管壳式换热器由于其结构简单、易清洗维修和造价低等优点，被广泛作为精馏塔的冷凝器、再沸器和换热器使用。但因其换热列管为普通的无缝钢管（光滑直管），并胀焊于两端的管板上，这种结构应用于高沸点、高凝固点特殊物系的分离提纯存在着一些问题，尤其是在冷凝水水质不好的场合。
高沸点、高凝固点物系的精馏塔冷凝器具有以下特点：①壳程工作温度高，管程为了防止物料在冷凝器中凝固、堵塞，冷凝水温度不宜太低，从而导致管内壁表面温度高，易结垢，影响冷凝效果和生产能力；②管、壳程温差大，热应力大，易造成列管拉裂；③精馏塔采用内回流结构，冷凝器直接置于塔顶部，考虑到塔体和塔基础的投资，要求塔顶冷凝器的结构紧凑、既小又轻。
管壳式波纹管换热器在管壳式换热器的基础上，采用强化传热原理把传统的光滑直管改为高效的波纹管，既继承了管壳式换热器的优点，又克服了其固有的缺点，具有更为广泛的应用领域。将其应用于高沸点、高凝固点物系的精馏塔冷凝器上，能够有效地解决结垢、列管拉裂等问题。??
5.１ 强化传热原理
对传统的管壳式换热器通过采用波纹管取代光滑直管，使换热管管壁处的流体始终处于高度湍流状态，达到强化传热的目的。根据传热学基本公式： 提高传热效率的途径有三条：提高传热系数Ｋ；增大换热面积Ｆ；加大对数平均温差Δｔｍ。增大换热面积和加大对数平均温差都不是理想的途径，一味地增加换热面积势必会造成设备体积庞大和投资费用的大幅度增加；而加大对数平均温差又要受到公用工程条件和分离物系性质的限制。只有提高传热系数，才是强化换热最有效的途径。
传热系数Ｋ是换热器的主要性能参数，传热系数Ｋ值的大小与管内换热系数αｉ、管外换热系数αｏ，管内管外的污垢系数ｒｉ和ｒｏ，换热管的外径与内径之比ｄｏ／ｄｉ，换热管材料及导热系数λｗ和管厚度δｗ有关。而换热管的材料、规格一旦选定，则管外径与内径之比、壁厚及导热系数等参数也随之确定下来。所以，提高管内、外换热系数αｉ和αｏ、降低污垢系数ｒｉ和ｒｏ，才能够提高换热器的总传热
5.１.１ 提高换热系数αｉ及αｏ 根据传热学对流传热准则方程：
由雷诺数Ｒｅ和普朗特数Ｐｒ可见，管内、管外的对流换热系数αｉ及αｏ与流体的流动状态有极大关系，流动状态的改变一方面可借助于流速的提高，但当流速提高到一定程度时，传热系数随着流速的提高而增加的速率缓慢，而换热器压降的增加幅度却很大。因此，在设计换热器时，提高传热系数不能单纯靠提高流速来实现；改变流动状态的另一途径是设计出合理的流道截面，使流体按湍流或程度较高的紊流进行流动，使流体不断冲击边界层。同时，使截面最好能不断改变流体的流动方向，如有意识地使流道截面不间断地缩小、扩大，即使在流速较小的情况下，流体在管内外也可以形成比较强烈的扰动，从而提高管内外的对流换热系数。
5.１．２ 降低污垢系数ｒｉ及ｒｏ
提高总传热系数Ｋ还可以用降低管内外的污垢系数来达到。污垢的问题是换热设备的老大难问题，多少年来，无数的科技工作者在这一领域进行了大量的工作取得了一定的进展，但都有局限性。在操作过程中，由于温度的变化，原来溶解在流体中的一些成分，会析出沉积在传热表面形成污垢，每一种污垢都有它独特的生成机理，这些污垢会增大设备的总热阻，降低总传热系数。要降低换热器的污垢热阻，需从以下几方面进行考虑：
（１）．适当提高流体的流速，使流体中的沉积物不易沉积、结垢，但换热器的压降增大；
（２）．不断地改变流体的流动方向，使流体不停地冲击换热管的壁面，让流体中的各种杂质不易在壁面停留；
（3） ．选择耐腐蚀的光滑材料，也可以减缓污垢的形成。
5.２ 波纹管换热器结构特点
管壳式波纹管换热器最突出的优点是可以迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使流体的湍流程度持续得到强化，其主要特点如下。 5.2.１、传热效率高
由于换热管采用波纹管，管内流道截面连续不断地突变，造成流体即使在流速很低的情况下也始终处于高度湍流状态，难以形成层流，使对流传热的主要热阻被有效地克服，管内外传热被同时强化，因而传热系数很高，一般为传统管壳式换热器的２～３倍。
