CN103411451A - 一种整流式管壳式换热器 - Google Patents

Abstract

一种整流式管壳式换热器，它涉及一种管壳式换热器，以解决现有的管壳式换热器壳程流量分布不均匀的问题，它包括壳体介质进口管、冷介质出口管、第一管板、第二管板、第一封头、第二封头、水平隔板和管束，第一封头内设置有水平隔板，它还包括进口筒体、变径管、主筒体、前罩、后罩、出口筒体、整流筒、护板和第二管板，第一管板与第二封头之间设置有前罩、进口筒体、出口筒体、变径管、主筒体、后罩、整流筒和护板和第二管板，位于前罩和后罩之间的管束上套设有整流筒，所述整流筒为圆筒形整流筒，整流筒与管束通过护板连接，位于前罩处的整流筒的圆周面上沿整流筒的周向加工有多个整流孔。本发明用于热交换领域。

Description

一种整流式管壳式换热器

技术领域

本发明涉及一种管壳式换热器，具体涉及一种能调节壳程流量的整流式管壳式换热器，属于热交换工艺装备技术领域。

背景技术

自70年代能源危机爆发以来，对传统换热器设备强化研究逐渐兴起，并主要集中在两大方向上；一是开发新的换热器品种，如板式、螺旋板式、振动盘管式、板翅式等等，这些换热器设计思想都是尽可能地提高换热效率；二是对传统的管壳式换热器采取强化措施。具体说来，就是采用弓形折流板、异型管、封头优化设计等。

管壳式换热器(shell and tube heat exchanger)又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。应用领域广阔，可广泛用于热电、厂矿、石油化工、城市集中供热、食品医药、能源电子、机械轻工等领域。

目前国内管壳式换热器，尚无壳程整流，工质从进口进入后，直接流入壳程与管程工质进行换热。这样就存在壳程流体分布不均匀的问题，靠近入口的主流区流量较大，其他区域流量较少，甚至部分壳程完全没有流体的流过。流量的不均匀就进而导致换热的不均匀，从而换热器整体换热效果急剧下降。分析计算表明，由于物流分配的不均匀，可使换热器整体效能下降可达30%以上。在多相流动的情况下，物流分配的不均匀性显得更为突出。

综上，现有的管壳式换热器存在壳程流量分布不均匀的问题。

发明内容

本发明解决现有的管壳式换热器壳程流量分布不均匀的问题，进而提供一种整流式管壳式换热器。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种整流式管壳式换热器包括壳体、冷介质进口管、冷介质出口管、第一管板、第二管板、第一封头、第二封头、水平隔板和管束，壳体的一侧的端面上安装有第一封头，壳体的另一侧面与第一管板连接，第一封头内设置有水平隔板，第一封头的顶部设置有冷介质进口管，第一封头的底部设置有冷介质出口管；它还包括进口筒体、变径管、主筒体、前罩、后罩、出口筒体、整流筒、护板和第二管板，进口筒体的轴向竖向设置，出口筒体的轴向竖向设置，第一管板与第二封头之间设置有前罩、进口筒体、出口筒体、变径管、主筒体、后罩、整流筒和护板和第二管板，出口筒体与进口筒体正对设置，前罩与进口筒体连接，进口筒体和出口筒体二者通过变径管与主筒体连接，主筒体与后罩连接，后罩与第二封头连接，第一管板与第二管板之间穿设有管束，位于前罩和后罩之间的管束上套设有整流筒，所述整流筒为圆筒形整流筒，整流筒与管束通过护板连接，位于前罩处的整流筒的圆周面上沿整流筒的周向加工有多个整流孔。

本发明的有益效果是：

一、本发明的双壳结构（主筒体和整流筒），原先管内流体与管外流体换热，管外流体再与环境换热，转变为管内流体与整流筒换热，整流筒与主筒体换热，主筒体再与环境换热。这样能有效降低主筒体由于环境的温差，也降低了热量损耗，热量损失减少了10%。

