CN105890394A

CN105890394A - 一种管壳式冷凝器

Info

Publication number: CN105890394A
Application number: CN201410742103.5A
Authority: CN
Inventors: 程传裕; 朱玫; 胡庆均
Original assignee: Sinopec Luoyang Petrochemical Engineering Corp; Sinopec Engineering Group Co Ltd
Current assignee: Sinopec Engineering Group Co Ltd; Sinopec Luoyang Guangzhou Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2016-08-24

Abstract

本发明公开了一种管壳式冷凝器，由壳体(1)、管箱(2)、管束(8)、浮头(10)、外盖(11)、管层物流出口(3)、管层物流入口(5)、壳层物流入口(4)、壳层物流出口(9)，折流板A(6)、折流板(15)组成，折流板A(6)和折流板(15)间隔设置，折流板(15)设有上弓形缺口(12)和下弓形缺口(13)，该冷凝器增加换热强度，提高冷凝器的换热效率，减少所需的换热面积，降低换热器的金属耗量，减少投资和能源消耗。

Description

一种管壳式冷凝器

技术领域

本发明涉及蒸汽冷凝器，特别涉及一种壳程式冷凝器。

背景技术

换热器在工业领域中应用广泛，是用于完成两种或两种以上介质的热量交换设备。管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程，为提高管内流体速度，可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。

冷凝器是一个可以将气态物质凝结成液态的设备，是具有将气态物质冷凝成液态物质的换热器，在石油化工工程中，一般是指壳程工艺介质在热交换过程中逐渐被冷却，放出汽化潜热，由气相变成液相，产生冷凝的热交换器。对于管壳式冷凝器，在壳程结构中，折流板是它的重要组成部分，折流板除对换热管起固定和支撑作用外，不同形式、不同结构布置的折流板对换热器壳程的传热效率和压降也起着至关重要的作用。国家标准GB151-1999《管壳式换热器》中5.9.5条规定，折流板一般应等间距布置，卧式换热器的壳程为单相清洁流体时，折流板缺口应水平上下布置；卧式换热器、冷凝器和重沸器的壳程介质为气、液相共存或液体中含有固体物料时，折流板缺口应垂直左右布置，详见图1。目前，这种管壳式的冷凝器具有结构简单、排列整齐、操作弹性大、可靠程度高等优点。

壳程入口介质为含不凝汽的冷凝器为例对其传热过程进行说明，在热交换过程中，壳程气相被冷却，释放出汽化潜热，介质由气态向液态转化。随着热交换的深入，壳程介质中气相组成逐渐减少，液相组成逐渐增多，即沿着壳程流动方向上，各折流板之间的换热单元单位时间内的液体由少增多，呈梯度上升，气相由多减少，呈梯度下降。现有技术中的折流板，如图1所示，缺口垂直左右布置，结构统一，折流板没有随壳程介质在每个换热单元中的气液量的变化而改变，使得介质通过每个折流板缺口时的流速都不同，每个换热单元的换热强度差别较大，影响整体换热效率，同时由于介质流速的变化，导致壳程压降的增加，从而导致冷凝器需要的换热面积较多，冷凝器金属耗量增大，运行中能耗增加，即增加设备投资，又浪费能源。

但由于折流板结构和形式，使现有技术管壳式冷凝器的换热效率偏低、操作压降较大、金属耗量较大和能耗高等缺陷。

发明内容

本发明是针对现有技术中卧式管壳式冷凝器换热效率偏低、操作压降较大、金属耗量较大等缺陷，提出了一种管壳式冷凝器，通过使用优化折流板结构形式的高效冷凝换热器，增加换热强度，使之适合壳程介质产生相变的特殊热交换场合，进一步提高冷凝器的换热效率，减少所需的换热面积，降低换热器的金属耗量，减少投资和能源消耗。

一种管壳式冷凝器，由壳体1、管箱2、管束8、浮头10、外盖11、管层物流出口3、管层物流入口5、壳层物流入口4、壳层物流出口9，折流板A6、折流板15组成，其特征在于：折流板A6和折流板15间隔设置，折流板15设有上弓形缺口12和下弓形缺口13。

