CN103486881B - 一种具有控温功能双螺旋折流板式浮头换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有控温功能双螺旋折流板式浮头换热器，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，中心通道的一端伸入头部腔体内，另一端与管程流体腔体相连通，自管程入口进入的头部腔体的管程流体还同时经由位于头部腔体内的管程蝶阀进入换热管并沿着换热管进入管程流体腔体内，在壳体内还同时排列有螺旋折流板，流入壳体内的壳程流体经螺旋折流板折流后与换热管内的管程流体进行换热。本发明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；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；增加了设备的使用寿命并降低了设备损坏的几率；保证了在变工况条件下的稳定运行。

Description

一种具有控温功能双螺旋折流板式浮头换热器

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：在变负荷工况下，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负荷变化较大的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双螺旋折流板式浮头换热器，包括壳体，在壳体的两端分别设有头部结构及浮头式尾部结构，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，在浮头式尾部结构内设有相互隔开的管程流体腔体及壳程流体腔体，位于浮头式尾部结构上的壳程入口及管程出口分别与壳程流体腔体及管程流体腔体相连通，壳程流体腔体同时与壳体的内部腔体相连通，在壳体内布置有至少一根换热管，换热管分别与头部腔体及管程流体腔体相连通，在壳体上设有壳程出口，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，中心通道的一端伸入头部腔体内，另一端与管程流体腔体相连通，在中心通道内设有中心通道蝶阀，自管程入口进入的头部腔体的管程流体经由中心通道位于头部腔体内的端部进入中心通道后再流经中心通道蝶阀并沿着中心通道进入管程流体腔体内，在此过程中，由隔热层隔绝中心通道内的管程流体与壳体内的壳程流体的换热，自管程入口进入的头部腔体的管程流体还同时经由位于头部腔体内的管程蝶阀进入换热管与壳程流体进行换热后进入管程流体腔体内，出中心通道的管程流体与出换热管的管程流体在管程流体腔体内混合后自管程出口流出，在壳体内还同时排列有螺旋折流板，流入壳体内的壳程流体经螺旋折流板折流后与换热管内的管程流体进行换热。

优选地，所述螺旋折流板通过定位杆固定和支持在所述壳体内，且相邻折流板互成90°方向布置。

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、有效地避免死区和三角区的出现，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；

第六、浮头式结构有效的避免了设备热膨胀引起的破坏，因此大幅度的增加换热管长度。

附图说明

图1为本发明提供的具有控温功能双螺旋折流板式浮头换热器的总体结构示意图；

图2为螺旋折流板的局部主视图；

图3为螺旋折流板的局部三维图。

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双螺旋折流板式浮头换热器，包括壳体10，在壳体10的两端分别设有头部结构11及浮头式尾部结构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，在浮头式尾部结构12内设有相互隔开的管程流体腔体及壳程流体腔体，位于浮头式尾部结构12上的壳程入口8及管程出口9分别与壳程流体腔体及管程流体腔体相连通，壳程流体腔体同时与壳体10的内部腔体相连通，在壳体10内布置有多根换热管4，换热管4分别与头部腔体及管程流体腔体相连通，在壳体10上设有壳程出口13，壳程流体由壳程入口8进入壳体10后与换热管4内的管程流体换热后自壳程出口13出，在壳体10内还布置有内壁设有隔热层的中心通道5，中心通道5布置在壳体10内的中部，换热管4沿中心通道5的周向均匀分布，中心通道5的一端伸入头部腔体内，另一端与管程流体腔体相连通，在中心通道5内设有中心通道蝶阀2，自管程入口1进入的头部腔体的管程流体经由中心通道5位于头部腔体内的端部进入中心通道5后再流经中心通道蝶阀2并沿着中心通道5进入管程流体腔体内，在此过程中，由隔热层隔绝中心通道5内的管程流体与位于壳体10内的壳程流体的换热，自管程入口1进入的头部腔体的管程流体还同时经由位于头部腔体内的管程蝶阀3进入换热管4与壳程流体进行换热后进入管程流体腔体内，出中心通道5的管程流体与出换热管4的管程流体在管程流体腔体内混合后自管程出口9流出，在壳体10内还同时排列有如图2及图3所示的螺旋折流板6，螺旋折流板6通过定位杆7固定和支持在壳体10内，流入壳体10内的壳程流体经螺旋折流板6折流后与换热管4内的管程流体进行换热。

