CN103591821A

CN103591821A - 一种石墨块孔式换热器

Info

Publication number: CN103591821A
Application number: CN201210301239.3A
Authority: CN
Inventors: 高晓红; 孙志钦; 黄进焕
Original assignee: Sinopec Luoyang Petrochemical Engineering Corp; China Petrochemical Corp
Current assignee: China Petrochemical Corp; Sinopec Luoyang Guangzhou Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2014-02-19

Abstract

本发明公开了一种带扩展内表面的石墨块孔式换热器，主要由出口过渡段、上封头、连接拉杆、块孔石墨传热单元、密封垫片、进口过渡段、下封头、密封环和横向拉杆组成。所述块孔石墨传热单元是一个长方体石墨块，在石墨块顶面上加工有若干排间距一定的带内扩展表面通孔。本发明的带内扩展表面的块孔石墨换热器，可以改善现有块孔石墨换热器单位传热面积小，换热系数低的不足。并可以根据换热介质的情况，灵活使用内扩展表面。采用带内扩展表面流道的块孔石墨换热器，结构简单，可提高单位体积的换热面积，提高换热器的传热系数，提高块孔石墨换热器的换热效率。

Description

一种石墨块孔式换热器

技术领域

本发明属于领域石油化工换热器领域，特别涉及一种石墨换热器。

背景技术

石墨换热器以其耐腐蚀性能优异，结构比金属换热器合理以及石墨材料导热性能远高于不锈钢和碳钢而在石油化工、冶金、农药等行业得到了日益广泛的应用。目前的块孔石墨换热器，从结构类型看，主要有圆块孔式与方块孔式两种。

块孔式石墨换热器由若干块沿轴向与径向开有一些小孔的园柱体或长方体型石墨块，即换热块重迭而成，每两块换热块之间垫有密封垫圈以保证轴向、径向两组流道内的流体互相不渗漏。此外，再配以钢制外壳、封头及连接用拉杆，即组成一台基本完整的圆块孔式或方块孔式石墨换热器。冷热两种流体分别流经每一换热块的轴向与径向流道，通过换热块进行热量的交换与传递。

目前的块孔式石墨换热器的换热流道一般是通过钻削加工形成的圆孔直通式流道。这种圆孔直通式流道的特点是加工方便，缺点是传热面积较小，传热系数较低。

文献《炭素》1998年02期“变径流道型块孔式石墨换热器的开发与设计”介绍了一种块孔式石墨换热器。文中介绍了三种变径流道型块孔式石墨换热器的传热计算。其目的是提高流体传热系数。但这种变径流道的缺点是仅能通过提高流体在流道中的湍流性能，并不能提高流道的传热面积。因此，其传热系数的提高有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器，以解决现有石墨块孔式换热器直通圆孔式流道传热面积小，换热系数低的缺点。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：把块状石墨换热器的流道通过钻削和拉削的工艺组合加工成带内扩展表面的流道。这种带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器，增加了流道的传热面积，提高了对流体的扰动，强化了石墨块孔式换热器的传热性能。

本发明的带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器主要有：出口过渡段、上封头、连接拉杆、块孔石墨传热单元、密封垫片、进口过渡段、下封头、密封环和横向拉杆组成。所述上封头和块孔石墨传热单元的顶面之间布置有密封垫片，下封头和块孔石墨传热单元的底面之间也布置有密封垫片，上、下封头和块孔石墨传热单元通过连接拉杆连接在一起，形成上下连通的传热通道。出口过渡段与块孔石墨传热单元的左面之间设置有密封环，进口过渡段与块孔石墨传热单元之间也设置有密封环。出口过渡段、块孔石墨传热单元以及进口过渡段之间通过横向拉杆连接在一起，形成左右连通的传热通道。这样当石墨块孔式换热器内一种介质左右流动时，就可以与上下流动的另一种介质进行热交换。

本发明的带扩展内表面的石墨块孔式换热器，其进一步特征在于：所述块孔石墨传热单元是一个长方体石墨块，在石墨块上加工有若干排相互垂直间距一定的横向和纵向通孔，根据换热介质情况，所述通孔为带内扩展表面流道的孔或部分通孔为光滑圆孔，部分通孔为带内扩展表面流道的孔。

本发明的带扩展内表面的石墨块孔式换热器，其进一步特征在于：当所述石墨换热器一侧为液体，一侧为气体时，可在气体侧选用带内扩展表面流道的通孔，；当石墨换热器两侧均为气体时，可选用两侧都带内扩展表面流道的通孔。

