本文将从机合、传热、准则、安排等方面临管壳式换热器的机能特色和讨论发展实行编制梳理，以期为该规模的技能立异供应参考。

　　管壳式换热器紧要由牵制、壳体、管板、收受箱等部件构成。个中，牵制是由数百乃至上千根管子拼装而成的传热元件，管子两头与管板固定相接。壳体包裹正在牵制外部，与牵制之间造成壳程空间。前后收受箱与壳体的进出口相连，指导介质正在管程中滚动[4]。分歧部件的材质、尺寸、排布等直接决断了换热器的机能和利用界限。

　　实行换热的冷热两种流体，一种正在管内滚动，称为管程流体；另一种正在管外滚动，称为壳程流体。为进步管外流体的传热分系数，凡是正在壳体内安设若干挡板。挡板可进步壳程流体速率，迫使流体按划定行程众次横向通过牵制，加强流体湍流水准。换热管正在管板上可按等边三角形或正方形摆列。等边三角形摆列较紧凑，管外流体湍动水准高，传热分系数大；正方形摆列则管外洗刷容易，合用于易结垢的流体。

　　流体每通过牵制一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。图示为最简陋的单壳程单管程换热器。为进步管内流体速率,可正在两头管箱内筑立隔板，将整体管子均分成若干组。云云流体每次只通过个别担子，所以正在牵制中往返众次，这称为众管程。同样，为进步管外流速，也可正在壳体内安设纵向挡板，迫使流体众次通过壳体空间，称为众壳程。众管程与众壳程可配合运用。

　　2、常睹类型依据牵制与壳体的相接形式，管壳式换热器可分为固定管板式、浮头式、U型管式等类型[5]。（1）固定管板式管子两头与管板刚性相接，管板与壳体固定。机合简陋，筑制容易，但牵制易受热应力影响。合用于管壳温差小于50℃的旧例工况。

　　一端管板与壳体可自正在滑动，减小了热应力。进出口均设正在壳体一侧，检修容易。但机合杂乱，本钱较高。合用于高温高压、大温差工况。

　　管子弯曲成U形，管板固定正在壳体一端。牵制可自正在伸缩，受热应力小。但换热面积率低，洗刷未便。合用于干净度央浼高、压差大的形势。另外，依据壳程流体的滚动形式，还可分为单程流、众次轮回流等类型[6]。分歧类型的优纰谬和合用界限如外1所示。

　　釜式换热器机合特色是正在壳体上部筑立相宜的蒸发空间，同时兼有蒸汽室的影响。牵制可认为固定管板式、浮头式或U 型管式。釜式换热器洗刷维修容易，可解决不明净、易结垢的介质，并能承袭高温、高压。它合用于液-汽式换热，可举动最简机合的废热汽锅。（1）固定管板式：机合简陋，筑制容易 易受热应力影响 温差小于50℃。（2）浮头式 ：适宜热应力，检修容易 机合杂乱，本钱高 高温高压、大温差。（3）U型管式：受热应力小，干净度高 换热面积率低，不易洗刷 高压差、干净度央浼高。

　　3、传热机理3.1壳程传热壳程流体正在牵制外滚动时，按序掠过每排管子，造成杂乱的三维流场和温度场。影响壳程传热的身分紧要有雷诺数、管排布形式、折流板数目等[7]。雷诺数越大，湍流强度越高，对流换热系数越大。管排布形式征求三角形和四方形两种，个中三角形陈设的紊流效应更强。折流板可正在壳程造成众次交叉滚动，加强传热但也弥补了压降。为了定量刻画壳程传热系数，古人提出了众种联系式。个中，Bell-Delaware法是目前运用最通俗的本事，该本事引入了流量分派因子、雷诺数修改因子等参数，合用界限广但企图杂乱[8]。Kern法规基于管壳均匀温差和壳程当量直径，给出了简化的联系式，但难以反响个别分别[9]。另外，Flow-Stream法、Wills-Johnston法等也各有特色。工程安排时，可依据精度央浼和企图要求，合理选用传热企图本事。

　　3.2管程传热管程流体正在管内以准一维滚动为主，传热款式以对流为主，机理相对简陋。当雷诺数大于10000时，湍流满盈进展，传热系数可用Dittus-Boelter方程企图[10]；当雷诺数小于2000时，层流占主导，可用Sieder-Tate方程企图[11]。针对层流和湍流的过渡区，Gnielinski方程给出了较为精确的联系式[12]。值得贯注的是，因为粘度和导热系数随温度蜕化，正在企图时需引入壁面温度修改因子。

