一、結構組成

1. 殼體（Shell）

• 容納 CO?氣體（殼程流體），材質通常為碳鋼或不銹鋼（如 304、316L），需耐受 CO?的壓力（尤其是超臨界狀態下的高壓，≥7.38MPa）和可能的腐蝕性（如含水分時生成碳酸）。

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• 設有 CO?進出口接管，通常在殼體上加裝壓力表、溫度計等監測儀表。

2. 管束（Tube Bundle）

• 蒸汽加熱時，采用不銹鋼管（防腐蝕）；

• 高溫導熱油加熱時，需選用耐高溫合金管（如 Incoloy 800）。

• 由多根換熱管組成，內部流經加熱介質（如蒸汽、導熱油、熱水等，管程流體），通過管壁與殼程 CO?進行熱量交換。

• 換熱管材質需根據加熱介質和 CO?特性選擇，例如：

3. 管板（Tube Sheet）

• 固定管束兩端，分隔管程和殼程流體，確保兩種介質不混合。

• 管板與殼體、換熱管通過焊接或脹接固定，需滿足高壓工況下的密封性。

4. 折流板 / 支承板（Baffle/Support Plate）

• 折流板：引導 CO?在殼程橫向沖刷管束，增加湍流程度，強化換熱效率（如呈 “S” 形流動），同時支撐管束防止振動。

• 支承板：若 CO?流速較低，可簡化為僅支撐管束的結構，減少壓降。

5. 其他附件

• 管程分程隔板：若加熱介質需多流程流動（如提高流速增強換熱），可在管箱內設置分程隔板。

• 膨脹節：當殼體與管束溫差較大時，加裝膨脹節補償熱變形，避免結構應力損壞。

二、工作原理

1. 熱量傳遞過程

• 殼程（CO?側）：低溫 CO?從殼體一端進入，在折流板引導下橫向流過管束外部，吸收管壁傳來的熱量，溫度升高后從另一端排出。

• 管程（加熱介質側）：高溫加熱介質（如蒸汽）從管程入口流入，在管束內流動并釋放熱量（蒸汽冷凝為凝結水），低溫介質從出口流出。

• 傳熱機制：熱量通過 “加熱介質→管壁內側→管壁→管壁外側→CO?” 的路徑傳導，核心是對流換熱（介質與管壁）和熱傳導（管壁本身）。

2. 強化換熱的關鍵設計

• 湍流流動：折流板迫使 CO?橫向沖刷管束，破壞邊界層，減少熱阻（對比層流，湍流換熱系數可提升 3-5 倍）。

• 增大接觸面積：采用小直徑換熱管（如 φ19mm×2mm）或翅片管（在 CO?側加裝翅片，增強氣體側換熱）。

• 逆流布置：使 CO?與加熱介質逆向流動，增大平均溫差（對數平均溫差 ΔT??大于順流），提升換熱效率。