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。
典型 U 型管束
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。
典型管板
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。
END
来源：公开信息 本文作者：Werner Sölken
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