CN102226654A - 壳程插入件式管壳换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种壳程插入件式管壳换热器，包括两个管程封头和一个壳程体，所述两个管程封头分设于壳程体两端，所述两个管程封头通过穿设于壳程体内的多件换热管连通，所述多件换热管之间设置有可与相邻的换热管接触、并可沿换热管轴向运动的插入件。该壳程插入件式管壳换热器具有结构简单稳定、可自动除去换热管外壁的结垢、增强换热效果、强化换热性能的优点。

Description

壳程插入件式管壳换热器

技术领域

本发明涉及管壳换热器，尤其涉及壳程插入件式管壳换热器。

背景技术

管壳式换热器作为一种重要的过程装备，广泛应用于石油、化工、冶金、能源、轻工等领域。在对国外市场的调查中表明，虽然其他种类换热器竞争力在上升，但是管壳式换热器仍占有主导地位。考虑到其在过程工业中的重要地位，广大科研工作者和工程设计人员对其开展了广泛而深入的研究，以期提高其性能及稳定性。然而污垢总是逐渐的覆盖管壳式换热器的换热表面，使得传热效率下降，流通面积减小并流动阻力增加，造成资源能源浪费，甚至产生垢下腐蚀而导致整个设备失效损坏。这些都是工业领域节能降耗中普遍存在的顽症，也是热能传递与转化领域的研究课题。

为解决上述问题，专家学者在提高该类换热器性能方面展开了研究，主要是提高传热系数，以强化管壳式换热器的传热性能。传热系数的大小主要取决于换热器中两种流体传热系数、污垢层的热阻和换热管管壁的热阻等。现有强化措施主要通过在管内外添加物来实现，管内添加物有纽带、错开纽带、螺旋片、螺旋线、片条、斜环片、静态混合器和球形体等；管外的强化措施有添加不同的管束支撑结构如板式支撑、杆式支撑、空心环支撑和管子自支撑等几种形式。传热管外表面形状的改变主要是在其外表面加工出沟槽和翅片，外表面有沟槽的传热管包括螺旋管、横纹管和波纹管等。上述的方法短时间内可以起到强化传热的作用，但是有些插件的制作费用高，无形中增加了换热器的成本，有些起到的作用只是在换热管外壁没有结垢的时候，当外壁结垢时，换热效果就会受到很大的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单稳定、可自动除去换热管外壁的结垢、增强换热效果、强化换热性能的壳程插入件式管壳换热器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种壳程插入件式管壳换热器，包括两个管程封头和一个壳程体，所述两个管程封头分设于壳程体两端，所述两个管程封头通过穿设于壳程体内的多件换热管连通，所述多件换热管之间设置有可与相邻的换热管接触、并可沿换热管轴向运动的插入件。

所述插入件为螺旋弹簧。

所述壳程体内设有支撑板和壳程分程板，所述换热管中部支撑于所述支撑板上，所述壳程分程板将壳程体内腔分隔成“之”字形壳程通路。

所述两个管程封头内均设有管程分程板，所述管程分程板将管程分隔成与“之”字形壳程通路相配合的“之”字形管程通路。

所述壳程体上设有壳程流体入口和壳程流体出口，一个管程封头上设有管程进料口和管程出料口。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的壳程插入件式管壳换热器，在换热管之间设置有插入件，该插入件可与相邻的换热管接触，对换热管形成一定的支撑，使换热器结构更加稳定，并可减少专用于支撑换热管的构件，降低换热器的生产成本；通过设置该插入件可改变流体在换热管间流动的方向，对换热管外壁冲刷并形成湍流，从而减薄边界层厚度，增强换热效果；流体对换热管外壁的冲刷有效的降低了换热管外壁的结垢速度，从而增大了传热系数，强化了传热性能，延长了换热器的使用寿命；同时，该插入件还可沿换热管轴向运动，在运动过程中与换热管外壁产生摩擦，从而有效的预防管外壁结垢，并可以及时除去换热管外壁的结垢，起到强化换热性能的作用。本发明的插入件为螺旋弹簧，螺旋弹簧的直径可根据换热管的间距确定，当螺旋弹簧放入时恰好与换热管外壁接触，当流体在换热管间流动时，一部分流体会沿螺旋弹簧的螺旋方向流动，对换热管外壁形成均匀的冲刷，具有最佳冲刷效果，同时流体的流动会对螺旋弹簧产生轴向作用力，使螺旋弹簧产生轴向移动，当螺旋弹簧的轴向移动受阻时会通过压缩变形产生反作用力，并产生反向的轴向移动，这样螺旋弹簧在流体作用力和自身反作用力的作用下，可实现在换热管间做往复运动，有效的预防管外壁结垢，并可有效的除去换热管外壁的结垢，起到强化换热性能的作用。本发明的壳程插入件式管壳换热器，结构简单，应用范围广，具有很高的经济适用性和推广价值。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的主剖视图；

