CN101598508A - 螺旋导流板换热器管束 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋导流板换热器管束。其构成是用一个中芯柱定心，将圆环钢板热压成螺旋片，围盘在中芯柱上，设定螺旋片的螺旋升角、螺距和直径，螺旋片与换热器两块管板同时钻孔，按钻孔的层间顺序，将螺旋片围盘在中芯柱上，安装在换热器的壳体内，称为螺旋导流板；在中芯柱内，穿装不锈钢波节换热管，中芯柱两端留有壳程介质进出的通道，中芯柱外与壳体内的空间穿装换热管，换热管的两端同管板管孔环口焊接；根据换热器壳体的直径，设定的螺旋导流板，可分为内外两层，内螺旋导流板围盘在中芯柱上，外螺旋导流板围盘在内螺旋导流板的外围边上，相互之间用电焊连接，外螺旋导流板螺距是内螺旋导流板螺距的整数倍；由中芯柱、导流板、换热管、管板组焊在一起，称为螺旋导流板换热器管束。在使用运行中，螺旋导流板换热器管束结构紧凑，加工便捷，成本低，可实现标准化；换热能力强，流动阻力小，无冲击和振动，保持换热器初始换热能力。

Description

螺旋导流板换热器管束

技术领域

本发明涉及一种在石油化工，热能交换等工业领域中使用的管壳式换热器管束，特别涉及螺旋导流板换热器管束。

背景技术

管壳式换热器管束是在石油化工热能交换等工业领域广泛使用的设备，在生产制造中已有国标GB151-1999《管壳式换热器》，对换热器管束中弓型折流板的设计与制造都有明确规定，在支承管束的稳定，保证壳程介质与管程介质的充分换热，计算壳程介质的流动阻力也有明确的计算公式。随着技术领域的改进与创新，弓型折流板存在如下问题：

(1)弓型折流板使壳程流体改变流动方向，生产流动阻力。

(2)弓型折流板与壳体内接触面有90°直角，壳程流动介质产生边界层，部分流动介质停滞不换热。

(3)弓型折流板有1/4面积无支承换热管，使管束有失稳现象，特别对高效强化传热的薄壁换热管，更易产生振动，使换热管疲劳损坏。

为此，螺旋折流板换热器的设想产生了，在设计和制造螺旋折流板换热器过程中出现如下问题：

(1)无连续折流板，壳程介质在流动过程中，工艺控制要稳定，壳程介质流速变化，会产生漏流情况，达不到换热工艺要求。

(2)连续折流板可以解决漏流问题，但在每块螺旋连续板上的螺旋升角是不一样的。圆心处螺旋升角是90°，产品加工无法实现，加安芯管，芯管边缘的螺旋升角也很大，加工管孔难实现，芯管直径过大影响管束的有效换热面积。

(3)螺旋折流板单独加工很难保证管板与螺旋折流板的管孔同心度。

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螺旋导流板换热器管束，它能使壳程介质保持着按工艺设计的流动状态，并且产品结构紧凑，加工方便，提高管束横截面的换热面积，降低流动阻力，便于拆装清洗。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

提供一个螺旋导流板换热器管束，其结构是由两块管板，在其中间放一个中芯柱管，由多片螺旋板围盘在中芯柱管上，中芯柱一端切割多边槽口与一块管板对中焊接，另一端距管板有中芯柱半径之距离，每片螺旋板内孔径与中芯柱外径相同，外径与壳体相同。螺旋板的连续盘接采取光滑过渡无缝隙对接，当换热器壳体直径大于500mm，壳程介质流量大，螺距也大，中芯柱处的螺旋升角也大，为了保证螺旋升角不大于14°，把螺旋导流板分为内外两层，外螺旋导流板的螺距是内螺旋导流板螺距的整数倍，螺旋导流板与两块管板穿装换热管，螺旋导流板的边缘处用若干定距杆限位，使之成为螺旋导流板换热器管束。

所述的管板按GB151-1999《管壳式传热器》规定的管板一致，从外形设计到强度计算都已有明确的规定，只需要在管板钻孔前将螺旋导流板按管束的安装顺序罗叠在两块管板中间，第一块螺旋导流板和最后一块螺旋导流板与管板的空隙用模板紧固，并标识；而后再用合适的长杆钻头钻孔，保证管束的同心度。

