由一個殼體和包含許多管子的管束所構成，冷、熱流體之間通過管壁進行換熱的換熱器。管殼式換熱器作為一種傳統的標準換熱設備，在化工、煉油、石油化工、動力、核能和其他工業裝置中得到普遍採用，特別是在高溫高壓和大型換熱器中的應用佔據絕對優勢。通常的工作壓力可達4兆帕，工作溫度在200℃以下，在個別情況下還可達到更高的壓力和溫度。一般殼體直徑在1800毫米以下，管子長度在9米以下，在個別情況下也有更大或更長的。
工作原理和結構
圖1為固定管板式換熱器的構造。A流體從接管1流入殼體內，通過管間從接管2流出。B流體從接管3流入，通過管內從接管4流出。如果A流體的溫度高於B流體，熱量便通過管壁由A流體傳遞給B流體；反之，則通過管壁由B流體傳遞給A流體。殼體以內、管子和管箱以外的區域稱為殼程，通過殼程的流體稱為殼程流體(A流體)。管子和管箱以內的區域稱為管程，通過管程的流體稱為管程流體(B流體)。管殼式換熱器主要由管箱、管板、管子、殼體和折流板等構成。通常殼體為圓筒形；管子為直管或U形管。為提高換熱器的傳熱效能，也可采用螺紋管、翅片管等。管子的佈置有等邊三角形、正方形、正方形斜轉45°和同心圓形等多種形式，前3 種最為常見。按三角形佈置時，在相同直徑的殼體內可排列較多的管子，以增加傳熱面積，但管間難以用機械方法清洗，流體阻力也較大。管板和管子的總體稱為管束。管子端部與管板的連接有焊接和脹接兩種。在管束中橫向設置一些折流板，引導殼程流體多次改變流動方向，有效地沖刷管子，以提高傳熱效能，同時對管子起支承作用。折流板的形狀有弓形、圓形和矩形等。為減小殼程和管程流體的流通截面、加快流速，以提高傳熱效能，可在管箱和殼體內縱向設置分程隔板，將殼程分為2程和將管程分為2程、4程、6程和8程等。管殼式換熱器的
傳熱系數，在水-水換熱時為1400～2850瓦每平方米每攝氏度〔W/(
m
2·℃)〕；用水冷卻氣體時，為10～280W/(
m
2·℃)；用水冷凝水蒸汽時，為570～4000W/(
m
2·℃)。
特點 管殼式換熱器是換熱器的基本類型之一，19世紀80年代開始就已應用在工業上。這種換熱器結構堅固，處理能力大、選材范圍廣，適應性強，易於制造，生產成本較低，清洗較方便，在高溫高壓下也能適用。但在傳熱效能、緊湊性和金屬消耗量方面不及板式換熱器、板翅式換熱器和板殼式換熱器等高效能換熱器先進。
分類 管殼式換熱器按結構特點分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、Ｕ型管式換熱器、雙重管式換熱器、填函式換熱器和雙管板換熱器等。前3種應用比較普遍。
固定管板式換熱器 它是管殼式換熱器的基本結構形式（圖1）。管子的兩端分別固定在與殼體焊接的兩塊管板上。在操作狀態下由於管子與殼體的壁溫不同，二者的熱變形量也不同，從而在管子、殼體和管板中產生溫差應力。這一點在分析管板強度和管子與管板連接的可靠性時必須予以考慮。為減小溫差應力，可在殼體上設置膨脹節。固定管板式換熱器一般隻在適當的溫差應力范圍、殼程壓力不高的場合下采用。固定管板式換熱器的結構簡單、制造成本低，但參與換熱的兩流體的溫差受一定限制；管間用機械方法清洗有困難，須采用化學方法清洗，因此要求殼程流體不易結垢。
浮頭式換熱器 圖2為浮頭式換熱器的結構。管子一端固定在一塊固定管板上，管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，用螺栓連接；管子另一端固定在浮頭管板上，浮頭管板與浮頭蓋用螺栓連接，形成可在殼體內自由移動的浮頭。由於殼體和管束間沒有相互約束，即使兩流體溫差再大，也不會在管子、殼體和管板中產生溫差應力。對於圖2a中的結構，拆下管箱可將整個管束直接從殼體內抽出。為減小殼體與管束之間的間隙，以便在相同直徑的殼體內排列較多的管子，常采用圖2b的結構，即把浮頭管板夾持在用螺栓連接的浮頭蓋與鉤圈之間。但這種結構裝拆較麻煩。浮頭式換熱器適用於溫度波動和溫差大的場合；管束可從殼體內抽出用機械方法清洗管間或更換管束。但與固定管板式換熱器相比，它的結構復雜、造價高。
U型管式換熱器 一束管子被彎制成不同曲率半徑的U型管，其兩端固定在同一塊管板上，組成管束（圖3）。管板夾持在管箱法蘭與殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱即可直接將管束抽出，便於清洗管間。管束的U形端不加固定，可自由伸縮，故它適用於兩流體溫差較大的場合；又因其構造較浮頭式換熱器簡單，隻有一塊管板，單位傳熱面積的金屬消耗量少，造價較低，也適用於高壓流體的換熱。但管子有U形部分，管內清洗較直管困難，因此要求管程流體清潔，不易結垢。管束中心的管子被外層管子遮蓋，損壞時難以更換。相同直徑的殼體內，U形管的排列數目較直管少，相應的傳熱面積也較小。
雙重管式換熱器 將一組管子插入另一組相應的管子中而構成的換熱器（圖4）。管程流體（B流體）從管箱進口管流入，通過內插管到達外套管的底部，然後返向，通過內插管和外套管之間的環形空間，最後從管箱出口管流出。其特點是內插管與外套管之間沒有約束，可自由伸縮。因此，它適用於溫差很大的兩流體換熱。但管程流體的阻力較大，設備造價較高。
填函式換熱器 圖5為填函式換熱器的結構。管束一端與殼體之間用填料密封。管束的另一端管板與浮頭式換熱器同樣夾持在管箱法蘭與殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱、填料壓蓋等有關零件後，可將管束抽出殼體外，便於清洗管間。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優點。由於減少瞭殼體大蓋，它的結構較浮頭式換熱器簡單，造價也較低；但填料處容易滲漏，工作壓力和溫度受一定限制，直徑也不宜過大。
雙管板換熱器 管子兩端分別連接在兩塊管板上(圖6)，兩塊管板之間留有一定的空間，並裝設開孔接管。當管子與一側管板的連接處發生泄漏時，漏入的流體在此空間內收集起來，通過接管引出，因此可保證殼程流體和管程流體不致相互串漏和污染。雙管板換熱器主要用於嚴格要求參與換熱的兩流體不互相串漏的場合，但造價比固定管板式換熱器高。