1、换热器分类：
管壳式换热器按其结构特点可分为以下两类。
1、刚性结构管壳式换热器：此类换热器也是固定管板式，通常可分为单管程和多管程。 其优点是结构简单紧凑、成本低、适用范围广； 其缺点是不能对管外进行机械清洗。
2、带温差补偿装置的管壳式换热器：使受热部分自由膨胀。 这种结构形式可分为：
①浮头式换热器：这种换热器一端的管板可以自由伸缩，即所谓的“浮头”。 适用于管壁与壳体壁温差较大、管束空间经常清洗的场合。 但其结构复杂，加工制造成本较高。
②U型管式换热器：只有一块管板，受热或冷却时管子可以自由伸缩。 这种换热器结构简单，但制造弯管的工作量较大，且由于管子需要有一定的弯曲半径，因此管板的利用率较差。 机械清洗管子比较困难，而且更换管子也不容易。 因此，要求通过管道的流体是清洁的。 这种换热器可用于温差较大、温度较高或压力较高的场合。
③填料功能换热器：有两种形式。 一是管板上每根管子的端部都有单独的填料密封，以保证管子的自由胀缩。 当换热器中的管子数量较少时才采用这种结构，但管子间距比普通换热器大，结构复杂。 另一种形式是在管子一端与壳体之间形成浮动结构，并在浮动点处采用整体填料函密封。 结构比较简单，但这种结构在大直径、高压力的场合不便于使用。 如今，填充功能热交换器很少使用。
2、设计条件审查：
1、换热器的设计，用户应提供以下设计条件（工艺参数）：
① 管程、壳程工作压力（必须提供作为判断设备是否属于该类别的条件之一）
②管程和壳程（入口/出口）工作温度
③金属壁温（按工艺计算（用户提供））
④材料名称及特性
⑤腐蚀余量
⑥步数
⑦热交换面积
⑧换热管规格及排列方式（三角形或方形）
⑨挡板或支撑板的数量
⑩绝缘材料及厚度（以确定铭牌支架的伸出高度）
⑾油漆：
Ⅰ. 若用户有特殊要求，请提供牌号和颜色
二. 用户无特殊要求，设计者可自行选择
2、几个关键设计条件
①工作压力：作为判定设备是否属于该类别的条件之一，必须提供
②材料特性：如果用户不提供材料名称，则必须提供材料的毒性级别。
因为介质的毒性与设备的无损监测、热处理、锻件的水平有关。 对于上述设备，还与设备的分类有关：
A。 GB150 10.8.2.1(f) 附图表示盛装剧毒或高度危险介质的容器为100%RT。
b. 10.4.1.3 附图表示盛装极度或高度危险介质的容器应进行焊后热处理(奥氏体不锈钢的焊接接头不需进行热处理)
C。 锻件。 使用具有极度或高度危险毒性介质的锻件应符合III级或IV级要求。
③管材规格：
常用碳钢Φ19×2、Φ25×2.5、Φ32×3、Φ38×5
不锈钢 Φ19×2、Φ25×2、Φ32×2.5、Φ38×2.5
换热管排列形式：三角形、角三角形、正方形、角正方形。
★ 换热管间需机械清洗时，宜按方形排列。
1.设计压力、设计温度、焊接接头系数
2. 直径：DN
DN≥400的筒体由钢板卷制而成。
16"钢管------与用户协商采用钢板卷制。
3. 布局：
根据换热面积和换热管规格绘制布置图，确定换热管数量。
如果用户提供配管图，还需要检查配管是否在配管极限圆内。
★管道布置原则：
① 管道布置圈内应布满管道。
②多管程中的管程数应尽可能相等。
③换热管应对称布置。
4.材质
当管板本身有台肩并与筒体（或封头）连接时，宜采用锻件。 由于这种结构的管板一般用于高压、易燃、易爆以及剧毒、高危场合，因此对管板的要求较高，管板较厚。 为了避免台肩处夹渣、分层，提高台肩处纤维的应力，减少加工量，节省材料，管板采用台肩与管子直接锻造而成的整体锻件盘子。
5、换热器与管板的连接方法
管子与管板的连接是管壳式换热器设计中比较重要的结构部分。 不仅加工工作量大，而且每个连接都必须在运行中，保证介质不泄漏，并有承受介质压力的能力。
管道与管板的连接方式主要有以下三种：a． 伸缩缝; b. 焊接; C。 膨胀焊接。
当管壳间介质泄漏不会造成不良后果时使用膨胀节。 特别适用于材料可焊性较差（如碳钢换热管）且制造厂工作量过大的情况。
由于焊接时胀管端部发生塑性变形，存在残余应力。 随着温度升高，残余应力逐渐消失，使管端密封结合力降低。 因此，膨胀缝结构要承受压力和温度。 限制条件一般适用于设计压力≤4Mpa管壳式换热器设计计算软件，设计温度≤300度，且运行过程中无剧烈振动、无过大的温度变化、无明显应力腐蚀。
