CN104976905B - 真空冷凝冷却器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空冷凝冷却器，包括壳体以及位于壳体两侧的管箱，壳体上方设有进气口，内部设有换热管，其中一侧的管箱内设有分程隔板，还包括设在壳体外侧的变径段，壳体位于所述变径段内的部分的壳壁上开设有进气带，所述进气口设置于所述变径段上，气体从进气口进入所述变径段，并通过进气带进入壳体。本发明通过采用设置变径段的结构，既保证了进口防冲高度又避免了增大设备直径，节能减耗、安全环保。增设管箱接管支撑，且管箱接管支撑的内置段延伸至分程隔板处，为分程隔板提供了稳固有效的支撑，从而大大增加了分程隔板的刚性，避免了分程隔板变形脱落导致的冷凝器的失效损坏。

Description

真空冷凝冷却器

技术领域

本发明涉及冷凝设备技术领域，尤其涉及一种真空冷凝冷却器。

背景技术

换热器是石油、化工、纯碱等工业生产装置中的重要设备之一,应用广泛。在不同领域、不同系统工况，选择不同形式、不同结构的换热器，实现换热器的最优化，在能源短缺日益严重的今天具有重大意义。确立科学的企业发展理念，推动提高能效技术、节约能源技术的开发和运用不可或缺。

真空冷凝冷却器作为一种管壳式换热器，管内为冷却水，管外为苯胺等气体冷凝。真空冷凝器的特点是真空度高，为-90kpa，所以要求设备压降要足够小，而由于气体的密度小，使其体积流量很大，气体流速很高，压降不可避免的会比较大。因此为了降低流速、减小压降，需要采用大管径管路，而采用大管径管路就需要设备大型化，其造价成本过高。还有管程物料进口管径大以及系统多种原因引起的管箱分程隔板变形脱落，分程隔板失效而导致的换热器故障，造成生产事故，也会带来直接或间接的经济损失。

在冷凝器的工作过程中，由于壳程进口的物料对换热管有冲蚀,所以经过长时间运行必然会对换热管造成损坏致使泄漏，影响设备正常工作，增加设备运行成本。为了避免进口物料对换热管的冲蚀,通常在进口处加设防冲板，以减少流体对换热管的冲蚀，使流体均匀进入管束。设置防冲板时，需要壳程进口处留有足够的防冲高度以满足流体的流通截面积，但是设置足够高的防冲高度又大大减小了设备有效的换热面积，影响换热效果。而且防冲板的阻力损失也很大，为了保证换热面积就需要增大设备直径，又会导致造价太高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种真空冷凝冷却器，增加变径段的特殊结构，即保证了进口防冲高度又避免了增大设备直径，节能减耗、安全环保。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种真空冷凝冷却器，包括壳体以及位于壳体两侧的管箱，壳体上方设有进气口，内部设有换热管，其中一侧的管箱内设有分程隔板，还包括变径段，所述变径段设在壳体的外侧，壳体位于所述变径段内的部分的壳壁上开设有进气带，所述进气口设置于所述变径段上，气体从进气口进入所述变径段，并通过进气带进入壳体。

作为优选，所述变径段包括圆筒状的筒节以及一端对称固接在筒节两侧的锥壳，所述锥壳的另一端固接于所述壳体，所述进气口连通于所述筒节。

作为优选，所述进气带为矩形进气带，且所述进气带的流通面积为进气口接管流通面积的3.5-5倍。

作为优选，所述管箱上设有物料进口以及物料出口，分别位于分程隔板的上方和下方。

作为优选，还包括管箱接管支撑，所述管箱接管支撑包括内置段以及外接段，所述内置段延伸至分程隔板处，外接段连接于物料出口；所述内置段周向均布若干物料出孔，物料流体经所述物料出孔流入管箱接管支撑，并从物料出口流出。

作为优选，所述外接段部分置于所述管箱内，外接段位于管箱内的部分上设有若干排放孔，所述排放孔与管箱最低处的内壁相切设置。

作为优选，所述物料出孔设置为四个，所述排放孔设置为三个。

作为优选，位于所述分程隔板与物料出口之间固设有若干角钢，所述角钢对称的均布在物料出口的四周。

作为优选，所述换热管为不锈钢波纹换热管，且所述不锈钢波纹换热管由薄壁不锈钢材料制成。

作为优选，所述壳体的下方还设有冷凝液出口。

本发明的有益效果：

1、通过采用设置变径段的结构，使变径段与壳体之间具有一定距离，形成了进口防冲高度，而且壳体本身作为防冲元件，代替传统防冲板结构，既解决了防冲失效的问题，延长了设备使用寿命，又在不增大设备直径的情况下保证了设备的换热面积，节能减耗、安全环保。

