列管式換熱器的基本原理、結構與工作機制解析

列管式換熱器，又稱管殼式換熱器，是工業領域中應用的熱交換設備之一。其核心原理是通過冷熱流體在管程與殼程間的間接接觸實現熱量傳遞。熱流體通常從換熱器頂部進入管程，沿換熱管內壁向下流動，將熱量通過管壁傳導至殼程中的冷流體。冷流體則從殼體底部進入，在折流擋板的引導下橫向沖刷管束，形成湍流以強化換熱效率。這種逆流或錯流設計可顯著提升平均溫差，例如在無相變流體換熱中，逆流布置能使溫差應力降低30%以上。

從結構組成來看，典型列管式換熱器包含六大核心部件：殼體采用高強度碳鋼或不銹鋼制成，需承受0.6-10MPa的工作壓力；換熱管多選用紫銅管或304不銹鋼管，管徑范圍DN15-DN50，單臺設備管數可達數千根；管板作為關鍵連接件，厚度通常為管徑的1.5-2倍，通過脹接或焊接工藝固定管束；折流擋板間距需根據流體粘度優化，間距過小會導致壓降激增，過大則影響湍流強度。

根據熱補償方式的不同，列管式換熱器演進出多種結構形式。固定管板式換熱器通過在殼體設置Ω形膨脹節應對溫差應力，適用于溫差≤50℃的工況；浮頭式換熱器采用可拆卸浮頭結構，允許管束自由伸縮，溫差適應范圍擴展至120℃；U型管式換熱器則通過管束彎曲實現熱補償，單管程長度可達12米，特別適用于高溫高壓蒸汽冷凝場景。