二、本发明的整流筒结构，能使进入的流体沿整流筒上的整流孔圆周分布，不会出现因靠近入口的主流区流量较大，其他区域流量较少的流量不均匀。

三、本发明的整流孔对流体进行一次分配后，会对流体进行二次分配，合理选择大小不同和位置布置不同的整流孔可以很好地实现进入壳程的流体流量均匀。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是进口筒体处的剖面图，图3是本发明的局部示意图，图4是整流筒的整体结构示意图，图5是具体实施方式四的半圆弧形板展开后的整流孔的布置示意图，图6是具体实施方式五的半圆弧形板展开后的整流孔的布置示意图，图7是具体实施方式六的半圆弧形板展开后的整流孔的布置示意图，图8是具体实施方式七的半圆弧形板展开后的整流孔的布置示意图，图9是具体实施方式八的半圆弧形板展开后的整流孔的布置示意图，图10是具体实施方式九的半圆弧形板展开后的整流孔的布置示意图，图11是具体实施方式十的半圆弧形板展开后的整流孔的布置示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种整流式管壳式换热器包括壳体1、冷介质进口管22、冷介质出口管23、第一管板6、第二管板24、第一封头7、第二封头10、水平隔板11和管束19，壳体1的一侧的端面上安装有第一封头7，壳体1的另一侧面与第一管板6连接，第一封头7内设置有水平隔板11，第一封头7的顶部设置有冷介质进口管22，第一封头7的底部设置有冷介质出口管23；它还包括进口筒体2、变径管3、主筒体4、前罩5、后罩12、出口筒体13、整流筒9、护板8和第二管板24，进口筒体2的轴向竖向设置，出口筒体13的轴向竖向设置，第一管板6与第二封头24之间设置有前罩6、进口筒体2、出口筒体13、变径管3、主筒体4、后罩12、整流筒9和护板8和第二管板24，出口筒体13与进口筒体2正对设置，前罩6与进口筒体2连接，进口筒体2和出口筒体13二者通过变径管3与主筒体4连接，主筒体4与后罩12连接，后罩12与第二封头10连接，第一管板6与第二管板24之间穿设有管束19，位于前罩5和后罩12之间的管束19上套设有整流筒9，所述整流筒9为圆筒形整流筒，整流筒9与管束19通过护板8连接，位于前罩5处的整流筒9的圆周面上沿整流筒9的周向加工有多个整流孔9-1。

具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述整流筒9由两个半圆弧形板9-2对接而成。如此设置，组装使用方便，满足实际需要。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图4-图11说明本实施方式，本实施方式所述每个整流孔9-1由矩形孔和半弧形孔构成，多个整流孔9-1的形状相同。如此设置，矩形孔与圆形孔组合可降低流体进入壳程时的流动阻力，减少能量损失。