　　3.3加强传热为进一步进步管壳式换热器的传热功效，可选取众种加强传热要领。常睹的有：螺旋折流板可惹起旋流效应；纵向肋片管可增大传热面积；插入式扰流元件可毁坏畛域层；脉动滚动可周期性地改善壁面[13]。这些要领正在加强传热的同时，也分歧水准地弥补了压降和本钱。以是，现实运用时需兼顾分身，量度利弊。大凡而言，正在传热系数央浼高、压降影响小的形势，采用加强传热要领更具经济性。

　　4、机合及筑制准则4.1邦际准则TEMA（美邦管壳式换热器筑制商协会）准则是环球公认的管壳式换热器安排和筑制的巨子准则，已被100众个邦度采用[14]。该准则划定了换热器的机合类型、尺寸公差、资料选用、焊接工艺、磨练试验等各个方面的技能央浼。比如，正在公差方面，管孔中央距公差不得进步±0.8mm，管孔直径公差不得进步±0.4mm等。除TEMA准则外，ASME（美邦呆滞工程师学会）、API（美邦石油学会）等结构也颁发了干系准则，分手针对压力容器、石化行业等特定例模的管壳式换热器给出了安排筑制样板[15]。这些行业准则与TEMA准则既有互补，又有分别，安排时需视简直情景而定。

　　4.2邦内准则我邦近年来正在管壳式换热器准则化方面博得了长足发展，已造成了较为美满的准则编制。GB151、GB/T 151分手给出了管壳式换热器的机合型式和筑制央浼[16]；JB/T 4746划定了石化行业固定管板式换热器的技能要求；NB/T 47011真切了电站凝汽器用管壳式换热器的安排规矩[17]。这些准则的制订，为我邦管壳式换热器的安排、临盆、磨练供应了凭据，促使了行业的样板化进展。下一步，亟需强化邦外里准则的对接与谐和，踊跃插手TEMA等邦际准则的修订，促使中邦准则走向天下。同时，还应针对新工艺、新资料、新场景，实时制修订干系准则，引颈行业技能进取。

　　5、安排酌量身分5.1众相流当换热器内产生相变（如冷凝、欢喜）或解决不互溶液体（如油水）时，会造成气液、液液众相流。众相滚动的传热机理杂乱，旧例安排本事难以合用。比如，看待水准管内冷凝，分歧流型下的液膜厚度和传热系数分别很大，选拔符合的联系式至合厉重[18]。又如，管壳式重沸器内油水两相流的分散极不匀称，需采用三维数值模仿等权术优化安排[19]。以是，对众相流换热器的安排，应针对其特定的滚动和传热特色，合理选拔和修改企图模子。5.2大温差当管壳两侧介质的进出口温差很大（如大于100℃）时，易惹起紧要的热应力题目。安排时需核心酌量：合理选拔管板和牵制的资料，进步其抗热疲顿机能；采用浮头式、U型管等应力自适宜机合款式；正在壳程筑立众层折流板，减小进出口温差[20]。需要时，还可正在管程分段筑立隔板，消重个别温差。选取这些要领，可有用防御大温差要求下的热应力失效。

　　正在超临界压力下，流体的物性参数热烈蜕化，给换热器的安排带来挑衅。以超临界二氧化碳为例，正在近临界点邻近，其比热容和导热系数显示热烈的拟lambda峰，个别热流密度极高，而压降却很小[21]。安排此类换热器时，需采用细致的物性企图本事，并对传热联系式实行修改。同时，正在管途陈设上也要避免个别过热或压降过大。目前，超临界换热器的安排尚缺乏团结样板，仍是一个有待深化讨论的目标。

　　5.4腐化和结垢腐化和结垢是影响管壳式换热器机能和寿命的紧要身分。安排时应试虑：优选管材和壳体资料，进步其耐腐化性；合理掌握流速，节减冲洗和冲蚀；需要时正在管程到场缓蚀剂，正在壳程投加阻垢剂；按期实行正在线或离线]。看待腐化性很强的介质，还可采用涂塑或衬里等防护要领。优越的防腐和防垢安排，可明显耽误换热器的利用周期，消重庇护本钱。

　　[4] 蒋智亮,夏清.管壳式换热器安排[M].北京:呆滞工业出书社,2013.

　　[16] 中华公民共和邦邦度质料监视磨练检疫总局,中邦邦度准则化打点委员会.GB/T 151—2014管壳式热调换器[S].北京:中邦准则出书社,2014.

　　[17] 中华公民共和邦邦度质料监视磨练检疫总局,中邦邦度准则化打点委员会.NB/T 47011—2015火力发电厂凝汽器及干系开发技能要求[S].北京:中邦准则出书社,2015.