管壳式换热器详解：多管程与多壳程的巧妙结合

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管壳式换热器，一种巧妙的换热设备，由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等关键部件共同构成。其壳体通常呈现为圆筒形，内部精心布置了管束，而管束的两端则稳固地固定在管板上。在换热过程中，冷热两种流体分别在管内和管外流动，即所谓的管程流体与壳程流体。为增强管外流体的传热效果，壳体内会安装数块挡板，这些挡板能够提升壳程流体的流动速度，并引导流体按照设定的路径多次横向穿越管束，从而增大流体的湍流程度。此外，换热管的排列方式也有讲究，可以采用等边三角形或正方形排列。等边三角形排列虽然紧凑且传热分系数高，但管外清洗相对困难；而正方形排列则更便于清洗，特别适用于易结垢的流体。

流体在管束中每次穿越的路径称为一个管程；而流体在壳体内完成一次完整的循环则称为一个壳程。图示展示了一种基础的换热器设计，即单壳程单管程换热器，简称1-1型换热器。为提升管内流体的流速，可以在管箱两端设置隔板，将所有的传热管划分为若干个独立的组别。这样，流体仅需通过部分管子，并在管束中反复穿梭，从而形成多管程流程。类似地，为增加管外流体的流速，壳体内可以安装纵向挡板，迫使流体多次穿越壳体空间，实现多壳程操作。多管程与多壳程的设计可以灵活结合，以满足特定的换热需求。

由于管壳式换热器内部管内外流体的温度差异，壳体与管束的温度也会有所不同。当这种温差过大时，换热器可能会面临严重的热应力问题，导致管子发生弯曲、断裂，甚至从管板上脱落。因此，当管束与壳体之间的温差超过50℃时，必须采取适当的补偿措施来减轻或消除这种热应力。根据所采用的补偿方式，管壳式换热器主要可分为几种不同的类型。

①固定管板式换热器

其管束两端的管板与壳体紧密相连，结构相对简单。这种设计主要适用于冷热流体温度差异较小，且壳程无需机械清洗的换热操作。若温度差异稍大而壳程压力适中，则可在壳体上安装弹性补偿圈，以有效减轻热应力。

②浮头式换热器

其独特之处在于管束一端的管板设计为自由浮动，从而彻底消除了热应力。此外，整个管束都可以从壳体中轻松抽出，极大地方便了机械清洗和日常检修。尽管浮头式换热器的应用广泛，但其结构相对复杂，造价也相对较高。

③U型管式换热器

其换热管均弯成U形，两端分别固定在同一管板的不同区域，通过管箱内的隔板分隔进出口两室。这种设计同样消除了热应力，且结构较浮头式简单。但需要注意的是，其管程清洗相对困难。

④涡流热膜换热器

采用创新的涡流热膜传热技术，通过巧妙改变流体运动状态来强化传热效果。当介质流经涡流管表面时，强烈的冲刷作用不仅提高了换热效率，更实现了耐腐蚀、耐高温、耐高压以及防结垢的多重功能。与传统的换热器相比，其流体通道设计更为合理，有效降低了换热管表面的绕流现象，从而提高了对流换热系数。