CN102135390A - 板翅式换热器气液两相流均布装置及气液两相流混合方法 - Google Patents

板翅式换热器气液两相流均布装置及气液两相流混合方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种板翅式换热器气液两相流均布装置，所述板翅式换热器内部顺着流体流动的方向，从下至上依次包括翅片流道Ⅰ区、液体分配封条、翅片流道Ⅱ区、气体分配封条、翅片流道Ⅲ区；所述翅片流道Ⅰ区、翅片流道Ⅱ区、翅片流道Ⅲ区为内部设有换热翅片的流道，所述液体分配封条的长度、气体分配封条的长度和换热器的宽度一致；本发明还涉及一种气液两相流在板翅式换热器内部混合的方法；本发明装置及混合方法在换热器中部汇入气液两相流时，可改善两相流流体分配的均匀性，减少气液两相流体在板翅式换热器中的进出口数量，减少再分配两相流体的流量，降低流体阻力，在保证换热器面积时缩短换热器的长度。

Description

板翅式换热器气液两相流均布装置及气液两相流混合方法
技术领域
本发明涉及一种板翅式换热器气液两相流均布装置及一种气液两相流混合方法。
背景技术
随着板翅式换热器在石油化工行业领域的广泛应用，天然气液化工艺的快速发展，尤其是高效混合冷剂的工艺流程的发展。冷箱内换热器进、出口为气液两相的流体分配、换热，且要求气液两相流体汇入、混合与分配，这对板翅式换热器的设计、制造提出了新的要求，传统的结构是不能满足要求的。
现有产品中，在换热器内流道内部汇入、混合与分配处理多组份的气液两相流是不可能实现的，必须将原有的流体（单相或者气液相）全部从板翅式换热器中抽出，在板翅式换热器中设置出口，待抽出的流体与加入的两相流体在类似分离罐中充分混合、重新分离成新的气相、液相流体。新的气相、液相流体再分别进入板翅式换热器分配、混合、换热。
图1、图2为现有的板翅式换热器的混合原理图。
图1所示结构不能实现流体混合。如果流体汇入前与汇入后组份不发生变化，此结构可行。但是此结构对于汇入前流体与汇入流体比例关系发生变化时，流体均匀分配有困难，换热效率会降低。
图2所示结构可实现部分流体的不完全混合。与图1所示结构相比，主要汇入前流体与汇入流体比例关系可发生变化，但是增加了流体阻力。
图3为现有技术中如要实现两相流（尤其是多组份）混合后换热必须采用的传统结构图。在实现两相流分配的基本功能上是可以满足的，但是它不能实现在板翅式换热器内部混合，流体汇入是在混合区，且混合后还必须实现气液相的分离。需将原流道Ⅰ区流体全部抽出，要实现均匀分配的流体流量大幅增加。同时增加了换热器长度和流体阻力，增加的管路也会增加流体阻力、流体流量增加也会增加气液相分离罐的尺寸。
发明内容
本发明的目的在于针对上述情况，提供一种板翅式换热器气液两相流均布装置及一种气液两相流混合方法，减少气液两相流体在板翅式换热器中进出口数量，减少再分配两相流体流量，提高两相流流体分配的均匀性，在保证换热器面积时减少换热器的长度，减小流体阻力。
本发明采用如下技术方案：
一种板翅式换热器气液两相流均布装置，所述板翅式换热器内部顺着液体流动的方向，从下至上依次包括翅片流道Ⅰ区、液体分配封条、翅片流道Ⅱ区、气体分配封条、翅片流道Ⅲ区；所述翅片流道Ⅰ区、翅片流道Ⅱ区、翅片流道Ⅲ区为内部设有换热翅片的流道，所述液体分配封条的长度、气体分配封条的长度和换热器的宽度一致；
