管殼式換熱器也稱為管式換熱器。間壁式換熱器是傳熱表面，其在殼體中的管束的壁表面上封閉。該換熱器結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，可采用各種結(jié)構(gòu)材料（主要是金屬材料）制造，可在高溫高壓下使用，是目前應(yīng)用廣泛的換熱器。

管殼式換熱器由殼體，傳熱管束，管板，擋板（擋板）和管箱組成。管殼式換熱器殼體大多為圓柱形，管束內(nèi)部設(shè)置，管束的兩端固定在管板上。進行熱交換的兩種類型的熱和冷流體，一種在管中流動，稱為管流體流體，另一種在管外流動，稱為殼側(cè)流體。為了增加管外流體的傳熱系數(shù)，通常在殼體中安裝許多擋板。擋板增加了殼側(cè)流體的速度，迫使流體在路徑上多次橫向通過管束，增強了流體湍流。熱交換管可以等邊三角形或正方形布置在管板。等邊三角形排列緊湊，管外流體高度湍流，傳熱系數(shù)大;方形布置便于在管外清潔，適用于易于擴展的流體。

對一個管殼式換熱器進行溫度和壓力載荷作用下的有限元強度分析,并對這兩種載荷作用 下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)做分類研究,然后對結(jié)構(gòu)進行改進,作同樣的分析。比較這些結(jié)果,得出考慮溫度載荷作用下的換熱器強度校核的規(guī)律和結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點。

管殼式換熱器是化工、石油、輕工、能源等工業(yè)應(yīng)用廣泛的過程設(shè)備之一，它具有選材范圍廣，換熱表面清洗較方便，適用性較強，處理能力大，能承受高溫和高壓等特點。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要依據(jù)是GB151［1］，GB151 中關(guān)于換熱器管板強度校核是根據(jù)彈性基礎(chǔ)上薄板理論，在軸對稱結(jié)構(gòu)的條件下，將薄板的三維變形簡化為二維梁式變形，由此來計算其強度的。而換熱器殼體厚度的選擇，主要是根據(jù)殼體所受到的殼程壓力來確定。

換熱器由于其工作特點，不僅有管程壓力和殼程壓力等載荷作用，而且還要受到工作介質(zhì)的溫度載荷作用。在GB151 中對壓力載荷，給出了管板和殼體的尺寸選擇，及固定管板兼作法蘭的管板和殼體的連接方式。然而，對于在溫度載荷作用下，這些尺寸卻沒有具體的說明要求。

本文通過一個管殼式換熱器的強度校核，將載荷分類為壓力載荷和溫度載荷，來說明結(jié)構(gòu)在這些載荷作用下的應(yīng)力響應(yīng)特點，進而提出該結(jié)構(gòu)改進的意見。本文采用三維有限元的分析方法，來研究其內(nèi)在規(guī)律。

管殼式換熱器生產(chǎn)量不斷增加

管殼式換熱器是石油化工行業(yè)的重要設(shè)備，它的腐蝕及保護對設(shè)備的長周期運行有著重要的意義；由于近年來加工中的硫、酸及雜質(zhì)含量越來越高，對煉油換熱設(shè)備的防腐蝕性能及材料的選擇提出了更高的要求。文章對采用涂料與犧牲陽極綜合保進行了闡述，該方法工藝方案和特點是：表面處理要，合理選取保護電流密度，按設(shè)計要求確定陽極塊，控制好濕度和溫度，涂料施工嚴格按照SHY－99涂料工藝進行，確保綜合防護的效果。

目前國內(nèi)石油、化纖、冶金、發(fā)電等企業(yè)的冷換器設(shè)備經(jīng)常由于水垢、腐蝕產(chǎn)物和腐蝕物黏泥造成冷換器堵塞，致傳熱系數(shù)下降，是冷卻水系統(tǒng)中常見的問題。由于碳酸鹽垢的導熱系數(shù)只有碳鋼的1%左右，直接影響到了換熱效率，增加了系統(tǒng)的壓力降。垢下腐蝕也常?？s短設(shè)備的壽命，造成的經(jīng)濟損失十分驚人。其次，每次檢修時還要投入大量的人力物力疏通結(jié)垢和腐蝕產(chǎn)物，清洗等一系列維修工作量十分繁雜，解決碳鋼水冷器的腐蝕問題變得極有必要。

防腐蝕措施目前，冷換設(shè)備上應(yīng)用較多的防腐蝕技術(shù)是提高設(shè)備的材質(zhì)和涂敷防腐蝕涂料，但提高設(shè)備材質(zhì)會大幅度提高建設(shè)成本。防腐蝕涂層雖具有良好的防腐蝕性能，但單一的防腐蝕涂層由于其在金屬表面的附著能力和涂層厚度的不同，會存在一定的缺陷，而用涂料與犧牲陽極聯(lián)合保，能很好的解決此問題。

犧牲陽極保護犧牲陽極的陰極保是基于電化學腐蝕原理的一種防腐蝕手段。是在金屬構(gòu)筑物上連接或焊接電位較負的金屬，如鋁、鋅或鎂。陽極材料不斷消耗，釋放出的電流供給作為陰極的被保護金屬構(gòu)筑物。

換熱器的換熱管能不能使用有縫焊接鋼管?

其實管子達到了換熱管的標準，那么不管他是無縫管或者是縫焊接管，都可以當做管殼式換熱器的換熱管使用。如果是使用有縫接管作為換熱管需要達到下列標準:

（1）管殼式換熱器原鋼帶材質(zhì)應(yīng)該是鎮(zhèn)靜鋼，容器用鋼;

（2）焊接辦法不可以使用爐焊、高頻焊的辦法，應(yīng)該使用弧焊、電阻焊的方式;

（3）管殼式換熱器的換熱管自己需要達到UT和渦流測試;

（4）焊接縫隙應(yīng)該滿足RT或者UT檢測標準(100%);

（5）焊接縫隙外面需要進行磨平，換熱管兩端的里面也需要磨平;

（6）管殼式換熱器的不銹耐酸鋼管需要經(jīng)過固溶熱處理和晶間腐蝕檢測;

（7）碳鋼和低合金鋼管需要進行一定熱處理。