焊接连接具有生产简单、效率高、连接可靠等优点。 通过焊接，管道对管板有更好的补强效果； 它还具有减少管孔加工要求、节省加工工时、维修方便等优点，应优先考虑。
另外，当介质毒性很大、介质与大气混合时容易发生爆炸、介质具有放射性或管道内外物质混合会产生不良影响时，常采用焊接来保证接头密封。 焊接方法虽然有很多优点，但不能完全避免焊接接头的“缝隙腐蚀”和应力腐蚀，而且薄管壁与厚管板之间也很难获得可靠的焊缝。
虽然焊接方法可以达到比膨胀节更高的温度，但在高温循环应力的作用下，焊接接头容易产生疲劳裂纹。 管子与管孔之间有间隙。 当受到腐蚀性介质腐蚀时，接头会加速。 的损坏。 因此，同时采用焊接和伸缩缝的方法应运而生。 这样不仅可以提高接头的抗疲劳能力，而且可以减少缝隙腐蚀的倾向，因此其使用寿命比单独焊接要长得多。
目前还没有统一的标准，什么场合适合同时使用焊接接头和伸缩接头。 通常当温度不太高但压力很高或介质容易泄漏时，采用强度膨胀和密封焊（密封焊是指单纯为了防止泄漏而进行的焊接，不保证强度）。
当压力和温度都很高时，采用强力焊接加膨胀。 （强度焊保证即使焊缝很紧，接头也有很大的拉脱力。通常是指焊缝的强度与管材在轴向载荷下的强度相等）。 膨胀的主要作用是消除缝隙腐蚀，提高焊缝的抗疲劳能力。 具体结构尺寸在标准（GB/T151）中已有规定，此处不再详述。
管孔表面粗糙度要求：
A。 换热管与管板焊接时，管子表面粗糙度Ra值不应大于35uM。
b. 单根换热管胀接与管板连接时，管孔表面粗糙度Ra值不应大于12.5uM。 膨胀节连接时，管孔表面不得有影响膨胀节密封性的缺陷，如贯通纵向或螺旋槽口等。
3、设计计算
1、壳体壁厚计算（包括管箱短节、封头、壳程筒体壁厚计算）。 管子和壳程筒体的壁厚应符合GB151中最小壁厚的规定。 对于碳钢和低碳钢，合金钢的最小壁厚按腐蚀余量C2=1mm考虑。 对于C2大于1mm的情况，壳体的最小壁厚应相应增加。
2、孔洞配筋计算
如果壳体采用钢管，建议采用整体加固（增加筒体壁厚或采用厚壁管）； 对于较厚的管箱，开大孔要考虑综合经济性。
无需额外加固应满足的几个要求：
①设计压力≤2.5Mpa；
②相邻两孔的中心距不应小于两孔直径之和的两倍；
③喷嘴公称直径≤89mm；
④管口最小壁厚应符合表8-1的规定（管口腐蚀余量为1mm）。
3.法兰
设备法兰采用标准法兰时，应注意法兰、垫片、紧固件的配合，否则应进行法兰计算。 例如管壳式换热器设计计算软件，标准中与A型平焊法兰配套的垫片为非金属软垫片； 当使用缠绕垫片时，法兰应重新计算。
4.管板
需要注意以下问题：
①管板设计温度：按GB150、GB/T151规定，应不低于元件金属温度。 但管板计算中无法保证管\壳程介质的影响，管板金属温度计算困难。 ，所以一般取较高一侧的设计温度作为管板的设计温度。
②多管程换热器：在管道布置面积内，因需设置隔断槽和拉杆结构而不能由换热器支撑的面积Ad：按GB/T151公式计算。
③管板有效厚度
管板有效厚度是指分程隔板槽底部管板厚度减去以下两项之和
A。 管侧腐蚀裕度超过管侧分隔槽深度的部分
b. 壳程最大腐蚀余量与壳程管板结构槽深度
5、伸缩缝的设置
在固定管板式换热器中，由于管程流体与管程流体之间的温差，使换热器与壳体固定连接在管板上，使壳体之间存在膨胀。以及使用时的管子。 如果存在差异，则壳管承受轴向载荷。 为了避免壳体和换热器损坏、换热器失稳以及换热管从管板拉出，应安装膨胀节，以减少壳体和换热器的轴向载荷。
一般当壳体与换热器壁温差较大时，需要考虑伸缩缝。 管板计算中，σt、σc、q是根据各种常见的有温差的条件计算的。 如果其中一项失效，则需要增设伸缩缝。
σt——换热管轴向应力
σc——壳程圆柱体轴向应力
q——换热管与管板连接处的拉脱力
5、结构设计
1.管箱
(1)管箱长度
A。 最小内部深度
① 对于开孔的单程管箱，开孔中心的最小深度不应小于管道内径的1/3；
②管程的内外深度应保证两程之间的最小过流面积不小于每程换热管过流面积的1.3倍；
b. 最大内深度
考虑是否方便焊接和清理内部零件，特别是公称直径较小的多管式换热器。
(2) 分段分区
