CN102914204B - 一种分配器及具有该分配器的板翅式换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分配器及具有该分配器的板翅式换热器，其特征在于：它包括上、下开口的分配器壳体，所述分配器壳体底部为长方形框架，所述分配器壳体内竖向间隔插设有若干隔板，各所述隔板将所述长方形框架分成若干个气相通道；它还包括一液相通道，所述液相通道是一个矩形管，所述液相通道横向设置、穿过各个所述隔板，所述液相通道的两端对应的所述分配器壳体上均设有一液相入口，所述液相入口的外侧均设置有一液相入口封头；所述液相通道内的中部设置有一挡板隔断，相邻两个所述隔板之间的所述液相通道顶部均设置有一出液孔，各个所述出液孔上方的两个所述隔板之间形成气液混合通道。本发明能够满足海上晃动条件下换热器内气液均布、正常工作的需求，可广泛用于海上晃动环境下的液化天然气FPSO中。
Description
技术领域
本发明涉及一种分配器及具有该分配器的换热器，特别是关于一种适用于海上浮式环境的分配器及具有该分配器的板翅式换热器。
背景技术
众所周知，作为独立的液化天然气FPSO（Floating Production Storage andOffloading，浮式储油卸油装置）中的所有工艺和设备，原则上必须具备陆上的基本特征。其中，预处理单元和液化工艺单元的布置是FPSO中设备数量和空间要求最集中的体现；同时，在海上晃动环境下，关键设备的正常运行和性能在一定程度上也受到了影响。为使整个工艺系统适应海上条件，对关键设备的海上适应性研究也是备受关注的问题。
冷箱作为FPSO上的关键设备，其包括换热器；要使冷箱设备适应海上倾斜与晃动的环境，其关键在于解决好气液两相流体进入换热器时所产生的流体分配不均匀现象，因此，必须在气液两相流体的入口处与换热器内的各层通道之间，设置有效的气液两相流体的分配机构，才能将气液两相流体均匀地分配到各层通道内。为此，国内外学者对换热器内的均匀分配问题进行了一系列研究，研究表明换热器物流分配不均匀与多种因素有关：除了制造工艺及污垢阻力方面的原因外，主要与不合理的入口设计有关。目前，入口结构物流分配的研究主要集中在物流分配规律以及二次封头、内部结构改进上，这些都属于静态工况下的研究。气液分配方面，主要集中在换热器入口部分在各通道之间的分布均匀性的完善与提高，一般是，气液混合液通过入口处导流管等内部结构的分配作用，对气液进行各通道间的均布。对于海上晃动工况下，物流分配规律的动态研究很少。对改进设备结构，使之提高抗晃动性能，针对性地减小海上工况下入口物流分配的不均匀性的研究也非常少。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够使气液介质均匀分布于流道内，实现均匀换热的分配器及具有该分配器的板翅式换热器。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种分配器，其特征在于：它包括上、下开口的分配器壳体，所述分配器壳体底部为长方形框架，所述分配器壳体内竖向间隔插设有若干隔板，各所述隔板将所述长方形框架分成若干个气相通道；所述分配器壳体内设置有一液相通道，所述液相通道是一个矩形管，所述液相通道横向设置、穿过各个所述隔板，所述液相通道的两端对应的所述分配器壳体上均设有一液相入口，两所述液相入口的外侧均设置有一液相入口封头；所述液相通道内的中部设置有一挡板隔断，相邻两个所述隔板之间的所述液相通道顶部均设置有一出液孔，各个所述出液孔上方的两个所述隔板之间形成气液混合通道。
一种具有上述分配器的板翅式换热器，其特征在于：它包括一换热器壳体，所述换热器壳体内从下到上依次设置为气相导流区、分配区、翅片区和气液混合导流区；所述气相导流区内设置有一个波浪形的气相介质导流片，所述气相导流区所在的所述换热器壳体底部的中间位置设置有气相入口，所述气相入口外侧设置有气相入口封头；所述分配区内设置有所述分配器，所述分配器壳体采用所述换热器壳体，所述分配器底部的所述长方形框架设置在所述气相介质导流片的顶部；两所述液相入口设置在所述液相通道两端对应的所述换热器壳体上，所述液相入口封头设置在所述液相入口的外侧；所述翅片区内设置一波浪形的翅片，所述翅片设置在所述分配器的所有所述隔板的顶部；所述气液混合导流区内设置有一波浪形的混合液导流片，所述混合液导流片设置在所述翅片的顶部，所述气液混合导流区所在的所述换热器壳体顶部的中间位置设有一气液混合出口，所述气液混合出口外侧设置有一气液混合出口封头。