所述液体分配封条和气体分配封条的结构为，包括流体分配封条，所述流体分配封条的长度与换热器的宽度一致，沿所述流体分配封条的长度方向设有至少一条水平的流体槽道，所述流体槽道贯通所述流体分配封条的左右表面，所述流体槽道在靠近下游翅片流道的一端设有垂直于所述流体槽道的流体分布槽，所述流体分布槽和所述流体槽道连通，所述流体分配封条上设有流体槽道，所述流体槽道与所述流体分布槽在流体分配封条的宽度方向上相互平行，所述流体槽道为贯通所述流体分配封条上下表面的通孔。
作为优选方式，所述流体分布槽和所述流体槽道的数量一致。
作为优选方式，所述流体分布槽和流体槽道位置对应，二者在同一条平行于所述流体分配封条宽度的直线上。
作为优选方式，所述流体槽道的断面形状为方形。
作为优选方式，所述流体分布槽的断面形状为圆形或方形。
作为优选方式，所述流体槽道的断面形状为方形或圆弧形。
作为优选方式，所述液体分配封条内流体槽道与翅片流道Ⅰ区在翅片流道Ⅱ区外连通，所述气体分配封条内流体槽道与翅片流道Ⅱ区在翅片流道Ⅲ区外连通。
本发明还提供了一种使用上述板翅式换热器均布装置的气液两相流混合方法，包括如下步骤：
（1）待汇入的气液两相流体分离成液相流体、气相流体，所述液相流体进入液体分配封条，与来自翅片流道Ⅰ区内部的流体在翅片流道Ⅱ区中均匀混合；
（2）待汇入的所述气相流体进入气体分配封条，与来自翅片流道Ⅱ区的流体在翅片流道Ⅲ区内均匀混合。
当所述液体分配封条内的流体槽道与翅片流道Ⅰ区在翅片流道Ⅱ区外连通、所述气体分配封条内的流体槽道与翅片流道Ⅱ区在翅片流道Ⅲ区外连通时，使用该板翅式换热器均布装置的气液两相流混合方法，包括如下步骤：
（1）待汇入的气液两相流体分离成液相流体、气相流体，所述液相流体进入液体分配封条，与来自翅片流道Ⅰ区内部的流体在液体分配封条内均匀混合，然后进入翅片流道Ⅱ区；
（2）待汇入的气相流体进入气体分配封条，与来自翅片流道Ⅱ区的流体在气体分配封条均匀混合，然后进入翅片流道Ⅲ区。
使所述液体分配封条内的流体槽道与翅片流道Ⅰ区在翅片流道Ⅱ区外连通，可使液相流体与翅片流道Ⅰ区流体在液体分配封条实现混合；使液体分配封条内的流体槽道与翅片流道Ⅰ区在翅片流道Ⅱ区内连通时，可使液相流体与翅片流道Ⅰ区流体在翅片流道Ⅱ区实现混合。
使所述气体分配封条内的流体槽道与翅片流道Ⅱ区在翅片流道Ⅲ区外连通，可使气相流体与翅片流道Ⅱ区流体在气体分配封条实现混合；使气体分配封条内的流体槽道与翅片流道Ⅱ区在翅片流道Ⅲ区内连通时，可使气相流体与翅片流道Ⅱ区流体在翅片流道Ⅲ区实现混合。
本发明装置及混合方法在换热器中部汇入气液两相流时，可改善两相流流体分配的均匀性，减少气液两相流体在板翅式换热器中的进出口数量，减少再分配两相流体的流量，降低流体阻力，在保证换热器面积时缩短换热器的长度。附图说明
图1为一种现有的板翅式换热器的混合原理图。
图2为另一种现有的板翅式换热器的混合原理图。
图3为现有技术中如要实现气液两相流混合后高效换热必须采用的传统结构图。
图4为实施例1的工作原理图。
图5为实施例1的液体分配封条和气体分配封条的结构主视图。
图6为实施例1的液体分配封条和气体分配封条的结构俯视图。
图7为实施例1的液体分配封条和气体分配封条的结构侧视图。
图8为实施例3的液体分配封条和气体分配封条的结构主视图。
图9为实施例3的液体分配封条和气体分配封条的结构俯视图。
其中， 1为流体分配封条，2为隔板，3为流体分布槽，4为流体槽道、5为流体槽道，6为气体分配封条，7为液体分配封条，8为翅片流道Ⅰ区，9为翅片流道Ⅱ区，10为翅片流道Ⅲ区。
实施例
当所述液体分配封条内的流体槽道与翅片流道Ⅰ区在翅片流道Ⅱ区外连通时，液相流体与翅片流道Ⅰ区流体在液体分配封条实现混合；当液体分配封条内的流体槽道与翅片流道Ⅰ区在翅片流道Ⅱ区内连通时，液相流体与翅片流道Ⅰ区流体在翅片流道Ⅱ区实现混合。
