固定管板換熱器

圖1為一典型的固定管板換熱器的結構圖。如圖1所示，固定管板換熱器的管板與殼體焊接在一起，管板不能從殼體上拆卸下來。

此類換熱器的優點是結構比較簡單，緊湊，造價低，因而得到較廣泛的應用。其缺點是管外不能採用機械法進行清洗，故要求殼程流體必須清潔、不易結垢或不易對殼體造成腐蝕。由於管內、外是冷熱兩種不同温度的流體，致使管子與殼體的壁温不同，從而使換熱管與殼體之問產生熱膨脹差，而殼體與管板為焊接，換熱管與管板為脹接、焊接或脹接加焊接，換熱管、殼體和管板彼此約束，限制了管束的自由膨脹。其結果將在管壁的總截面和殼壁截面上產生應力。此應力是由於管壁與殼壁的温度不同而引起的，所以通常被稱之為温差應力。管壁與殼壁的温度差越大，温差應力也越大。温差應力有可能造成管子與管板連接接頭泄漏，甚至造成管子從管板上拉脱，破壞整個換熱器。 ^[1] 

膨脹節補償温差應力的特點是結構簡單。當一個波的膨脹節的補償能力不夠時，也可以採用多波膨脹節。但膨脹節的波數最多不宜超過6個。為了使膨脹節具有良好的彈性，一般均採用1~3mm厚的不鏽鋼薄板來製造，這樣就使其承壓能力受到了很大的限制。因此，在較高壓力的場合，常採用帶保護罩（即夾殼式）的波形膨脹節，如圖2所示。

保護罩的作用除了使膨脹節能夠承受較高的壓力外，還可防止膨脹節側向變形，限制膨脹節在承壓時波殼彎曲，以免使膨脹節失效。

一般情況下，裝有膨脹節的固定管板換熱器，只能在管壁與殼壁温差低於60~70℃和殼程流體壓力不高的情況下使用。當殼程壓力超過0.6MPa時，由於要承受較高的壓力，波形膨脹節壁厚就要加大，但壁厚加厚，剛性就增大，彈性就變小，温差補償作用也就降低了。這時就應考慮採用其它結構形式的換熱器，如浮頭式換熱器等。

固定管扳式換熱器有單管程和多管程兩種結構型式。多管程換熱器是在換熱器的一端或兩端的管箱內設置一個或若干個隔板，使流體每次只流過換熱器中的一組換熱管，最後由出口流出換熱器。流體每流過一組換熱管，稱為一個管程。幾組換熱管就稱為幾管程。當管程數為偶數時，管程流體的出、入口均安裝在換熱器的同一端，如圖3所示。 ^[2] 

當管程數為奇數時，管程流體的出入口則分別安裝在換熱器的兩端，如圖4所示。

偶數管程的換熱器，無論製造、操作和檢修都比較方便，因此應用的較為廣泛。常用的管程數有2、4、6三種。奇數管程除單程外，其它則很少使用。多管程換熱器可以提高管內流體流速，提高傳熱效率。但是，由於管程數較多，流體與換熱管摩擦損失和進、出口的局部阻力損失都增大；隔板佔去的布管面積較多；構造複雜，設備的安裝、拆卸和清洗比較困難。因此管程數不宜過多。單管程固定管板換熱器除製造、操作和檢修比較方便，管程阻力小外，它的最大優點是能實現純逆流傳熱。即殼程流體的流動方向與管程流體的流動方向相反，因而它的傳熱效率大大高於其它順、混流式換熱器。因此在設計、選用時應考慮單管程固定管板換熱器的這一特點。

固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、頂蓋（又稱封頭）等部件構成。在圓形外殼內，裝入平行管束，管束兩端用焊接或脹接的方法固定在管板上，兩塊管板與外管直接焊接，裝有進口或出口管的頂蓋用螺栓與外殼兩端法蘭相連。它的特點是結構簡單，沒有殼側密封連接，相同的殼體內徑排管最多，在有折流板的流動中旁路最小，管程可以分成任何管程數，因兩個管板由管子互相支撐，故在各種管殼式換熱器中它的管板最薄，造價最低，因而得到廣泛應用。

這種換熱器的缺點是：殼程清洗困難，有温差應力存在。當冷熱兩種流體的平均温差較大，或殼體和傳熱管材料膨脹係數相差較大，熱應力超過材料的許用應力時，在殼體上需設膨脹節，由於膨脹節強度的限制，殼程壓力不能太高。這種換熱器適用於兩種介質温差不大，或温差較大但殼程壓力不高，及殼程介質清潔，不易結垢的場合。 ^[2]