工業(yè)應(yīng)用中*常見的傳熱設(shè)備類型是管殼式換熱器的各種配置。管殼式熱交換器適用于一定范圍的壓力和溫度條件，其堅(jiān)固性足以應(yīng)付腐蝕性甚至致命的流體。

　　殼管式熱交換器的設(shè)計(jì)允許通過管壁在兩個(gè)獨(dú)立的加壓室之間進(jìn)行熱傳遞。該設(shè)計(jì)由一系列管組成，這些管的每一側(cè)都連接到稱為管板的平板上。管板也將交換器的管殼和管殼分開。管外部的擋板引導(dǎo)殼側(cè)流體在管之間來回流動(dòng)，以促進(jìn)熱量傳遞。過程流體可以流經(jīng)外殼或管子一側(cè)，另一側(cè)通常充當(dāng)服務(wù)側(cè)（通常是加熱或冷卻介質(zhì)）。交換器的兩側(cè)也可以有過程流體。

　　對(duì)于大多數(shù)管殼式換熱器，針對(duì)特定過程設(shè)計(jì)換熱器的**步是熱設(shè)計(jì)。在給定工藝條件和傳熱要求的情況下，熱設(shè)計(jì)確定交換器的尺寸，形狀，管的數(shù)量和尺寸，擋板的數(shù)量和擋板的間距等。在此階段考慮的其他因素包括通過交換器的允許壓降，任何空間單元的約束，單元的潛在結(jié)垢以及所提出的設(shè)計(jì)所引起的任何由流動(dòng)引起的振動(dòng)。

　　在通過熱設(shè)計(jì)確定了交換器的尺寸之后，便進(jìn)行了機(jī)械設(shè)計(jì)。該步驟確定所有零件的厚度以及溫度和壓力條件所需的焊接細(xì)節(jié)。

　　管殼式熱交換器有許多不同的配置。每種設(shè)計(jì)都有優(yōu)缺點(diǎn)，這取決于諸如工藝和熱要求，可用空間，財(cái)務(wù)預(yù)算和清潔要求等因素。本文提供了幾種*廣泛使用的配置的信息，并簡(jiǎn)要討論了規(guī)劃和選擇熱交換器配置時(shí)要考慮的一些問題。

　　管狀交換器制造商協(xié)會(huì)（簡(jiǎn)稱TEMA）發(fā)布了一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)建立了管殼式交換器的設(shè)計(jì)，制造，公差，安裝和維護(hù)。該標(biāo)準(zhǔn)和ASME規(guī)范是用于設(shè)計(jì)和制造交換器的主要標(biāo)準(zhǔn)，以及任何適用的客戶規(guī)范。TEMA標(biāo)準(zhǔn)還定義了交換器的類和主要配置樣式。

　　圖1顯示了來自TEMA標(biāo)準(zhǔn)的交換器組件的可用組合。名稱類型分別對(duì)前端，外殼和后端類型使用字母代碼。例如，一種常見的類型是BEM。它的兩端都有螺栓固定的閥帽，固定的管板和單程閥殼部分。另一個(gè)示例是AES型，它具有帶螺栓固定的前通道和可移動(dòng)的蓋，具有單通道外殼和浮動(dòng)的后管板。

　　圖1.來自TEMA標(biāo)準(zhǔn)的此表顯示了交換器組件的可用組合。名稱類型分別對(duì)前端，外殼和后端類型使用字母代碼。

　　直管固定管板式熱交換器

　　直管，固定管板式換熱器類型是*常見且通常*便宜的設(shè)計(jì)。這些熱交換器配置的示例包括BEM，AEL和NEN。

　　這些設(shè)計(jì)的一個(gè)缺點(diǎn)是管束部分不可拆卸。因此，殼側(cè)不容易清洗。如果殼側(cè)流體引起頻繁的結(jié)垢或沉積物堆積，則可能是一個(gè)問題。另一個(gè)缺點(diǎn)是管板是固定的，由于管和殼體之間的熱膨脹差異，會(huì)在單元中產(chǎn)生應(yīng)力。有時(shí)需要使用伸縮縫來減輕這種壓力，但是增加伸縮縫會(huì)增加總成本。

　　當(dāng)需要頻繁清潔管子側(cè)面時(shí)，與BEM型相比，NEN型交換器更為可取。這是因?yàn)樵贜EN換熱器中，可以通過拆下端蓋來接近管端進(jìn)行清潔，而不必?cái)嚅_與入口和出口噴嘴的任何管道連接。