所述的上弓形缺口12的弦高为壳体直径的10％～40％，优选15％～35％。靠近壳层物流入口4折流板15的上弓形缺口12的大于靠近壳层物流出口9的上弓形缺口12的弦高，从靠近壳层物流入口4折流板15的上弓形缺口12到靠近壳层物流出口9的上弓形缺口12的弦高是逐渐减少，两个相邻上弓形缺口12的弦高差为1％～2％壳体直径。

所述的折流板A6和折流板15之间的间距16为80～750mm，优选100～650mm。

所述的下弓形缺口13的弦高为壳体直径的2％～20％，优选5％～15％。靠近壳层物流入口4折流板15的下弓形缺口13的小于靠近壳层物流出口9的下弓形缺口13的弦高，从靠近壳层物流入口4折流板15的下弓形缺口13到靠近壳层物流出口9的下弓形缺口13的弦高逐渐增大两个相邻下弓形缺口13的弦高差为0.8％～2.5％壳体1直径，优选1％～2％壳体1直径。

本发明的特点在于改变了壳程折流板的布置方式和折流板的结构，一方面将壳程折流板缺口由垂直布置改为水平布置设置，上弓形缺口12和下弓形缺口13的弦高随着蒸汽流量的减少和冷凝称为液相介质流量的变化而改变，从靠近壳层物流入口4的下弓形缺口13到靠近壳层物流出口9的下弓形缺口13的弦高逐渐增大。沿着壳程介质流动方向，缺口大小逐渐增大，从靠近壳层物流入口4的上弓形缺口12到靠近壳层物流出口9的上弓形缺口12的弦高逐渐减少。上弓形缺口12的弦高根据蒸汽量的减少而减小，下弓形缺口13的弦高根据液相介质的增加而逐渐变大，使得壳程气相和液相介质通过每个折流板缺口时的流速基本保持不变，每个换热单元的换热强度趋近，同时强化气相传热，从而提高整体换热效率，减少冷凝器需要的换热面积，冷凝器金属耗量随之降低。

开孔区1起到固定和支撑换热管的作用；上部弓形缺口12起到保持气相介质流动和保证气相介质与管内介质进行热量交换的作用；下部弓形缺口13起到保持壳程液相介质沿管束方向水平轴向等速流动的作用。

与现有技术相比，本发明一种管壳式冷凝器具有以下特点：

1.壳程液相介质沿管束方向水平轴向流动，与传统结构中液相介质往返折流相比减少了压降；

2.由于折流板15的下弓形缺口13弦高的变化，一方面可以保证液相介质流速的稳定，同时也可确保气相介质能够按设计的流路与管内介质进行充分的热量传递，使得换热面积的利用效率大幅度的提高；

3.强化了气相传热，适合壳程介质产生相变的特殊热交换场合，增加了换热强度；

4.对于壳程传热起控制作用的条件下，可提高冷凝器的换热效率，减少所需的换热面积，可有效提高换热效率在10％～35％左右，相应的降低换热器的金属耗量。在同样条件下，采用本发明专利高效冷凝器，可减少设备投资8％～20％左右。

附图及附图说明

图1为现有技术中管壳式冷凝器结构示意图

图2现有技术中管壳式冷凝器中折流板上部和下部切口结构示意图

图3本发明一种管壳式冷凝器结构示意图

图4本发明一种管壳式冷凝器，折流板A6H折流板15上部和下部切口结构示意图。

其中：1.壳体，2.管箱，3.管层物流出口，4.壳层物流入口，5.管层物流入口，6.折流板A，7.折流板B，8.管束，9.壳层物流出口，10.浮头，11.外盖，12.上弓形缺口，13.下弓形缺口，14.开孔区，15折流板，16.折流板A与折流板15的间距。

具体实施方式

实施例1

一种管壳式冷凝器，由壳体1、管箱2、管束8、浮头10、外盖11、管层物流出口3、管层物流入口5、壳层物流入口4、壳层物流出口9，折流板A6、折流板15组成，折流板A6和折流板15间隔设置，折流板15设有上弓形缺口12和下弓形缺口13，上弓形缺口12的弦高为壳体直径的15％，靠近壳层物流入口4折流板15的上弓形缺口12的大于靠近壳层物流出口9的上弓形缺口12的弦高，从靠近壳层物流入口4折流板15的上弓形缺口12到靠近壳层物流出口9的上弓形缺口12的弦高是逐渐减少，两个相邻上弓形缺口12的弦高差为1％壳体直径，折流板A6和折流板15之间的间距为100mm，下弓形缺口13的弦高为壳体直径的2％，靠近壳层物流入口4折流板15的下弓形缺口13的小于靠近壳层物流出口9的下弓形缺口13的弦高，从靠近壳层物流入口4折流板15的下弓形缺口13到靠近壳层物流出口9的下弓形缺口13的弦高逐渐增大两个相邻下弓形缺口13的弦高差为1.2％壳体直径。