使所述气体分配封条内的流体槽道与翅片流道Ⅱ区在翅片流道Ⅲ区外连通时，气相流体与翅片流道Ⅱ区流体在气体分配封条实现混合；当气体分配封条内的流体槽道与翅片流道Ⅱ区在翅片流道Ⅲ区内连通时，可使气相流体与翅片流道Ⅱ区流体在翅片流道Ⅲ区实现混合。
本发明装置及混合方法在换热器中部汇入气液两相流时，可改善两相流流体分配的均匀性，减少气液两相流体在板翅式换热器中的进出口数量，减少再分配两相流体的流量，降低流体阻力，在保证换热器面积时缩短换热器的长度。
在本发明的实际产品实用中，液体或气体分配封条中是否设置使流体直接混合的连通结构，主要是根据流体的条件，如流体流量、压力等物性条件以及换热器的宽度、流道层数等来确定。
液体分配封条可在板翅式换热器的一侧或两侧设置液体入口，气体分配封条也可在板翅式换热器的一侧或两侧设置气体入口。
本发明是气液两相流在板翅式换热器内部汇入、混合与分配处理方式，具体的实施中，根据流体的具体条件，来确定其结构尺寸。
实施例1
如图4至图7所示，一种板翅式换热器气液两相流均布装置，所述板翅式换热器内部顺着流体流动的方向，从下至上依次包括翅片流道Ⅰ区8、液体分配封条7、翅片流道Ⅱ区9、气体分配封条6、翅片流道Ⅲ区10；所述翅片流道Ⅰ区、翅片流道Ⅱ区、翅片流道Ⅲ区为内部设有换热翅片的流道，所述液体分配封条的长度、气体分配封条的长度和换热器的宽度一致；
所述液体分配封条和气体分配封条具有相似的结构，包括位于两隔板2之间的流体分配封条1，所述流体分配封条1中的流体为液体或气体，所述流体分配封条的长度与换热器的宽度一致，沿所述流体分配封条的长度方向设有一条水平的流体槽道4，所述流体槽道4中的流体为液体或气体，所述流体槽道贯通所述流体分配封条的左右表面，所述流体槽道在靠近下游翅片流道的一端设有垂直于所述流体槽道的流体分布槽3，所述流体分布槽3中的流体为液体或气体，所述流体分布槽和所述流体槽道连通，所述流体分配封条上设有流体槽道5，所述流体槽道5中的流体为气体或气液两相，所述流体槽道5与所述流体分布槽在流体分配封条的宽度方向上相互平行，所述流体槽道为贯通所述流体分配封条上下表面的通孔。所述流体分布槽和所述流体槽道的数量一致。所述流体分布槽和流体槽道位置对应，二者在同一条平行于所述流体分配封条宽度的直线上。所述流体槽道4的断面形状为方形，所述流体分布槽3的断面形状为方形，也可为圆形，所述流体槽道5的断面形状为方形，也可为圆弧形。
本实施例的液体分配封条内的流体槽道与翅片流道Ⅰ区在翅片流道Ⅱ区内连通，气体分配封条内的流体槽道与翅片流道Ⅱ区在翅片流道Ⅲ区内连通。
一种使用上述板翅式换热器均布装置的气液两相流混合方法，包括如下步骤：
（1）待汇入的气液两相流体经分离罐后分离成液相流体、气相流体，所述液相流体进入液体分配封条，与来自翅片流道Ⅰ区内部的流体在翅片流道Ⅱ区中均匀混合；
（2）待汇入的所述气相流体进入气体分配封条，与来自翅片流道Ⅱ区的流体在翅片流道Ⅲ区内均匀混合。
实施例2
本装置和实施例1的结构基本相同，区别在于：沿所述流体分配封条的长度方向设有两条水平的流体槽道4，所述液体分配封条内的流体槽道4与翅片流道Ⅰ区8在翅片流道Ⅱ区9外连通，所述气体分配封条内的流体槽道4与翅片流道Ⅱ区9在翅片流道Ⅲ区10外连通。
此时，使用该板翅式换热器均布装置的气液两相流混合方法，包括如下步骤：
（1）待汇入的气液两相流体经分离罐后分离成液相流体、气相流体，所述液相流体进入液体分配封条，与来自翅片流道Ⅰ区内部的流体在液体分配封条内均匀混合，然后进入翅片流道Ⅱ区；
（2）待汇入的气相流体进入气体分配封条，与来自翅片流道Ⅱ区的流体在气体分配封条均匀混合，然后进入翅片流道Ⅲ区。
