CN101619949A - 一种强化传热管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种强化传热管，该传热管包括外管、固定杆及螺旋带，外管为圆柱状空心管，固定杆为实心金属棒，螺旋带焊接在固定杆上形成内插件放置于外管内。与现有技术相比，本发明传热效果好、制造难度低、成品率高、结构更可靠、应用灵活，由于固定杆的存在，在不改变换热管换热面积的前提下，使管内的容积减少，可以使换热管的比表面积增加，有利于换热管的热量交换。

Description

一种强化传热管
技术领域
本发明涉及一种传热管，尤其是涉及一种强化传热管。
背景技术
随着能源危机的日益加剧，设备的节能降耗问题就凸现出来，目前乙烯裂解炉是各乙烯装置中的耗能大户，因此各乙烯裂解炉生产商都把研究重点转移到乙烯裂解炉的节能降耗方面了。要降低乙烯裂解炉的能耗，有效的途径就是提高乙烯裂解炉的换热效率。本技术领域的人员都知道，传热效率的高低与换热管的比表面积和热阻有关。比表面积越大，传热效率越高；热阻越小，传热效率越高。
专利CN1260469A中描述了一种扭曲片管，扭曲角度为100～360度，扭曲比为2～3之间。该扭曲片管应用于裂解炉或管式加热炉，可减薄管内流体的边界层流层和提高换热管的传热效率，目前，一些乙烯装置的乙烯裂解炉采用了该扭曲片管，扭曲片的扭曲角度一般为180度。由于该扭曲片管需采用真空冶炼熔模精铸技术制造，很难制作出扭曲角度更大(扭曲角度超过180度)的扭曲片管，因此限制了扭曲片管的使用效果。
专利CN2144807Y中描述了一种强化传热管，该强化传热管可用于乙烯裂解炉和管式加热炉，由单片螺旋片及管体组成，螺旋片插入管体中起导向作用，使管内流体产生旋转，减薄管内流体的边界层流层，以提高换热管的传热效果。尽管该换热管结构比较简单，制造容易，但使用一段时间后，螺旋片容易产生变形，此时螺旋片的导向作用下降，情况严重时甚至会堵塞换热管。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种传热效果好，制造简便，应用灵活的强化传热管。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种强化传热管，其特征在于，该传热管包括外管、固定杆及螺旋带，所述的外管为圆柱状空心管，所述的固定杆为实心金属棒，所述的螺旋带焊接在固定杆上形成内插件放置于外管内。
所述的固定杆上可连续焊接螺旋带也可分段焊接螺旋带形成螺旋段。
所述的固定杆上同一螺旋段可焊接1-3片同样螺旋方向的螺旋带，螺旋带采用与固定杆相同材质的金属材料。
所述的螺旋带可以为右旋螺旋带，也可以为左旋螺旋带。
所述的螺旋带的螺旋斜边与水平方向的螺旋夹角为45°-85°。
所述的固定杆与螺旋带形成的内插件放置于外管中心，内插件外缘与外管内壁之间的间距为外管内径的0-0.4倍。
所述的螺旋带长度为外管内径的5-50倍。
所述的固定杆外径为外管内径的0.1-0.5倍。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)传热效果好
本强化传热管的内部存在螺旋带，管内流体在螺旋带的导向作用下产生横向流动，并不断对管壁处的边界层流层进行冲刷，使边界层流层的厚度减小，从而减小了边界层流层的热阻，进而提高了传热效率；
本强化传热管内部采用的内插件占据了管内的一定体积，根据比表面积的定义可知，本强化传热管的比表面积比与外管相同内径的普通管比表面积大了不少，比等流通面积的普通管也有一定程度的提高。由于比表面积增大，换热效率也进一步提高；
(2)制造难度低
本强化传热管的制造程序是：外管1、固定杆2和螺旋带3分别进行制造，然后把螺旋带焊接在固定杆上制成插件，再把该插件置入外管内，并采取必要的措施把插件固定在外管上。整个过程采用的都是非常成熟的制造工艺，因此制造难度比较低；
(3)成品率高
本技术的强化传热管制造中，外管1采用离心浇铸法制造，成品率比较高，固定杆和螺旋带为现成的棒材及带材，不存在成品率问题，因此本技术的强化传热管的成品率较高；
(4)结构更可靠
应用本发明技术制造的辐射炉管从外观上看与普通炉管没有什么区别，辐射炉管间的焊缝数量没有增加。在炉管内部存在强化传热内插件，内插件由固定杆和螺旋带组成，螺旋带焊接在固定杆上，正是由于固定杆的存在，螺旋带的刚度得到了较大的提高，能抵御管内高速流体的冲击，此种螺旋带不易变形，结构可靠；
(5)应用灵活
本强化传热管在应用时非常灵活，在同一换热管上可以连续使用，也可间断使用；同一换热管上可以使用相同螺旋角度的螺旋带，也可以使用不同螺旋角度的螺旋带；不同螺旋段中螺旋带长度可以相等也可以不相等；不同螺旋段中螺旋带的螺旋方向可以相同也可以不相同；
(6)由于固定杆的存在，在不改变换热管换热面积的前提下，使管内的容积减少，这可以使换热管的比表面积增加，有利于换热管的热量交换。
附图说明
图1为实施例1中强化传热管的剖面图；
图2为实施例2中强化传热管的剖面图；
图3为实施例3中强化传热管的剖面图；
图4为实施例4中强化传热管的剖面图；
图5为实施例5中强化传热管的剖面图。
图中1为外管、2为固定杆、3为螺旋带。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种强化传热管，其结构如图1所示，应用本发明技术制造辐射炉管，该传热管由外管1、固定杆2和螺旋带3组成，固定杆上采用高频焊接技术焊接1片螺旋带3，螺旋带3为右旋螺旋带。该辐射炉管的具体参数为：炉管总长12000mm，外管1的内径D1＝100mm，壁厚为6.5mm，固定杆2的外径D2＝25mm，螺旋带3的螺旋角度β＝60°，螺旋带3的厚度为5mm，螺旋带3的长度L1＝11940mm。本辐射炉管的流通面积为7175mm2，比表面积为43.79(单位为1/m)，与本辐射炉管具有相同流通面积的普通管内径为95.58mm，其比表面积为41.85(单位为1/m)，本辐射炉管相对普通管比表面积大了4.6％。
实施例2
一种强化传热管，其结构如图2所示，该传热管包括外管1、固定杆2及螺旋带3，外管1为圆柱状空心管，固定杆2为实心金属棒，螺旋带3连续焊接在固定杆2上形成螺旋带，固定杆2及螺旋带3形成内插件，放置于外管1内，固定杆2上同一螺旋段焊接2片同样螺旋方向的螺旋带3，螺旋带3采用与固定杆相同材质的不锈钢作为材料，螺旋带3为右旋螺旋带，与水平方向的螺旋夹角β＝45°，螺旋带3的长度L1为外管1内径D1的5倍，固定杆3的外径D2为外管1内径D1的0.1倍，固定杆2与螺旋带3形成的内插件放置于外管1的中心，内插件外缘与外管1的内壁相邻。
实施例3
一种强化传热管，其结构如图3所示，该传热管包括外管1、固定杆2及螺旋带3，外管1为圆柱状空心管，固定杆2为实心金属棒，螺旋带3分段焊接在固定杆2上形成螺旋段，固定杆2及螺旋带3形成内插件，放置于外管1内，固定杆2上同一螺旋段焊接3片同样螺旋方向的螺旋带3，螺旋带3采用与固定杆相同材质的不锈钢作为材料，螺旋带3为左旋螺旋带，与水平方向的螺旋夹角β＝85°，螺旋带3的长度L1为外管1内径D1的50倍，螺旋段数量为4个，螺旋段间距L2为外管1内径D1的30倍，固定杆3的外径D2为外管1内径D1的0.5倍，固定杆2与螺旋带3形成的内插件放置于外管1的中心，内插件外缘与外管1的内壁间距为外管1内径D1的0.4倍。
实施例4
一种强化传热管，其结构如图4所示，应用本发明技术制造辐射炉管，该传热管由外管1、固定杆2和螺旋带3组成，固定杆2上采用高频焊接技术间断焊接2片螺旋带3，螺旋带3为右旋螺旋带，分段焊接在固定杆2上形成螺旋段。该辐射炉管的具体参数为：炉管总长12000mm，外管1的内径D1＝100mm，壁厚为6.5mm，固定杆2的外径D2＝25mm，螺旋带3的螺旋角度β＝75°，螺旋带3的厚度为5mm，螺旋带3的长度L1＝1500mm，螺旋段数量为4个，螺旋段间距L2＝1900mm。本辐射炉管的流通面积为6987mm2，比表面积为44.96(单位为1/m)，与本辐射炉管具有相同流通面积的普通管内径为47.15mm，其比表面积为42.41(单位为1/m)，本辐射炉管相对普通管比表面积大了6％。
实施例5
一种强化传热管，其结构如图5所示，该传热管包括外管1、固定杆2及螺旋带3，外管1为圆柱状空心管，固定杆2为实心金属棒，螺旋带3分段焊接在固定杆2上形成螺旋段，固定杆2及螺旋带3形成内插件，放置于外管1内，固定杆2上同一螺旋段焊接3片同样螺旋方向的螺旋带3，螺旋带3采用与固定杆相同材质的不锈钢作为材料，螺旋带3为左旋螺旋带，与水平方向的螺旋夹角β＝80°，螺旋带3的长度L1为外管1内径D1的40倍，螺旋段数量为3个，螺旋段间距L2为外管1内径D1的25倍，固定杆3的外径D2为外管1内径D1的0.3倍，固定杆2与螺旋带3形成的内插件放置于外管1的中心，内插件外缘与外管1的内壁间距为外管1内径D1的0.2倍。

