CN101514879A - 一种并行组合式多壳程螺旋折流板管壳式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种并行组合式多壳程螺旋折流板管壳式换热器，包括一个壳体，一根或者多根同心套管，管板，封头，换热管束，折流板等。折流板分为外壳程连续螺旋折流板和内壳程折流板，其中内壳程折流板可以是弓形折流板、非连续螺旋折流板、环盘折流板等其它形式。壳体、外壳程连续螺旋折流板、内套管形成外壳程，内套管、内壳程折流板形成内壳程，内外壳程流体入口端位于壳体同一侧，流体同时并行流经换热器内外壳程通过换热管束与管内流体进行流动换热。本发明可以提高换热器的换热效率、结构紧凑度，大大减少换热器运行时的振动且不易结垢，可提高换热器安全性和增加其使用寿命。

Description

一种并行组合式多壳程螺旋折流板管壳式换热器

技术领域

本发明涉及一种管壳式换热器，特别涉及一种并行组合式多壳程螺旋折流板管壳式换热器。

背景技术

换热器是炼油、化工、环保、能源、电力等工业中一种重要的单元设备，尤其是管壳式换热器的应用广泛。管壳式换热器工作原理是：冷热两种流体，一种管内流动，另一种流体在壳侧流动，两者之间通过换热管束完成换热过程。为满足支撑换热管束和改善换热的目的，通常采用在壳侧设置折流板改变壳侧流体流动方向和增加流体扰流度。

传统弓型折流板由于加工简单和安装方便被广泛采用，但是存在：①壳侧沿程压损大；②易结垢；③存在较大漏流和旁流；④易诱导换热管的振动，缩短了换热器的寿命等问题。现有的螺旋折流板换热器(见专利99241930.1和200320106763.1)，两者都非连续螺旋折流板，不能形成完全螺旋流动，存在“三角漏流区”，导致换热效率不如弓形折流板。连续螺旋折流板换热器(见专利200510043033.5)由于存在中心管，降低了换热器的紧凑度，而且随着换热器壳体直径和螺旋角变大，螺旋曲面加工工艺难度增加。组合式多壳程螺旋折流板换热器(见专利200610041949.1)将壳侧分为多个壳程，流体依次串联通过各个壳程，虽然能够强化换热，但由于流体在壳程经过多个转折而压损大幅度增加，不适合中小型换热器。

发明内容

为了克服上述不足之处，本发明的目的是提供一种并行组合式多壳程螺旋折流板管壳式换热器，它能使壳侧流体按照更加合理的形式流动，同时能充分利用换热空间，提高了换热器换热效率，结构紧凑度，减少壳侧的压力损失，并且在一定程度上简化了连续螺旋折流板的加工难度。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种并行组合式多壳程螺旋折流板管壳式换热器，包括一个壳体，壳体一端连接管板，管板与封头连接，壳体的另一端也有连接封头，其中，一端封头上设置有管侧进口管和管侧出口管，管板上连接有换热管束，换热管束通过壳体内折流板的孔平行固定于壳体之间，其特征在于：壳侧进口管连接于封头的一端，壳体、连续螺旋折流板和内套管形成外壳程，内套管，内壳程折流板形成内壳程，内外壳程入口端位于壳体同侧，流体通过壳侧进口管平行进入内外壳程入口端，同时并行流经外壳程、内壳程进行流动换热，并经壳侧出口流出；

所述的内外壳程入口端，可设置导流板对进入内壳程和外壳程流体进行导流分流。导流板可导流壳侧进口的流体按照一定的比例分别进入内外壳程，为充分发挥连续螺旋折流板的换热和压损优势，外螺旋壳程可分流更多流体。导流板同时可起到对内套管固定和支撑作用；

所述的导流板可以是圆环形状，分隔整个内外壳体入口端，也可以采用圆缺或者圆环缺形状，而且导流板布置的位置和高度决定进入各个壳程的流体流量，防止外壳程流体在连续螺旋折流板间流动不充分；

所述的内壳程折流板可以采用多种形式，如弓形折流板、搭接式非连续螺旋折流板、交错式非连续螺旋折流板、环盘式折流板等其它各种形式。内壳程采用的折流板形式，可根据实际的加工能力，安装方便程度和换热需要进行选择；

所述的内壳程也可不设置折流板形成直通道，但需增加内壳程换热管束密度或者采用管外扰流装置等；

所述的外壳程的连续螺旋折流板和内壳程的搭接式非连续螺旋折流板或交错式非连续螺旋折流板可以呈单螺旋或者多螺旋结构，其螺旋是左手螺旋或者右手螺旋；

所述的内套管为一个或者多个，形成并行组合式两壳程或者多壳程螺旋折流板换热器。内套管直径的确定应保证外壳程连续螺旋壳程的流体流通面积相对大于内壳程。对于换热要求较高场合，可通过采用螺旋角较小的连续螺旋折流板和增加内壳程折流板数的方式来提高换热效率；

