CN102589327A

CN102589327A - 列管式换热器

Info

Publication number: CN102589327A
Application number: CN2012100644955A
Authority: CN
Inventors: 季锦林
Original assignee: Nanjing Polytechnic Institute
Current assignee: Nanjing Polytechnic Institute
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明公开了一种列管式换热器，包括壳体、封头、管板、列管、管程挡板、壳程折流挡板、管程填料、壳程填料等，所述的管程填料、壳程填料可以由金属丝网制成，对于大型列管式换热器，也可以由金属波纹板制成，在列管式换热器制作过程中将管程填料填充于换热器的列管内部，将壳程填料填充于壳体内、各列管之间。本发明由于列管内部和各列管之间填充了填料，提高了管程和壳程流体的流动速度，增加了流体的湍流强度、破坏了层流边界层，加剧了其对列管内外表面的冲刷，同时因为填料与列管内外表面紧密接触，其表面也成了列管的内外传热面，从而可以大幅提高列管式换热器的传热速率。

Description

列管式换热器

技术领域：

本发明涉及一种换热设备，具体涉及化工、冶金、医药、电力、热能等涉及两种流体进行热量交换的各个行业中使用的列管式换热器。属于工业装备技术领域。

背景技术：

列管式换热器是化工、冶金、医药、电力、热能等涉及两种流体进行热量交换的各个行业中十分常用的工业生产设备。列管式换热器内管程流体、壳程流体的流动行为对列管式换热器的传热速率具有重要影响。目前工业生产中运行的列管式换热器基本全部是冷热流体分别在列管两侧流动，通过管壁进行热量交换。为了提高列管式换热器的传热速率，增加其生产强度，人们投入了大量的时间、精力进行探索研究，通过在列管内外表面加装翅片、列管内加装导流板等许多方法，在一定程度上改善了冷热流体在列管内外的流动状态，提高了传热速率，收到了一定的效果。但是这些方法增加了列管式换热器的制作难度，而且到目前为止，通过这些方法对列管式换热器进行进一步改善、优化的空间已经相当有限。

发明内容：

为解决现有技术的不足，本发明的目的是通过对列管式换热器内冷热流体流动行为的研究，从另一个新的角度，用一个新的理念对列管式换热器进行优化，强化冷热流体对管壁的传热，以提高列管式换热器的传热速率。

为实现上述目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的：

一种列管式换热器，其特征在于包括壳体、封头、管板、列管、管程流体出口、管程流体进口、管程挡板、壳程流体出口、壳程流体进口、壳程折流挡板；所述的列管的两端分别设有管板，列管的两端与管板紧密结合无间隙，在管板上列管的安装位置开有使列管两端开放的圆孔，所述的壳体两端连接在管板上，位于列管的外侧，在两端的管板上分别安装有封头；管程流体出口、管程流体进口安装于封头上；壳程流体出口、壳程流体进口安装于壳体上，壳程折流挡板由圆形板切去一个弓形制成，壳程流体挡板上开有与列管数相等的直径略大于列管外径的小孔，列管从小孔中穿过，壳程折流挡板安装于壳体内部，与列管垂直，相邻两块壳程折流挡板交错安装；两端封头内的空间通过列管连通，并通过在封头内安装若干个管程挡板形成多管程；所述的列管式换热器还包括管程填料，对于多管程列管式换热器，所述的管程填料填充在全部或部分管程的列管内；对于单管程列管式换热器，所述的管程填料填充于全部列管的内部。

前述的列管式换热器，其特征在于还包括壳程填料，所述的壳程填料填充于壳体内、各列管之间的全部空间或壳体内、各列管之间、壳程流体流动路线上的一部分空间。

前述的列管式换热器，其特征在于对于小型列管式换热器，所述的管程填料和壳程填料为金属丝网；对于大型列管式换热器，所述的管程填料和壳程填料为金属波纹板或金属丝网。

前述的列管式换热器，其特征在于所述的金属丝网为不锈钢丝网。

为达到本发明的目的，本发明提供的另一种列管式换热器，其特征在于包括壳体、封头、管板、列管、管程流体出口、管程流体进口、管程挡板、壳程流体出口、壳程流体进口、壳程折流挡板；所述的列管的两端分别设有管板，列管的两端与管板紧密结合无间隙，在管板上列管的安装位置开有使列管两端开放的圆孔，所述的壳体两端连接在管板上，位于列管的外侧，在两端的管板上分别安装有封头；管程流体出口、管程流体进口安装于封头上；壳程流体出口、壳程流体进口安装于壳体上，壳程折流挡板由圆形板切去一个弓形制成，壳程流体挡板上开有与列管数相等的直径略大于列管外径的小孔，列管从小孔中穿过，壳程折流挡板安装于壳体内部，与列管垂直，相邻两块壳程折流挡板交错安装；两端封头内的空间通过列管连通，并通过在封头内安装若干个管程挡板形成多管程；所述的列管式换热器还包括壳程填料，所述的壳程填料填充于壳体内、各列管之间的全部空间或壳体内、各列管之间、壳程流体流动路线上的一部分空间。

