管壳式换热器的特点及选型要求

在电解水制氢系统中，换热设备是关键组件之一，主要用于调节和控制系统中的碱液温度，确保电解过程的高效进行。这些换热设备包括碱液冷却器、氢气冷却器、氧气冷却器、洗涤塔、加热器等，部分系统中的气液分离器也有换热功能。

在传统的碱性制氢系统中，这些换热器大部分都是管壳式换热器，而洗涤塔属于直接接触式换热器。

那下面我们就来探讨一下管壳式换热器。

一、管壳式换热器的种类及特点

管壳式换热器主要包括固定管板式、浮头式、填料函式、U形管式几类，它们的特点见下表：

二、管壳式换热器选型的一般要求

管壳式换热器的种类繁多，有多种多样的结构，每种结构型式的换热器都有其自身的结构特点及其相应的工作特性。换热器选型将直接影响到换热器的运行及生产工艺过程的实现。对换热器进行选型时，应尽量满足以下要求：

a.具有较高的传热效率、较低的压力降；

b.重量轻且能承受操作压力：有可靠的使用寿命；

c.操作安全可靠；所使用的材料与过程流体相容；

d.设计计算方便，制造简单，安装容易，易于维护与维修。

1.工艺条件

（1）温度

冷却水的出口温度不宜高于60℃，以免结垢严重。高温端的温差不应低于20℃，低温端的温差不应低于5℃。当在两工艺物流之间进行换热时，低温端的温差不应低于20℃。当采用多管程、单壳程的管壳式换热器，并用水作为冷却剂时，冷却水的出口温度不应高于工艺物流的出口温度。

（2）压力降

增加工艺物流流速，可增加传热系数,使换热器结构紧凑，但增加流速将关系到换热器的压力降，使磨蚀和振动破坏加剧等。压力降增加使动力消耗增加，因此，通常有一个允许的压力降范围，允许的压力降范围见下表：

（3）物流的安排（管程壳程物料的选择）

① 为了节省保温层和减少壳体厚度，高温物流一般走管程，有时为了物料的冷却，也可使高温物流走壳程。

② 较高压力的物流应走管程。

③ 黏度较大的物流应走壳程，在壳程可以得到较高的传热系数。

④ 腐蚀性较强的物流应走管程。

⑤ 对压力降有特定要求的工艺物流应走管程，因为管程的传热系数和压降计算误差小。

⑥ 较脏和易结垢的物流应走管程，以便清洗和控制结垢。若必须走壳程，则应采用正方形管子排列，并采用可拆式(浮头式、填料函式、U形管式)换热器。

⑦ 流量较小的物流应走壳程，易使物流形成湍流状态，从而增加传热系数。

⑧ 传热膜系数较小的物流(如气体)应走壳程，易于提高传热膜系数。

2.换热管的结构参数

（1）管径

管径越小，换热器越紧凑、越便宜。但是，管径越小换热器的压降越大，为了满足允许的压力降，一般推荐选用19mm的管子。对于有气、液两相流的工艺物流，一般选用较大的管径。

（2）管长

无相变换热时，管子较长，传热系数增加。在相同传热面时,采用长管管程数少，压力降小，而且每平方米传热面的比价也低。但是，管子过长会给制造带来困难，因此，一般选用的管长为4~6m。

（3）管子的配布和管心距

管子在管板上的配布主要是正方形配布和三角形配布两种型式。三角形配布有利于壳程物流的湍流。正方形配布有利于壳程清洗。不常用的还有同心圆式配布，一般用于小直径的换热器。

管心距是两根相邻管子中心的距离。管心距小，设备紧凑，但将引起管板增厚、清洁不便、壳程压降增大，一般选用范围为（1.25~1.5)d(d为管外径)。

3.设计计算

换热器设计计算这里就不写了，详细请参照GBT151-2014《热交换器》，找不到下载地址的小伙伴可以找我要一下。

三、管壳式冷却器的传热系数推荐值

本文主要探讨化工装置中的管壳式换热器的选型要求及特点，可以作为电解水制氢系统中管壳式换热器的参考。