Claims (8)

1.一种强化传热管，其特征在于，该传热管包括外管、固定杆及螺旋带，所述的外管为圆柱状空心管，所述的固定杆为实心金属棒，所述的螺旋带焊接在固定杆上形成内插件放置于外管内。
2.根据权利要求1所述的一种强化传热管，其特征在于，所述的固定杆上可连续焊接螺旋带也可分段焊接螺旋带形成螺旋段。
3.根据权利要求1所述的一种强化传热管，其特征在于，所述的固定杆上同一螺旋段可焊接1-3片同样螺旋方向的螺旋带，螺旋带采用与固定杆相同材质的金属材料。
4.根据权利要求1所述的一种强化传热管，其特征在于，所述的螺旋带可以为右旋螺旋带，也可以为左旋螺旋带。
5.根据权利要求1所述的一种强化传热管，其特征在于，所述的螺旋带的螺旋斜边与水平方向的螺旋夹角为45°-85°。
6.根据权利要求1所述的一种强化传热管，其特征在于，所述的固定杆与螺旋带形成的内插件放置于外管中心，内插件外缘与外管内壁之间的间距为外管内径的0-0.4倍。
7.根据权利要求1所述的一种强化传热管，其特征在于，所述的螺旋带长度为外管内径的5-50倍。
8.根据权利要求1所述的一种强化传热管，其特征在于，所述的固定杆外径为外管内径的0.1-0.5倍。
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