CN101813371A - 反旋向折流翅片管加热炉及其强化传热方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种反旋向折流翅片管加热炉及其强化传热技术。加热炉由炉墙、管板、炉管和弯头箱等主要零部件组成，炉管可以部分是或全部是螺旋翅片管，但其沿着烟气流向排列的前后两部分翅片管上的翅片旋向是相反的，组成反旋向折流翅片管排，这种新型排列组合结构除了具有传统翅片管增大换热面积的功能外，折流功能对流经其间的气流进行不断的挠动而始终保持紊流复杂状态，增强气流整体混合的湍动程度，提高气流的边缘流速，对沉积在翅片根部炉管表面的烟尘更具搅动吹扫作用，同时具备多重功能，与传统加热炉结构相比，新的反旋向折流翅片管加热炉没有增加材及制造投入就可以提高壳程的传热膜系数，提高其热效率，适于各种高效节能设备的需要。

Description

反旋向折流翅片管加热炉及其强化传热方法

1、技术领域

本发明专利是关于石油炼制、石油化工及其他化工工艺过程对流体介质的管式加热炉的一种炉管翅片旋向及翅片管排列方式的新型结构设计建造及强化传热技术，属于机械工程装备中的设计及建造领域。

2、背景技术

(1)传统加热炉的结构设计及功能

加热炉是石油化工中的龙头，包括常压炉、减压炉、制氢炉、重整炉、焦化炉、转化炉及裂解炉等。管式加热炉的作用于是将介质(油料或气体)加热至工艺所需的温度。

炉体的四面由高大的炉墙围成炉膛，炉墙由工字钢等型钢钢架上铺焊钢板，钢板上分布焊接保温钉，在保温钉之间浇铸入隔热和耐磨材料。炉墙上安装的支架支持着管板，炉管穿过带孔的管板由管板支持，炉管可以部分是螺旋翅片管或全部是螺旋翅片管，炉管两端通过弯头联接，炉管内流过的是需要加热的油料，炉管外面在炉膛内垂直从下往上(或水平从左到右、从右到左)流过的是高温烟气或热风，热量通过管壁传给管内的油料。

一般来说，为了充分平衡和利用各种热源，加热炉由附图1所示的7组结构相同的模块上下叠装而成，其中的一组模块如图2所示。

(2)传统加热炉的建造技术及其存在的问题

目前，加热炉的建造方法分为两种，一种是在制造厂制或模块后运到装置现场吊装，另一种是直接在装置现场对炉墙、管板、炉管、弯头等进行安装。无论哪一种方法，炉体结构设计及建造均没有对其中翅片管的翅片旋向排列方式提出技术要求。

实际上，对绝大多数翅片管制造厂来说，在表面光滑的钢管外圆上螺旋缠绕钢带而成的翅片管其钢带的缠绕方向一般时同一个方向的，或者是如图3所示的左旋，或者是如图4所示的右旋，由该厂安装的焊机结构功能而定。

结果是，由同一翅片旋向的翅片管排列在一起时，就组成图5所示同旋向折流翅片管排，管外的高温烟气很顺畅、很容易就流了过去，一方面烟气与翅片的接触换热时间缩短了，另一方面烟气在翅片表面容易形成稳定的层流，对沉积在翅片根部炉管表面的烟尘没有搅动吹扫作用，增加了热对流的难度，总的是这种排管方法影响了加热炉热效率的进一步提高。

由此可见，对石油化工加热炉进行设计及建造技术方面的改进，改变传统的同旋向折流翅片管加热炉为相邻排管反旋向折流翅片管加热炉，可以提高加热炉热效率及经济效益，具有很强的工程和社会经济意义。

3、发明内容

本发明专利是关于一种反旋向折流翅片管加热炉及其强化传热技术，加热炉由炉墙、管板、炉管和弯头箱等主要零部件组成，其中炉管可以部分是螺旋翅片管或全部是螺旋翅片管，但其沿着烟气流向排列的前后(或上下、或左右)相邻的两部分翅片管上的螺旋翅片的旋向是相反的，组成图6所示反旋向折流翅片管排，这种新型排列组合结构的翅片管除了具有传统翅片主要的增大换热面积的功能外，还新增了对管排间流动的烟气的折流作用，利用反旋向翅片的折流功能对流经其间的气流进行不断的挠动，使换热管翅片间的气流始终保持紊流复杂状态，增强气流在热交换器内整体混合的湍动程度，提高换热管隙间气流的边缘流速，以及对沉积在翅片根部炉管表面的烟尘具有搅动吹扫作用，提高壳程的传热膜系数，强化壳程传热。

同时具备增大换热面积和折流烟气等多重功能，与传统加热炉结构相比，新建的反旋向折流翅片管加热炉没有增加材及制造投入就可以提高其热效率，更加适用于各种高效节能设备和热交换设备的需要。

从功能角度看，这里的折流翅片相当于在石油化工装置里大量使用的管壳式换热器的管束折流板，折流板对换热流体的折流作用原理早已应用了上百年，只不过一直广泛应用在流体中的液体介质的折流，应用到气体介质的折流中实在罕见，基本是一片空白。

4、附图说明

图1所示是由7组结构相同的模块上下叠装而成加热炉典型结构示意图。

图2所示是图1中的某一组模块。

图3所示是翅片左旋的一段翅片管。

图4所示是翅片右旋的一段翅片管。

图5所示是翅片同旋向的两段翅片管排，箭头显示烟气直接顺畅地经过了管排，图中的标志1表示从翅片管的任意一端观察翅片的缠绕方向为右旋方向，带箭头的粗虚线标志2表示从两排翅片管流过的烟气流道轨迹是一条直线的，流动较为顺畅。

