CN103411454A

CN103411454A - 一种外凸式波节管错位布置的管式换热器

Info

Publication number: CN103411454A
Application number: CN2013103850215A
Authority: CN
Inventors: 李炳熙; 李凤臣; 韩怀志; 邵伟
Original assignee: Harbin Institute of Technology Shenzhen
Current assignee: Harbin Institute of Technology Shenzhen
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2013-11-27

Abstract

一种外凸式波节管错位布置的管式换热器，它涉及一种波节管换热器，以解决现有的波节管换热器存在内部能量损耗大、热应力不均匀及易结垢的问题，它包括外壳、冷介质进口管、冷介质出口管、热介质进口管、热介质出口管、第一封头、第二封头、水平隔板、两个管板、多个折流板和多个换热管，多个换热管均为外凸式波节管，多个外凸式波节管按正三角形排列或正方形排列，且相邻两个外凸式波节管的圆弧凸起沿外凸式波节管的轴向相互错位。本发明用于热交换。

Description

一种外凸式波节管错位布置的管式换热器

技术领域

本发明涉及一种波节管换热器，具体涉及一种外凸式波节管错位布置的管式换热器，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，就是用各种异型管取代原来的光管。现在较常用的有横槽纹管、缩放管、内翅管及管内插入强化物质等。

波节管是一种特殊形状的缩放管，是以普通圆管为基管，通过液压成型的方式挤出一个个圆弧凸起，形成由弧形段和直管段交替变化组成的波节型通道。早在70年代，曾有人提出用波纹管作为换热管应用在管式换热器上，波节管是在1990年由中国的郎奎提出的，其强化换热的机理为：当流体在波纹管内流动时，波峰处流体速度降低、静压增加，波谷处流体速度增加、静压减少，这样，流体的流动在反复改变轴向上的压力梯度下进行，发生二次扰动，产生的剧烈涡旋冲刷了流体的边界层，使边界层减薄，破坏其边界层，并且提高管内外流体紊流的脉动性，促进湍流度的增加；另外直线段起着积累能量的作用，是不可缺少的，两者互相促进，大大提高了换热系数。因此，根据市场需要，这种高效换热管应用在很多行业中，例如：煤气站汽化、电厂首战、油田输油管道加热、储藏设备制冷、海水热交换等。

现有的波节管换热器中，各个波节管的波节与波节相对组成无错位波节管束，这样的确换热量较光管有所提升，但是各波节围成了突缩突扩的通道，流体在管间流动时每经过一个波距，就会节流一次，这不仅增加了摩擦阻力，而且增大了能量的损耗。同时由于仅在波节处大幅度提高换热效率，导致波节管各位置温度分布不均，进而产生热应力不匀等问题，而且在波节之间的直管段上由于流速较低又容易结垢，从而影响换热器的整体性能。

综上，现有的波节管换热器存在内部热量损耗大、热应力不均匀、易结垢的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的波节管换热器存在内部能量损耗大、热应力不均匀及易结垢的问题，进而提供一种外凸式波节管错位布置的管式换热器。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种外凸式波节管错位布置的管式换热器包括外壳、冷介质进口管、冷介质出口管、热介质进口管、热介质出口管、第一封头、第二封头、水平隔板、两个管板、多个折流板和多个换热管，外壳的两端内壁上各安装有一个管板，外壳的一侧端面上安装有第一封头，外壳的另一侧端面上安装有第二封头，外壳的顶部设置有热介质进口管，外壳的底部设置有热介质出口管，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，外壳的内部沿竖向设置有多个折流板，多个换热管水平置于外壳内，多个换热管穿设在管板的管板孔内；多个换热管均为外凸式波节管，每个外凸式波节管上相邻两个圆弧凸起之间的距离为21mm-54mm，相邻两个外凸式波节管间距为24mm-39mm，多个外凸式波节管按正三角形排列或正方形排列，且相邻两个外凸式波节管的圆弧凸起沿外凸式波节管的轴向相互错位。