具体实施方式四：结合图5说明本实施方式，本实施方式所述每个半圆弧形板9-2上的整流孔9-1的数量为五个，且五个整流孔9-1大小相同且等间距设置。本实施方式使用时，中间设置的整流孔位于进口筒体的正下方，如此易于加工，使流体沿圆周均匀流入壳程，且进口筒体下方的两侧各分布两个整流孔，这种结构适合液体流体，流到整流筒内的流体在进入壳程。这样一方面增加了流体的扰动，一方面产生了沿周向的分速度，保证了进入壳程的流量分布均匀，对壳程的换热也更有利。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图6说明本实施方式，本实施方式所述每个半圆弧形板9-2上的整流孔9-1的数量为五个，五个整流孔9-1等间距设置，其中一个整流孔9-1设置在半圆弧形板9-2的顶点处，所述其中一个整流孔9-1的两侧分别设置有两个整流孔9-1，所述其中一个整流孔9-1、与该所述其中一个整流孔9-1相邻的整流孔9-1、远离所述其中一个整流孔9-1的整流孔9-1三者的半圆弧形孔的直径依次递增。由于流体流入换热器后，速度呈现中间大两边小的现象，故设为非均匀进口，本实施方式使用时，中间设置的整流孔位于进口筒体的正下方，可以减小流入壳程的中间流量，增大两边的流量，使流量分布均匀。同时这种结构适合液体流体。流到整流筒内的流体在进入壳程，这样一方面增加了流体的扰动，一方面产生了沿周向的分速度，保证了进入壳程的流量分布均匀，对壳程的换热更有利。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式六：结合图7说明本实施方式，本实施方式所述每个半圆弧形板9-2上的整流孔9-1的数量为五个，且五个整流孔9-1大小相同，其中一个整流孔9-1设置在半圆弧形板的顶点处，所述其中一个整流孔9-1的两侧分别设置有两个整流孔9-1，所述两个整流孔9-1之间的距离小于所述其中一个整流孔9-1与该所述其中一个整流孔9-1相邻的整流孔9-1之间的距离。由于流体流入换热器后，速度呈现中间大两边小的现象。故设进口位置非均匀，中间流量大，在中间位置尽可能少分布进口，两边尽可能密集分布进口，本实施方式使用时，中间设置的整流孔位于进口筒体的正下方，可以减小流入壳程的中间流量，增大两边的流量，使流量分布均匀。同时这种结构适合液体流体，流到整流筒内的流体在进入壳程，这样一方面增加了流体的扰动，一方面产生了沿周向的分速度，保证了进入壳程的流量分布均匀，对壳程的换热更有利。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式七：结合图8说明本实施方式，本实施方式所述每个半圆弧形板9-2上的整流孔9-1的数量为五个，其中一个整流孔9-1设置在半圆弧形板的顶点处，所述其中一个整流孔9-1的两侧分别设置有两个整流孔9-1，所述两个整流孔9-1之间的距离小于所述其中一个整流孔9-1与该所述其中一个整流孔9-1相邻的整流孔9-1之间的距离，所述其中一个整流孔9-1、与该所述其中一个整流孔9-1相邻的整流孔9-1、远离所述其中一个整流孔9-1的整流孔9-1三者的半圆弧形孔的直径依次递增。由于流体流入换热器后，速度呈现中间大两边小的现象。故设进口位置非均匀，大小非均匀，从位置、大小两方面的因素来控制流量。本实施方式使用时，中间设置的整流孔位于进口筒体的正下方，中间流量大，在中间位置尽可能少分布进口、减小中间孔的大小，两边尽可能密集分布进口、增大两边孔的大小。这样可以减小流入壳程的中间流量，增大两边的流量，使流量分布均匀。同时这种结构适合液体流体，流到整流筒内的流体在进入壳程这样一方面增加了流体的扰动，一方面产生了沿周向的分速度，保证了进入壳程的流量分布均匀，对壳程的换热更有利。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式八：结合图9说明本实施方式，本实施方式所述每个半圆弧形板9-2上的整流孔9-1的数量为四个，四个整流孔9-1大小相同，每个半圆弧形板9-2的两个对接处各设置有第一通孔9-3，每个第一通孔9-3的两个第一通孔9-3和四个整流孔9-1等间距布置。四个整流孔大小均匀排列均匀，对接处各设置一个第一通孔，如此易于加工，使流体沿圆周均匀流入壳程，这种结构适合气体流体，可促使气体沿周向分布均匀，不留死区。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式九：结合图10说明本实施方式，本实施方式所述每个半圆弧形板9-2上的整流孔9-1的数量为六个，六个整流孔9-1大小相同且等间距布置。六个整流孔大小均匀排列均匀，本实施方式使用时，中间设置的两个整流孔位于进口筒体的正下方，增多整流孔更易于调控流量进入壳程的均匀性。同时中间两个整流孔的两侧分布两个入口这种结构适合液体流体，流到整流筒内的流体在进入壳程，这样一方面增加了流体的扰动，一方面产生了沿周向的分速度，保证了进入壳程的流量分布均匀，对壳程的换热更有利。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式十：结合图11说明本实施方式，本实施方式所述每个半圆弧形板9-2上的整流孔9-1的数量为五个，五个整流孔9-1大小相同，每个半圆弧形板9-2的两个对接处各设置有第二通孔9-4，两个第二通孔9-4和四个整流孔9-1等间距布置。五个整流孔大小均匀排列均匀，本实施方式使用时，中间设置的两个整流孔位于进口筒体的正下方，且增多整流孔更易于调控流量进入壳程的均匀性。同时每个半圆弧形板的对接处分布两个第二通孔，这种结构适合气体流体，可促使气体沿周向分布均匀，不留死区。其它与具体实施方式三相同。

Claims (10)