图6所示是翅片反旋向的两段翅片管排，显示烟气受到反旋向翅片的折流作用才能经过管排。图中的标志3表示从翅片管的任意一端观察翅片的缠绕方向为左旋方向，带箭头的粗虚线标志4表示从两排翅片管流过的烟气流道轨迹是一两次折弯的路线，流动较为困难。

5、具体实施方式

实施例1

首先，翅片管制造厂应对其翅片管焊接装置略加改造，以具备同时生产左旋和右旋翅片管的条件。具体来说，如果原来旋转钢管的床头箱(类似于车床的床头箱)只有单向旋转功能，那就要调整原来电机的电原接线方式，使其运行时转向相反，或者在原旋向基础上增加多一项反转的功能；如果原来旋转钢管的床头箱已经具有双向旋转功能，那就不必进行这一部改造。

其次，改造翅片管焊接装置的电极安装方位，以适应相应的旋向需要。

再次；在设计加热炉时，对沿着烟气流向排列的前后相邻的两排翅片管提出翅片反旋向的技术要求，对所需要的不同旋向的翅片管在模块或炉中的安装方位在图纸上作出醒目的标记，对其数量准确统计并标记在图纸标题栏中，以便对应生产。

最后，组装加热炉时，严格按设计图纸要求的排管方式进行排管。加热炉的其他建造方式与传统工艺相同。

实施例2

本实施例除以下技术特征外，其他同实施例1：对沿着烟气流向排列的前后相邻的两部分(而不仅是两排)翅片管提出翅片反旋向的技术要求，前后相邻的两部分中各部分的数量可以是等量的两排、三排或四排，各部分的数量还可以是不等量的形式，即两排左旋、三排右旋，等等。

实施例3

本实施例除以下技术特征外，其他同实施例1：对沿着烟气流向排列的前后相邻的两组模块(而不仅是两排或两部分)翅片管提出翅片反旋向的技术要求。

实施例4

本实施例除以下技术特征外，其他同实施例1：本发明专利所说的加热炉其精神实质是实现两种换热介质的热交换，加热炉只是热交换器中通俗的一种名称，本发明专利所说的加热炉技术创新内容也可以应用到冷却器等其他热交换器中。

上述实施例为本发明专利较佳的实施方式，但本发明专利的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明专利的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明专利的保护范围之内。

近几年来，随着原油劣质化及能源危机，国家加强对节能减排的管理，企业对高效换热新技术及其应用非常重视，这为该项专利技术的应用提供了很好的条件。

Claims (7)

1.关于一种反旋向折流翅片管加热炉及其强化传热方法加热炉由炉墙、管板、炉管和弯头箱等主要零部件组成，其中炉管可以部分是螺旋翅片管或全部是螺旋翅片管，但其沿着烟气流向排列的前后(或上下、或左右)相邻的两排翅片管上的螺旋翅片的旋向是相反的，这种新型排列组合结构的翅片管除了具有传统翅片主要的增大换热面积的功能外，还新增了对管排间流动的烟气的折流作用，同时具备增大换热面积和折流烟气的双重功能，更加适用于各种高效节能设备和热交换设备的需要。其主要特征在于：换热管上的翅片具有折流作用。

2.根据权利要求1所述一种反旋向折流翅片管加热炉，其特征是：炉中安装的由基管和翅片组合而成的翅片管设置有两种结构形式，一种的翅片旋向是顺时针右旋向的，另一种的翅片旋向是反时针左旋向的。

3.根据权利要求1所述一种反旋向折流翅片管加热炉，其特征是：炉中安装的由基管和翅片组合而成的翅片管有设置多种排列形式：第一种是在同一组模块中，其沿着烟气流向排列的前后(或上下、或左右)相邻的两排翅片管上的螺旋翅片的旋向是相反的，如果前一排是顺时针右旋向的，后一排的翅片旋向则是反时针左旋向的；第二种是在同一组模块中，其沿着烟气流向排列的前后(或上下、或左右)相邻的两部分翅片管上的螺旋翅片的旋向是相反的，如果前两排是顺时针右旋向的，后两排的翅片旋向则是反时针左旋向的；第三种是在同一台炉的不同模块之间，其沿着烟气流向排列的前后(或上下、或左右)相邻的两组模块内部排列的翅片管上的螺旋翅片的旋向是相反的，如果前一组模块内部排列的翅片管全部是顺时针右旋向的，后一组模块内部排列的翅片管则全是反时针左旋向的。

4.根据权利要求1所述一种反旋向折流翅片管加热炉，其特征是：对沿着烟气流向排列的前后相邻的两部分翅片管的数量可以是数量相同的两排、三排或四排(依此类推)，各部分的数量还可以是不相同的形式，即两排左旋、三排右旋，或其他数量组合等等。

5.根据权利要求1所述一种反旋向折流翅片管加热炉，其特征是：炉中设置安装的由顺时针右旋向和反时针左旋向的两种翅片管，其整体有多种结构形式，也就是说其基管管轴中心线可以是直的、弯的或其他非直的结构。

6.根据权利要求1所述一种反旋向折流翅片管加热炉，其特征是：炉中设置安装的由顺时针右旋向和反时针左旋向的两种翅片管，其材料组合有多种形式，也就是说其基管和翅片可由不同材料组合而成。

7.一种利用权力要求1～6任一项所述翅片管热交换器实现的强化换热方法，其特征在于：利用反旋向翅片的折流功能对流经其间的气流进行不断的挠动，使换热管翅片间的气流始终保持紊流复杂状态，增强气流在热交换器内整体混合的湍动程度，提高换热管隙间气流的边缘流速，使翅片间的气流更具吹灰功能，提高壳程的传热膜系数，强化壳程传热。

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