所述的中芯柱是为了有效实现螺旋导流板的成形和定心，中芯柱直径采用Φ219mm管即可，中芯柱内穿满强化传热不锈钢波节换热管，波节换热管之间的管间距与波峰相同，管板上的管孔与波节换热管的波谷相同，管桥大于5mm，中芯柱一端切割多边槽口焊接在管板上，另一端距管板有中芯柱半径之距离，强化传热不锈钢波节换热管，材料选用316L或304，即00Cr17Ni14Mo2或0Cr18Ni9，在中芯柱内即能有很好的传热效果又能经久耐用。

所述的螺旋导流板能起到使管程介质顺势而流的作用，螺旋导流板根据壳程流量确定换热器的换热面积和壳体直径，流量大直径大，螺旋板的距离相应就大，螺旋导流板的螺旋升角随着距中心距离越小就越大，加工管孔时难度大，因而换热器壳体直径大于500mm时，采用双层螺旋导流板。内层螺距是外层螺距的1/n，螺旋升角控制在14°之内，可以顺畅实现加工管孔。

所述的定距杆与GB151-1999《管壳式换热器》规定的定距杆一致，数量多少根据换热器壳体的直径大小而定，尽量布置在螺旋导流板的边缘。

本发明对螺旋导流板进行改进，改进在控制螺旋曲面最少的螺旋升角不能大于14°，螺旋导流板的管孔与管板配钻，保证同心度，根据换热器壳体直径的大小来设计螺旋导流板的升角与层数，保证外层与内层在每个外层螺距360°处平齐，使壳程介质无漏流。根据壳体介质工艺流量设计计算每点壳体介质的线速度，制定螺旋导流板的层数，保证壳体介质流速稳定，减少振动。

本发明对中芯柱进行改进，改进在中芯柱不仅起到定心作用而且还起到增加换热面积的作用，并且采用强化传热高效不锈钢波节换热管能提高整体换热器的换热能力。中芯柱的直径由以下技术条件所定：首先是螺旋导流板的螺旋升角，螺旋导流板内径尺寸在下料时满足螺旋升角小于14°；其次是换热器管束整体的稳定性和强度；接着是中芯柱内径的换热面积；最后是壳体介质流入中芯柱内进行换热的流道。中芯柱两端的壳体介质通道根据工艺流量而定。

本发明对螺旋导流板的旋向是根据壳体内流体进出口方位而定，左旋右旋均可，各层螺旋方向必须一致，每片的外型尺寸必须一样。

本发明的有益效果是：

(1)传统的螺旋折流板改进成螺旋导流板流体阻力减小，壳程介质的沉积物不能沉留在换热器壳体内，保持换热器原始的换热功能。

(2)中芯柱内加上强化换热不锈钢波节管，耐腐蚀，换热能力强，保证壳体内的有效换热面积，使换热器结构更加紧凑。

(3)控制螺旋导流板的螺旋升角，螺旋导流板上的管孔加工能够实现，加工制造成本低。

综上所述可有效地实现本发明的任务。

附图说明

图1为本发明浮头式螺旋导流板换热器管束示意图。

图2为本发明固定管板式螺旋导流板换热器管束示意图。

图3为本发明螺旋导流板换热器管束中芯柱示意图。

图4为本发明内外层螺旋导流板示意图。

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所示，螺旋导流板换热器管束使用在浮头式换热器上，螺旋导流板换热器管束由两块管板(8)(9)一个中芯柱(1)数件内螺旋导流板(2)和外螺旋导流板(3)构成，中芯柱(1)一端在距小管板(8)留有1/2中芯柱直径间距为壳程介质通道，另一端切割多边槽口焊接在大管板(9)中心处，切割的多边槽口面积与另一端留有的壳程介质通道面积相等，加工小管板(8)和大管板(9)的管孔，同已热压成形的内外螺旋导流板(2)(3)多块罗叠在一起，小管板(8)在下，大管板(9)在上，中间夹压着换热器所用的数块内外螺旋导流板(2)(3)，调准螺旋导流板的螺旋升角，用模块、垫铁将上下两个螺旋升角处的空间垫平，而后用压板将上下管板(8)(9)压紧在钻床工作台上，标识后用长杆钻头钻孔，保证同心度和垂直度。大管板(9)同中芯柱(1)切割多边槽口处焊接，而后将不锈钢波节换热管(7)穿装在中芯柱(1)内，不锈钢波节换热管(7)两端穿引两个管板的管孔中，调整各处控制尺寸，螺旋导流板换热器管束芯子即成形，再根据设计好的螺旋片数和螺距，按着钻孔时标识的顺序，进行装配，先安装内螺旋导流板(2)接着安装外螺旋导流板(3)用定距杆(5)调整固定螺距用电焊将其内外螺旋导流板(2)(3)同中芯柱(1)相互焊接在一起，穿引换热管(6)进行胀接管头和环口焊。

