列管换热器（也称为管壳式换热器）是工业生产中最常用的换热设备之一

列管换热器（也称为管壳式换热器）是工业生产中最常用的换热设备之一，通过管壁将两种不同温度的流体（液体或气体）进行热量交换，广泛应用于化工、石油、制药、食品、电力等行业。

列管换热器的核心工作原理

基于热传导与对流传热：两种流体分别在管内（管程）和管外（壳程）流动，温度较高的流体通过管壁将热量传递给温度较低的流体，实现热量的高效交换。例如：在化工生产中，可利用高温工艺流体加热低温原料，或用冷却水冷却高温反应产物。

列管换热器的主要结构组成

列管换热器结构紧凑、适应性强，核心组成包括以下部分：

壳体

通常为圆柱形压力容器（材质根据流体腐蚀性、温度、压力选择，如碳钢、不锈钢、钛合金、哈氏合金等），两端与管板连接，内部容纳管束和壳程流体。

管束

由多根平行的换热管组成（数量从几十到数千根不等，管径通常为 15-50mm），是热量交换的核心部件。

换热管材质需匹配流体特性（如不锈钢管耐腐蚀性强，碳钢管成本低适合无腐蚀场景），管壁厚度根据压力设计。

管子两端固定在管板上（通过焊接或胀接，确保管程与壳程流体不互混）。

管板

位于壳体两端的圆形钢板，用于固定换热管并分隔管程与壳程流体（管板与壳体、换热管的连接需密封，防止泄漏）。

管箱（封头）

安装在管板外侧，用于分配和汇集管程流体，可通过隔板设计实现 “多管程”（如 2 程、4 程），延长流体在管内的流动路径，提高换热效率。

壳程附件

折流板（挡板）：垂直安装在壳程内，迫使壳程流体横向流过管束（而非沿轴向短路），增强湍流程度，提高传热效率（常见形式有弓形、圆盘 - 圆环形）。

支持板：用于固定长管束，防止管子振动或弯曲。

防冲板：安装在壳程流体入口处，避免高速流体直接冲击管束导致磨损或振动。

接管

包括管程进出口、壳程进出口，用于连接外部管路，部分设备还设有排气口（排除不凝气）、排液口（检修时排空流体）。

列管换热器的分类（按结构特点）

固定管板式换热器

特点：管板与壳体刚性连接，结构简单、成本低，但壳程无法拆开清洗，且管程与壳程流体温差较大时易因热膨胀产生应力。

适用场景：壳程流体清洁、无腐蚀，温差较小（如冷却水换热）。

浮头式换热器

特点：一端管板固定，另一端管板可随管束自由伸缩（“浮头”），解决了热膨胀问题；壳程和管程均可拆开清洗，适应性强，但结构复杂、成本高。

适用场景：温差大、流体易结垢或有腐蚀性（如化工反应液换热）。

U 型管式换热器

特点：换热管弯成 U 型，两端固定在同一管板上，管束可自由伸缩，结构较浮头式简单，成本较低；但管程清洗困难（仅适合清洁流体），管束更换不便。

适用场景：高温高压、壳程流体易结垢（如蒸汽冷凝）。

填料函式换热器

特点：一端管板固定，另一端采用填料密封（允许管束伸缩），结构介于固定管板式和浮头式之间，成本中等，密封性较差。

适用场景：压力不高、需经常清洗管束的场合。

列管换热器的关键性能指标

传热面积：管束总换热面积（m²），是衡量换热能力的核心参数，需根据换热量需求计算（换热量 = 传热系数 × 传热面积 × 平均温差）。

传热系数（K 值）：反映传热效率的指标（W/(m²・℃)），与流体流速、黏度、管束排列方式、折流板间距等相关，K 值越高，换热效率越好。

压力降：流体流过管程和壳程时的压力损失（Pa），需控制在合理范围（避免能耗过高），通常通过调整流速和折流板设计优化。

操作温度与压力：需满足壳程和管程流体的温度、压力要求（如高温高压场景需选择厚壁壳体和耐温材质）。

列管换热器的选型与设计要点

流体特性：根据流体的腐蚀性、黏度、是否含颗粒 / 纤维（易结垢需考虑清洗便利性）选择材质和结构（如含颗粒流体避免用 U 型管）。

温差与热负荷：计算所需换热量（根据进出口温度和流量），确定传热面积和传热系数。

清洗与维护：易结垢流体优先选择可拆式结构（浮头式、填料函式），管程流体脏污选多管程提高流速冲刷管壁。

成本平衡：固定管板式成本最低，但适用范围有限；浮头式性能最优，但成本较高，需结合工况性价比选择。

应用场景举例

化工行业：反应釜夹套加热 / 冷却、溶剂回收中的冷凝换热；

电力行业：汽轮机乏汽冷凝、锅炉给水预热；

食品行业：物料加热杀菌、冷却降温；

制药行业：有机溶剂蒸馏冷凝、反应液温度控制。

列管换热器的设计需综合考虑传热效率、运行稳定性、维护成本等因素，是工业过程中实现能量回收和温度控制的关键设备。