所述气液混合通道的长度为80mm～150mm。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的换热器包括隔板底部的气相通道和隔板上部的气液混合通道，液相通道穿过各个隔板，液相通道的两侧进液，通过液相通道的顶部出液孔流出，与气相介质混合后进入气液混合通道进行分配；本发明通过气液分别进入分配器实现气液均布混合，达到流质均匀分布，均匀换热的目的；同时通过采用隔板结构，提高了抗晃动性能，能够解决船体晃动带来的不均匀分配问题，提高了晃动条件下换热器内流质均布的稳定性，达到在海上浮式环境下板翅式换热器正常工作的目的。2、本发明的分配器结构考虑到气液在封头内受分配影响的大小不同，选择气相介质按照传统方式由封头进入导流片形成气相介质均布，而液相介质则由两侧直接进入位于翅片区前端的分配器，从而避免了由于封头的不均匀分配以及导流片方向角度的差别而导致的液相介质严重分配不均的问题。3、本发明的分配器通过隔板隔断翅片每个流道上已分配的气液量，将气液的混合作用布置在紧邻翅片区的气液混合通道内，充分混合后方可进入翅片区，防止出现大规模的对流现象，有效地避免由于晃动等不利因素造成的气液分层等严重影响换热器换热效果的情况。4、本发明的液相介质从两侧进入液相通道，有效地缩短了液相介质供给长度，可以很好地解决由一侧进入而造成的液相介质分配严重不均的问题；气相介质流过液相通道外侧产生绕流，起到节流作用，有助于气相介质以较高的速度出现在气液混合通道内，从而实现与液相介质的充分混合。5、本发明分配器的液相通道中间用挡板隔断封闭，可以隔断另一侧流入液相介质流量波动带来的整体的液相介质分配的影响，更易操作控制；液相通道的出液孔朝上，可以保证液相介质在流出液相通道时有一定的垂直向上的速度，可以减少气相介质带动液相介质向上流动所消耗的能量，使混合更加容易。6、本发明的分配器在整个气相通道和混合通道中放置若干隔板，隔断相邻的混合通道之间的联系，使每个出液孔能够独立支配该通道内的液相介质供给量；隔板能够对气液两相流场的形成起到限制的作用，可有效解决在海上晃动影响下，垂直于气液流动的方向出现大规模的混合、气液分配不均匀的问题。7、本发明采用板翅式换热器，板翅式换热器具有效率高，结构紧凑，设备体积小，占地面积小，安全可靠等优点，在海况复杂条件下，FPSO对空间要求高，对结构要求更加严格，因此，板翅式换热器较其它类型的换热器，更能适应海上这一特殊环境的要求。本发明能够满足海上晃动条件下换热器内气液均布、正常工作的需求，可广泛用于海上晃动环境下的液化天然气FPSO中。
附图说明
图1是本发明具有分配器的换热器结构示意图
图2是本发明分配器内介质流向示意图
图3是图2中A-A截面介质流向示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明包括一换热器壳体1，换热器壳体1内从下到上依次设置为气相导流区2、分配区3、翅片区4和气液混合导流区5。
如图1所示，气相导流区2内设置有一个波浪形的气相介质导流片21，气相导流区2所在的换热器壳体1底部的中间位置设置有气相入口，气相入口外侧设置有气相入口封头22，打开气相入口封头22，气相介质通过气相入口进入气相导流区2，气相介质经过气相介质导流片21的作用进入分配区3。
如图1、图2所示，分配区3内设置有分配器，分配器包括设置在气相介质导流片21顶部的长方形框架31，分配器内竖向间隔插设有若干隔板32，各隔板32将分配器的长方形框架31分成若干个气相通道33；分配器还包括一液相通道34，液相通道34是一个矩形管，液相通道34横向设置、穿过各个隔板32，液相通道34的两端对应的换热器壳体1上均设有一液相入口，液相入口的外侧均设置有一液相入口封头35；液相通道34内的中部设置有一挡板隔断36，液相通道34呈现两端开放，中间隔断的形式。相邻两个隔板32之间的液相通道34顶部均设置有一出液孔37，各个出液孔37上方的两个隔板32之间形成了气液混合通道38。打开液相入口封头35，液相介质由两侧液相入口进入液相通道34，从液相通道34顶部的出液孔37流出；同时，气相介质在液相通道34外侧形成绕流，由于气相介质流动空间变小形成节流，产生较大的气相速度；气相介质和液相介质混合后进入气液混合通道38（如图3所示）。
如图1所示，翅片区4内设置一波浪形的翅片41，翅片41设置在分配器的所有隔板32的顶部。
