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1.概述
1.1. 壳管式换热器的基本定义与重要性
1.2. 在制冷循环中的角色：冷凝器与蒸发器
冷凝器: 将压缩机排出的高温高压气态制冷剂冷凝成液体，向外界放热。
蒸发器: 将节流后的低温低压液态制冷剂蒸发成气体，从被冷却介质中吸热。
1.3. 作为压力容器的特殊性
必须遵循严格的设计、制造和检验规范。
中国标准：GB150《压力容器》，NB/T 47041《制冷装置用压力容器》。
2.基本结构与组成部分
2.1主要部件及其功能
2.1.1 壳体：容纳管束和壳程流体的压力容器主体.
2.1.2 管束：换热器的核心部件，由很多跟换热管组成.
2.1.3 管板：固定管束并分割壳程和管程.
2.1.4 折流板：支撑管束、引导壳程流体流动，增强湍流和换热.
2.1.5 封头/管箱：分配管程流体，允许管程多流程设计.
2.2主要结构类型
2.2.1 固定管板式：结构简单，成本低，但无法补偿热膨胀。
2.2.2 U型管式：管束可自由膨胀，耐热应力，但管内清晰困难。
2.2.3 浮头式：可补偿大温差热
3.工作原理与传热机理
3.1 冷凝过程
过程：过热蒸汽→冷却→饱和蒸汽→冷凝(相变)→过冷液体
传热：显热传递+潜热传递(主导)
3.2 蒸发过程
过程：气液两相流→核态沸腾(高效)→饱和蒸汽→过热蒸汽
传热：沸腾传热，避免膜态沸腾
3.3 影响传热效率的隐私
对数平均温差
总传热系数
流速和流态
结垢因素
4.设计与选型关键参数
4.1 热力设计参数
换热量
制冷剂和冷却介质/载冷剂的进出口温度
流量
允许压降
运行压力与温度
4.2 介质侧考量
对于冷凝器：冷却水(水质，污垢系数)，空气
对于蒸发器：水，盐水，空气
4.3 材料选择
管材
● 铜管：多用于氟利昂类制冷剂，导热性好。
● 不锈钢管：多用于氨等腐蚀性制冷剂或苛刻水质，强度高。
● 钛管：多用于海水冷却等强腐蚀环境。
● 壳体材料：碳钢或不锈钢
5. 材料选择及其在冷凝器与蒸发器中的作用
5.1 材料选择的重要性：直接影响兼容性，耐腐蚀性，寿命，成本和性能。
5.2 换热管核心材料特性分析
● 不锈钢管
高强度与耐压性：适用于高压，高温工况(如R744,CO2系统)
优异的耐腐蚀性：特别是316/L级，耐氯化物和广谱腐蚀
兼容性：是氨(R717)制冷剂的标准且强制性的材料选择。也适用于水和其他介质。
● 钛管
无与伦比的耐腐蚀性：尤其对海水，盐水，氯化物具有极高的抗点蚀和应力腐蚀开裂能力。
轻质高强：强度重量比优异。
典型应用：海水冷凝器，船舶制冷系统，化工行业强腐蚀性介质，高端食品加工设备。
● 铜及铜合金管
卓越的导热性：是最高效的传热材料之一。
易于加工和安装：易于弯曲，膨胀和焊接。
内壁光滑：抗结垢性能较好。
5.3 材料选择的关键决策因素
5.31 制冷剂类型
氨(R717)→不锈钢
氟利昂→铜管
二氧化碳→不锈钢
5.32 冷却介质/载冷剂
清洁淡水→铜管，不锈钢管
海水，苦咸水，地热水→钛管，铝黄铜
盐水→钛管，不锈钢管
5.33 工况条件
温度和压力：高温高压工况倾向于选择不锈钢或钛。
流速：高流速易引发冲刷腐蚀，需选择更耐用的材料。
5.34 总结于比较
铜管不锈钢管钛管
导热性优秀一般一般
耐氨性不适用优秀优秀
耐海水性差良好优秀
强度低高非常高
典型应用低中高
| 因素 | 铜管 | 不锈钢管 | 钛管 |
| 导热性 | 优秀 | 一般 | 一般 |
| 耐氨性 | 不适用 | 优秀 | 优秀 |
| 耐海水性 | 差 | 良好 | 优秀 |
| 强度 | 低 | 高 | 非常高 |
| 典型应用 | 低 | 中 | 高 |
6. 在制冷系统中的具体应用与配置
6.1 水冷式冷凝器 制冷剂在壳程冷凝，冷却水在管程多次流动。最常见配置
6.2 满液式蒸发器 制冷剂在壳程沸腾，液位浸没管束;载冷剂在管程被冷却。效率高，充注量大.
6.3 干式蒸发器 制冷剂在管程内沸腾并完全蒸发;载冷剂在壳程被冷却。充注量小，回油容易。
7. 制造，检验与维护
7.1 关键制造工艺：管板钻孔，管束装配，胀管或焊接，压力测试.
7.2 无损检验：射线检测，超声波检测，渗透检测以确保焊接质量。
7.3 压力测试：水压试验和气密性试验
7.4 运行维护与清洗：定期检查腐蚀和结垢情况，化学清洗或机械清洗
8. 总结与展望
8.1 壳管式换热器的优势与挑战
优势：耐高压，可靠性高，适用性光，技术成熟
挑战：体积大，成本较高，清洗可能比较复杂
8.2 未来趋势：强化传热技术，新型材料应用，与系统更优化的集成与控制。
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