專利名稱：帶中心管的螺旋折流板管殼式換熱器的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型專利涉及一種改進(jìn)的管殼式換熱器，尤其是一種適用于工業(yè)生產(chǎn)中大型換熱器。
二背景技術(shù)：
換熱器是煉油、化工、能源等工業(yè)部門的一種重要的單元操作設(shè)備，通常占一個(gè)煉油廠總設(shè)備投資的35-40％左右。而管殼式換熱器是目前化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種換熱設(shè)備，其用量約占全部換熱設(shè)備的90％。弓形折流板換熱器是最常見的管殼式換熱器結(jié)構(gòu)，在這類換熱器中折流板起著改變殼程流體流動(dòng)方向和支撐管束的作用。這種折流板的主要缺點(diǎn)是(1)流體垂直沖擊殼體壁面從而造成了較大的沿程壓力損失；(2)折流板與殼體、壁面相連接的部位存在較大的滯流死區(qū)，容易造成流體的返混，降低了傳熱效率，并增加殼程積垢；(3)高速流體橫向掠過換熱管，容易誘導(dǎo)管束的橫向振動(dòng)，并造成管口開裂及泄漏。因而無論從節(jié)能減耗還是從運(yùn)行安全的角度出發(fā)，都迫切需要對(duì)這種傳統(tǒng)的折流板結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn)。
三、技術(shù)內(nèi)容1、技術(shù)問題本實(shí)用新型的目的在于使管殼式換熱器的殼側(cè)流體實(shí)現(xiàn)連續(xù)、柱塞狀的螺旋運(yùn)動(dòng)，提出了一種采用中心管來增強(qiáng)殼側(cè)流體擾動(dòng)，消除普通螺旋折流板管殼式換熱器殼程中心部位的環(huán)向“滯流區(qū)”，藉此來達(dá)到提高傳熱效率和降低流動(dòng)阻力的目的的帶中心管的螺旋折流板管殼式換熱器。
2、技術(shù)方案一種帶中心管的螺旋折流板管殼式換熱器，由熱交換管及固定裝置所組成，其特征在于該換熱器包括固定管板、定距管、螺旋折流板、中心管、換熱管束、浮動(dòng)管板，在固定管板與浮動(dòng)管板之間設(shè)有定距管、中心管、換熱管束、及螺旋折流板，定距管和換熱管束穿過螺旋折流板，其兩頭分別與固定管板和浮動(dòng)管板相連接，螺旋折流板與定距管相固定，中心管位于螺旋折流板的軸心線上；螺旋折流板的螺旋角β、直徑D、螺距長度H三者之間的關(guān)系為H＝πDtgβ，其中螺旋角β在10°～80°之間；螺旋折流板由若干扇形平板拼接而成，各扇形平板可以相互搭接，也可以間隔一定的距離；螺旋折流板由兩組折流板組成雙螺旋折流板，形成雙螺旋通道；換熱管束由異型管所組成，該異型管包括內(nèi)翅片管和外翅片管，螺旋槽紋管、螺旋內(nèi)肋片管，螺旋波紋管、橫紋管、多孔表面換熱管；換熱管束中的異型管排布為，以同心圓環(huán)形布置；中心管是管殼式換熱器中心的一根管子，其直徑為管殼式換熱器殼體直徑的5％～30％。
3、技術(shù)效果1)折流板的近似螺旋分布使得殼側(cè)流體能連續(xù)平穩(wěn)的柱塞狀螺旋運(yùn)動(dòng)，避免了傳統(tǒng)管殼式換熱器容易形成的流場短路及滯流死區(qū)等問題，使殼程壓降降低，同時(shí)換熱系數(shù)得到提高。
2)殼體中中心管的存在大大增強(qiáng)了殼程流體的流動(dòng)，若同時(shí)采用異形管束則可進(jìn)一步增強(qiáng)管程流體的傳熱能力。
3)螺旋折流板換熱器的加工復(fù)雜程度同傳統(tǒng)管殼式換熱器相比并無明顯提高，但其在同等壓降下的傳熱能力明顯提高，在能使用管殼式換熱器的場合均可考慮改用本實(shí)用新型提出的帶中心管的螺旋折流板換熱器，因而本實(shí)用新型提出的螺旋折流板換熱器是值得工業(yè)界尤其是石油化工界推廣的一種產(chǎn)品，具有廣闊的市場前景。
四

附圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；其中包括固定管板1、定距管2、螺旋折流板3、4、中心管5、換熱管束6、浮動(dòng)管板7；圖2為本實(shí)用新型一片折流板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型單螺旋通道示意圖；圖4為本實(shí)用新型雙螺旋通道示意圖；圖5為光管示意圖；圖6為螺旋槽管示意圖；圖7為螺旋波紋管示意圖；圖8為螺旋內(nèi)肋片管的示意圖；圖9為異形螺旋槽管示意圖。
