热交换器有如此多的形状，尺寸，品牌和型号，它们被归类为共同特征。常用的钢管通常使用直径达24"的钢管。高于24"，制造商使用轧制和焊接钢板，这更昂贵，圆度可能成为一个问题。这种类型的热交换器通常按照管式换热器制造商协会TEMA规定的标准制造。它们旨在防止液体在管内流动，与管外的流体混合。指定密封焊缝有助于防止壳体和管状液体混合。热交换器壳体组件外壳由最大24英寸的管道或轧制和焊接的板材金属制成。
传热是最重要的工业过程之一。在任何工业设施中，必须添加、去除热量或将热量从一个工艺流移动到另一个工艺流。传热有三种基本类型。传导，对流和辐射。在化学加工工业中遇到的两种最常见的形式是传导和对流。为了将热量从一个过程传递到另一个过程，使用热交换器。
什么是热交换器..热交换器是一种用于从一种介质到另一种介质的高效传热的设备。介质可能由实心壁隔开，以便它们永远不会混合，或者它们可能直接接触。广泛应用于空间采暖、制冷、空调、发电厂、化工厂、石化厂、炼油厂、天然气加工等。热交换器的一个常见示例是汽车中的散热器，其中热源（即热的发动机冷却液）将热量传递到流经散热器的空气（即传热介质）。
热交换器有如此多的形状，尺寸，品牌和型号，它们被归类为共同特征。可用于对它们进行分类的一个共同特征是两种流体相对于彼此的流动方向。
三类是平行流、逆流和错流。
- 当管侧流体和壳侧流体沿同一方向流动时，存在平行流动。
- 当两种流体以相反的方向流动时，存在逆流。每种流体的两端都进入热交换器。
- 当一种流体垂直于第二种流体流动时，存在错流;也就是说，一种流体流经管子，第二种流体以90°角绕过管子。
最常见的热交换器类型是板式和壳管式。其他是蓄热式换热器，绝热轮式换热器，板翅式换热器，流体热交换器，废热回收装置和动态刮板式换热器。
管壳式换热器的基本结构管壳式换热器是工业过程应用中用于传热最广泛的载体。他们经常被挑选来履行以下职责。
- 工艺液体或气体冷却
- 工艺或制冷剂蒸汽或蒸汽冷凝
- 工艺液体、蒸汽或制冷剂蒸发
- 工艺散热和给水预热
- 热能节约努力，热回收
- 压缩机、涡轮机和发动机冷却、机油和水套水
- 液压和润滑油冷却
- 许多其他工业应用
管壳式换热器能够以相对较低的成本、可维护的设计传递大量热量。它们可以提供大量有效的管表面，同时最大限度地减少对占地面积，液体体积和重量的要求。
管壳式换热器有多种尺寸可供选择。它们已经在工业中使用了150多年，因此热技术和制造方法被现代竞争制造商很好地定义和应用。
从标准金属到具有平坦或增强表面特性的稀有金属的管表面随处可见。它们可以帮助为所涉及的流量、液体和温度提供成本最低的机械设计。
有两种不同类型的管壳式换热器，部分基于壳体直径。外壳直径从 2" 到 12" 左右，外壳结构采用低成本焊接钢、带轮毂锻件的钎焊管、铸造端帽和轧制或钎焊到管板的铜管。这种类型的型号通常使用1/4"和3/8"管，并且对于一般工业用途通常是2或4次通过。
另一种主要类型的管壳式换热器一般见壳体直径从10"到100"以上。常用的钢管通常使用直径达24"的钢管。
高于24"，制造商使用轧制和焊接钢板，这更昂贵，圆度可能成为一个问题。
