管壳式换热器培训资料

第⼗章管壳式换热器第⼗章管壳式换热器第⼀节管壳式换热器基本知识【学习⽬标】学习GB151-1999《管壳式换热器》，了解该标准适⽤范围及相关定义、规定。

了解管壳式换热器型号表⽰⽅法。

⼀、GB151《管壳式换热器》标准适⽤范围GB151-1999《管壳式换热器》标准规定了⾮直接受⽕管壳式换热器（已下简称“换热器”）的设计、制造、检验和验收的要求。

GB151-1999《管壳式换热器》1 “范围”⼆、换热器型号表⽰⽅法GB151-1999《管壳式换热器》标准第3章“总则”中，规定了换热器型号的表⽰⽅法。

1、换热器的主要组合部件（GB151图1）图10-1 AES、BES浮头式换热器1-平盖；2-平盖管箱（部件）；3-接管法兰；4-管箱法兰；5-固定管板；6-壳体法兰；7-防冲板8-仪表接⼝；9-补强圈；10-壳体（部件）；11-折流板；12-旁路挡板；13-拉杆；14-定距管；15-⽀持板；16-双头螺柱或螺栓；17-螺母；18-外头盖垫⽚；19-外头盖侧法兰；20-外头盖法兰；2、换热器型号的表⽰⽅法采⽤碳素钢、低合⾦钢冷拔钢管做换热管时，其管束分为Ⅰ、Ⅱ两级：Ⅰ级管束——采⽤较⾼级、⾼级冷拔钢管；Ⅱ级管束——采⽤普通级冷拔钢管。

⽰例：a ）浮头式换热器平盖管箱，公称直径500mm ，管程和壳程设计压⼒均为1.6MPa ，公称换热⾯积54m 2，碳素钢较⾼级冷拨换热管外径25mm ，管长6m ，4管程，单壳程的浮头式换热器，其型号为：4256546.1500----AES Ⅰ b ）固定管板式换热器封头管箱，公称直径700mm ，管程设计压⼒2.5MPa ，壳程设计压⼒1.6MPa ，公称换热⾯积200m 2，碳素钢较⾼级冷拨换热管外径25mm ，管长9m ，4管程，单壳程的固定管板式换热器，其型号为：42592006.15.2700----BEM Ⅰ c ）U 形管式换热器封头管箱，公称直径500mm ，管程设计压⼒4.0MPa ，壳程设计压⼒1.6MPa ，公称换热⾯积75m 2，不锈钢冷拨换热管外径19mm ，管长6m ，2管程，单壳程的U 形管式换热器，其型号为：2196756.10.4500----BIU f ）填料函式换热器平盖管箱，公称直径600mm ，管程和壳程设计压⼒均为1.0MPa ，公称换热⾯积90m 2，16Mn 较⾼级冷拨换热管外径25mm ，管长6m ，2管程，2壳程的填料函浮头式换热器，其型号为：22256900.1600----AFP Ⅰ三、换热器部分定义及规定GB 151标准许多定义和规定是与GB 150⼀致的，以下内容摘录了⼀部分不同于GB 150的规定。

GB151-1999 管壳式换热器GBl51―1999《管壳式换热器》规定了管壳式换热器在设计、制造、检验要求。

1 GBl51适用范围1.1 适用参数GBl51规定了标准的适用参数范围见表1.1。

表中同时列出了国外常用管壳式换热器的标准。

表1.1 适用参数范围标准DN (mm) PN (MPa) DN·PN 注GB 151 ≤2600 ≤35 ≤17500 （1）TEMA ≤2540（100”）≤20.684（3000psi）≤17500（100000）（2）ASMEⅧⅠ没有具体参数规定，主要提供了U型和固定管板的设计计算规则。

UHX篇API660ISO 16812 没有具体参数规定，体现用户对换热器的要求。

（1）GB 151中1.2：超出上述参数范围的换热器也可参照本标准进行设计与制造。

（2）TEMARCB-1.11 规定这些参数的意图是限定壳壁最厚约为3（76mm）、双头螺栓的最大直径为4″（102mm）。

是对换热器制造商的要求。

（3）上述各标准，均适用于固定、U形、浮头、填函式换热器。

（4）TEMA将换热器按使用场所分为三级，“R”---用于石油及一般工艺过程的严格要求场合；“C”---用于工业及一般工艺过程的中等要求场合；“B”---用于化工过程场合标准限定最大设计参数范围是为了避免过于笨重的、结构上的不合理设计。

对于超出上述参数范围的换热器，特别是工程中可能遇到的中、低压大直径(超过DN2600mm)换热器，作为设备整体在结构尺寸合理设计的前提下完全可以应用标准给出的设计原则。

对于管壳式换热器的关键零部件管板的设计计算，GB 151对管板进行了尽可能详尽的力学分析，从本质上讲可以认为就是一种分析设计方法，只是为了能够利用图表公式进行计算在公式推导过程中作了某些简化和结构参数的限定，完全可以用于更大设计参数的管板设计。