本发明的有益效果是：

一、本发明的外凸式波节管换热器具有特殊的管束布置，多个外凸式波节管按正三角形排列或正方形排列，且相邻两个外凸式波节管的圆弧凸起沿外凸式波节管的轴向相互错位，减小流体流经圆弧凸起（波节）处得节流效应，消除圆弧凸起（波节）附近的流动死区，并且能够使流体流动平滑，减小流动阻力，内部热量损耗大大降低，使流体的流动均匀，波节管上温度分布均匀，圆弧凸起（波节）之间的直管段不易结垢。本发明的管式换热器内部能量损耗降低了10%-30%，提高了综合传热效率，综合传热效率提高了10%-20%。

二、本发明的波节管上相邻两个圆弧凸起之间的距离为21mm至54mm，既能保证换热量的增加，又能保证高危行业中在役检测的顺利进行。

附图说明

图1是本发明的整体结构主剖视图（图中箭头表示介质走向），图2是多个换热管按正三角形排列的示意图，图3是多个换热管按正方形排列的示意图，图4是正三角形排列的多个换热管的局部展开示意图，图5是具体实施方式二的正三角形排列的多个换热管的局部展开示意图，图6是具体实施方式三的正三角形排列的多个换热管的局部展开示意图，图7是具体实施方式四的正三角形排列的多个换热管的局部展开示意图，图8是具体实施方式五的正三角形排列的多个换热管的局部展开示意图，图9是具体实施方式六的正三角形排列的多个换热管的局部展开示意图。

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，本实施方式的一种外凸式波节管错位布置的管式换热器包括外壳1、冷介质进口管2、冷介质出口管3、热介质进口管4、热介质出口管5、第一封头7、第二封头10、水平隔板11、两个管板6、多个折流板8和多个换热管9，外壳1的两端内壁上各安装有一个管板6，外壳1的一侧端面上安装有第一封头7，外壳1的另一侧端面上安装有第二封头10，外壳1的顶部设置有热介质进口管4，外壳1的底部设置有热介质出口管5，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2，第一封头7的底部设置有冷介质出口管3，外壳1的内部沿竖向设置有多个折流板8，多个换热管9水平置于外壳1内，多个换热管9穿设在管板6的管板孔内；多个换热管9均为外凸式波节管，每个外凸式波节管上相邻两个圆弧凸起之间的距离L为21mm-54mm，相邻两个外凸式波节管间距T为24mm-39mm，多个外凸式波节管按正三角形排列或正方形排列，且相邻两个外凸式波节管的圆弧凸起沿外凸式波节管的轴向相互错位。