这种类型的热交换器通常按照管式换热器制造商协会TEMA规定的标准制造。TEMA与用户和制造商合作，为要采用的施工方法，公差和实践制定了一套通用的指导方针。这使得工业消费者可以获得多个制造商的产品，并知道他们通常具有相似的设计和结构。此外，它允许制造商建立行业认可的设计，并提供最先进的设备，有助于确保竞争力和整体产品可靠性。
虽然存在各种各样的设计和材料，但所有设计都有通用的组件。管材以机械方式连接到管板上，管板包含在带有入口和出口流体或气体端口的外壳内。
它们旨在防止液体在管内流动，与管外的流体混合。管板可以固定在壳体上，或者通过让一个管板漂浮在壳体内或使用壳体中的膨胀波纹管来允许在热应力下膨胀和收缩。这种设计还可以允许将整个管束组件从壳体中拉出，以清洁换热器的壳体电路。
管材和管板热交换器管通常用于TEMA尺寸的管材由低碳钢，铜，金钟，铜镍，不锈钢，哈斯达洛伊，铬镍铁合金，钛和其他一些制成。在这些设计中，通常使用5/8"至1-1/2"的管子。
管材通常为拉拔和无缝或焊接。高质量的ERW（电阻焊接）管在焊接处表现出优异的晶粒结构。
具有低翅片和内部膛线的挤压管适用于某些应用。表面增强用于增加可用的金属表面或帮助流体湍流，从而提高有效的传热速率。当壳侧流体的传热系数远低于管侧流体时，建议使用翅片管。翅片管的外径位于翅片区域略低于未翅片或管板的着陆区。这是为了通过将管子滑过挡板和管支撑来允许组装，同时最大限度地减少流体旁路。
当流体和流量的热差会导致管的过度热膨胀时，U型管设计是指定的。由于弯曲半径，U型管束的管表面不如直管束多，并且弯曲的末端不容易清洁。此外，内管很难更换，很多时候需要去除外层，或者只是堵塞管子。由于易于制造和维修，在指定 U 型管时，通常使用可拆卸管束设计。
热交换器管板管板通常由一块圆形扁平的金属片制成，管端在彼此相对的精确位置和图案上钻孔。管板材料范围为管材。管子通过气动或液压或辊子膨胀连接到管片上。管孔可以钻孔和扩孔，并且可以用一个或多个凹槽进行加工。这大大增加了管接头的强度。
管板与两种流体接触，因此必须具有耐腐蚀性余量，并具有适合流体和速度的冶金和电化学性能。低碳钢管板可以包括一层粘合到表面上的高级合金金属，以提供更有效的耐腐蚀性，而无需使用固体合金的费用。
管孔模式或"螺距"改变从一个管到另一个管的距离以及管子相对于彼此和流向的角度。这允许操纵流体速度和压降，并提供最大数量的湍流和管表面接触，以实现有效的传热。
如果管材和管板材料是可连接的，可焊接的金属，则可以通过在接头上施加密封焊缝或强度焊缝来进一步加强管接头。
强度焊缝的管子在管孔内略微凹陷或略微延伸到管板之外。焊缝将金属添加到所得的唇上。
指定密封焊缝有助于防止壳体和管状液体混合。在这种处理中，管与管片表面齐平。焊缝不添加金属，而是将两种材料熔合。
在避免流体混合至关重要的情况下，可以提供双管片。在这种设计中，外管片位于壳体电路之外，几乎消除了流体混合的机会。内管板排放到大气中，因此很容易检测到任何流体泄漏。
热交换器壳体组件外壳由最大24英寸的管道或轧制和焊接的板材金属制成。出于经济原因，低碳钢是常用的，但通常指定适用于极端温度或耐腐蚀性的其他材料。
使用直径为24英寸的常用壳管可以降低成本并易于制造，部分原因是它们通常比轧制和焊接的壳体更完美。
圆度和一致的壳体ID对于最小化挡板外缘和壳体之间的空间是必要的，因为过多的空间允许流体旁路并降低性能。圆度可以通过在曼德龙周围膨胀或焊接纵缝后双重滚动来增加。在极端情况下，外壳可以被铸造，然后钻孔到正确的ID。