仅对管板等个别零部件进行应力分析计算并不等于对换热器进行“应力分析设计”。

管壳式换热器 GB151-1999一.适用范围1.型式固定——P t 、P S 大，△t 小 浮头、U 形——P t 大，△t 大一般不用于MPa P D 5.2>，易燃爆，有毒，易挥发和贵重介质。

结构型式：外填料函式、滑动管板填料函、双填料函式（径向双道）2.参数41075.1,35,2600X PN DN MPa P mm D N N ≤⨯≤≤。

参数超出时参照执行。

D N :板卷按内径，管制按外径。

3.管束精度等级——仅对CS ，LAS 冷拔换热管Ⅰ级——采用较高级，高级精度（通常用于无相变和易产生振动的场合）Ⅱ级——采用普通级精度 （通常用于再沸，冷凝和无振动场合）不同精度等级管束在换热器设计中涉及管板管孔，折流板管孔的加工公差。

GB13296不锈钢换热管，一种精度，相当Ⅰ级；有色金属按相应标准。

4.不适用范围受直接火焰加热、受核辐射、要求疲劳分析、已有其它行业标准（制冷、造纸等）P D＜0.1MPa或真空度＜0.02MPa+二．引用标准1.压力容器安全技术监察规程——监察范围，类别划分*等按管、壳程的各自条件划类，以其中类别高的为准，制造技术可分别要求。

壳程容积不扣除换热管占据容积计，管程容积=管箱容积+换热管内部容积。

壳程容积=内径截面积X管板内侧间长度。

2. GB150-1998《钢制压力容器》——设计界限、载荷、材料及许用应力、各受压元件的结构和强度计算。

3.有关材料标准。

管材、板材、锻件等4.有关零部件标准。

封头、法兰（容器法兰、管法兰）紧固件、垫片、膨胀节、支座等三．设计参数1.有关定义同GB1502.设计压力Mpa分别按管、壳程设计压力，并取最苛刻的压力组合（一侧为零或真空）。

管板压差设计仅适用确能保证管、壳程同时升降压，如1）自换热 2）Pt P s均较高，操作又能绝对保证同时升降压。

3．设计温度℃0℃以上，设计温度≥最高金属温度。

0℃以下，设计温度≤最低金属温度。

换热器培训教程一、换热器的概述换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备。

简单来说，它的作用就是将热量从一种流体传递到另一种流体，以满足工艺需求或实现能源的有效利用。

换热器在工业生产中的应用非常广泛，比如化工、石油、制药、食品、动力等众多领域。

它不仅能够提高能源的利用效率，降低生产成本，还能在一些工艺过程中起到关键的作用，如加热、冷却、冷凝、蒸发等。

二、换热器的类型换热器的种类繁多，常见的有以下几种：1、板式换热器板式换热器由一系列具有一定波纹形状的金属板片叠装而成。

板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。

它的优点是传热效率高、结构紧凑、占地面积小、重量轻，但也存在密封垫片容易老化、工作压力和温度受限等缺点。

2、管壳式换热器管壳式换热器由壳体、管束、管板、封头、折流挡板等组成。

一种流体在管内流动，另一种流体在壳程内流动，通过管壁进行热量交换。

这种换热器结构坚固、可靠性高、适应性强，能承受高温高压，但传热效率相对较低，占地面积较大。

3、螺旋板式换热器螺旋板式换热器由两张平行的金属板卷制而成，形成了两个螺旋形通道。

冷热流体在通道内逆向流动进行换热。

它的优点是结构紧凑、传热效率高，但制造难度较大，维修不太方便。

4、热管换热器热管换热器利用热管内工质的蒸发和冷凝来传递热量。

热管具有极高的导热性能，能够在很小的温差下传递大量的热量。

这种换热器具有传热效率高、结构简单等优点，但成本相对较高。

5、空气冷却器空气冷却器是以空气作为冷却介质，使高温流体得到冷却。

它常用于石油化工等领域中对高温气体的冷却，具有节水、节能等优点。

三、换热器的工作原理无论哪种类型的换热器，其工作原理都是基于热量传递的三种基本方式：热传导、热对流和热辐射。

热传导是指由于物体内部或物体之间存在温度差，使得热量从高温处向低温处传递的现象。

在换热器中，通过固体壁面（如管壁、板壁等）的传热就属于热传导。

热对流是指由于流体的宏观运动，使得流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。

第十七章管壳式换热器（shell and tube heat exchange）本章重点讲解内容：（1）熟悉管壳式换热器的整体结构及其类型；（2）熟悉主要零部件的作用及适用场合；（3）熟悉膨胀节的功能及其设置条件。

第一节总体结构管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备。

它具有结构简单、坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点，应用最为广泛，在换热设备中占据主导地位。

