CN103486879A - 一种管壳式换热器 - Google Patents

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汪双凤
张宏南
陈锦芳
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Abstract

本发明公开了一种管壳式换热器，包括壳体、换热管束、管板、管内插入元件、封头以及旋流支撑网架；所述旋流支撑网架等间距设置在壳体内部，并在其上设置有旋流构件，所述旋流构件为四片带螺旋角的扭片；在换热管内部插入一种新型结构的管内插入元件，其为两个半椭圆型叶片呈一定角度连接并且等间距设置在管内细长圆棒上；本管壳式换热器利用旋流网架上设置旋流构件对壳程流体在流经旋流构件时进行加速，同时又产生旋流作用，加大管外流体湍流程度，强化壳程传热；管内插入元件对管内的流体进行分割、引导，使中心流体与管壁附近流体进行置换，换热管内的流体得到较好的混合，传热过程得到强化，换热管内的流体温度分布更加均匀，满足工艺要求。

Description

一种管壳式换热器
技术领域
本发明涉及石油、化工等设备中的换热装置，尤其涉及一种管壳式换热器。
背景技术
管壳式换热器广泛应用于石油、化工等领域，传统管壳式换热器，其壳程一般采用圆缺的折流板结构，换热管为光滑管，一般情况下，管外走加热蒸汽，流体在光滑管中流动，以达到换热目的。这种传统的管壳式换热器不足之处就是：其壳程采用的圆缺的折流板结构具有很高的壳程压力降以及形成一定面积的流动死区。与此同时，流体在光滑管中流动，管内的流速呈抛物线形，流体在管子中心处速度最大，靠近管壁处的流速最小，特别是高粘度流体在管中流动时，贴近管壁的流速几乎为零，使得在管壁附近有一层几乎不流动的滞流底层，给流体的换热造成很大的热阻，换热效率大大降低，并且换热很不均匀。不适宜用于高粘度流体的换热。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中传统换热器不足之处，而提供一种结构简单、适用于高粘度流体管的管壳式换热器，不仅提高换热器的换热效率，满足工艺要求，而且具有节能作用。
本发明通过下述技术方案实现：
一种管壳式换热器，包括壳程进口1、壳体2、旋流支撑网架3、由多根换热管构成的换热管束4、管内插入元件5、右管板6、右封头7、管程进口8、壳程出口9、管程出口10，左封头11、左管板12；所述换热管束4沿壳体2内部径向设置，各换热管之间相互间隔并穿接在旋流支撑网架3上，换热管束4之间间隔的间隙由旋流支撑网架3限定，旋流支撑网架3沿壳体2轴向均布设置，换热管束4的左右两端分别与左管板12、右管板6焊接，设在壳体2两端的左封头7、右封头11分别与左管板12、右管板6焊接；管内插入元件5平行放置于换热管束4内；
所述壳程进口1、壳体2的内侧、换热管束4的外侧、左管板12、右管板6、壳程出口9构成换热器的壳程流道；
所述管程进口8、管程出口10、左封头11、右封头7、换热管束4内侧、左管板12、右管板6构成换热器的管程流道。
所述旋流支撑网架3包括网架边框3-1、旋流构件3-2、纵向支撑条3-3、横向支撑条3-4，所述纵向支撑条3-3与横向支撑条3-4在轴向相互间隔并且相互垂直设置，与网架边框3-1固定连接形成网架；
所述旋流构件3-2连接于纵向支撑条3-3与横向支撑条3-4的轴向交叉点上；
所述旋流构件3-2为四片螺旋扭片3-5连接在中间的圆柱3-6上，四片螺旋扭片3-5轴向投影形状为一圆环面，该圆环面与螺旋扭片3-5相邻的各个换热管相切。
所述螺旋扭片3-5为一长片条绕中间的圆柱3-6均匀扭转90°而成；圆柱3-6连接在空间上相互垂直且相互间隔的纵向支撑条3-3和横向支撑条3-4上。
所述管内插入元件5包括长圆棒5-1、X形分割元件5-2，所述X形分割元件5-2是由两个半椭圆形叶片连接构成。
所述X形分割元件5-2等间距设置在换热管内的长圆棒5-1上，并且相邻两个X形分割元件5-2中的一个水平放置，另一个竖直放置。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
利用旋流支撑网架3上设置旋流构件3-2对壳程流体在流经旋流构件3-2时进行加速，同时又产生旋流作用，加大壳体2内流体湍流程度，从而有效提高壳体2（或者壳程）的传热膜系数，强化壳体2传热。与此同时，壳体2内的管内插入元件5对换热管4内流体进行分割、引导，使中心流体与换热管4壁面附近流体进行置换，换热管4内流体得到较好的混合，传热过程得到大大强化，换热管4内流体温度分布更加均匀，满足工艺要求。同时，流动阻力的上升也在可接受的范围内。
本发明的旋流支撑网架3和管内插入元件5的结构在工艺上制造简易，加工成本低，减少了设备投资。
附图说明
图1为本发明管壳式换热器的结构示意图；
图2为图1所示管壳式换热器的左视图；
图3为图1旋流支撑网架结构示意图；