所述的内外壳程折流板，在底部留有防积垢小孔，防止流体中杂质积垢阻塞流体通道。

以并行组合式两壳程螺旋折流板管壳式换热器为例，外壳程折流板为多个完全连续螺旋折流板搭接而成，内壳程的折流板可用传统弓形折流板(也可选用其它折流板形式)。壳体、连续螺旋折流板和内套管形成外壳程，内套管，内壳程折流板形成内壳程，壳侧流体从壳侧进口管平行进入内外壳程入口端，同时流经外壳程、内壳程进行流动换热，并经壳侧出口流出。这种组合式换热器外壳程由于中采用完全连续螺旋折流板而形成完全螺旋型流动，可减少漏流，减少振动，降低压力损失，强化换热；内壳程充分利用换热空间而且回避了加工较小直径和小螺旋角的螺旋面的难度。特别场合内壳程也可以不增设折流板，此时可增加内壳程换热管束数或者管间采用扰流措施，进一步简化内壳程同时满足换热要求。

本发明所述的外壳程进口管处可设置导流板，导流板在壳侧进口的布置起到分隔内外壳程和导入内外壳程流体的作用，导流板布置的位置和高度决定进入各个壳程的流体流量，合理的设计可避免外壳程流体在连续螺旋折流板间流动不充分。

本发明所述的换热器内存在一根内套管时形成并行组合式两壳程螺旋折流板换热器，存在两个以上内套管形成并行组合式多壳程螺旋折流板换热器。对于换热要求很高的场合，可通过采用较小螺旋角的连续螺旋折流板和增加内壳程折流板数提高换热效率。

本发明所述的非连续螺旋折流板可为搭接螺旋式非连续螺旋折流板或者交错螺旋式非连续螺旋折流板。所述的螺旋折流板可根据过程、工艺设计的需要采用单螺旋或者多螺旋结构。螺旋折流板在壳体内可根据安装设计的需要采用左手螺旋或者右手螺旋结构。

本发明的外壳程连续螺旋折流板底部和内壳程折流板下部设置有自防垢孔。防积垢孔可以防止大量污垢沉积在换热器底部，提高换热器自防垢能力，延长清洗污垢的周期，降低换热器的污垢清洗费用，减少停机清洗污垢次数，延长设备使用寿命，保证生产的顺利进行。

综上所述本发明具有以下优点：

1、本发明可以简化加工工艺；

2、本发明可以提高换热器的换热效率和换热器紧凑度；

3、本发明可以减少壳侧压力损失。

附图说明

图1(a)本发明换热器整体结构示意图。

图1(b)本发明换热器内部结构中折流板布置示意图。

图1(c)本发明换热器结构中一种布管示意图。

图2(a)本发明换热器壳侧入口设置圆形导流板及内外壳程折流板的组合结构简图。

图2(b)圆形导流板与壳体及套管位置关系示意图。

图3(a)本发明换热器壳程入口设置圆缺形导流板及内外壳程折流板的组合结构简图。

图3(b)圆缺形导流板与壳体及套管位置关系图。

图4本发明换热器壳侧入口不设导流板及内外壳程折流板的组合结构简图。

图5(a)本发明中连续螺旋折流板结构示意图。

图5(b)本发明中搭接式非连续螺旋折流板结构示意图。

图5(c)本发明中交错式非连续螺旋折流板结构示意图。

附图为本发明的具体实施例。

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

参照图1(a，b)所示，一种并行组合式多壳程螺旋折流板管壳式换热器实施例一，该换热器包括一个壳体18，壳体18上管板6，封头5，其中，一侧封头5上设置有管侧进口管3和管侧出口管4，管板6上设置有换热管束15，外壳程螺旋折流板13和内壳程折流板14设置于壳体内部，折流板上设置有孔21，换热管束15穿过内外壳程中折流板上的孔21平行固定壳体18内，同时壳体18上安装有壳侧出口管8，其特征在于，壳侧进口管7布置于另一端封头5的一端，流体平行流入内外壳体入口端182，同时经过平行多壳程181、183从壳侧出口8流出。内套管17一端于管板6固定定位。1为管侧进口流体，2为管侧出口流体，9为壳侧进口流体，10为壳侧出口流体。

参照图1(c)所示，一种并行组合式多壳程螺旋折流板换热器实施例一，入口端采用并行入口方式，可避免传统处置入口方式的入口效应影响，同时实现管侧和壳侧流体完全逆流设计，换热器只在一侧加设管板6，换热管15采用“U”型管布置。

参照图2(a)所示，一种并行组合式多壳程螺旋折流板换热器实施例二，换热器两侧设置管板6，为满足壳侧进出口导流和分流目的，在壳体进口管7外后存在引流管23，导流板12将壳侧入口处流体分别导入外壳程181和内壳程183，内外壳程流体在壳侧出口管8处汇合，通过出口管流出壳体。图中同时给出了一种外壳程采用连续螺旋折流板13内壳程采用非连续螺旋折流板142的组合方式。21为折流板或者导流板上孔，20为防积垢孔，17为内套管。

