CN102878830A

CN102878830A - 风叶型隔板管壳式换热器

Info

Publication number: CN102878830A
Application number: CN2012103552739A
Authority: CN
Inventors: 张春霞; 张希忠; 马虎根; 高慧; 童娇妹; 姜圣列
Original assignee: Zibo Wanchang Chemical Equipment Co Ltd; University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: Zibo Wanchang Chemical Equipment Co Ltd; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2013-01-16

Abstract

一种的高传热系数低压降管式换热器，特别涉及一种风叶型隔板管壳式换热器，包括壳体（2）和换热管（3），其特征在于：壳体（2）两侧设有导流筒（7），壳体（2）两端设置有封盖（4），两端封盖（4）上分别设有壳程进口（1）和壳程出口（5），换热管（3）管间安装风叶型隔板（6），风叶型隔板（6）上设置有若干通孔（8），换热管（3）穿过通孔（8）固定在壳体（2）内。风叶型隔板（6）的外径与壳体（2）的内径相同，通孔（8）和换热管（3）间有间隙。本发明在保证足够强度扰动的同时，有效的降低壳程流体的压降，减少传热温差损失，提高总传热系数，管外流体的流动阻力小，换热效果强，生产和安装方便，使用寿命长。

Description

风叶型隔板管壳式换热器

技术领域

本发明涉及一种的高传热系数低压降管式换热器，特别涉及一种风叶型隔板管壳式换热器。

背景技术

传统的管壳式换热器具有结构简单、可靠性高、适应压力范围广、选择范围大、成本低，设计、制造和实用技术成熟等优点，特别是在处理大流量、温度和压力等高参数的情况下，管壳式换热器更凸显其优势。因此，管壳式换热器广泛应用于石油、化工、能源、动力、冶金等领域。但是，传统的换热器一般采用光滑管或异型管作为传热元件；折流板或是折流杆支撑管束，兼有导流的作用。壳侧流体流动时在转折区及进出口附近涡流滞留区会形成流动和传热死区，从而降低了传热效率。壳程流体横向冲刷管束，造成较大的流动阻力，并且在大雷诺数下管束常发生流体诱发震动，而导致换热管泄露失效。因此传统管壳式换热器在结构和性能上都有待进一步完善。传统的管壳式换热器为折流板结构，一般壳程设置若干块折流板，使流体在壳程反复换向垂直冲刷换热管束，以增大流体的流速和湍动，来提高壳程的传热效果。折流板换热器正因为壳程流体横向冲刷管束，并不断改变流向，导致壳侧存在流动死区和漏流死区，使有效传热面积减少25%-30%，对于含杂质的流体介质，由于流动死区的存在，壳程极易形成污垢积累，严重缩短了换热器有效使用周期，横向冲刷管束会诱发换热管产生振动，这种诱导振动是引起换热管破裂和管板泄露的主要原因，从而使整台换热器的寿命大大缩小，流动阻力大，折流板少时阻力小，但换热管固有频率低，防振能力差，传热系数K值也大大降低，折流板增多则阻力增大，流体中的污垢容易沉积在换热管表面，K值下降，传热效果变差。

与传统的弓形折流板相比，整圆形孔板能有效支撑管束，从而避免管束发生诱导振动；不同形状开孔的整圆形孔板能使换热器壳程流体流动由横向力变为平行于管束的纵向流，消除大部分流体滞留区；孔板能有效地堵塞壳程中管束与壳体之间的缝隙，从而有效地阻止流体在该缝隙的无效流动；孔板开孔面积小于壳程流体流通面积，可调节壳程流体速度壳程流体从孔板开孔处穿过，孔板的“节流作用”和“射流作用”，射流流体速度高且直接冲刷管外壁，使流体产生波动和二次流而加剧流体湍流，减薄管壁液体边界层，可提高壳程流体流速和换热效果。但是，整圆形孔板适宜于中、低黏度流体且雷诺数不大的场合，并且结构复杂，加工困难，制造成本较高。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种在保证足够强度扰动的同时，有效的降低壳程流体的压降，减少传热温差损失，提高总传热系数的风叶型隔板管壳式换热器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种风叶型隔板管壳式换热器，包括壳体和换热管，其特征在于：壳体两侧设有导流筒，壳体两端设置有封盖，两端封盖上分别设有壳程进口和壳程出口，换热管管间安装风叶型隔板，风叶型隔板上设置有若干通孔，换热管穿过通孔固定在壳体内。

