列管換熱器（Shell and Tube Heat Exchanger）是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的換熱設(shè)備之一，通過管程與殼程內(nèi)的兩種不同溫度流體進(jìn)行熱量交換，實(shí)現(xiàn)加熱、冷卻、冷凝或蒸發(fā)等工藝目的。其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、適應(yīng)性強(qiáng)，可處理多種介質(zhì)（包括高溫、高壓、腐蝕性流體），在化工、石油、電力、制藥等領(lǐng)域占據(jù)重要地位。
列管換熱器的核心結(jié)構(gòu)由管束、殼體、管板、封頭、折流板等部件組成，各部分功能如下：
-
管束：由多根金屬管（稱為換熱管）組成，是熱量交換的核心區(qū)域。管子兩端固定在管板上，形成管程通道，管內(nèi)流動(dòng)的流體稱為 “管程流體”。
-
材質(zhì)：根據(jù)介質(zhì)腐蝕性、溫度壓力選擇，如碳鋼（適用于無腐蝕、中低壓）、不銹鋼（304/316，耐腐蝕性較強(qiáng)）、鈦合金（強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)）、銅（高導(dǎo)熱性，適用于低溫?fù)Q熱）等。
-
規(guī)格：常見管徑 10-50mm，長度 1-12m，管子排列方式有正三角形（提高傳熱效率）、正方形（便于清洗）等。
-
殼體：通常為圓柱形壓力容器，包圍管束，殼體內(nèi)流動(dòng)的流體稱為 “殼程流體”，與管程流體通過管壁進(jìn)行熱交換。
-
管板：位于殼體兩端，用于固定管束，同時(shí)分隔管程與殼程流體，防止串流。管板與殼體、換熱管的連接需保證密封（如焊接或脹接）。
-
封頭：安裝在管板外側(cè)，形成管程的進(jìn)出口通道，可設(shè)計(jì)為單程（流體一次通過管束）或多程（通過隔板將管束分為多段，流體多次折返流動(dòng)，延長換熱時(shí)間）。
-
折流板：安裝在殼體內(nèi)，垂直于管束，作用是改變殼程流體的流動(dòng)方向，增加湍流程度，提高傳熱效率，同時(shí)支撐換熱管（防止振動(dòng)或彎曲）。常見形狀有弓形、圓盤 - 圓環(huán)形。
列管換熱器的熱量交換通過間壁式傳熱實(shí)現(xiàn)：
-
高溫流體（熱側(cè)）在管程或殼程流動(dòng)，低溫流體（冷側(cè)）在另一側(cè)流動(dòng)，兩者被換熱管壁分隔，不直接接觸。
-
高溫流體通過管壁將熱量傳遞給低溫流體，自身溫度降低，低溫流體溫度升高，從而完成熱量交換。
-
為強(qiáng)化傳熱，可通過增加流速（如多程設(shè)計(jì)、折流板）、增大換熱面積（增加管子數(shù)量或長度）、提高管壁導(dǎo)熱系數(shù)（選擇高導(dǎo)熱材質(zhì)）等方式優(yōu)化。
根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和用途，列管換熱器可分為以下類型：
-
固定管板式換熱器：
-
特點(diǎn)：管板與殼體剛性連接（焊接），結(jié)構(gòu)簡單、成本低，管程可清洗，但殼程無法機(jī)械清洗。
-
適用場景：殼程流體清潔、無結(jié)垢，且管程與殼程流體溫差較小（避免因熱膨脹產(chǎn)生過大應(yīng)力）的工況，如普通冷卻、加熱。
-
浮頭式換熱器：
-
特點(diǎn)：一端管板固定，另一端管板可自由浮動(dòng)（稱為 “浮頭”），可補(bǔ)償管束與殼體因溫差產(chǎn)生的熱膨脹，殼程和管程均可機(jī)械清洗。
-