参照图2(b)所示，一种并行组合式多壳程螺旋折流板换热器实施例二，当存在引流管23时，圆环形导流板12位于内套管17端口，将整个内外壳程入口端阻隔。

参照图3(a)所示，一种并行组合式多壳程螺旋折流板换热器实施例三，采用常规壳侧进口管7时，为满足壳侧进出口导流和分流目的，布置圆缺形导流板12将壳侧入口出流体分别导入外壳程181和内壳程183，内外壳程流体在壳侧出口管8处汇合，流出壳体。图中同时给出了一种外壳程采用连续螺旋折流板13内壳程采用弓形折流板141的组合方式。21为折流板上的孔，20为防积垢孔，17为内套管。

参照图3(b)所示，一种并行组合式多壳程螺旋折流板换热器实施例三，壳侧圆环缺形导流板12高度H满足(D-d)/2＜H＜(D+d)/2，导流板12可以使得流体更多的在外壳程181中进行流动换热。D为壳体18的直径长度，d为内套管17的直径长度。

参照图4所示，一种并行组合式多壳程螺旋折流板换热器实施例四，为简化换热器工艺，在不考虑内外壳程分流作用时，取消导流板12，流体从壳侧进口管7进入壳侧，自由分配进入外螺旋壳程181和内壳程183，内外壳程流体在壳侧出口管8处汇合，流出壳体。图中同时给出了一种外壳程采用连续螺旋折流板13内壳程采用环盘折流板143的组合方式。21为折流板上的孔，20为防积垢孔，17为内套管。

参照图5(a)示，用一片金属材料或非金属材料制成圆形或椭圆形环片，在螺旋面模中压制或者采用直接拉制的方法形成螺旋曲面，再通过定位装置，确定管孔21的位置，最后钻出孔21，形成连续螺旋折流板13的单元片。

参照图5(b)所示，用一片金属材料或非金属材料制成圆或椭圆环片，钻出孔21，然后再沿径向裁成四块扇弧形的折流板，搭接形成搭接式非连续螺旋折流板142a单元片。

参照图5(c)所示，用一片金属材料或非金属材料制成圆或椭圆环片，钻出孔21，然后再沿径向裁成四块扇弧形的折流板，交错布置成为内壳程交错式非连续螺旋折流板142b单元片。

Claims (6)

1、一种并行组合式多壳程螺旋折流板管壳式换热器，包括一个壳体(18)，壳体(18)一端连接管板(6)，管板(6)与封头(5)连接，壳体(18)的另一端也连接封头(5)，其中，一端封头(5)上设置有管侧进口管(3)和管侧出口管(4)，管板(6)上连接有换热管束(15)，换热管束(15)通过壳体(18)内折流板上的孔(21)平行固定于壳体(18)内，壳体(18)、连续螺旋折流板(13)和内套管(17)形成外壳程(181)，内套管(17)、内壳程折流板(14)形成内壳程(183)，其特征在于：壳侧进口管(7)连接封头(5)，内外壳程入口端(182)位于壳体同侧，壳侧流体从壳侧进口管(7)平行进入内外壳程入口端(182)，内外壳程入口端(182)设置导流板(12)对进入内壳程(183)和外壳程(181)的流体进行导流分流，同时流经换热器外壳程(181)、内壳程(183)进行流动换热，并经壳侧出口管(8)流出。

2、根据权利要求1所述的并行组合式多壳程螺旋折流板管壳式换热器，其特征在于，所述的导流板(12)分隔整个内外壳体入口端(182)，导流板(12)是圆环形状、圆缺或圆环缺。

3、根据权利要求1所述的并行组合式多壳程螺旋折流板管壳式换热器，其特征在于，内壳程折流板(14)采用弓形折流板(141)、搭接式非连续螺旋折流板(142a)、交错式非连续螺旋折流板(142b)或环盘式折流板(143)。

4、根据权利要求1所述的并行组合式多壳程螺旋折流板管壳式换热器，其特征在于，所述的外壳程连续螺旋折流板(13)、内壳程的搭接式非连续螺旋折流板(142a)或交错式非连续螺旋折流板(142b)呈单螺旋或者多螺旋结构，其螺旋是左手螺旋或者右手螺旋。

5、根据权利要求1所述的并行组合式多壳程螺旋折流板管壳式换热器，其特征在于，所述的内套管(17)为一个或者多个，形成并行组合式两壳程或者多壳程螺旋折流板换热器。

6、根据权利要求1所述的并行组合式多壳程螺旋折流板管壳式换热器，其特征在于，所述的外壳程连续螺旋折流板(13)和内壳程折流板(14)上设置有防积垢孔(20)。

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