风叶型隔板组合起来，通过导流筒使壳侧流体一方面纵掠换热管束，另一方面又不停地反复改变流动方向，从而使传热得以强化；通过风叶型隔板作为管间支撑物，风叶型隔板上均匀地打孔，管孔作为支撑物既能让管子穿过，又有足够的间隙让流体通过，壳程流体扰动增强，既能减少流动死区，同时也使壳程压力损失小，而且还能有效抑制壳程流体的污垢累积沉淀，以提高换热器有效使用周期。

所述的风叶型隔板的外径与壳体的内径相同。方便安装固定。

所述的通孔和换热管间有间隙。足够的间隙让流体通过，减少流动死区，减小壳程压力，抑制流体污垢累积沉淀。

所述的风叶型隔板由3个大小相等的扇形隔板组成。对称结构，生产和制造方便。

所述的扇形隔板的圆心角为60度。

所述的风叶型隔板的3个扇形隔板与垂直方向成相同角度。隔板的开孔按一定角度偏移，流体一边旋转，一边纵向流过壳侧，改善了流体流动的环境，消除了流体在壳侧流动时流向的突变，局变阻力大为减少，相同流量下流体的压降大大降低，从而减少了泵功。

所述的3个扇形隔板与垂直方向度角为5-15度。

所述的风叶型隔板交替放置，后一块隔板相对于前一块隔板顺时针旋转相同角度。通过利用每块风叶型隔板位置错开来组织壳体流体流动，不断改变流体的流动方向和流动速度，产生混合流，提高热交换效率。

所述的风叶型隔板的旋转角为30-60度。

所述的换热管可以为光管、缩放管、横纹波纹管、螺旋波纹管、管螺旋槽管或波节管。

本发明所具有的有益效果是：所述的风叶型隔板管壳式换热器，由于隔板的开孔按一定角度偏移，因此流体一边旋转，一边纵向流过壳侧，改善了流体流动的环境，消除了流体在壳侧流动时流向的突变，局变阻力大为减少，相同流量下流体的压降大大降低。风叶型隔板换热器有效地减少了流体的流动阻力，在管侧流速相同，壳侧流量相同的情况下，对于综合比较总传热系数K和压降P，即K/ΔP，风叶型隔板换热器的K/ΔP比换热器的K/ΔP要高10%-30%。风叶型隔板是在整圆形的隔板开管孔，作为管束支撑，非常容易制造和安装。流体的纵向流动，使得流体诱导振动及对换热管的破坏作用得到了改善。同时，风叶型隔板换热器完全纵向流动为螺旋形流动，这样完全避免了换热器中出现的流动死区，本发明中基本不出现流动死区，有效的的旋转流动使得换热器不易结垢，减少了换热器的维修工作量，延长了风叶型隔板换热器的使用寿命。

附图说明

图1为本发明风叶型隔板管壳式换热器的结构示意图；

图2为本发明风叶型隔板形状示意图；

图3为本发明单片风叶型隔板形状示意图；

图4、图5本发明为换热器装配示意图；

其中：1、壳程进口 2、壳体 3、换热管 4、封盖 5、壳程出口 6、风叶型隔板 7、导流筒 8、通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

实施例1

如图1所示，风叶型隔板管壳式换热器，包括壳体2和换热管3，壳体2两侧设有导流筒7，壳体2两端设置有封盖4，两端封盖4上分别设有壳程进口1和壳程出口5，换热管3管间安装风叶型隔板6。