图3-1为图3旋流支撑网架侧视结构示意图；
图4-1为图3旋流支撑网架上螺旋扭片的放大结构示意图；
图4为图4-1旋流支撑网架上螺旋扭片的侧视结构示意图；
图5为图1所示管内插入元件结构示意图；
图6为图5所示管内插入元件局部放大图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1所示，本发明管壳式换热器，包括壳程进口1、壳体2、旋流支撑网架3、由多根换热管构成的换热管束4、管内插入元件5、右管板6、右封头7、管程进口8、壳程出口9、管程出口10，左封头11、左管板12；所述换热管束4沿壳体2内部径向设置，各换热管之间相互间隔并穿接在旋流支撑网架3上，换热管束4之间间隔的间隙由旋流支撑网架3限定，旋流支撑网架3沿壳体2轴向均布设置，换热管束4的左右两端分别与左管板12、右管板6焊接，设在壳体2两端的左封头7、右封头11分别与左管板12、右管板6焊接；管内插入元件5平行放置于换热管束4内；
由壳程进口1、壳体2的内侧、换热管束4的外侧、左管板12、右管板6、壳程出口9构成换热器的壳程流道；
由管程进口8、管程出口10、左封头11、右封头7、换热管束4内侧、左管板12、右管板6构成换热器的管程流道；
所述旋流支撑网架3的结构如图3所示。由图3可见，旋流支撑网架3包括网架边框3-1、旋流构件3-2、纵向支撑条3-3、横向支撑条3-4，所述纵向支撑条3-3与横向支撑条3-4在轴向相互间隔并且相互垂直设置，与网架边框3-1固定连接形成网架。
所述旋流构件3-2连接于纵向支撑条3-3与横向支撑条3-4的轴向交叉点上。
所述旋流构件3-2为四片螺旋扭片3-5连接在中间的圆柱3-6上，四片螺旋扭片3-5轴向投影形状为一圆环面，该圆环面与螺旋扭片3-5相邻的各个换热管相切。
如图4和图4-1所示，所述螺旋扭片3-5为一长片条绕中间的圆柱3-6均匀扭转90°而成；如图3和图3-1所示，圆柱3-6连接在空间上相互垂直且相互间隔的纵向支撑条3-3和横向支撑条3-4上。
所述的管内插入元件5的结构如图5及图6所示。
由图5可见，管内插入元件5包括长圆棒5-1、X形分割元件5-2，所述X形分割元件5-2是由两个半椭圆形叶片连接构成；如图6所示，所述的X形分割元件5-2等间距设置在换热管内的长圆棒5-1上，并且相邻两个X形分割元件5-2中的一个水平放置，另一个竖直放置。
本管壳式换热器的强化传热效果及原理为：利用旋流支撑网架3上设置旋流构件3-2对壳程流体在流经旋流构件3-2时进行加速，同时又产生旋流作用，加大壳体2内流体湍流程度，从而有效提高壳体2（或者壳程）的传热膜系数，强化壳体2传热。与此同时，壳体2内的管内插入元件5对换热管4内流体进行分割、引导，使中心流体与换热管4壁面附近流体进行置换，换热管4内流体得到较好的混合，传热过程得到大大强化，换热管4内流体温度分布更加均匀，满足工艺要求。同时，流动阻力的上升也在可接受的范围内。
如上所述便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种管壳式换热器，其特征在于，包括壳程进口、壳体、旋流支撑网架、由多根换热管构成的换热管束、管内插入元件、右管板、右封头、管程进口、壳程出口、管程出口，左封头、左管板；
所述换热管束沿壳体内部径向设置，各换热管之间相互间隔并穿接在旋流支撑网架上，换热管束之间间隔的间隙由旋流支撑网架限定，旋流支撑网架沿壳体轴向均布设置，换热管束的左右两端分别与左管板、右管板焊接，设在壳体两端的左封头、右封头分别与左管板、右管板焊接；管内插入元件平行放置于换热管束内；
所述壳程进口、壳体的内侧、换热管束的外侧、左管板、右管板、壳程出口构成换热器的壳程流道；
所述管程进口、管程出口、左封头、右封头、换热管束内侧、左管板、右管板构成换热器的管程流道。
2.根据权利要求1所述的管壳式换热器，其特征在于，所述旋流支撑网架包括网架边框、旋流构件、纵向支撑条、横向支撑条，所述纵向支撑条与横向支撑条在轴向相互间隔并且相互垂直设置，与网架边框固定连接形成网架；
所述旋流构件连接于纵向支撑条与横向支撑条的轴向交叉点上；
所述旋流构件为四片螺旋扭片连接在中间的圆柱上，四片螺旋扭片轴向投影形状为一圆环面，该圆环面与螺旋扭片相邻的各个换热管相切。
3.根据权利要求2所述的管壳式换热器，其特征在于，所述螺旋扭片为一长片条绕中间的圆柱均匀扭转90°而成；圆柱连接在空间上相互垂直且相互间隔的纵向支撑条和横向支撑条上。
4.根据权利要求1所述的管壳式换热器，其特征在于，所述管内插入元件包括长圆棒、X形分割元件，所述X形分割元件是由两个半椭圆形叶片连接构成。
5.根据权利要求4所述的管壳式换热器，其特征在于，所述X形分割元件等间距设置在换热管内的长圆棒上，并且相邻两个X形分割元件中的一个水平放置，另一个竖直放置。
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