前述的列管式换热器，其特征在于还包括管程填料，对于多管程列管式换热器，所述的管程填料填充在全部或部分管程的列管内；对于单管程列管式换热器，所述的管程填料填充于全部列管的内部。

本发明的优点是：本发明由于在列管内部和各列管之间填充了填料，提高了管程和壳程流体的流动速度，增加了流体的湍流强度、破坏了层流边界层，加剧了其对列管内外表面的冲刷，同时因为填料与列管外表面紧密接触，其表面也成了列管的内外传热面，从而可以大幅提高列管式换热器的传热速率。

附图说明：

图1是本发明列管式换热器的结构示意图。

图中主要符号说明：

1、管程流体出口 2、管程挡板 3、管板 4、壳体 5、壳程填料 6、列管 7、管程填料 8、壳程流体出口 9、封头 10、壳程折流挡板 11、壳程流体进口 12、管程流体进口

具体实施方式：

下面结合图1和具体的实施例，对本发明作具体的介绍。

图1为本发明新型列管式换热器的结构示意图，如图所示，本发明的列管式换热器包括：管程流体出口1、管程挡板2、管板3、壳体4、壳程填料5、列管6、管程填料7、壳程流体出口8、封头9、壳程折流挡板10、壳程流体进口11、管程流体进口12。管板3与封头9分别为两个，列管6的两端分别设有管板3，列管两端与管板3紧密结合无间隙。在管板3上列管6的安装位置开有使列管6两端开放的圆孔。壳体4两端连接在管板3上，位于列管6的外侧，在两端的管板3上分别安装有封头9。管程流体出口1、管程流体进口12安装于封头9上。壳程流体出口8、壳程流体进口11安装于壳体4上。壳程折流挡板10由圆形板切去一个弓形制成，壳程流体挡板10上开有许多直径略大于列管6外径的小孔供列管6穿过，其安装于壳体4内部、与列管6垂直、相邻两块壳程折流挡板10交错安装，以限定壳程流体的流动路线。两端封头9内的空间通过列管6连通，并通过在封头9内安装若干个管程挡板2形成多管程。

实施例一：

管程流体进口12与管程流体出口1分别安装在两端的封头9上，在两端的封头9内不安装管程挡板2，形成管成数为1的列管式换热器。

实施例二：

管程流体进口12与管程流体出口1安装在同一个封头9上。在安装管程流体进口12与管程流体出口1的封头9内安装有一块管程挡板2，将管板3与封头9围成的空间分为两部分，形成管程数为2的列管式换热器。

实施例三：

管程流体进口12与管程流体出口1安装在同一个封头9上，在两侧的封头9与管板3围成的空间内分别安装有若干个管程挡板2，将封头9与管板3围成的空间分成若干部分以限定管程流体的流动路线，管程流体进口12与管程流体出口1分别连接其中一个空间，在另一端的封头9内相适应性的安装管程挡板2，这就形成了多管程的列管式换热器。

在本发明的列管式换热器中，还填充管程填料7和/或壳程填料5。根据需要，对于单管程列管式换热器，管程填料7填充于全部列管6的内部；对于多管程列管式换热器，管程填料7可以填充于换热器全部列管6的内部，也可只填充于其中一程列管6的内部。在填充管程填料7的同时，还可以在壳体4内选择性的填充壳程填料5。此时，可以不填充壳程填料5，也可以将壳程填料5填充于壳体4内、各列管6之间的全部空间，也可只填充于壳体4内、各列管6之间、壳程流体流动路线上的一部分空间。另外，还可以不填充管程填料7，而只填充全部或部分壳程填料5。

这样设计后，管程流体自管程流体进口12进入封头9后，沿着管程挡板2限定的路线、在列管6内穿过管程填料7流动，从管程流体出口1离开列管式换热器；壳程流体自壳程流体进口11进入列管式换热器的壳体4内部、各列管6之间、穿过壳程填料5、沿着壳程折流挡板10限定的路线流动，从壳程流体出口8离开列管式换热器。冷热流体通过管壁进行热量交换。

对于小型列管式换热器，管程填料7、壳程填料5为金属丝网制成；对于大型列管式换热器，管程填料7和壳程填料5也可以用金属波纹板制成。在列管式换热器的制作过程中，将管程填料7填充于列管6内部，将壳程填料5填充于壳体4内、各列管6之间。

本发明经过填充填料优化，由于列管6内部填充了管程填料7，壳体4内、各列管6之间填充了壳程填料5，提高了管程和壳程流体的流动速度，增加了流体的湍流强度、破坏了层流边界层，加剧了其对列管6内外表面的冲刷，同时因为管程填料7、壳程填料5与列管6内外表面紧密接触，其表面可以成为列管6的内外传热面，从而可以大幅提高列管式换热器的传热速率。