五具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的目的是以以下方式實(shí)現(xiàn)的所述螺旋折流板換熱器由固定管板1、定距管2、螺旋折流板3，4、中心管5、換熱管束6及浮動(dòng)管板7(也可以是另一塊固定管板，下同)組成，換熱管束6置于固定管板1與浮動(dòng)管板7之間。所述換熱管束6可以是光管或各種異形管。在固定管板1與浮動(dòng)管板7之間還置有螺旋折流板3、4，換熱管束6穿過螺旋折流板3、4，并用定距桿2固定。所述折流板3，4為螺旋折流板，其特征參數(shù)為螺旋角β和(殼體)直徑D，一個(gè)螺距長度為H(＝πDtgβ)。所述螺旋折流板3，4由連續(xù)整板拼接而成，形成單螺旋或雙螺旋通道。所述中心管5是固定于殼體中心的一個(gè)管子，其直徑為殼體內(nèi)徑的5％-30％、并以10％左右為宜。所述中心管5所用的金屬是碳鋼、不銹鋼、有色金屬和合金。
所述換熱管束6可以是光管或各種異形管。所述異形管束主要是指各種無源強(qiáng)化管，如粗糙表面、擴(kuò)展表面管等，尤其指螺旋槽換熱管。
所述換熱管束6為異形管時(shí)，主要包括內(nèi)翅片管和外翅片管。翅片的材料可以是碳鋼、不銹鋼、有色金屬和合金，其與管子的連接可以用緊配合、纏繞、粘接、焊接、冷熱壓等方法實(shí)現(xiàn)。所述翅片可以是軸向或徑向的，主要形式包括螺旋槽紋管、螺旋內(nèi)肋片管、螺旋波紋管、橫紋管、多孔表面換熱管等。
所述換熱管束6的排布可以是三角形布管、轉(zhuǎn)角三角形布管、正方形布管、轉(zhuǎn)角正方形布管等，以同心圓環(huán)布置為最佳。
所述換熱器可以是固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U形管換熱器等結(jié)構(gòu)形式。
所述螺旋折流板3，4由若干扇形平板拼接而成，4塊折流板投影形成一整圓。所述螺旋折流板3，4的螺旋角為10°-80°之間，并應(yīng)以35°-40°左右為宜。
所述螺旋折流板3，4可以相互搭接而成，也可以兩鄰兩板間隔一定距離。所述螺旋折流板3組成的螺旋通道可以是單螺旋或雙螺旋通道。
從附圖1可以清楚地看到帶中心管的螺旋折流板管殼式換熱器的主要結(jié)構(gòu)固定管板1、定距管2、螺旋折流板3，4、中心管5、熱管束6及浮動(dòng)管板7。
中心管5及換熱管束6置于固定管板1與浮動(dòng)管板7之間，在固定管板1與浮動(dòng)管板7之間還置有螺旋折流板3、4，換熱管束6穿過螺旋折流板3、4，并用定距桿2固定。所述換熱管束6包括光管和各種異形管束，主要包括螺旋槽紋管、螺旋內(nèi)肋片管、螺旋波紋管、橫紋管、多孔表面換熱管等，其材料可以是不銹鋼、碳鋼等金屬。在一個(gè)螺距范圍內(nèi)，4片扇形折流板組成近似平滑的螺旋通道，扇形折流板可以相互搭接，也可以相互間隔一段距離。所述螺旋折流板所形成的通道可以是單螺旋或雙螺旋通道。本實(shí)用新型可作為傳統(tǒng)管殼式換熱器的替代產(chǎn)品，在能使用管殼式換熱器的場合均可考慮改用本實(shí)用新型提出的帶中心管的螺旋折流板管殼式換熱器。
附圖2給出了螺旋折流板的結(jié)構(gòu)示意圖。可見每個(gè)扇形折流板的投影均為1/4的整圓，其加工可使刀具平臺(tái)或夾具旋轉(zhuǎn)一定的角度(螺旋角)后加工而成。
附圖3給出了單螺旋通道時(shí)扇形折流板3，4的布置情況。折流板依次在與殼體相連接的部位搭接，形成一個(gè)近似平滑的螺旋通道。所述相鄰兩塊螺旋折流板也可以相隔一定的距離布置。
附圖4給出了雙螺旋通道時(shí)扇形折流板3，4的布置情況。折流板依次在扇形折流板的兩個(gè)端點(diǎn)相連，形成2個(gè)方向的近似平滑螺旋通道。所述相鄰兩塊螺旋折流板也可以相隔一定的距離布置。
附圖5、圖6、圖7、圖8、圖9分別給出了本實(shí)用新型采用的部分管束結(jié)構(gòu)簡圖。對(duì)于內(nèi)翅片管束，折流板與管束的裝配方式同螺旋折流板光管式換熱器無異；對(duì)于外翅片管束，折流板的開孔應(yīng)以管束最大直徑為宜。
