管殼式換熱器是一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備。

它具有制造方便、選材面廣、適應(yīng)性強、處理量大、清洗方便、運行可靠、能承受高溫、高壓等有優(yōu)點。

在許多工業(yè)部門中大量使用，尤其是在石油、化工、熱能、動力等工業(yè)部門所使用的換熱器中，管殼式換熱器居主導(dǎo)地位。

鑒于管殼式換熱器應(yīng)用極廣，為便于設(shè)計、制造、安裝和使用，有關(guān)部門已制定了管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)。

例：

（1）BIU 800—2.5—245—6/19-41

封頭管箱，公稱直徑800mm，管、殼程壓力均為2.5MPa，公稱換熱面積245平方米，較高級冷拔換熱管，外經(jīng)19mm，管長6m，4管程，單殼程的U型管式換熱器。

（2）BIU 600—1.6—90—6/25-2 II

封頭管箱，公稱直徑600mm，管、殼程壓力均為1.6MPa，公稱換熱面積90平方米，普通級冷拔換熱管，外經(jīng)25mm，管長6m，2管程，單殼程的U型管式換熱器。

壓強的單位換算關(guān)系：

a、1kgf/cm²=98066.5Pa

b、1MPa=10⁶Pa

c、1bar=0.1MPa=10⁶dyn/cm²

d、1atm=760mmHg=101325Pa

管殼式換熱器的設(shè)計與選型

換熱器的設(shè)計是通過計算，確定經(jīng)濟合理的傳熱面積及換熱器的其他有關(guān)尺寸，以完成生產(chǎn)中所要求的傳熱任務(wù)。

1、設(shè)計的基本原則

（1）流體流徑的選擇  是指在管程和殼程各走哪一種流體，此問題受多方面因素的制約，下面以固定管板式換熱器為例，介紹一些選擇原則：

a、不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，以為管程清洗比較方便。

b、腐蝕性的流體宜走管程，以免管子和殼體同時被腐蝕，且管程便于檢修與更換，

c、壓力高的流體宜走管程，以免殼體受壓，可節(jié)省殼體金屬消耗量。

d、被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體對外的散熱作用，增強冷卻效果。

e、飽和蒸汽宜走殼程，以便于及時排除冷凝液，且整齊較潔凈，一般不需清洗。

f、有毒易污染的流體宜走管程，以減少泄漏量。

g、流量小或粘度大的流體宜走殼程，因流體在有折流板的殼程中流動，由于流速和流向的不斷改變，在低Re（Re>100）下即可達(dá)到湍流，以提高傳熱系數(shù)。

h、若兩流體溫差較大，宜使對流傳熱系數(shù)大的流體走殼程，因壁面溫度與α大的流體接近，以減小管壁與殼壁的溫差，減小溫差應(yīng)力。

以上原則并不是絕對的，對具體的流體來說，上述原則可能是相互矛盾的。因此，在選擇流體的流徑是，必須根據(jù)具體情況，抓住主要矛盾進行確定。

（2）流體流蘇的選擇   涉及到傳熱系數(shù)、流動阻力及換熱器構(gòu)造等方面。

流速：流速加大對流傳熱系數(shù)，減少污垢的形成，使總傳熱系數(shù)增大。

但同時使流動阻力增大，動力消耗增多；選擇高流速，使管子的數(shù)目減小，對一定換熱面積，不得不采用較長的管子或增加程數(shù)，管子太長不流于清洗，單程變?yōu)槎喑淌蛊骄鶄鳠釡夭钕陆怠?/span>

因此需通過多方面權(quán)衡選擇適宜的流速。

表1—3列出常用流速范圍，選擇流速時盡量避免在層下流動。

表1  管殼式換熱器常見流速范圍

表2  管殼式換熱器中不同粘度液體的常用流速

表3 管殼式換熱器中易燃、易爆液體的安全允許速度

（3）管子的規(guī)格和管間距

a、管子的規(guī)格選擇包括管徑和管長。對于潔凈的流體可選擇小管徑，對于易結(jié)垢或不潔凈的流體，可選擇大管徑。

b、管間距：管子的中心距，管間距小，有利于提高傳熱系數(shù)，且設(shè)備緊湊。但由于制造上的限制。常用對比關(guān)系見表4

表4  管殼式換熱器外經(jīng)與中心距的關(guān)系

管殼式換熱器選用的設(shè)計計算步驟：

設(shè)：有一熱流體需要冷卻，已知：q_m1，c_p1，t’₁，t’’₁，q_m2，c_p2，t’₂，選擇了t’’₂，可以計算出Q，△t_m1，K，φ與換熱器結(jié)垢形式及尺寸有關(guān)。為確定換熱器的傳熱面積A，必須通過試差計算，步驟如下：

（1）初選換熱器的尺寸規(guī)格：

a、流動方式：由t’₁，t’’，t’₂，t’’₂確定流體在換熱器中兩端的溫度，計算定性溫度，確定在定性溫度下的流體物性。計算△t_m1，和φ，φ的數(shù)值應(yīng)大于0.8。確定殼程數(shù)或調(diào)整加熱介質(zhì)或冷卻戒指的終溫（t’’₂）。

b、估計春熱系數(shù)K_估，計算傳熱面積A_估。 

c、根據(jù)A_估的數(shù)值，參照系列標(biāo)準(zhǔn)選定換熱管的直徑、長度及排列，如果是選換熱器，可根據(jù)A_估在系列標(biāo)準(zhǔn)中選擇釋放的換熱器型號。