CN103471431A - 一种具有控温功能固定管板式换热器 - Google Patents

一种具有控温功能固定管板式换热器 Download PDF

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江晶亮
钱秀勤
曹勇辉
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Abstract

本发明涉及一种具有控温功能固定管板式换热器，在壳体的两端分别设有头部结构及尾部结构，在壳体内布置有至少一根换热管，管程流体出头部腔体自换热管进入尾部腔体，在壳体上设有壳程入口及壳程出口，其特征在于：在壳体内还布置有内壁设有隔热层的中心通道，管程流体出头部腔体还经由中心通道进入尾部腔体，由隔热层隔绝中心通道内的管程流体与壳程流体的换热，在壳体内还同时设有至少一片圆环折流板和至少一片圆盘折流板，尾部腔体至少包含一个混合腔体。本发明具有如下有益效果：有效地提高了换热器的换热系数，减小了换热面积，降低了设备的制造成本；其控温结构保证了该换热器在变工况条件下的稳定运行，保证了该换热器下游设备的稳态运行。

Description

一种具有控温功能固定管板式换热器
技术领域
本发明涉及一种换热器。
背景技术
随着国家对低碳节能的要求逐步提高，化工行业粗犷式的生产方式越来越不适应现代工业的发展要求，很多研究单位和化工企业就怎样提高整厂效率方面对现有化工工艺做了很多改进工作。其中化工产品生产过程中的余热回收利用成为提高能源利用率的一种有效途径。换热器作为余热回收的主体设备，在化工工艺流程中重要性越发凸显，据统计换热器的数量占所用化工设备达40％左右，其投资费用也达到20％以上。
目前所使用的换热器主要存在以下缺点：在负荷变化较大的工况下，换热器无法保持稳态运行；管程流体再与壳程流体换热后，其出口温度往往达不到设计温度，使得换热器的下游设备无法保持稳态运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是使得换热器在变负荷工况下能够保持稳态运行。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种具有控温功能固定管板式换热器，包括壳体，在壳体的两端分别设有头部结构及尾部结构，在头部结构内设有头部腔体，位于头部结构上的管程入口与头部腔体相连通，在尾部结构内设有尾部腔体，在壳体内布置多根换热管，换热管分别与头部腔体及尾部腔体相连通，管程流体出头部腔体自换热管进入尾部腔体，在壳体上设有壳程入口及壳程出口，壳程流体由壳程入口进入壳体后与换热管内的管程流体换热后自壳程出口出，其特征在于：在壳体内还布置有内壁设有隔热层的中心通道，中心通道分别与头部腔体及尾部腔体相连通，管程流体出头部腔体还经由中心通道进入尾部腔体，由隔热层隔绝中心通道内的管程流体与壳程流体的换热，在壳体内还同时设有至少一片圆环折流板和至少一片圆盘折流板，圆环折流板和圆盘折流板的布置方向与换热管的布置方向相垂直，流入壳体内的壳程流体由圆环折流板的中部通孔通过。圆盘折流板的边缘与壳体的内壁之间存在间隙，使得流入壳体内的壳程流体仅由该间隙通过，尾部腔体至少包含一个混合腔体，经由换热管进入尾部腔体的管程流体经由管程蝶阀进入混合腔体，经由中心通道进入尾部腔体的管程流体经由中心通道蝶阀进入混合腔体，位于尾部结构上的管程出口仅与混合腔体相连通。
优选地，所述圆环折流板与所述圆盘折流板间隔布置。
优选地，所述中心通道布置在所述壳体内的中部。
优选地，所述换热管沿所述中心通道的周向均匀分布。
本发明具有如下有益效果：
第一、有效地提高了换热器的换热系数，减小了换热面积，降低了设备的制造成本；
第二、有效地降低了壳程流体的流通阻力，减小了换热器运行过程中的动力费用；
第三、有效地避免或减轻了设备发生震动的可能性，增加了设备的使用寿命并降低了设备损坏的几率；
第四、其控温结构保证了该换热器在变工况条件下的稳定运行；
第五、其控温结构为设备有效的保证了该换热器下游设备的稳态运行。
附图说明
图1为本发明提供的具有控温功能固定管板式换热器的总体结构示意图；
图2为圆环折流板示意图；
图3为圆盘折流板示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
如图1所示，本发明提供的一种具有控温功能固定管板式换热器，包括壳体10，在壳体10上设有壳程入口6及壳程出口13。在壳体10的两端分别设有头部结构11及尾部结构12，在头部结构11内设有头部腔体，位于头部结构11上的管程入口1与头部腔体相连通，在尾部结构12内设有尾部腔体。在壳体10内布置多根换热管2及一根中心通道3，中心通道3位于中部，换热管2沿中心通道3的周向均布。在中心通道3的管壁上布置有隔热层，换热管2及中心通道3分别与头部腔体及尾部腔体相连通。在壳体10内还设有多片如图2所示的圆环折流板4和如图3所示的多片圆盘折流板5，圆环折流板4和圆盘折流板5间隔布置，且布置方向与换热管2及中心通道3的布置方向相垂直。圆环折流板5的边缘与壳体10的内壁尽量少留间隙避免漏流现象，使得流入壳体10内的壳程流体尽量由圆环折流板5的中部通孔通过。圆盘折流板5的边缘与壳体10的内壁之间存在间隙，使得流入壳体10内的壳程流体仅由该间隙通过。尾部腔体被分隔出一个混合腔体，经由换热管2进入尾部腔体的管程流体经由管程蝶阀7进入混合腔体，经由中心通道3进入尾部腔体的管程流体经由中心通道蝶阀8进入混合腔体，流经换热管和中心通道的管程流体在尾部混合以达到设计温度，位于尾部结构12上的管程出口9仅与混合腔体相连通。
本发明提供的具有控温功能固定管板式换热器的工作过程为：
管程流体由管程入口1进入换热器，分别通过换热管2和中心通道3，流经换热管2的管程流体与壳程流体因温度不同发生热量传递，中心通道3内壁附有一层隔热材料，因此流经中心通道3的管程流体不与壳程流体进行热交换，通过换热管2和中心通道3的冷热流体在换热器尾部进行混合，混合后的管程流体温度为设计目标温度，最后管程流体从管程出口9流出换热器进入下一个设备。
壳程流体从壳程入口6进入换热器壳程，经圆环折流板4和圆盘折流板5折流与管程流体进行换热，经热量交换后的壳程流体从壳程另一端壳程出口流出。
控制换热器壳程和管程流通进出口流体温度主要由管程蝶阀7和中心通道蝶阀8实现，在换热器设计时应按管程流体全部流经换热管2的工况设计(即该换热器最大工况时)，此时管程蝶阀7应是全开状态，中心通道蝶阀8应是全关状态。当设备负荷降低时，若管程流通还是全部通过换热管2，由于换热器换热面积不变，管程流体的出口温度将低于或高于(当热流体走管程，管程出口温度低于设计值；若热流通走壳程，则管程出口温度高于设计值)设计值，因此需要调节管程蝶阀7和中心通道蝶阀8，以实现管程流体按一定比例流量通过换热管2和中心通道3，由于流经中心通道3的管程流通未进行热交换，与从换热管2出来的管程流体混合，最终达到设计需要的管程流体出口温度。
本发明提供的换热器采用圆环折流板4和圆盘折流板5，此类型的折流板：第一、可增加壳程流体横向冲刷换热管2的比例从而提高热传导效率；第二、可以降低壳程流体横向冲刷换热管2的路径长度，从而降低了壳程流体的流通阻力，即减少流体在壳程中的压降。
本发明提供的换热器壳程流体在壳体内流动方向是均匀的，有效的降低了换热器震动的发生概率，对设备的使用寿命和维护起着积极地作用。
同时，本发明提供的换热器采用中心通道3调节形式调节管程流体通过换热管2的比例，从而控制换热器管程流体出口温度，对此换热器后需设备稳态操作有着很好的保障作用，且中心通道2的调节功能对大幅度负荷变化的工艺流程有着很好的适应性，能够保证负荷变化时其管程流体出口温度恒定。

