管壳式换热器是应用最广泛的工业换热器。在应用的各类换热器中，管壳式换热器约占70％。管壳式换热器的最大优点是能承受高温高压，适应性强，处理量大，工作可靠；此外其制造相对简单，生产成本低，选材范围广，清洗方便也是易为用户接受的原因。虽然它在结构紧凑性、传热强度和单位金属消耗量方面远逊于板式或板翅式换热器，但由于上述优点，管壳式换热器在能源、化工、石油等行业至今仍占主导地位。

管壳式换热器是把管子和管板连接，然后再用壳体固定，其结构形式也很多，主要有固定管板式、浮头式、U形管式、滑动管板式等。其中固定管板式结构最为简单，但换热器工作时，由于管板是固定的，热胀冷缩的余地小，从而产生的热应力大，只能应用于管壁温度和壳壁温度相差不超过50℃，或壳程和管程流体温差不超过70℃的场合。有时为了解决温差膨胀问题，可在固定管板式换热器的壳体上带膨胀节。图7-4为典型两流程固定管板式管壳式换热器。浮头式、U形管式、滑动管板式换热器就是为了解决固定管板式的上述缺点而设计的，其目的是使换热器运行时管束有膨胀的余地。图7-5为两流程U形管式管壳式换热器的示意图，当受热时U形管束能自由地膨胀。但上述换热器也带来另外的缺点，如浮头式结构复杂、造价高；U形管式管内无法清洗，管子破损后不能更换等。

图7-4　典型两流程固定管板式管壳式换热器

图7-5　两流程U形管式管壳式换热器

各种型式的管壳式换热器都是由封头、管板、隔板和外壳组成。其中隔板的作用如下：①作为管子的支撑结构；②提高壳侧流体的速度，并使流体横掠管束，从而强化壳侧的传热。由于隔板起到了折流作用，因此通常又将其称为折流板，相应的换热器也称为折流板管壳式换热器。典型的折流板（又称单弓板）及折流方式如图7-6所示。图7-7和图7-8所示则为改进后的折流板（又称双弓板）及折流方式，显然从定性分析即可看出改进后的换热器其壳侧阻力有所降低。此外还有三弓板换热器，它们共同的缺点是制造较单弓板复杂。

图7-6　典型的折流板（单弓板）及折流方式

图7-7　改进后的折流板及折流方式

图7-8　改进后的双弓板及折流方式

对于折流板管壳式换热器，壳侧流体流速的选择十分重要。流速太低，壳侧的表面传热系数太小；流速太高，又会引起流体诱导振动，导致换热器损坏。通常壳侧流体流速可根据表7-5选取。(www.daowen.com)

表7-5　折流板管壳式换热器内常用流速范围

管壳式换热器中管子的排列方式多种多样，有错正方形排列、顺正方形排列、错三角形排列、顺三角形排列、同心圆排列等。其中前四种应用较多（见图7-9）。顺三角形排列有利于使壳程流体达到湍流状态，能增强壳侧的传热，且能布置的管排数也较顺正方形排列多，使换热器较为紧凑；缺点是壳程清洗困难。顺正方形排列则正好相反，能布置的管排数较少，但有利于壳程清洗。为弥补各自的缺点，就产生了错正方形排列和错三角形排列。前者较顺正方形排列紧凑，后者则留有清洗通道。排列时管子中心距s应按如下规定选择：对三角形排列，s＞1.25d0；对正方形排列，s-d0＞6 mm。其中d0为管子外直径。

按管内流体流程的多少，管壳式换热器又有两管程和多管程之分。其中偶数管程，管内流体进出口在换热器的同一端；奇数管程，则进出口分别位于换热器的两端。管程数增加，管内流速增大，传热系数也将相应增加，但流动阻力也会随之增大。故管内流速也应依据表7-5选择。此外在设计或选择管壳式换热器时，除了考虑传热的因素外，还需考虑换热器在系统中的布置，此时可根据布置的需要选择偶数管程或奇数管程。

同样为了改善壳侧的流动和传热情况，也可在换热器筒体内加纵向挡板得到多壳程结构。因此有所谓双壳程换热器、分流式换热器和双分流式换热器（见图7-10）。其中双壳程相当于两个换热器串联，但比其便宜。分流式换热器适用于壳侧流量大，而又要求阻力小的情况。如壳侧流体冷凝时，当中的隔板可采用多孔板。双分流式换热器则可进一步减小壳侧流动阻力，而且适于温差大和管程表面传热系数很高的情况。它们的共同缺点是加工制造较为复杂。

管壳式换热器也常按其功能命名，如加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、过热器等，各国（地区）对典型的管壳式换热器的命名和设计都有相应的规范。如美国有TEMA规范，欧盟有DIM规范，日本有JISB8249规范，我国则依据GB151—2014《热交换器》执行。

图7-9　管子排列方式

图7-10　壳程的形式