压力容器式换热器是指壳体或管束需承受内部介质压力（表压≥0.1MPa），并符合《固定式压力容器安全技术监察规程》等规范设计的换热设备。

压力容器式换热器的全面解析

一、定义与核心属性

• 承压能力：设计压力范围通常为 0.1MPa~35MPa，需通过强度计算（如壁厚、法兰密封）确保安全。

• 结构合规性：需满足压力容器制造标准（如 GB 150、ASME VIII-1），焊接、探伤及耐压试验等均有严格要求。

二、典型结构与分类

1. 管壳式换热器（最常见类型）

• 结构：由壳体、管束、管板、封头及折流板组成，介质分别在管程（管内）与壳程（管外）流动换热。

• 承压特点：

• 管程与壳程可承受不同压力（如管程高压、壳程低压）。

• 典型场景：石油炼化、化工反应、电站冷凝等高压工况。

• 子类型：

• 固定管板式：管束与壳体刚性连接，适用于温差小、介质清洁场景。

• U 形管式：管束弯成 U 形，可自由膨胀，适用于高温高压及管程介质易结垢场景。

• 浮头式：一端管板可自由浮动，消除热应力，便于清洗壳程，适用于温差大、易结垢工况。

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2. 板式压力容器换热器

• 结构：由冲压成型的金属板片（如不锈钢）叠装而成，板片间形成流道，介质通过板片换热。

• 承压特点：设计压力通常≤2.5MPa（部分高压型可达 4MPa），需通过板片厚度、密封垫片材质提升承压能力。

• 应用：供热管网、食品加工、船舶冷却等中高压场景。

3. 釜式重沸器（特殊压力容器换热器）

• 结构：类似管壳式换热器，但壳体上方有扩大的蒸发空间，用于液体沸腾汽化。

• 承压特点：壳程可承受蒸发压力（如石油蒸馏中塔顶油气冷凝），设计压力通常≤4MPa。

4. 螺旋板式换热器（压力容器范畴）

• 结构：两张金属板卷制形成螺旋通道，两介质分别在螺旋通道内逆流换热。

• 承压特点：设计压力≤2.5MPa，适用于中压、含颗粒介质（通道不易堵塞）。

三、工作原理与核心功能

1. 热量传递：通过承压壳体或管束分隔两种介质，利用温差驱动热传导、对流换热。

2. 压力容纳：壳体或管束需承受内部介质压力，防止泄漏或爆裂，确保安全运行。

3. 工况适应性：

• 高压场景：如合成氨反应中的原料气加热（管程压力≥10MPa）。

• 高温高压联合工况：如电站锅炉的过热器（温度≥500℃，压力≥10MPa）。

四、应用场景与行业案例

五、与非压力容器换热器的对比

六、设计与安全关键要点

1. 压力等级确定：

• 根据介质操作压力、温度及腐蚀性，选择材料（如 Q345R、316L）和设计压力（需留安全裕度）。

2. 强度计算：

• 壳体壁厚按 GB 150 公式计算，考虑压力、直径、焊接接头系数等参数。

3. 安全附件：

• 必须配置安全阀、压力表、温度计，高压设备需设置爆破片作为 secondary 保护。

4. 制造检验：

• 焊接后需进行射线（RT）或超声（UT）探伤，整体需通过液压 / 气压试验（设计压力的 1.25~1.5 倍）。