当通孔为光滑圆孔时，孔径d1一般为15～30mm，排间距L1一般为40～70mm，孔间距L2为20～35mm。当通孔为带内扩展表面流道的孔时，孔径d2一般为15～30mm，孔间距L4为20～35mm，排间距L3一般为40～70mm。

带内扩展表面流道的孔的加工工艺为：首先加工出长方体石墨块，然后在长方体石墨块的面上钻出直径为d3的通孔，d3一般为8～20mm；然后用专用拉刀在直径为d3的通孔内拉削成为带内扩展表面流道的直径为d2的通孔。专用拉刀如附图6所示，它由夹头、拉杆和逐级扩大的刀齿组成。一般拉杆的长度C2是石墨块孔的长度L+20mm，刀齿的厚度C3一般是8～15mm；齿间距C4一般为15～40mm；第一齿的外径Φ1通常是d3+0.4mm～d3+1mm，下一个刀齿的外径是Φ1+0.4mm～Φ1+1mm；最后一个刀齿的外径Φ2与d2相等。拉削时，先把专用拉刀穿入已钻好的孔中，然后夹紧拉刀，通过拉刀的逐级拉削，使石墨块孔流道的内扩展面最终形成。

带内扩展表面流道的通孔的直径d2一般为15～30mm，直径为d3的通孔与加工后带内扩展表面的通孔的扩展面的角度θ一般为8～16°，扩展面的数量n一般为4～12个，可提高传热面积1.5～4倍。

本发明的带扩展内表面的石墨块孔式换热器，其进一步特征在于：所述密封环一般为聚四氟乙烯板或聚四氟乙烯膨胀带。

本发明的带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器，可以改善现有石墨块孔式换热器单位传热面积小，换热系数低的不足。并可以根据换热介质的情况，灵活使用内扩展表面。采用带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器，结构简单，可提高单位体积的换热面积，提高换热器的传热系数，提高石墨块孔式换热器的换热效率。

本发明的带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器，可以改善现有石墨块孔式换热器单位传热面积小，换热系数低的不足。并可以根据换热介质的情况，灵活使用内扩展表面。如石墨换热器一侧为液体，一侧为气体时，可在气体侧选用带内扩展表面流道的通孔，以强化气体侧的传热。因为气体的传热系数要低于液体的传热系数。如石墨换热器两侧均为气体时，可选用两侧都带内扩展表面流道的通孔，这样可提高两侧流体的换热面积，以提高两侧气体的换热系数。

采用带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器，结构简单，可提高单位体积的换热面积，提高换热器的传热系数，提高石墨块孔式换热器的换热效率。因此该项发明具有良好的应用前景。

附图说明

图1：一种带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器图；

图2：一种带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器主视图；

图3：一种带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器俯视图；

图4：一种带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器侧视图；

图5：一种带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器局部放大图；

图6：专用拉刀示意图；

图7：专用拉刀A-A向剖面图。

图中所示附图标记为：1-出口过渡段，2-上封头，3-连接拉杆，4-块孔石墨传热单元，5-密封垫片，6-进口过渡段，7-下封头，8-密封环，9-横向拉杆。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

本发明的带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器主要有：出口过渡段1、上封头2、连接拉杆3、块孔石墨传热单元4、密封垫片5、进口过渡段6、下封头7、密封环8和横向拉杆9组成。上封头2和块孔石墨传热单元4的顶面之间布置有密封垫片5，下封头7和块孔石墨传热单元4的底面之间也布置有密封垫片5，然后通过连接拉杆3连接在一起，形成上下连通的传热通道。出口过渡段1与块孔石墨传热单元4的左面之间设置有密封环8，进口过渡段6与块孔石墨传热单元4的左面之间也设置有密封环8。密封环一般为聚四氟乙烯板或聚四氟乙烯膨胀带。出口过渡段1与块孔石墨传热单元4以及进口过渡段6通过横向拉杆9连接在一起，形成左右连通的传热通道。这样当石墨块孔式换热器内一种介质左右流动时，就可以与上下流动的另一种介质进行热交换。

如附图2，块孔石墨传热单元4是一个长方体石墨块，在上面加工有若干排相互垂直间距一定横向和纵向通孔。当通孔为光滑圆孔时，孔径d1一般为15～30mm，排间距L1一般为40～70mm，孔间距L2为20～35mm。可根据介质情况，在块孔石墨传热单元的一侧或两侧选择为带内扩展表面流道的通孔。带内扩展表面流道的通孔的直径d2一般为15～30mm，排间距L3一般为40～70mm，孔间距L4为20～35mm。