1.一种整流式管壳式换热器，它包括壳体（1）、冷介质进口管（22）、冷介质出口管（23）、第一管板（6）、第二管板（24）、第一封头（7）、第二封头（10）、水平隔板（11）和管束（19），壳体（1）的一侧的端面上安装有第一封头（7），壳体（1）的另一侧面与第一管板（6）连接，第一封头（7）内设置有水平隔板（11），第一封头（7）的顶部设置有冷介质进口管（22），第一封头（7）的底部设置有冷介质出口管（23）；其特征在于：它还包括进口筒体（2）、变径管（3）、主筒体（4）、前罩（5）、后罩（12）、出口筒体（13）、整流筒（9）、护板（8）和第二管板（24），进口筒体（2）的轴向竖向设置，出口筒体（13）的轴向竖向设置，第一管板（6）与第二封头（24）之间设置有前罩（6）、进口筒体（2）、出口筒体（13）、变径管（3）、主筒体（4）、后罩（12）、整流筒（9）和护板（8）和第二管板（24），出口筒体（13）与进口筒体（2）正对设置，前罩（6）与进口筒体（2）连接，进口筒体（2）和出口筒体（13）二者通过变径管（3）与主筒体（4）连接，主筒体（4）与后罩（12）连接，后罩（12）与第二封头（10）连接，第一管板（6）与第二管板（24）之间穿设有管束（19），位于前罩（5）和后罩（12）之间的管束（19）上套设有整流筒（9），所述整流筒（9）为圆筒形整流筒，整流筒（9）与管束（19）通过护板（8）连接，位于前罩（5）处的整流筒（9）的圆周面上沿整流筒（9）的周向加工有多个整流孔（9-1）。

2.根据权利要求1所述的一种整流式管壳式换热器，其特征在于：所述整流筒（9）由两个半圆弧形板（9-2）对接而成。

3.根据权利要求2所述的一种整流式管壳式换热器，其特征在于：所述每个整流孔（9-1）由矩形孔和半弧形孔构成，多个整流孔（9-1）的形状相同。

4.根据权利要求3所述的一种整流式管壳式换热器，其特征在于：所述每个半圆弧形板（9-2）上的整流孔（9-1）的数量为五个，且五个整流孔（9-1）大小相同且等间距设置。

5.根据权利要求3所述的一种整流式管壳式换热器，其特征在于：所述每个半圆弧形板（9-2）上的整流孔（9-1）的数量为五个，五个整流孔（9-1）等间距设置，其中一个整流孔（9-1）设置在半圆弧形板（9-2）的顶点处，所述其中一个整流孔（9-1）的两侧分别设置有两个整流孔（9-1），所述其中一个整流孔（9-1）、与该所述其中一个整流孔（9-1）相邻的整流孔（9-1）、远离所述其中一个整流孔（9-1）的整流孔（9-1）三者的半圆弧形孔的直径依次递增。

6.根据权利要求3所述的一种整流式管壳式换热器，其特征在于：所述每个半圆弧形板（9-2）上的整流孔（9-1）的数量为五个，且五个整流孔（9-1）大小相同，其中一个整流孔（9-1）设置在半圆弧形板的顶点处，所述其中一个整流孔（9-1）的两侧分别设置有两个整流孔（9-1），所述两个整流孔（9-1）之间的距离小于所述其中一个整流孔（9-1）与该所述其中一个整流孔（9-1）相邻的整流孔（9-1）之间的距离。

7.根据权利要求3所述的一种整流式管壳式换热器，其特征在于：所述每个半圆弧形板（9-2）上的整流孔（9-1）的数量为五个，其中一个整流孔（9-1）设置在半圆弧形板的顶点处，所述其中一个整流孔（9-1）的两侧分别设置有两个整流孔（9-1），所述两个整流孔（9-1）之间的距离小于所述其中一个整流孔（9-1）与该所述其中一个整流孔（9-1）相邻的整流孔（9-1）之间的距离，所述其中一个整流孔（9-1）、与该所述其中一个整流孔（9-1）相邻的整流孔（9-1）、远离所述其中一个整流孔（9-1）的整流孔（9-1）三者的半圆弧形孔的直径依次递增。

8.根据权利要求3所述的一种整流式管壳式换热器，其特征在于：所述每个半圆弧形板（9-2）上的整流孔（9-1）的数量为四个，四个整流孔（9-1）大小相同，每个半圆弧形板（9-2）的两个对接处各设置有第一通孔（9-3），每个第一通孔（9-3）的两个第一通孔（9-3）和四个整流孔（9-1）等间距布置。

9.根据权利要求3所述的一种整流式管壳式换热器，其特征在于：所述每个半圆弧形板（9-2）上的整流孔（9-1）的数量为六个，六个整流孔（9-1）大小相同且等间距布置。

10.根据权利要求3所述的一种整流式管壳式换热器，其特征在于：所述每个半圆弧形板（9-2）上的整流孔（9-1）的数量为五个，五个整流孔（9-1）大小相同，每个半圆弧形板（9-2）的两个对接处各设置有第二通孔（9-4），两个第二通孔（9-4）和四个整流孔（9-1）等间距布置。

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