实施例四：

在如下述的列管式换热器中：列管为外径Φ19 mm，壁厚1mm,长2000mm,列管根数为18根，管程数为1，壳程装有8块壳程折流挡板，用热水加热冷水，热水在管程、冷水在壳程流动，两流体逆流流动。操作参数如下：热水进口温度为85℃，出口温度为65℃，流量为8 m³/h，冷水进口温度为5℃，出口温度为35℃。

后在该列管式换热器的管程和壳程填充了由直径为0.3mm不锈钢丝制成的不锈钢丝网填料，填料的堆积密度为380kg/m³，在热水与冷水的流量、进口温度不变的情况下，热水的出口温度降为58℃，冷水的出口温度升为45.5℃。换热器的传热速率提高了35％。

说明换热器的管程和壳程填充了不锈钢丝网填料后换热效果大幅提高。

实施例五：

在如下述的列管式换热器中：列管为外径Φ19 mm，壁厚1mm,长2000mm,列管根数为18根，管程数为2，壳程装有8块壳程折流挡板，用热水加热冷水，热水在管程、冷水在壳程流动，两流体逆流流动。操作参数如下：热水进口温度为85℃，出口温度为60℃，流量为6 m³/h，冷水进口温度为5℃，出口温度为40℃。

后在该列管式换热器的2个管程内和壳程填充了由直径为0.3mm不锈钢丝制成的不锈钢丝网填料，填料的堆积密度为380kg/m³，在热水与冷水的流量、进口温度不变的情况下，热水的出口温度降为55℃，冷水的出口温度升为47℃。换热器的传热速率提高了20％。

上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.列管式换热器，其特征在于包括壳体、封头、管板、列管、管程流体出口、管程流体进口、管程挡板、壳程流体出口、壳程流体进口、壳程折流挡板；所述的列管的两端分别设有管板，列管的两端与管板紧密结合无间隙，在管板上列管的安装位置开有使列管两端开放的圆孔，所述的壳体两端连接在管板上，位于列管的外侧，在两端的管板上分别安装有封头；管程流体出口、管程流体进口安装于封头上；壳程流体出口、壳程流体进口安装于壳体上，壳程折流挡板由圆形板切去一个弓形制成，壳程流体挡板上开有与列管数相等的直径略大于列管外径的小孔，列管从小孔中穿过，壳程折流挡板安装于壳体内部，与列管垂直，相邻两块壳程折流挡板交错安装；两端封头内的空间通过列管连通，并通过在封头内安装若干个管程挡板形成多管程；所述的列管式换热器还包括管程填料，对于多管程列管式换热器，所述的管程填料填充在全部或部分管程的列管内；对于单管程列管式换热器，所述的管程填料填充于全部列管的内部。

2.根据权利要求1所述的列管式换热器，其特征在于还包括壳程填料，所述的壳程填料填充于壳体内、各列管之间的全部空间或壳体内、各列管之间、壳程流体流动路线上的一部分空间。

3.根据权利要求2所述的列管式换热器，其特征在于对于小型列管式换热器，所述的管程填料和壳程填料为金属丝网；对于大型列管式换热器，所述的管程填料和壳程填料为金属波纹板或金属丝网。

4.根据权利要求3所述的列管式换热器，其特征在于所述的金属丝网为不锈钢丝网。

5.列管式换热器，其特征在于包括壳体、封头、管板、列管、管程流体出口、管程流体进口、管程挡板、壳程流体出口、壳程流体进口、壳程折流挡板；所述的列管的两端分别设有管板，列管的两端与管板紧密结合无间隙，在管板上列管的安装位置开有使列管两端开放的圆孔，所述的壳体两端连接在管板上，位于列管的外侧，在两端的管板上分别安装有封头；管程流体出口、管程流体进口安装于封头上；壳程流体出口、壳程流体进口安装于壳体上，壳程折流挡板由圆形板切去一个弓形制成，壳程流体挡板上开有与列管数相等的直径略大于列管外径的小孔，列管从小孔中穿过，壳程折流挡板安装于壳体内部，与列管垂直，相邻两块壳程折流挡板交错安装；两端封头内的空间通过列管连通，并通过在封头内安装若干个管程挡板形成多管程；所述的列管式换热器还包括壳程填料，所述的壳程填料填充于壳体内、各列管之间的全部空间或壳体内、各列管之间、壳程流体流动路线上的一部分空间。

6.根据权利要求5所述的列管式换热器，其特征在于还包括管程填料，对于多管程列管式换热器，所述的管程填料填充在全部或部分管程的列管内；对于单管程列管式换热器，所述的管程填料填充于全部列管的内部。

7.根据权利要求6所述的列管式换热器，其特征在于对于小型列管式换热器，所述的管程填料和壳程填料为金属丝网；对于大型列管式换热器，所述的管程填料和壳程填料为金属波纹板或金属丝网。

8.根据权利要求7所述的列管式换热器，其特征在于所述的金属丝网为不锈钢丝网。