本实施方式采用正方形排列的外凸式换热管，换热效率略有降低，但摩擦阻力也同样降低，在某些流量下，综合传热效率较同样的三角形排列管束有所增加。

本实施方式的外凸式波节管可以是外凸式非对称型波节管，也可以是外凸式对称型波节管。相邻两个外凸式波节管间距是指相邻两个外凸式波节管的中心之间的径向距离。

具体实施方式二：结合图5说明本实施方式，本实施方式的按正三角形排列的外凸式波节管中任意一个外凸式波节管的相邻两个圆弧凸起之间的直管段上径向正投影有相互错位的二个圆弧凸起。如此设置，形成了近似于“S”形的通道，增强了流体在管间的扰动，一方面增大了整个相邻两个圆弧凸起（波距）上的传热系数，使壁温分布均匀，一方面流动均匀，减少了杂质在壁面的沉积。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图6说明本实施方式，本实施方式的按正三角形排列的外凸式波节管中任意一个外凸式波节管的相邻两个圆弧凸起之间的直管段上径向正投影有分别相互错位的三个圆弧凸起。如此设置，增强了流体在管间的扰动，一方面增大了整个相邻两个圆弧凸起（波距）上的传热系数，使壁温分布均匀，一方面流动均匀，减少了杂质在壁面的沉积。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图7说明本实施方式，本实施方式的按正三角形排列的外凸式波节管中任意一个外凸式波节管的相邻两个圆弧凸起之间的直管段上径向正投影有分别相互错位的四个圆弧凸起。如此设置，增强了流体在管间的扰动，一方面增大了整个相邻两个圆弧凸起（波距）上的传热系数，使壁温分布均匀，一方面流动均匀，减少了杂质在壁面的沉积。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图8说明本实施方式，本实施方式的按正三角形排列的外凸式波节管中任意一个外凸式波节管的相邻两个圆弧凸起之间的直管段上径向正投影有分别相互错位的五个圆弧凸起。如此设置，增强了流体在管间的扰动，一方面增大了整个相邻两个圆弧凸起（波距）上的传热系数，使壁温分布均匀，一方面流动均匀，减少了杂质在壁面的沉积。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：结合图9说明本实施方式，本实施方式的按正三角形排列的外凸式波节管中任意一个外凸式波节管的相邻两个圆弧凸起之间的直管段上径向正投影有分别相互错位的六个圆弧凸起。如此设置，增强了流体在管间的扰动，一方面增大了整个相邻两个圆弧凸起（波距）上的传热系数，使壁温分布均匀，一方面流动均匀，减少了杂质在壁面的沉积。其它与具体实施方式一相同。

Claims

1.一种外凸式波节管错位布置的管式换热器，它包括外壳（1）、冷介质进口管（2）、冷介质出口管（3）、热介质进口管（4）、热介质出口管（5）、第一封头（7）、第二封头（10）、水平隔板（11）、两个管板（6）、多个折流板（8）和多个换热管（9），外壳（1）的两端内壁上各安装有一个管板（6），外壳（1）的一侧端面上安装有第一封头（7），外壳（1）的另一侧端面上安装有第二封头（10），外壳（1）的顶部设置有热介质进口管（4），外壳（1）的底部设置有热介质出口管（5），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（2），第一封头（7）的底部设置有冷介质出口管（3），外壳（1）的内部沿竖向设置有多个折流板（8），多个换热管（9）水平置于外壳（1）内，多个换热管（9）穿设在管板（6）的管板孔内；其特征在于：多个换热管（9）均为外凸式波节管，每个外凸式波节管上相邻两个圆弧凸起之间的距离（L）为21mm-54mm，相邻两个外凸式波节管间距（T）为24mm-39mm，多个外凸式波节管按正三角形排列或正方形排列，且相邻两个外凸式波节管的圆弧凸起沿外凸式波节管的轴向相互错位。

2.根据权利要求1所述的一种外凸式波节管错位布置的管式换热器，其特征在于：按正三角形排列的外凸式波节管中任意一个外凸式波节管的相邻两个圆弧凸起之间的直管段上径向正投影有相互错位的二个圆弧凸起。

3.根据权利要求1所述的一种外凸式波节管错位布置的管式换热器，其特征在于：按正三角形排列的外凸式波节管中任意一个外凸式波节管的相邻两个圆弧凸起之间的直管段上径向正投影有分别相互错位的三个圆弧凸起。

4.根据权利要求1所述的一种外凸式波节管错位布置的管式换热器，其特征在于：按正三角形排列的外凸式波节管中任意一个外凸式波节管的相邻两个圆弧凸起之间的直管段上径向正投影有分别相互错位的四个圆弧凸起。

5.根据权利要求1所述的一种外凸式波节管错位布置的管式换热器，其特征在于：按正三角形排列的外凸式波节管中任意一个外凸式波节管的相邻两个圆弧凸起之间的直管段上径向正投影有分别相互错位的五个圆弧凸起。

6.根据权利要求1所述的一种外凸式波节管错位布置的管式换热器，其特征在于：按正三角形排列的外凸式波节管中任意一个外凸式波节管的相邻两个圆弧凸起之间的直管段上径向正投影有分别相互错位的六个圆弧凸起。