热器操作适应性广，坚固耐用，可处理壳程压力30MPa、管程压力65MPa以下以及温度为-196～+600℃的物料，采用特殊设计或材料，其操作范围还可扩大。
1 管壳式换热器基本类型
1.1固定管板式换热器
结构简单紧凑，往往是管板兼法兰。适用于管、壳程温差不大或管、壳程温差大，但压力不高，壳程介质干净或虽结垢，但通过化学清洗能清除的场合。
1.2浮头式换热器
管束一端的管板可以自由浮动，不受温差应力的困扰，其结构复杂，内浮头密封困难，锻件多，造价高。维修时可只更换管束，适用于管、壳程温差大但工作压力不超过10MPa的工况，缺点是需要抽出管束。
1.3Ｕ形管式换热器
管束可自由伸缩，只有1块管板，密封面少，可抽芯维修更换。适用场合为管、壳程温差大，高温，高压。壳程需抽芯清洗，管内介质干净或虽会结垢，但通过化学清洗能清除。
1.4填函式换热器
管束可自由伸缩，壳程和管程都可以拆开清洗，结构简单，适用管、壳程温差大工况。耐压、耐温及密封能力差，工作压力不超过4 0MPa，不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质。
1.5釜式重沸器
壳体上部作为蒸汽空间，相当于1块理论塔盘，热源由浮头或Ｕ形管束提供，适用场合为管壳程温差大，压力不受限制，塔底空间较小，汽化率30%～80%，重沸器工艺介质的液相作为产品或分离要求高，但安装空间受限制。用作蒸汽发生器时，对蒸汽品质要求不高。
2 换热管
换热管是管壳式换热器的传热元件，采用高效传热元件是改进换热器传热性能最直接有效的方法。国内已使用的换热管有以下几种。(1)螺纹管 螺纹管也称低翅片管，用光管轧制而成，适用于管外热阻为管内热阻1.5倍以上的单相流及渣油、蜡油等粘度大，腐蚀易结垢物料的换热。(2)Ｔ形翅片管 用于管外沸腾时，可有效降低物料泡核点，沸腾给热系数提高1.6～3.3倍，是蒸发器、重沸器的理想用管。(3)表面多孔管 该管为光管表面形成1层多孔性金属敷层，该敷层上密布的小孔能形成很多汽化中心，强化沸腾传热。(4)螺旋槽纹管 可强化管内物流间的传热，物料在管内靠近管壁部分流体顺槽旋流，另一部分流体呈轴向涡流，前一种流动有利于减薄边界层，后一种流动分离边界层并增强流体扰动，传热系数提高1.3～1.7倍，但阻力降增加1.7～2.5倍。(5)波纹管 为挤压成形的不锈钢薄壁波纹管，管内、外都有强化传热的作用，但波纹管换热器承压能力不高，,管心距大排管少，壳程短路不易控制。
3 管壳式换热器特殊结构
3.1双壳程结构
在换热器管束中间设置纵向隔板，隔板与壳体内壁用密封片阻挡物流内漏，形成双壳程。适用场合：①管程流量大壳程流量小时，采用此结构流速可提高一倍，给热系数提高1.2～1.倍。②冷热物流温度交叉时，单壳程换热器需要台以上才能实现传热，用1台双壳程换热器不仅可以实现传热，而且可得到较大传热温差。
3.2螺旋折流板换热器
螺旋折流板可防止死区和返混，压降较小。物流通过这种结构换热器时温度存在明显的径向变化，故不适用于有高热效率要求的场合。
3.3双管板结构
在普通结构的管板处增加个管板，形成的双管板结构用于收集泄漏介质，防止两程介质混合。
3.4高温高压密封结构
3.4.1金属环垫(八角垫或椭圆垫)
该结构加工简单，密封可靠，但对于大直径、高压加氢换热器金属耗量大、金属垫难以加工且密封不可靠。此种结构适用于压力为6～9MPa直径小于1000ｍｍ的工况。
3.4.2螺纹锁紧环结构
同钢垫圈密封结构相比，其优点为密封可靠性好，金属耗量较少。但机加工件较多，结构复杂，设计计算繁琐，造价昂贵，不能准确排除管壳程间介质内漏，拆卸检修比较复杂。结构见图1。
3.4.3密封盖板封焊型
这种结构具有螺纹锁紧环结构所具备的许多优点，不同的是，它的管箱部分密封是靠在盖板外周上施行密封焊来实现。
3.4.4Ω环密封结构
一种新型高压换热器密封结构，其优点是主螺栓预紧载荷和操作载荷较小，减小了设备法兰与主螺栓的尺寸和质量，拆卸检修方便、密封可靠，制造简单，造价低以及直径、压力、温度适用范围广。其结构见图2。
论文作者:尹玲
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/11/27
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