图3是图2的C－C剖视图（省略支撑脚）。

图中各标号表示：

1、管程封头；2、壳程体；3、换热管；4、插入件；5、支撑板；6、壳程分程板；7、管程分程板；11、管程进料口；12、管程出料口；21、壳程流体入口；22、壳程流体出口。

具体实施方式

图1和图3示出了本发明的一种壳程插入件式管壳换热器实施例，该换热器包括两个管程封头1和一个壳程体2，壳程体2通过支撑脚支撑，两个管程封头1分设于壳程体2两端，两个管程封头1通过穿设于壳程体2内的多件换热管3连通，多件换热管3之间设置有可与相邻的换热管3接触、并可沿换热管3轴向运动的插入件4，该插入件4可对换热管3形成一定的支撑，使换热器结构更加稳定，并可减少专用于支撑换热管3的构件，降低换热器的生产成本。流体进入壳程时，起初阶段换热管3外壁的流动边界层很薄，这时的传热系数大，换热效果好，但是随着流体的流入，流体流动趋于稳定，流动边界层变厚，通过设置该插入件4可改变流体在换热管3间流动的方向，对换热管3外壁冲刷并形成湍流，从而减薄边界层厚度，增强换热效果；流体对换热管3外壁的冲刷有效的降低了换热管3外壁的结垢速度，从而增大了传热系数，强化了传热性能，延长了换热器的使用寿命；同时，该插入件4还可沿换热管3轴向运动，在运动过程中与换热管3外壁产生摩擦，从而有效的预防管外壁结垢，并可以及时除去换热管3外壁的结垢，起到强化换热性能的作用。

本实施例中，插入件4为螺旋弹簧，螺旋弹簧的直径可根据换热管3之间的间距确定，当螺旋弹簧放入时恰好与其周边的换热管3的外壁接触，当流体在换热管3间流动时，一部分流体会沿螺旋弹簧的螺旋方向流动，对换热管3外壁形成均匀的冲刷，具有最佳冲刷效果，同时流体的流动会对螺旋弹簧产生轴向作用力，使螺旋弹簧产生轴向移动，当螺旋弹簧的轴向移动受阻时会通过压缩变形产生反作用力，并产生反向的轴向移动，这样螺旋弹簧在流体作用力和自身反作用力的作用下，可实现在换热管3间做往复运动，有效的预防换热管3外壁结垢，并可有效的除去换热管3外壁的结垢，起到强化换热性能的作用。

本实施例中，壳程体2上部设有壳程流体入口21，壳程体2下部设有壳程流体出口22，一个管程封头1于上部设有管程进料口11、下部设有管程出料口12，壳程流体流向如图2中箭头B所示，管程流体流向如图2中箭头A所示。壳程体2内设有支撑板5和壳程分程板6，换热管3中部支撑于支撑板5上，壳程分程板6将壳程体2内腔分隔成“之”字形壳程通路；两个管程封头1内均设有管程分程板7，管程分程板7将管程分隔成与“之”字形壳程通路相配合的“之”字形管程通路，这种结构可延长流体在换热器中流经的行程，提高换热器的工作效率。本发明的壳程插入件式管壳换热器，结构简单，应用范围广，具有很高的经济适用性和推广价值。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1. 一种壳程插入件式管壳换热器，包括两个管程封头（1）和一个壳程体（2），所述两个管程封头（1）分设于壳程体（2）两端，所述两个管程封头（1）通过穿设于壳程体（2）内的多件换热管（3）连通，其特征在于：所述多件换热管（3）之间设置有可与相邻的换热管（3）接触、并可沿换热管（3）轴向运动的插入件（4）。

2. 根据权利要求1所述的壳程插入件式管壳换热器，其特征在于：所述插入件（4）为螺旋弹簧。

3. 根据权利要求1或2所述的壳程插入件式管壳换热器，其特征在于：所述壳程体（2）内设有支撑板（5）和壳程分程板（6），所述换热管（3）中部支撑于所述支撑板（5）上，所述壳程分程板（6）将壳程体（2）内腔分隔成“之”字形壳程通路。

4. 根据权利要求3所述的壳程插入件式管壳换热器，其特征在于：所述两个管程封头（1）内均设有管程分程板（7），所述管程分程板（7）将管程分隔成与“之”字形壳程通路相配合的“之”字形管程通路。

5. 根据权利要求4所述的壳程插入件式管壳换热器，其特征在于：所述壳程体（2）上设有壳程流体入口（21）和壳程流体出口（22），一个管程封头（1）上设有管程进料口（11）和管程出料口（12）。

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