套管式換熱器是目前石油化工生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。它主要由殼體（包括內(nèi)殼和外殼）、U型肘管、填料函等組成。所需管材，可分別采用普通碳鋼、鑄鐵、銅、鈦、陶瓷玻璃等制作。管子一般被固定在支架上。兩種不同介質(zhì)可在管內(nèi)逆向流動(dòng)（或同向）以達(dá)到換熱的目的。在進(jìn)行逆向換熱時(shí)，熱流體由上部進(jìn)入，而冷流體由下部進(jìn)入，熱量通過(guò)內(nèi)管管壁由一種流體傳遞給另一種流體。熱流體由進(jìn)入端到出口端流過(guò)的距離稱之為管程；流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的一端引入到另一端流出，通過(guò)這種方式傳熱的換熱器稱為殼程套管式換熱器[5]。由于套管式換熱器被廣泛的應(yīng)用在石油化工、制冷等工業(yè)部門(mén)，原本單一的傳熱方式和傳熱效率已經(jīng)不能滿足實(shí)際工作和生產(chǎn)，目前國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)套管式換熱器提出了很多種改進(jìn)方案，以延長(zhǎng)套管式換熱器的使用壽命，加強(qiáng)其使用效率。
以同心套管中的內(nèi)管作為傳熱元件的換熱器。兩種不同直徑的管子套在一起組成同心套管，每一段套管稱為“一程“，程的內(nèi)管（傳熱管）借U形肘管，而外管用短管依次連接成排，固定于支架上（圖1中a）。熱量通過(guò)內(nèi)管管壁由一種流體傳遞給另一種流體。通常，熱流體（A流體）由上部引入，而冷流體（B流體）則由下部引入。套管中外管的兩端與內(nèi)管用焊接或法蘭連接。內(nèi)管與U形肘管多用法蘭連接，便于傳熱管的清洗和增減。每程傳熱管的有效長(zhǎng)度取4～7米。這種換熱器傳熱面積最高達(dá)18平方米，故適用于小容量換熱。當(dāng)內(nèi)外管壁溫差較大時(shí)，可在外管設(shè)置U形膨脹節(jié)（圖中b）或內(nèi)外管間采用填料函滑動(dòng)密封（圖1中c），以減小溫差應(yīng)力。管子可用鋼、鑄鐵、銅、鈦、陶瓷、玻璃等制成，若選材得當(dāng)，它可用于腐蝕性介質(zhì)的換熱。
這種換熱器具有若干突出的優(yōu)點(diǎn)，所以至今仍被廣泛用于石油化工等工業(yè)部門(mén)。
①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱面積增減自如。因?yàn)樗蓸?biāo)準(zhǔn)構(gòu)件組合而成，安裝時(shí)無(wú)需另外加工。
②傳熱效能高。它是一種純逆流型換熱器，同時(shí)還可以選取合適的截面尺寸，以提高流體速度，增大兩側(cè)流體的傳熱系數(shù)，因此它的傳熱效果好。液-液換熱時(shí)，傳熱系數(shù)為 870～1750W/（m2·℃）。這一點(diǎn)特別適合于高壓、小流量、低傳熱系數(shù)流體的換熱。套管式換熱器的缺點(diǎn)是占地面積大；單位傳熱面積金屬耗量多，約為管殼式換熱器的5倍；管接頭多，易泄漏；流阻大。
③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作適應(yīng)范圍大，傳熱面積增減方便，兩側(cè)流體均可提高流速，使傳熱面的兩側(cè)都可以有較高的傳熱系數(shù)，是單位傳熱面的金屬消耗量大，為增大傳熱面積、提高傳熱效果，可在內(nèi)管外壁加設(shè)各種形式的翅片，并在內(nèi)管中加設(shè)刮膜擾動(dòng)裝置，以適應(yīng)高粘度流體的換熱。
④可以根據(jù)安裝位置任意改變形態(tài)，利于安裝。