2、增设管箱接管支撑，且管箱接管支撑的内置段延伸至分程隔板处，为分程隔板提供了稳固有效的支撑，从而大大增加了分程隔板的刚性，避免了分程隔板变形脱落导致的冷凝器的失效损坏。

3、采用不锈钢波纹换热管，其波纹结构能够有效提高冷凝器的防垢和除垢能力，传热系数更高，适应变工况能力强，耐高温性能更强，能够承受较大的温差和压差变化，波纹管上的应力分布更加均匀，防腐蚀能力更强。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的变径段的剖视图；

图3是本发明图2的A-A剖面图；

图4是本发明的管箱内部结构示意图；

图5是本发明图4的剖视图；

图6是本发明图5的B-B剖面图；

图7是本发明的角钢的位置示意图；

图中：

1、壳体；2、管箱；3、进气口；4、分程隔板；5、进气带；6、筒节；7、锥壳；8、物料进口；9、物料出口；10、管箱接管支撑；11、角钢；12、冷凝液出口；100、内置段；101、外接段；102、物料出孔；103、排放孔。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明提供一种真空冷凝冷却器，包括壳体1以及位于壳体1两侧的管箱2，在壳体1上方设有进气口3，用于气体(苯胺气体等)的进入，壳体1内部设有换热管，其中一侧的管箱2内设有分程隔板4，用于防止管程中的介质从物料进口8进入后不经过换热管就直接从物料出口9排出。

在壳体1的外侧设有变径段，壳体1位于所述变径段内的部分的壳壁上开设有进气带5，进气口3则设置于所述变径段上。之所以设置变径段，是因为在未设置的时候，气体从进气口3进入壳体1时，由于气体的密度小，对应的其体积流量很大，气体流速很高，进入壳体1的气体会对换热管造成冲击以及侵蚀，若按传统的防冲结构设置防冲板来缓解冲击，需要增大设备直径来满足进口处的防冲高度，且防冲效果也不理想，而本发明通过设置变径段，气体从进气口3进入变径段后，会冲击在壳体1上，由壳体1承担高流速的冲击，之后从壳体1上侧面的进气带5进入壳体1，此时的气体流速趋于缓和，对换热管的冲击明显的减小。而且通过变径段的设置，既增加了进口防冲高度又避免了增大设备直径，节能减耗、安全环保。由于壳体1是圆筒状的，与传统的防冲板相比，同等的防冲高度下增大了进口处的流通面积，同时降低了进口处的阻力损失，使流体分布均匀，更有利于换热。

本实施例中，如图2以及图3所示，变径段包括圆筒状的筒节6以及一端对称固接在筒节6两侧的锥壳7，锥壳7的另一端固接于壳体1，筒节6、锥壳7以及部分壳体1结合构成了气体的缓冲空间，具体的，筒节6内壁至壳体1内壁的距离不小于进气口3的接管外径的1/4，即具有足够的防冲高度，以满足进气口3的流通截面积。进气口3连通于筒节6，用于气体的进入。

作为优选的技术方案，进气带5为矩形进气带，且进气带5的流通面积为进气口3接管流通面积的3.5-5倍，优选为4倍，进而能够保证气体进入壳体1时的流速均匀。

本实施例中，所述管箱2上设有物料进口8以及物料出口9，分别位于分程隔板4的上方和下方。

如图4-5所示，本实施例还包括管箱接管支撑10，该管箱接管支撑10具体包括有内置段100以及外接段101，其中内置段100设置在管箱2的内部且一端延伸至分程隔板4处，与分程隔板4焊接固定，外接段101连接于物料出口9，其一部分位于管箱2的内部，其余部分置于所述管箱2外部；内置段100外壁周向均布若干物料出孔102，本实施例具体设置为四个，物料流体(循环水等)经物料出孔102流入管箱接管支撑10，并从物料出口9流出。

本实施例中，外接段101位于管箱2内的部分上设有若干排放孔103，具体为两个，该排放孔103与管箱2最低处的内壁相切设置。排放孔103之所以与管箱2最低处的内壁相切，是因为，从图5上看，外接段101位于管箱2内部的部分会形成积液，无法从物料出孔102排出，所以在管箱2的最低位置处设置排放孔103，将积液排出，起到排液排污的作用。