隔板的厚度和布置按GB151表6和图15。厚度大于10mm的分程隔板，密封面应修整至10mm； 对于管式换热器，隔板上应设有撕裂孔（排水孔）。 孔），排水孔直径一般为6mm。
2.壳管束
①控制电平
I级和II级管束仅适用于碳钢和低合金钢换热管。 国内标准中仍存在“较高等级”和“普通等级”之分。一旦国内换热管能够使用“较高等级”钢管，碳钢和低合金钢换热管束将不再需要分为I级和二级。
管束Ⅰ和管束Ⅱ的区别主要在于换热管的外径和壁厚偏差，相应的管孔尺寸和偏差也不同。
I类管束的精度要求较高。 对于不锈钢换热管，只有I类管束； 对于常用的碳钢换热管
②管板
A。 管孔尺寸偏差
注意一级和二级管束的区别
b. 分程隔断槽
Ⅰ槽深一般不小于4mm
Ⅱ 分程隔断槽宽度：碳钢12mm； 不锈钢11毫米
三、分程隔槽拐角处的倒角一般为45度，倒角宽度b约等于分程垫片的圆角半径R。
③挡板
A。 管孔尺寸：按管束级别划分
b. 弧形挡板缺口高度
凹口的高度应使得通过凹口的流体的流速与穿过管束的流速相似。 缺口高度一般为圆角内径的0.20-0.45倍。 缺口一般切在管排中心线下方或两排管孔之间的小桥处。 之间（方便穿管）。
C。 间隙方向
单向清洗液，上下间隙排列；
气体中含有少量液体，挡板最低处开有液体口，间隙朝上；
液体中含有少量气体，挡板最高点开有通气孔，间隙朝下。
当气体和液体共存或液体中含有固体物质时，间隙布置在左右，液口开在最低点。
d. 挡板最小厚度； 最大无支撑跨度
e. 管束两端的折流板应尽可能靠近壳程进出口管口。
④横拉杆
A。 拉杆直径和数量
直径和数量按表6-32和表6-33选择。 在保证拉杆截面积大于或等于表6-33给出的前提下，可以改变拉杆直径和根数，但其直径不得小于10mm，数量不少于4个
b. 拉杆应尽可能均匀地布置在管束外缘上。 对于大直径换热器，应在管子布置区域或折流板间隙附近布置适当数量的拉杆。 任何挡板的支撑点不得少于 3 个。
C。 横拉杆螺母。 有些用户要求将以下螺母焊接到挡板上。
⑤ 防撞板
A。 安装防撞板，减少流体分布不均匀和对换热管端部的侵蚀。
b. 防撞板的固定方法
第一挡板应固定在定距管上或尽可能靠近管板。 当壳程进口位于管板一侧且无固定拉杆时，可将防撞板焊接在筒体上。
⑥伸缩缝的设置
A。 位于两侧挡板之间
为了减少膨胀节的流体阻力，必要时可在膨胀节内部安装衬里。 衬里应沿流体流动方向焊接到壳体上。 对于立式换热器，当流体流动方向向上时，衬里应沿流体流动方向焊接到壳体上。 内胆下端设有排水孔
b. 伸缩缝保护装置，防止设备在运输或使用过程中损坏。
⑦管板与壳体的连接
A。 延伸部分也可用作法兰
b. 无法兰管板（GB151附录G）
3、管道法兰：
①设计温度大于或等于300度时，应采用对焊法兰。
② 对于不能利用接管接口进行排放和排水的换热器，应在管程和壳程的最高点设置放空口，在最低点设置排泄口。 最小公称直径为20mm。
③立式换热器可配备溢流口。
4、轴承：按GB151 5.20规定。
5.其他配件
① 吊耳
质量大于30Kg的公务箱、管箱的箱盖应安装吊耳。
② 顶部螺丝
为了便于管箱和管箱盖的拆卸，官板和管箱盖上应设有顶紧螺钉。
六、制造及检验要求
1.管板
① 拼接管板的对接接头均进行100%射线探伤或UT。 资质等级： RT：二级 UT：一级；
②除不锈钢外，拼接管板均经过去应力热处理；
③管板孔、桥宽度偏差：按公式计算孔、桥宽度：B=(Sd)-D1
孔桥最小宽度：B=1/2(Sd)+C；
2、管箱热处理：
焊接有分程隔板的碳钢、低合金钢管箱，以及侧向开口超过筒体内径1/3的管箱，焊后必须进行消除应力热处理，并法兰和隔板的密封面应在热处理后进行加工。
3.压力测试
当壳程设计压力低于管程压力时，为了检查换热管与管板的连接质量
① 提高壳程压力与管程试验压力一致，并进行水压试验，检查管接头是否泄漏。 （但必须保证水压试验时壳体一次油膜应力≤0.9ReLΦ）
②当上述方法不适用时，可对壳体在原压力下进行水压试验，然后对壳体进行氨泄漏试验或卤素泄漏试验。
七、图纸上应注意的一些问题
1. 表明控制级别
2、换热管应标有标记号
3、管板布置轮廓设置为闭合粗实线
4、挡板缺口位置应在装配图上标出。
5、标准伸缩缝排水孔、排气孔上的管接头、管塞是否需要如图？