如图2-5所示，风叶型隔板6上设置有若干通孔8，换热管3穿过通孔8固定在壳体2内。

流体通过壳程进口进入换热器，通过壳体两端的导流筒，使壳侧流体一方面纵掠管束，另一方面又不停地反复改变流动方向，从而使强化传热。

实施例2

在实施例1的基础上，风叶型隔板6的外径与壳体2的内径相同，通孔8和换热管3间有间隙。通过足够的间隙让流体通过，减少流动死区，减小壳程压力，抑制流体污垢累积沉淀。

实施例3

在实施例1和2的基础上，如图2、图4、图5所示，风叶型隔板6由3个大小相等的扇形隔板组成，扇形隔板的圆心角为60度，风叶型隔板6的3个扇形隔板与垂直方向成相同角度，3个扇形隔板与垂直方向度角为10度，风叶型隔板6交替放置，后一块隔板相对于前一块隔板顺时针旋转相同角度，风叶型隔板6的旋转角为60度。

风叶型隔板交替布置，相邻两块隔板相差一个相同的角度，即后一块隔板相对于前一块隔板绕中心顺时针旋转一个相同的角度，如此反复。利用每块风叶型隔板位置错开来组织壳体流体流动，不断改变流体的流动方向和流动速度，产生混合流，提高热交换效率。

实施例4

换热管3可以为光管、缩放管、横纹波纹管、螺旋波纹管、管螺旋槽管或波节管。

工作原理和使用过程：

如图1-5所示，风叶型隔板换热器，包括壳体上的壳程进口1，壳体2，管束3，封盖4，壳程进出口5，在壳体里设有与壳体内径相应的风叶型隔板6。圆形隔板可均等划分为6个隔板，相间的3块隔板分别一定角度构成风叶型隔板，本次试验相间的3块隔板角度为10°，每块区域风叶型隔板6上开有若干个通孔以穿过管子。如图4、图5所示，风叶型隔板交替布置，相邻两块隔板相差一个相同的角度，即后一块隔板相对于前一块隔板绕中心顺时针旋转一个相同的角度，如此反复。利用每块风叶型隔板位置错开来组织壳体流体流动，不断改变流体的流动方向和流动速度，产生混合流，提高热交换效率。将风叶型隔板组合起来，通过壳体两端的导流筒，使壳侧流体一方面纵掠管束，另一方面又不停地反复改变流动方向，从而使传热得以强化。

根据具体的设计要求，本发明的结构形式也可以为单壳程单管程、单壳程多管程及多壳程多管程类换热器，各类换热管的进出口位置依换热器的具体类型而定。但本实施例并不用于限制本发明，凡采用本发明结构及其相似变化的，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种风叶型隔板管壳式换热器，包括壳体（2）和换热管（3），其特征在于：壳体（2）两侧设有导流筒（7），壳体（2）两端设置有封盖（4），两端封盖（4）上分别设有壳程进口（1）和壳程出口（5），换热管（3）管间安装风叶型隔板（6），风叶型隔板（6）上设置有若干通孔（8），换热管（3）穿过通孔（8）固定在壳体（2）内。

2.根据权利要求1所述的风叶型隔板管壳式换热器，其特征在于：所述的风叶型隔板（6）的外径与壳体（2）的内径相同。

3.根据权利要求1所述的风叶型隔板管壳式换热器，其特征在于：所述的通孔（8）和换热管（3）间有间隙。

4.根据权利要求1所述的风叶型隔板管壳式换热器，其特征在于：所述的风叶型隔板（6）由3个大小相等的扇形隔板组成。

5.根据权利要求4所述的风叶型隔板管壳式换热器，其特征在于：所述的扇形隔板的圆心角为60度。

6.根据权利要求1所述的风叶型隔板管壳式换热器，其特征在于：所述的风叶型隔板（6）的3个扇形隔板与垂直方向成相同角度。

7.根据权利要求6所述的风叶型隔板管壳式换热器，其特征在于：所述的3个扇形隔板与垂直方向度角为5-15度。

8.根据权利要求1所述的风叶型隔板管壳式换热器，其特征在于：所述的风叶型隔板（6）交替放置，后一块隔板相对于前一块隔板顺时针旋转相同角度。

9.根据权利要求8所述的风叶型隔板管壳式换热器，其特征在于：所述的风叶型隔板（6）的旋转角为30-60度。

10.根据权利要求1所述的风叶型隔板管壳式换热器，其特征在于：所述的换热管（3）可以为光管、缩放管、横纹波纹管、螺旋波纹管、管螺旋槽管或波节管。