在喷嘴直径的流体速度较高的应用中，指定了冲击板，将流体均匀地分布到管中，并防止流体引起的侵蚀、气蚀和振动。
可以在外壳内安装冲击板，这可以防止安装完整的管束，从而导致可用表面减少。它可以交替安装在外壳上方的圆顶区域。圆顶区域可以是减少耦合或制造圆顶。这种样式允许完整的管数，因此最大限度地利用了壳体空间。
终端通道和引擎盖端通道或阀盖通常由制造或铸造，并控制管路中管侧流体的流动。它们通过在两个金属表面之间用垫圈用螺栓固定在管板上。在某些情况下，通过将O形圈安装在管板的机加工槽中可以获得有效的密封。
头部可能有通过肋，这些肋骨决定了管液是否通过管束部分的一个或多个通过。前部和后部头通肋和垫圈匹配，通过一次迫使流体流过不同数量的管子来提供有效的流体速度。
通常，通道设计为提供大致相等的管数通道，并确保整个管束中的流体速度和压降均匀。甚至流体速度也会影响薄膜系数和传热速率，以便随时准确预测性能。通常设计多达六个管路。铸头的通过肋条经过内部铸造，然后加工平整。用于制造头的通过肋条焊接到位。
多通道热交换器中的管板和管布局必须为通过肋条提供规定。这需要移除管子以允许低成本的直通肋，或者加工具有围绕管子的曲线的通过肋，这对于制造成本更高。如果需要全管束管数来满足热要求，这种机加工的通过肋条方法可以避免考虑下一个更大的壳体直径。铸头材料通常以较小直径至约14英寸的直径使用，由铁，球墨铸铁，钢，青铜或不锈钢制成。它们通常具有管道螺纹连接。铸头和管侧管道必须拆除以维修管。
预制头可以制成多种配置。它们可以具有金属盖设计，允许在不干扰壳管或管管道的情况下维修管子。喷头可以具有轴向或切向取向的喷嘴，这些喷嘴通常是ASME法兰。
挡板挡板具有两个重要功能。它们在装配和操作期间支撑管子，有助于防止流动引起的涡流引起的振动，并将壳侧流体在管束上来回引导，以提供有效的速度和传热速率。
挡板的直径必须略小于外壳内径以允许组装，但必须足够接近，以避免挡板周围的流体旁路造成的实质性性能损失。壳体圆度对于实现有效密封以防止过度旁路非常重要。
挡板可以由与壳侧流体相容的各种材料制成。它们可以被冲孔或加工。一些挡板由冲头制成，冲头在管孔周围提供唇口，以提供更多的表面对管，并消除挡板的管壁切割。
管孔必须足够精确，以便于组装和现场更换管，同时最大限度地减少流体在管壁和挡板孔之间流动的机会，从而导致热性能降低，并增加管壁因振动而切割的可能性。
挡板不会延伸到边缘到边缘，但具有允许壳侧流体流向下一个挡板室的切口。对于大多数液体应用，切割区域占壳体直径的20-25%。对于需要较低压降的气体，通常可以减少40-45%的挡板。
挡板必须至少重叠一排管，以提供足够的管支撑。它们在整个管束中均匀分布，以在每个挡板管部分提供均匀的流体速度和压降。
单段挡板迫使流体或气体穿过整个管数，其中根据挡板切割和间距决定改变方向。这可能导致高速气体中的压力损失过大。
为了实现传热，同时降低压降，可以使用双段挡板。这种方法保留了管束的结构有效性，但允许气体在更直的整体方向上在管的交替部分之间流动，从而减少了许多方向变化的影响。
这种方法充分利用了可用的管表面，但由于传热速率降低，预计性能会降低。由于压降随速度而变化，因此使用双段挡板将速度减半会导致大约1/4的压降，如在同一管表面上的单节段挡板空间中看到的那样。