Claims (4)

1.一种具有控温功能固定管板式换热器，包括壳体(10)，在壳体(10)的两端分别设有头部结构(11)及尾部结构(12)，在头部结构(11)内设有头部腔体，位于头部结构(11)上的管程入口(1)与头部腔体相连通，在尾部结构(12)内设有尾部腔体，在壳体(10)内布置有多根换热管(2)，换热管(2)分别与头部腔体及尾部腔体相连通，管程流体出头部腔体自换热管(2)进入尾部腔体，在壳体(10)上设有壳程入口(6)及壳程出口(13)，壳程流体由壳程入口(6)进入壳体(10)后与换热管(2)内的管程流体换热后自壳程出口(13)出，其特征在于：在壳体(10)内还布置有内壁设有隔热层的中心通道(3)，中心通道(3)分别与头部腔体及尾部腔体相连通，管程流体出头部腔体还经由中心通道(3)进入尾部腔体，由隔热层隔绝中心通道(3)内的管程流体与壳程流体的换热，在壳体(10)内还同时设有至少一片圆环折流板(4)和至少一片圆盘折流板(5)，圆环折流板(4)和圆盘折流板(5)的布置方向与换热管(2)的布置方向相垂直，流入壳体(10)内的壳程流体由圆环折流板(4)的中部通孔通过，圆盘折流板(5)的边缘与壳体(10)的内壁之间存在间隙，使得流入壳体(10)内的壳程流体仅由该间隙通过，尾部腔体至少包含一个混合腔体，经由换热管(2)进入尾部腔体的管程流体经由管程蝶阀(7)进入混合腔体，经由中心通道(3)进入尾部腔体的管程流体经由中心通道蝶阀(8)进入混合腔体，位于尾部结构(12)上的管程出口(9)仅与混合腔体相连通。
2.如权利要求1所述的一种具有控温功能固定管板式换热器，其特征在于：所述圆环折流板(4)与所述圆盘折流板(5)间隔布置。
3.如权利要求1所述的一种具有控温功能固定管板式换热器，其特征在于：所述中心通道(3)布置在所述壳体(10)内的中部。
4.如权利要求1所述的一种具有控温功能固定管板式换热器，其特征在于：所述换热管(2)沿所述中心通道(3)的周向均匀分布。
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