權(quán)利要求1.一種帶中心管的螺旋折流板管殼式換熱器，由熱交換管及固定裝置所組成，其特征在于該換熱器包括固定管板(1)、定距管(2)、螺旋折流板(3、4)、中心管(5)、換熱管束(6)、浮動(dòng)管板(7)，在固定管板(1)與浮動(dòng)管板(7)之間設(shè)有定距管(2)、中心管(5)、換熱管束(6)、及螺旋折流板(3、4)，定距管(2)和換熱管束(6)穿過螺旋折流板(3、4)，其兩頭分別與固定管板(1)和浮動(dòng)管板(6)相連接，螺旋折流板(3、4)由定距管(2)相固定，中心管(5)位于螺旋折流板(3、4)的軸心線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶中心管的螺旋折流板管殼式換熱器，其特征在于螺旋折流板(3、4)的螺旋角β、直徑D、螺距長度H三者之間的關(guān)系為H＝πDtgβ，其中螺旋角β在10°～80°之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶中心管的螺旋折流板管殼式換熱器，其特征在于螺旋折流板(3、4)由若干扇形平板拼接而成，各扇形平板可以相互搭接，也可以間隔一定的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶中心管的螺旋折流板管殼式換熱器，其特征在于螺旋折流板(3、4)由一組或兩組折流板組成單螺旋或雙螺旋折流板，形成單螺旋或雙螺旋通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶中心管的螺旋折流板管殼式換熱器，其特征在于換熱管束(6)由異型管所組成，該異型管包括內(nèi)翅片管和外翅片管，螺旋槽紋管、螺旋內(nèi)肋片管，螺旋波紋管、橫紋管、多孔表面換熱管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的帶中心管的螺旋折流板管殼式換熱器，其特征在于換熱管束(6)中的光管或異型管排布為三角形布管、轉(zhuǎn)角三角形布管、正方形布管、轉(zhuǎn)角正方形和同心圓環(huán)布管等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶中心管的螺旋折流板管殼式換熱器，其特征在于中心管(5)是管殼式換熱器中心的一根管子，其直徑為管殼式換熱器殼體直徑的5％～30％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋折流板異形管束管殼式換熱器，其特征在于換熱器可以是固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U形管換熱器等結(jié)構(gòu)形式。
專利摘要帶中心管的螺旋折流板管殼式換熱器是涉及一種改進(jìn)的管殼式換熱器，尤其是一種適用于工業(yè)生產(chǎn)中大型換熱器，該換熱器包括固定管板、定距管、螺旋折流板、中心管、換熱管束、浮動(dòng)管板，在固定管板與浮動(dòng)管板之間設(shè)有定距管、中心管、換熱管束、及螺旋折流板，定距管和換熱管束穿過螺旋折流板，其兩頭分別與固定管板和浮動(dòng)管板相連接，螺旋折流板與定距管相固定，中心管位于螺旋折流板的軸心線上。折流板的近似螺旋分布使得殼側(cè)流體能連續(xù)平穩(wěn)的柱塞狀螺旋運(yùn)動(dòng)，避免了傳統(tǒng)管殼式換熱器容易形成的流場短路及滯流死區(qū)等問題，使殼程壓降降低，同時(shí)換熱系數(shù)得到提高，是值得工業(yè)界尤其是石油化工界推廣的一種產(chǎn)品，具有廣闊的市場前景。
文檔編號(hào)F28F9/22GK2597932SQ0321991
公開日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2003年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月18日
發(fā)明者朱加貴, 姜衛(wèi)忠, 桑芝富 申請(qǐng)人:中國石化集團(tuán)揚(yáng)子石油化工有限責(zé)任公司, 中國石化集團(tuán)揚(yáng)子石油化工有限責(zé)任公