管殼式熱交換器為常見的間壁式熱交換設備，由殼體、管束等組成，透過管束內外流體的流動實現間接換熱。其結構穩固可靠，可適應高低溫及高壓等多種工況，維護簡便且能適配各類介質，換熱面積可依需求靈活調整。
廣泛應用於石油化工、能源電力、冶金、食品製藥、製冷空調等產業，是工業溫控與節能系統中的關鍵設備。

一、概述

管殼式熱交換器，又稱列管式熱交換器，是以封閉於殼體中之管束外壁作為傳熱面的間壁式熱交換器。此類設備結構簡單、操作可靠，可採用各種結構材料（以金屬材料為主）製造，並能在高溫、高壓環境下使用。
作為傳統且成熟的換熱設備，管殼式熱交換器在化工、石油、能源等行業已有悠久應用歷史，至今仍在所有熱交換器型式中佔據主導地位。

管殼式熱交換器由殼體、傳熱管束、管板、擋板（折流板）及管箱等部件構成。殼體多為圓筒形，內部設有管束，管束兩端固定於管板上。進行換熱的兩股流體中，一股於管內流動（稱為管程流體），另一股於管外流動（稱為殼程流體）。
為提高管外流體的傳熱係數，通常於殼體內設置若干擋板，以提升殼程流體流速並迫使其多次橫向通過管束，增加湍流程度、加強傳熱效果。

換熱管於管板上可採等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊、湍流強、傳熱效率高；正方形排列則清洗方便，適用於易結垢之流體。

流體每通過管束一次稱為一管程；每通過殼體一次稱為一殼程。最基本型式為單殼程單管程（簡稱1-1型熱交換器）。
為提升管內流速，可於兩端管箱內設置隔板，使流體分組往返流動形成多管程；同理，於殼體內設縱向擋板則可形成多殼程。兩者可依設計需求搭配應用。

由於管內外流體溫差大，殼體與管束的溫度亦不同，若未採取補償措施，將產生熱應力，導致管子彎曲、破裂或從管板脫離。當管束與殼體溫差超過 50℃ 時，必須採取補償結構以消除或減少熱應力。

依補償方式不同，管殼式熱交換器可分為以下幾種主要型式：

1. 固定管板式熱交換器

管束兩端的管板與殼體焊接為一體，結構簡單，適用於冷热流體溫差不大且殼程無需機械清洗的工況。若溫差稍大、壓力不高，可於殼體上設置彈性補償圈以降低熱應力。

2. 浮頭式熱交換器

管束一端之管板可自由浮動，完全消除熱應力；整組管束可自殼體中抽出，便於清洗與維修。應用廣泛，但結構較複雜、成本較高。

3. U 型管式熱交換器

每根換熱管皆彎成 U 型，兩端固定於同一管板的上下兩區，藉由管箱隔板形成進出口。此型完全消除了熱應力，結構較浮頭式簡單，但管內不易清洗。

4. 渦流熱膜熱交換器

採用渦流熱膜傳熱技術，改變流體運動狀態以增強傳熱效果。當介質流經渦流管表面時，可產生強力沖刷，提高傳熱效率（最高可達 10,000 W/m²·℃）。此結構同時具備耐腐蝕、耐高溫、耐高壓與防結垢特性，優於傳統定向流型式。

二、設備結構

如圖 1 所示，管殼式熱交換器主要由以下部件組成：
封頭、隔板、連接法蘭、管板、孔法蘭、管板墊、管束、殼體、擋板及底座。

三、材料

受壓元件之材料選用、鋼材標準、熱處理狀態與許用應力值，應依 CNS 與 GB150 標準規範執行。
在易燃、有毒或危險工況下之受壓元件，不得使用鑄鐵。

四、應用場景

石油化工：原油煉製過程中的冷、熱油交換；化工反應槽進料預熱與產品冷卻。
能源電力：火力發電廠汽輪機凝汽器（蒸汽冷凝）、鍋爐給水預熱；核電站冷卻劑換熱。
食品與製藥：用於牛奶巴氏殺菌、藥液滅菌後冷卻等，符合衛生級溫度控制需求。
製冷空調：中央空調冷水機組、冷庫製冷劑冷凝系統，實現冷热介質間高效交換。
冶金工業：用於冶煉爐高溫煙氣冷卻、軋鋼設備潤滑油降溫，確保生產穩定與節能運行。