管壳式换热器是把换热管束与管板连接后，再用筒体与管箱包起来，形成两个独立的空间。

管内的通道及与其相贯通的管箱称为管程（tube-side）；管外的通道及与其相贯通的部分称为壳程（shell-side）。

一种流体在管内流动，而另一种流体在壳与管束之间从管外表面流过，为了保证壳程流体能够横向流过管束，以形成较高的传热速率，在外壳上装有许多挡板。

以下结合不同类型的管壳式换热器介绍其相应的总体结构。

1、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。

图1 固定管板换热器结构示意图优点：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。

2、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。

图2 浮头式换热器结构示意图优点：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。

管壳式换热器 GB151-1999一.适用范围 1.型式固定——P t 、P S 大，△t 小浮头、U 形——P t 大，△t 大*一般不用于MPa P D 5.2>，易燃爆，有毒，易挥发和贵重介质。

结构型式：外填料函式、滑动管板填料函、双填料函式（径向双道） 2.参数41075.1,35,2600X PN DN MPa P mm D N N ≤⨯≤≤。

参数超出时参照执行。

D N :板卷按内径，管制按外径。

3.管束精度等级——仅对CS ，LAS 冷拔换热管Ⅰ级——采用较高级，高级精度（通常用于无相变和易产生振动的场合） Ⅱ级——采用普通级精度 （通常用于再沸，冷凝和无振动场合） 不同精度等级管束在换热器设计中涉及管板管孔，折流板管孔的加工公差。

GB13296不锈钢换热管，一种精度，相当Ⅰ级；有色金属按相应标准。

4.不适用范围受直接火焰加热、受核辐射、要求疲劳分析、已有其它行业标准（制冷、造纸等）P D ＜0.1MPa 或真空度＜0.02MPa+二．引用标准1.压力容器安全技术监察规程——监察范围，类别划分*等*按管、壳程的各自条件划类，以其中类别高的为准，制造技术可分别要求。

*壳程容积不扣除换热管占据容积计，管程容积=管箱容积+换热管内部容积。

壳程容积=内径截面积X管板内侧间长度。

2. GB150-1998《钢制压力容器》——设计界限、载荷、材料及许用应力、各受压元件的结构和强度计算。

3.有关材料标准。

管材、板材、锻件等4.有关零部件标准。

封头、法兰（容器法兰、管法兰）紧固件、垫片、膨胀节、支座等三．设计参数1.有关定义同GB1502.设计压力Mpa分别按管、壳程设计压力，并取最苛刻的压力组合（一侧为零或真空）。

管板压差设计仅适用确能保证管、壳程同时升降压，如1）自换热 2）Pt P s均较高，操作又能绝对保证同时升降压。

3．设计温度℃0℃以上，设计温度≥最高金属温度。

0℃以下，设计温度≤最低金属温度。

换热器培训教程一、引言换热器是工业生产过程中重要的热能交换设备，广泛应用于石油、化工、制药、食品、电力等领域。

换热器的设计、制造、安装和维护对企业的生产效率和经济效益具有重要影响。

为了提高换热器操作人员的技术水平，本教程将详细介绍换热器的工作原理、类型、选型、维护等方面的知识，帮助学员更好地理解和掌握换热器的操作技能。

二、换热器的工作原理换热器是利用两种不同温度的流体之间的热量交换来实现热量传递的设备。

其工作原理是利用流体的温差作为驱动力，通过传热表面的热量传递，使高温流体降温，低温流体升温。

换热器主要由壳体、管束、管板、法兰等组成。

流体在管内流动，通过管壁与壳程流体进行热量交换，完成热能的传递。

三、换热器的类型及选型1.管壳式换热器：管壳式换热器是应用最广泛的一种换热器，由壳体、管束、管板、法兰等组成。

根据管程和壳程的流体流动方式，可分为顺流、逆流、错流等形式。

2.板式换热器：板式换热器由一系列波纹形板片组成，板片之间形成流道，流体在板片间流动进行热量交换。

板式换热器具有传热效率高、占地面积小、清洗方便等优点。

3.空气冷却器：空气冷却器是利用空气作为冷却介质，对流体进行冷却的设备。

其主要由散热器、风机、电机等组成。

空气冷却器适用于高温、高压、腐蚀性等特殊工况。

4.螺旋板式换热器：螺旋板式换热器由两张波纹形板片相互缠绕而成，形成一系列螺旋形流道。

流体在螺旋形流道内流动，实现热量交换。

螺旋板式换热器具有结构紧凑、传热效率高等优点。

5.热管换热器：热管换热器利用热管技术，将热源和热汇之间的热量传递。

热管内部充满工作介质，在热源处蒸发，在热汇处凝结，实现热量传递。

热管换热器具有传热效率高、等温性好等优点。

1.流体的性质：包括流体的温度、压力、流量、粘度、密度等。

2.工艺要求：包括换热器的传热效率、压降、结构形式等。

3.设备成本：包括换热器的制造成本、安装成本、运行成本等。

4.使用寿命：换热器的材料、制造工艺、维护保养等。