参照图1所示，大封头(11)、小封头(12)、壳体(13)、管箱(14)是管壳浮头式换热器的常规零部件。

壳程介质入口(21)、壳程介质出口(22)、管程介质入口(23)、管程介质出口(24)是管壳浮头式换热器必备的工艺介质流通孔。

参照图3所示，是本发明的特征，中芯柱(1)有壳程介质入口(31)和壳程介质出口(32)，中芯柱(1)内排满不锈钢波节换热管(7)使管板的开孔面积最大化，中芯柱壳程介质入口(31)和出口(32)采用一端与管板留有通道间隙，另一端切割成多边槽口，在布置中芯柱(1)内的不锈钢波节换热管(7)要紧凑，管间距等于波峰直径，管板上的管孔直径等于波谷直径，使壳程介质在中芯柱内流动，充分与换热管壁接触，保证换热能力。

参照图4所示，螺旋导流板换热器管束的换热面积是由装置中工艺计算所决定的，外螺旋导流板直径D、壳体长度L、中芯柱直径Φ、内螺旋导流板外径d、螺距e是经过设计计算而定，在设计螺旋导流板换热器管束中首要参数是内螺旋导流板(2)的螺旋升角不能大于14°，目的是为了便于加工螺旋导流板上的管孔。随着螺旋导流板直径的增大，螺旋升角逐渐变小，在满足壳体介质流速的前提下，控制外螺旋导流板的螺距e使内螺旋导流板的螺旋升角减小，为了提高壳体流速的前提下，可增大外螺旋导流板(3)的螺距e，使内螺旋导流板的螺旋升角增大，为了保证内螺旋导流板的螺旋升角不大于14°，可将内螺旋导流板(2)的螺距变小为

螺旋导流板一般可分为内外两层，计算、加工、制造都能达到标准化。

参照图2所示，螺旋导流板换热器管束使用在固定管板式换热器上。螺旋导流板换热器管束由两块大小相等的管板(8)(9)，一个中芯柱(1)数件内螺旋导流板(2)和数件外螺旋导流板(3)，定距杆(5)，换热管(6)不锈钢波节换热管(7)组成，在未穿进壳体(10)之前将中芯柱(1)与右管板(9)对中焊接，中芯柱(1)内穿满不锈钢波节换热管(7)在中芯柱外安装内螺旋导流板(2)和外螺旋导流板(3)，用定距杆(5)调整各部尺寸将内外螺旋导流板与中芯柱焊接成为一体。从壳体的右侧穿入，用部分换热管(6)做引管，安装壳体的左管板(8)，并调整左管板与内外螺旋导流板及右管板每个管孔都同心。再把左管板(8)和右管板(9)焊在壳体上，然后穿装所有换热管(6)，进行胀管头和环口焊。固定管板式换热器安装螺旋导流板管束其外形结构与GB151-1999《管壳式换热器》一样。整体结构由小管箱(11)、大管箱(13)、壳体(10)、壳程介质入口(21)、壳程介质出口(22)、管程介质入口(23)、管程介质出口(24)构成。

Claims (2)

1.一种螺旋导流板换热器管束，包括在一个壳体(10)内，有一个中芯柱(1)围盘着螺旋导流板(2)(3)，中芯柱(1)两端各放置一块管板(8)(9)，中芯柱(1)内穿满不锈钢波节换热管(7)，中芯柱(1)外与壳体(10)内的空间盘旋螺旋导流板(2)(3)，两端管板(8)(9)上的管孔与螺旋导流板(2)(3)上的管孔同心，穿装换热管，其特征在于，中芯柱(1)内穿满不锈钢波节换热管(7)，波节换热管(7)之间的管间距与波节换热管(7)的波峰相同，管板(8)(9)上的管孔直径与波节换热管(7)的波谷相同，中芯柱(1)一端切割多边槽口焊接在管板(9)上，另一端距管板(8)有间距。

2.根据权利要求1所述的螺旋导流板换热器管束，其特征在于螺旋导流板(2)(3)可分内螺旋导流板(2)和外螺旋导流板(3)，内螺旋导流板(2)围盘焊接在中芯柱(1)外表面上，螺旋升角不大于14°，外螺旋导流板(3)围盘焊接在内螺旋导流板(2)外围边上，外螺旋导流板(3)的螺距是内螺旋导流板(2)螺距的整数倍。

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