5.2.２、防结垢能力强
因流道内流体的高度湍流，使流体中的微粒难以沉积结垢，即使有少量垢生成，由于介质在管内外湍流流动，对管壁冲刷强烈，防结垢能力强。另外，波纹管上存在着因管程与壳程温差应力而产生的应变，使具有弹性特征的波纹管的曲率发生微观变化，从而使波纹管换热器具有防垢和除垢的能力。 5.2.３、应力补偿能力强
波纹管因其结构形状和管壁较薄的特性，在管程与壳程温差应力较大时，具有弹性特征的波纹管的曲率发生微观变化，用以补偿、消除热应力，有效防止了传统的管壳式换热器换热管易被拉裂等现象。 5.2.４、结构紧凑、既小又轻
由于波纹管换热器传热系数很高，所需的换热面积小，而且，波纹管的壁厚较薄，所以波纹管换热器结构紧凑、既小又轻。
通过对换热器强化传热原理的剖析和波纹管换热器的结构分析可见，独特结构形式的波纹管换热器使流动流体始终处于湍流状态，且不断地冲刷管壁，有效地提高了换热器的传热系数。
5.3几种常用补偿器
5.3.1自然补偿与方形补偿器
利用管道在室内、管沟或管井内的弯头或方形补偿器进行补偿。这些弯头或方形补偿器可以是为管路转向而设置的，也可是为了热补偿而增设的。例如管井内管道很长时，可在某一层管井中将其拐弯形成一个方形补偿器;沿墙敷设的直管段在穿过墙时设补偿器;沿柱敷设的管道绕柱设方形补偿器。(需要设置补偿器的直管段长度可查有关文献)。水平单管采暖系统每5一6组散热器的水平支管上以及高层建筑的采暖立管上要设方形补偿器或乙字弯形状的管道，防止因管道热胀冷缩引起的立管与支管、支管与散热器接口处渗漏供热介质。自然补偿或方形补偿器造价低，不用维修，但要占用空间，特别是在管井中管子根数较多时，要妥善处理各管的关系。尽量将补偿器设在管道穿间墙或楼板处，既美观，又不占地。
5.3.2套筒补偿器
套筒补偿器构造由芯管、外壳管、填料圈、后压兰和前压兰等组成。当管道
温度变化时，芯管可在外壳管内移动进行热补偿。填料圈被压兰压紧在内外管之间起密封作用，但同时也增加了泄漏点，因为使用几年后填料性能变化，每隔一定时间要进行更换。该补偿器直接连接在直线管段上，多用于管井、管沟中。 5.3.3波纹管补楼器
波纹管补偿器构造是用不锈钢制成、由多个连续波状管组成的补偿器，靠改变波的形状来起到补偿的作用。为了减少流动阻力和防止沉积污物，波纹管补偿器常设有光滑的内衬管，该补偿器安装在直线管段上，根据管线公称直径，热伸长量及承受的最大工作压力进行选择。安装时应注意内衬管的方向。为了保证套管补偿器与波纹管补偿器沿轴向补偿和直线位移，施工时应靠固定支架安装，必要时还应设导向支架，以控制横向位移防止失去效能 5.3.4补偿器法补偿
补偿器补偿法又称为人工补偿法,是使用人工制作的补偿器来吸收管路上的冷热变形量的补偿方法。常用的补偿器可分为:回折管式补偿器,波纹管(或凸面)式补偿器和填料函式补偿器等类型。回折式补偿器的特点是将直管弯曲成一定几何形状而成的补偿器形式,其原理是利用弯管的挠性变形来补偿两端直管部分的热伸长量。其特点是补偿能力大,易于就地制作,但尺寸大,不易在狭窄的地方安装,而且流阻大。波纹管式补偿器是利用凸面金属薄壳的变形来补偿管路的热伸长量。其特点是结构紧凑,但补偿能力小,轴向推力大,较适合于真空及低压管路和大直径管路的气体管路。填料函式补偿器又称为套管式补偿器,是由套管,插管和填料函三部分组成,是一种活动的密封联接。插管可以自由伸缩,以补偿管路的热伸长量。其特点是结构紧凑,补偿力大,但易泄漏。它适用于低压小管径的管路上。
5.4结束语
综上所述,在热力管路的布局设计和施工中,必须根据热力管路在安装和使用过程中的温度变化情况,考虑固定方式和热补偿问题。当该温度差小于许用温度变量时,主要考虑采取卡箍固定、自然补偿的方法;对温度差大于许用温度变量的管路,可考虑采用波纹管等补偿器补偿、卡箍固定的方法。