带内扩展表面流道的通孔的加工工艺为：首先加工出长方体石墨块，然后在长方体石墨块的面上钻出直径为d3的通孔；最后用专用拉刀在d3内拉削出带内扩展表面流道的通孔d2。专用拉刀如附图4，它由夹头10、拉杆11和逐级扩大的刀齿12组成。一般拉杆11的长度C2是石墨块孔的长度L+20，刀齿12的厚度C3一般是8～15mm；齿间距C4一般为15～40mm；第一齿的外径Φ1通常是d3+0.4mm～d3+1mm，接下来的刀齿的外径是Φ1+0.4mm～Φ1+1mm；最后一个刀齿的外径是Φ2＝d2。拉削时，先把专用拉刀穿入已钻好的孔中，然后夹紧拉刀，通过拉刀的逐级拉削，使石墨块孔流道的内扩展面最终形成。

如附图2，块孔石墨传热单元的带内扩展表面流道的通孔直径d2一般为15～30mm，d3一般为8～20mm，扩展面角度θ一般为8～16°，扩展面数量n一般为4～12个，可提高传热面积1.5～4倍。

本发明的带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器，可以改善现有块孔石墨换热器单位传热面积小，换热系数低的不足。并可以根据换热介质的情况，灵活使用内扩展表面。如石墨换热器一侧为液体，一侧为气体时，可在气体侧选用带内扩展表面流道的通孔，强化气体侧的传热。石墨换热器两侧均为气体时，可选用两侧都带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器，能同时提高两侧流体的换热面积和换热系数。

Claims

1.一种带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器，主要由出口过渡段、上封头、连接拉杆、块孔石墨传热单元、密封垫片、进口过渡段、下封头、密封环和横向拉杆组成，其特征在于：所述上封头和块孔石墨传热单元的顶面之间布置有密封垫片，下封头和块孔石墨传热单元的底面之间也布置有密封垫片，上、下封头和块孔石墨传热单元通过连接拉杆连接在一起，形成上下连通的传热通道。出口过渡段与块孔石墨传热单元的左面之间设置有密封环，进口过渡段与块孔石墨传热单元之间也设置有密封环。出口过渡段、块孔石墨传热单元以及进口过渡段之间通过横向拉杆连接在一起，形成左右连通的传热通道。

2.根据权利要求1所述的带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器，其特征在于：所述块孔石墨传热单元是一个长方体石墨块，在石墨块上加工有若干排相互垂直间距一定的横向和纵向通孔，所述通孔为带内扩展表面流道的孔或部分通孔为光滑圆孔，部分通孔为带内扩展表面流道的孔。

3.根据权利要求2所述的带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器，其特征在于：所述石墨换热器一侧为液体，一侧为气体时，在气体侧选用带内扩展表面流道的通孔，石墨换热器两侧均为气体时，两侧均为带内扩展表面流道的通孔。

4.根据权利要求2所述的带扩展内表面流道的石墨块孔式换热器，其特征在于：所述通孔为光滑圆孔时的孔径d1为15～30mm，排间距L1为40～70mm，孔间距L2为20～35mm。

5.根据权利要求2所述的带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器，其特征在于：所述通孔为带扩展内表面的孔时孔径d2为15～30mm，孔间距L4为20～35mm，排间距L3一般为40～70mm。

6.根据权利要求2所述的带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器，其特征在于：所述带内扩展表面孔的加工工艺为，在所述长方体石墨块的两面上钻出直径d3为8～20mm的通孔；然后用专用拉刀在直径为d3的通孔内拉削出带内扩展表面的流道d2。

7.根据权利要求6所述的带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器，其特征在于：所述专用拉刀由夹头、拉杆和逐级扩大的刀齿组成，所述拉杆的长度是石墨块孔的长度L+20mm，刀齿的厚度C3是8～15mm；齿间距C4为15～40mm；第一齿的外径Φ1为d3+0.4～d3+1mm，下一个刀齿的外径是Φ1+0.4～Φ1+1mm；最后一个刀齿的外径Φ2与带扩展内表面的孔的孔径d2相等，拉削时，先把专用拉刀穿入已钻好的孔中，然后夹紧拉刀，通过拉刀的逐级拉削，使石墨块孔流道的内扩展面最终形成。

8.根据权利要求6所述的带内扩展表面流道的石墨块孔式换热器，其特征在于：所述直径为d3的通孔与加工后带内扩展表面的通孔的扩展面的角度θ为8～16°，扩展面数量为4～12个。