实施例3
如图8、图9所示，本装置和实施例1的结构基本相同，区别在于：流体分布槽3和流体槽道5错开，二者不在同一条平行于所述流体分配封条宽度的直线上。
本发明不局限于前述的实施方式，可拓展到流体方向的反向变化，液体分配封条、气体分配封条的前后顺序调整等。

Claims (9)

1.一种板翅式换热器气液两相流均布装置，其特征在于：所述板翅式换热器内部顺着流体流动的方向，从下至上依次包括翅片流道Ⅰ区（8）、液体分配封条（7）、翅片流道Ⅱ区（9）、气体分配封条（6）、翅片流道Ⅲ区（10）；所述翅片流道Ⅰ区（8）、翅片流道Ⅱ区（9）、翅片流道Ⅲ区（10）为内部设有换热翅片的流道，所述液体分配封条的长度、气体分配封条的长度和换热器的宽度一致；
所述液体分配封条和气体分配封条的结构为：包括流体分配封条（1），所述流体分配封条（1）的长度与换热器的宽度一致，沿所述流体分配封条（1）的长度方向设有至少一条水平的流体槽道（4），所述流体槽道（4）贯通所述流体分配封条（1）的左右表面，所述流体槽道（4）在靠近下游翅片流道的一端设有垂直于所述流体槽道的流体分布槽（3），所述流体分布槽（3）和所述流体槽道（4）连通，所述流体分配封条（1）上设有流体槽道（5），所述流体槽道（5）与所述流体分布槽（3）在流体分配封条（1）的宽度方向上相互平行，所述流体槽道（5）为贯通所述流体分配封条（1）上下表面的通孔。
2.如权利要求1所述的板翅式换热器气液两相流均布装置，其特征在于：所述流体分布槽（3）和所述流体槽道（5）的数量一致。
3.如权利要求1所述的板翅式换热器气液两相流均布装置，其特征在于：所述流体分布槽（3）和流体槽道（5）位置对应，二者在同一条平行于所述流体分配封条（1）宽度的直线上。
4.如权利要求1所述的板翅式换热器气液两相流均布装置，其特征在于：所述流体槽道（4）的断面形状为方形。
5.如权利要求1所述的板翅式换热器气液两相流均布装置，其特征在于：所述流体分布槽（3）的断面形状为圆形或方形。
6.如权利要求1所述的板翅式换热器气液两相流均布装置，其特征在于：所述流体槽道（5）的断面形状为方形或圆弧形。
7.如权利要求1所述的板翅式换热器气液两相流均布装置，其特征在于：所述液体分配封条（7）内流体槽道（5）与翅片流道Ⅰ区（8）在翅片流道Ⅱ区（9）外连通，所述气体分配封条（6）内流体槽道（5）与翅片流道Ⅱ区（9）在翅片流道Ⅲ区（10）外连通。
8.使用如权利要求1所述的板翅式换热器均布装置的气液两相流混合方法，其特征在于，包括如下步骤：
Figure 464194DEST_PATH_IMAGE001
待汇入的气液两相流体分离成液相流体、气相流体，所述液相流体进入液体分配封条（7），与来自翅片流道Ⅰ区（8）内部的流体在翅片流道Ⅱ区（9）中均匀混合；
待汇入的所述气相流体进入气体分配封条（6），与来自翅片流道Ⅱ区（9）的流体在翅片流道Ⅲ区（10）内均匀混合。
9.使用如权利要求7所述的板翅式换热器均布装置的气液两相流混合方法，其特征在于：包括如下步骤：
待汇入的气液两相流体分离成液相流体、气相流体，所述液相流体进入液体分配封条（7），与来自翅片流道Ⅰ区（8）内部的流体在液体分配封条（7）内均匀混合，然后进入翅片流道Ⅱ区（9）；
Figure 961406DEST_PATH_IMAGE002
待汇入的气相流体进入气体分配封条（6），与来自翅片流道Ⅱ区（9）的流体在气体分配封条（6）均匀混合，然后进入翅片流道Ⅲ区。
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