本实施例除了通过管箱接管支撑10来支撑分程隔板4外，还可以通过设置角钢11来进行支撑，具体的，本实施例在分程隔板4与物料出口9之间固定焊接有若干角钢11，该角钢11对称的均布在物料出口9的四周，本实施例具体选用4个角钢，分布在物料出口9的周围。角钢11与分程隔板4以及物料出口9之间采用连续焊进行焊接。

为了更好实现换热效果，本发明的换热管选用不锈钢波纹换热管，该不锈钢波纹换热管由薄壁不锈钢材料制成，具体选用S30408不锈钢材料制成。通过该不锈钢波纹换热管可以使管程、壳程的传热系数都得到强化，具体如下：

a.管内传热系数的强化：本实施例的管内为循环水，而波纹状的换热管流通面积的连续变化可以使管内循环水的流速不断发生变化，这样可以打破循环水的层流状态，使其达到充分的湍流状态，或减薄层流底层，使管内传热系数得到增强。

b.管外强化冷凝传热：传统的光管外表面因为冷凝液不能及时的滴落离开换热壁面，从而形成一层较厚的液膜层，该液膜层阻碍了气体与管壁的换热，从而形成一层热阻，不利于冷凝传热。通过本实施例的不锈钢波纹换热管，其具有的独特波形，使冷凝液在重力作用下，更容易聚集在不锈钢波纹换热管的波峰位置，而后顺利的滴落，这样冷凝液不容易附着在换热管的外表面，减簿了液膜的厚度，使管内冷凝传热系数得到很大的提高。

作为优选，所述壳体1的下方还设有冷凝液出口12，具体为两个，用于排液排污。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种真空冷凝冷却器，包括壳体(1)以及位于壳体(1)两侧的管箱(2)，壳体(1)上方设有进气口(3)，内部设有换热管，其中一侧的管箱(2)内设有分程隔板(4)，其特征在于，还包括变径段，所述变径段设在壳体(1)的外侧，壳体(1)位于所述变径段内的部分的壳壁上开设有进气带(5)，所述进气口(3)设置于所述变径段上,气体从进气口(3)进入所述变径段，并通过进气带(5)进入壳体(1)；

所述变径段包括圆筒状的筒节(6)以及一端对称固接在筒节(6)两侧的锥壳(7)，所述锥壳(7)的另一端固接于所述壳体(1)，所述进气口(3)连通于所述筒节(6)，筒节(6)内壁至壳体(1)内壁的距离不小于进气口(3)的接管外径的1/4。

2.根据权利要求1所述的真空冷凝冷却器，其特征在于，所述进气带(5)为矩形进气带，且所述进气带(5)的流通面积为进气口(3)接管流通面积的3.5-5倍。

3.根据权利要求1所述的真空冷凝冷却器，其特征在于，所述管箱(2)上设有物料进口(8)以及物料出口(9)，分别位于分程隔板(4)的上方和下方。

4.根据权利要求3所述的真空冷凝冷却器，其特征在于，还包括管箱接管支撑(10)，所述管箱接管支撑(10)包括内置段(100)以及外接段(101)，所述内置段(100)延伸至分程隔板(4)处，外接段(101)连接于物料出口(9)；所述内置段(100)周向均布若干物料出孔(102)，物料流体经所述物料出孔(102)流入管箱接管支撑(10)，并从物料出口(9)流出。

5.根据权利要求4所述的真空冷凝冷却器，其特征在于，所述外接段(101)部分置于所述管箱(2)内，外接段(101)位于管箱(2)内的部分上设有若干排放孔(103)，所述排放孔(103)与管箱(2)最低处的内壁相切设置。

6.根据权利要求5所述的真空冷凝冷却器，其特征在于，所述物料出孔(102)设置为四个，所述排放孔(103)设置为三个。

7.根据权利要求3所述的真空冷凝冷却器，其特征在于，位于所述分程隔板(4)与物料出口(9)之间固设有若干角钢(11)，所述角钢(11)对称的均布在物料出口(9)的四周。

8.根据权利要求1所述的真空冷凝冷却器，其特征在于，所述换热管为不锈钢波纹换热管，且所述不锈钢波纹换热管由薄壁不锈钢材料制成。

9.根据权利要求1所述的真空冷凝冷却器，其特征在于，所述壳体(1)的下方还设有冷凝液出口(12)。