本发明提供的具有控温功能双螺旋折流板式浮头换热器的工作过程为：

管程流体由管程入口1进入换热器，分别通过中心通道蝶阀2和管程蝶阀3，流经管程蝶阀3的管程流体进入换热管4与壳程流体因温度不同发生热量传递，中心通道5内壁附有一层隔热材料，因此流经中心通道5的管程流体不与壳程流体进行热交换，通过换热管4和中心通道5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，定位杆7作用为固定和支持螺旋折流板6。

壳程流体从壳程入口8进入换热器壳程，经螺旋折流板6折流后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13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3和中心通道蝶阀2实现，在换热器设计时应按管程流体全部流经换热管4的工况设计(即该换热器最大工况时)，此时管程蝶阀3应是全开状态，中心通道蝶阀2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4，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3和中心通道蝶阀2，以实现管程流体按一定比例流量通过换热管4和中心通道5，由于流经中心通道5的管程流通未进行热交换，与从换热管4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。

由于此换热器在尾部采用浮头式滑动管板，因此能够适应管壳程流体温差较大引起的管壳程膨胀不一致的工况，同样也可以适用于换热管较长的换热器。

本发明提供的换热器采用扇形螺旋折流板，壳程流体在此类型的换热器中流通基本都是以一定角度横向冲刷换热管从而提高热传导效率。同时，此类型的折流板显著减少了传统管壳式换热器壳程所存在的流动死区和三角区的问题从而提高热传导效率，并避免了壳侧积垢。更进一步地，该换热器壳程流体在壳体内以双螺旋形态流动，有效的改善了壳程流体的流动状态，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。

本发明提供的换热器采用中心通道调节形式调节管程流体通过换热管的比例，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。同时，该中心通道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。

本发明提供的换热器适用于管壳程流体温差较大，换热管和壳程筒体膨胀差较大的工况。

Claims (4)

1.一种具有控温功能双螺旋折流板式浮头换热器，包括壳体（10），在壳体（10）的两端分别设有头部结构（11）及浮头式尾部结构（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，在浮头式尾部结构（12）内设有相互隔开的管程流体腔体及壳程流体腔体，位于浮头式尾部结构（12）上的壳程入口（8）及管程出口（9）分别与壳程流体腔体及管程流体腔体相连通，壳程流体腔体同时与壳体（10）的内部腔体相连通，在壳体（10）内布置有至少一根换热管（4），换热管（4）分别与头部腔体及管程流体腔体相连通，在壳体（10）上设有壳程出口（13），壳程流体由壳程入口（8）进入壳体（10）后与换热管（4）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（5），中心通道（5）的一端伸入头部腔体内，另一端与管程流体腔体相连通，在中心通道（5）内设有中心通道蝶阀（2），自管程入口（1）进入的头部腔体的管程流体经由中心通道（5）位于头部腔体内的端部进入中心通道（5）后再流经中心通道蝶阀（2）并沿着中心通道（5）进入管程流体腔体内，在此过程中，由隔热层隔绝中心通道（5）内的管程流体与位于壳体（10）内的壳程流体的换热，自管程入口（1）进入的头部腔体的管程流体还同时经由位于头部腔体内的管程蝶阀（3）进入换热管（4）与壳程流体进行换热后进入管程流体腔体内，流出中心通道（5）的管程流体与流出换热管（4）的管程流体在管程流体腔体内混合后自管程出口（9）流出，在壳体（10）内还同时排列有螺旋折流板（6），流入壳体（10）内的壳程流体经螺旋折流板（6）折流后与换热管（4）内的管程流体进行换热。

2.如权利要求1所述的一种具有控温功能双螺旋折流板式浮头换热器，其特征在于：所述螺旋折流板（6）通过定位杆（7）固定和支持在所述壳体（10）内，且相邻折流板互成90°方向布置。

3.如权利要求1所述的一种具有控温功能双螺旋折流板式浮头换热器，其特征在于：所述中心通道（5）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双螺旋折流板式浮头换热器，其特征在于：所述换热管（4）沿所述中心通道（5）的周向均匀分布。