　　決定熱交換器配置時(shí)要考慮的因素

　　·捆綁包是否需要拆卸才能進(jìn)行定期清潔？

　　·管子是否需要直管才能進(jìn)行常規(guī)清潔，或者管子是否可以彎曲成U型？

　　·是否需要在不拆卸任何入口/出口管道的情況下進(jìn)入管端？

　　·管殼和管子側(cè)面的工作溫度有很大差異嗎？

　　·設(shè)備是水平的還是垂直的？

　　·可用于交換器的預(yù)算是多少？

　　可移動(dòng)U型管束類型

　　這些類型的熱交換器的常見示例是BEU，BKU和AEU。由于束是可移動(dòng)的，因此與固定式交換器相比，殼側(cè)可以更徹底地清潔。U型管配置的另一個(gè)好處是，這些管可以隨溫度差異自由伸縮，而不會(huì)在殼體中造成應(yīng)力。這些管甚至可以以不同的速率分別膨脹，而不會(huì)產(chǎn)生任何有害影響。這些設(shè)計(jì)**不需要伸縮縫。如果需要，可以相對(duì)容易地更換捆。

　　選擇這種類型的熱交換器的一個(gè)潛在的缺點(diǎn)是，可能難以清潔管的內(nèi)部，特別是在彎曲部分。不建議使用直徑超過36英寸的可拆卸管束，因?yàn)檫@些管束很重，難以拆卸和安裝。

　　可移動(dòng)捆綁，浮動(dòng)管板類型

　　后端頭P，S，T和W型管殼式換熱器裝有浮動(dòng)式后管板。盡管每種類型提供的設(shè)計(jì)略有不同，但任何浮動(dòng)管板設(shè)計(jì)通常比可移動(dòng)U型管或直管固定管板設(shè)計(jì)的成本更高。

　　但是，可拆裝的，浮動(dòng)的管板設(shè)計(jì)具有優(yōu)勢(shì)。由于它們包括可移動(dòng)的捆，因此清潔和維護(hù)更加容易。管束沒有難以清潔的U形彎頭，可以根據(jù)需要接近管束的殼側(cè)。捆綁包更換也更容易。另外，像U型管束一樣，這些類型允許管束基于熱差而自由膨脹，并且不會(huì)在交換器的其他部分引起應(yīng)力。

　　P型和W型交換器的缺點(diǎn)是它們需要填料密封。這會(huì)導(dǎo)致可靠性問題，因?yàn)檫@些密封件不如墊圈型密封件堅(jiān)固。S和T型包括隱藏的內(nèi)部墊圈，可能難以更改。

　　雙管板類型

　　任何熱交換器的常見故障點(diǎn)之一是管對(duì)管板連接處的泄漏。該接頭的故障可能導(dǎo)致殼體側(cè)的流體泄漏到管側(cè)，反之亦然。在必須避免交叉污染（出于工藝或安全原因）的應(yīng)用中，可以使用雙管板設(shè)計(jì)。

　　雙管板設(shè)計(jì)增加了輔助管板和密封件，以進(jìn)一步分隔交換器的外殼和管側(cè)。管到管板接頭處的任何泄漏在到達(dá)另一側(cè)之前都包含在第二室中。由于管板是交換器中*昂貴的組件之一，因此該選項(xiàng)可能會(huì)大大增加單價(jià)。

　　伸縮縫注意事項(xiàng)

　　在具有固定管板設(shè)計(jì)的熱交換器中，不同的熱膨脹會(huì)在管，管板或殼體中引起過大的應(yīng)力。通常，當(dāng)殼管側(cè)和管壁的工作溫度相差很大時(shí)，就是這種情況。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，重要的是要了解任何預(yù)期工作情況下每一側(cè)流體的預(yù)期工作溫度（包括啟動(dòng)，關(guān)閉或清潔操作期間的溫度）。

　　伸縮縫的兩種主要類型是法蘭通氣和波紋管。法蘭和通氣式為厚壁膨脹節(jié)設(shè)計(jì)。盡管它允許較少的膨脹，但它比波紋管類型耐用得多，并且不太可能泄漏。法蘭和煙道接頭可以串聯(lián)連接，以減輕額外的熱應(yīng)力并允許更大的膨脹。

　　當(dāng)管和殼體之間的膨脹量較大時(shí)，需要波紋管型接頭。這是一種薄壁設(shè)計(jì)，具有多個(gè)卷積以允許擴(kuò)展。由于壁薄，任何輕微的機(jī)械損壞都可能導(dǎo)致泄漏，維修費(fèi)用很高。因此，波紋管型接頭通常配有防護(hù)罩。

　　總之，盡管管殼式換熱器具有各種尺寸，形狀和配置，但幾乎可以滿足任何傳熱要求，都可以生產(chǎn)出具有成本效益的設(shè)計(jì)。盡管這些是*常見的管殼式換熱器類型，但也存在其他類型。通過仔細(xì)考慮換熱器的要求和約束，可以做出明智的決定來**或購(gòu)買任何換熱器。

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