適用場景：溫差大、殼程流體易結(jié)垢或腐蝕性較強(qiáng)的工況，如石油煉制中的冷卻、冷凝，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。
-
U 型管式換熱器：
-
特點(diǎn)：換熱管彎成 U 型，兩端固定在同一管板上，管束可自由伸縮（避免熱應(yīng)力），結(jié)構(gòu)較浮頭式簡單，管程可清洗，殼程清洗困難。
-
適用場景：高溫高壓、管程流體清潔的工況，如高壓蒸汽冷凝、合成氨裝置換熱。
-
填料函式換熱器：
-
特點(diǎn)：一端管板固定，另一端通過填料函密封（允許管束滑動(dòng)），結(jié)構(gòu)簡單、成本低于浮頭式，但密封性能有限。
-
適用場景：壓力不高（通常≤4MPa）、介質(zhì)無劇毒或強(qiáng)腐蝕性的場合。
-
優(yōu)勢：
-
適應(yīng)性強(qiáng)：可處理高溫（≤1000℃）、高壓（≤30MPa）、多種物態(tài)（氣、液、氣液混合）的介質(zhì)，且處理量范圍廣（從小型實(shí)驗(yàn)室設(shè)備到大型工業(yè)裝置）。
-
傳熱效率較高：通過多程設(shè)計(jì)、折流板等優(yōu)化，傳熱系數(shù)可達(dá) 100-3000 W/(m2?K)（取決于介質(zhì)類型和流速）。
-
結(jié)構(gòu)堅(jiān)固：金屬材質(zhì)和壓力容器設(shè)計(jì)使其抗沖擊、抗振動(dòng)能力強(qiáng)，使用壽命長（通常 10 年以上）。
-
局限性：
-
體積較大：相比板式換熱器，相同換熱面積下，列管換熱器體積更大，占地面積廣。
-
清洗難度：殼程若為固定管板式，無法機(jī)械清洗，易結(jié)垢介質(zhì)需定期化學(xué)清洗。
-
熱膨脹問題：溫差過大時(shí)可能產(chǎn)生應(yīng)力，需通過浮頭、U 型管等結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，增加成本。
-
換熱面積：根據(jù)熱量交換量（Q=K×A×Δt，其中 K 為傳熱系數(shù)，A 為換熱面積，Δt 為平均溫差）計(jì)算，需預(yù)留 10%-20% 余量。
-
流速：管程和殼程流速需合理設(shè)計(jì)（通常液體 0.5-3m/s，氣體 5-30m/s），流速過低易結(jié)垢，過高則壓降大、能耗高。
-
壓力降：需控制流體通過換熱器的壓力損失（通常≤0.1-0.3MPa），避免增加泵或壓縮機(jī)的能耗。
-
材質(zhì)選擇：根據(jù)介質(zhì)腐蝕性（如酸性選不銹鋼、鈦合金）、溫度（高溫選耐熱鋼）、壓力（高壓選厚壁管）確定。
-
結(jié)垢傾向：易結(jié)垢介質(zhì)優(yōu)先選擇易清洗的類型（如浮頭式、U 型管式），或增加防垢設(shè)計(jì)（如波紋管）。
-
化工行業(yè)：反應(yīng)釜冷卻、溶劑回收冷凝、原料預(yù)熱。
-
石油工業(yè)：原油蒸餾塔換熱、潤滑油冷卻、油氣分離冷凝。
-
電力行業(yè)：汽輪機(jī)凝汽器（將蒸汽冷凝為水）、鍋爐給水預(yù)熱。
-
制藥行業(yè)：藥液加熱或冷卻（需衛(wèi)生級(jí)材質(zhì)，如不銹鋼）、溶劑冷凝回收。
-
制冷空調(diào)：制冷劑冷凝、冷卻水換熱。
列管換熱器憑借結(jié)構(gòu)可靠、適用范圍廣的特點(diǎn)，成為工業(yè)換熱的 “主力軍”。在實(shí)際應(yīng)用中，需結(jié)合工藝參數(shù)（溫度、壓力、介質(zhì)特性）、成本預(yù)算和維護(hù)需求，選擇合適的類型和規(guī)格，以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的熱量交換。
您當(dāng)前位置：