如图1所示，气液混合导流区5内设置有一波浪形的混合液导流片51，混合液导流片51设置在翅片41的顶部，气液混合导流区5所在的换热器壳体1顶部的中间位置设有一气液混合出口，气液混合出口外侧设置有一气液混合出口封头52。
如图2所示，本发明的分配器还可以独立出来，用在除了上述板翅式换热器的其他换热器上，分配器包括一上、下开口的分配器壳体，长方形框架31、各个隔板32和液相通道34均设置在分配器壳体内，两个液相入口对应设置在液相通道34两端的分配器壳体上，两个液相入口封头35对应设置在两个液相入口的外侧。
本发明换热器的工作流程为：
1）打开气相入口封头22，气相介质通过气相入口进入气相导流区2，气相介质经过气相介质导流片21的导流均匀分布在整个气相导流区2；同时，打开液相入口封头35，液相介质通过在分配器两侧设置的液相入口进入液相通道34。
2）气相导流区2的顶部与分配区3内分配器的气相通道33连通，气相介质通过气相通道33进入分配区3，在液相通道34外侧形成绕流；同时，液相通道34内相向流动的液相介质通过液相通道34顶部设置的若干出液孔37流出；气相介质与液相介质进行接触，进入气液混合通道38实现混合作用，达到分配的效果。其中，液相通道34中间设置有挡板隔断36，挡板隔断36的两侧液相介质不连通，互不干涉。上述过程中，由于气相介质经过液相通道34外侧产生绕流，且在该区域空间变窄，因此，在此处有节流作用，有助于气相介质以较高的速度出现在气液混合通道38内，实现与液相介质的充分混合。
3）气相介质与液相介质在气液混合通道38内实现气液充分混合之后，在分配器出口直接进入翅片区4，进而实现换热作用。
4）通过翅片区4换热后的气相介质与液相介质混合物进入气液混合导流区5，通过混合液导流片51的导流作用，从气液混合出口流出。
上述实例中，液相通道34上的出液孔37的大小、数量和位置的布置，取决于换热器内介质的性质、流量、气液比等参数的设置。
上述实例中，分配区3内分配器的气液混合通道38较长，大约在80mm～150mm之间，主要考虑的是气液混合后流场的形成，需要使其充分发展，充分混合后，进入翅片区4，达到较好的气液分配混合效果。
上述实例中，分配器的厚度与波浪形翅片41上的流道深度相同，分配器位于气相介质导流片21与波浪形翅片41之间，对气液两相流进行均布、分配；气液分别进入分配器实现气液均布混合，使流入翅片区4的流质均匀分布于流道，实现均匀换热的目的。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (3)
1.一种分配器，其特征在于：它包括上、下开口的分配器壳体，所述分配器壳体底部为长方形框架，所述分配器壳体内竖向间隔插设有若干隔板，各所述隔板将所述长方形框架分成若干个气相通道；所述分配器壳体内设置有一液相通道，所述液相通道是一个矩形管，所述液相通道横向设置、穿过各个所述隔板，所述液相通道的两端对应的所述分配器壳体上均设有一液相入口，两所述液相入口的外侧均设置有一液相入口封头；所述液相通道内的中部设置有一挡板隔断，相邻两个所述隔板之间的所述液相通道顶部均设置有一出液孔，各个所述出液孔上方的两个所述隔板之间形成气液混合通道。
2.一种具有如权利要求1所述分配器的板翅式换热器，其特征在于：它包括一换热器壳体，所述换热器壳体内从下到上依次设置为气相导流区、分配区、翅片区和气液混合导流区；
所述气相导流区内设置有一个波浪形的气相介质导流片，所述气相导流区所在的所述换热器壳体底部的中间位置设置有气相入口，所述气相入口外侧设置有气相入口封头；
所述分配区内设置有所述分配器，所述分配器壳体采用所述换热器壳体，所述分配器底部的所述长方形框架设置在所述气相介质导流片的顶部；两所述液相入口设置在所述液相通道两端对应的所述换热器壳体上，所述液相入口封头设置在所述液相入口的外侧；
所述翅片区内设置一波浪形的翅片，所述翅片设置在所述分配器的所有所述隔板的顶部；
所述气液混合导流区内设置有一波浪形的混合液导流片，所述混合液导流片设置在所述翅片的顶部，所述气液混合导流区所在的所述换热器壳体顶部的中间位置设有一气液混合出口，所述气液混合出口外侧设置有一气液混合出口封头。
3.如权利要求2所述的板翅式换热器，其特征在于：所述气液混合通道的长度为80mm～150mm。
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