实施例2

一种管壳式冷凝器，由壳体1、管箱2、管束8、浮头10、外盖11、管层物流出口3、管层物流入口5、壳层物流入口4、壳层物流出口9，折流板A6、折流板15组成，折流板A6和折流板15间隔设置，折流板15设有上弓形缺口12和下弓形缺口13，上弓形缺口12的弦高为壳体直径的20％，靠近壳层物流入口4折流板15的上弓形缺口12的大于靠近壳层物流出口9的上弓形缺口12的弦高，从靠近壳层物流入口4折流板15的上弓形缺口12到靠近壳层物流出口9的上弓形缺口12的弦高是逐渐减少，两个相邻上弓形缺口12的弦高差为1.5％壳体直径，折流板A6和折流板15之间的间距为200mm，下弓形缺口13的弦高为壳体直径的5％，靠近壳层物流入口4折流板15的下弓形缺口13的小于靠近壳层物流出口9的下弓形缺口13的弦高，从靠近壳层物流入口4折流板15的下弓形缺口13到靠近壳层物流出口9的下弓形缺口13的弦高逐渐增大两个相邻下弓形缺口13的弦高差为1.0％壳体直径。

实施例3

一种管壳式冷凝器，由壳体1、管箱2、管束8、浮头10、外盖11、管层物流出口3、管层物流入口5、壳层物流入口4、壳层物流出口9，折流板A6、折流板15组成，折流板A6和折流板15间隔设置，折流板15设有上弓形缺口12和下弓形缺口13，上弓形缺口12的弦高为壳体直径的30％，靠近壳层物流入口4折流板15的上弓形缺口12的大于靠近壳层物流出口9的上弓形缺口12的弦高，从靠近壳层物流入口4折流板15的上弓形缺口12到靠近壳层物流出口9的上弓形缺口12的弦高是逐渐减少，两个相邻上弓形缺口12的弦高差为1.8％壳体直径，折流板A6和折流板15之间的间距为500mm，下弓形缺口13的弦高为壳体直径的10％，靠近壳层物流入口4折流板15的下弓形缺口13的小于靠近壳层物流出口9的下弓形缺口13的弦高，从靠近壳层物流入口4折流板15的下弓形缺口13到靠近壳层物流出口9的下弓形缺口13的弦高逐渐增大两个相邻下弓形缺口13的弦高差为1.5％壳体直径。

实施例4

一种管壳式冷凝器，由壳体1、管箱2、管束8、浮头10、外盖11、管层物流出口3、管层物流入口5、壳层物流入口4、壳层物流出口9，折流板A6、折流板15组成，折流板A6和折流板15间隔设置，折流板15设有上弓形缺口12和下弓形缺口13，上弓形缺口12的弦高为壳体直径的35％，靠近壳层物流入口4折流板15的上弓形缺口12的大于靠近壳层物流出口9的上弓形缺口12的弦高，从靠近壳层物流入口4折流板15的上弓形缺口12到靠近壳层物流出口9的上弓形缺口12的弦高是逐渐减少，两个相邻上弓形缺口12的弦高差为2.0％壳体直径，折流板A6和折流板15之间的间距为300mm，下弓形缺口13的弦高为壳体直径的15％，靠近壳层物流入口4折流板15的下弓形缺口13的小于靠近壳层物流出口9的下弓形缺口13的弦高，从靠近壳层物流入口4折流板15的下弓形缺口13到靠近壳层物流出口9的下弓形缺口13的弦高逐渐增大两个相邻下弓形缺口13的弦高差为1.8％壳体直径。

Claims

1.一种管壳式冷凝器，由壳体(1)、管箱(2)、管束(8)、浮头(10)、外盖(11)、管层物流出口(3)、管层物流入口(5)、壳层物流入口(4)、壳层物流出口(9)，折流板A(6)、折流板(15)组成，其特征在于：折流板A(6)和折流板(15)间隔设置，折流板(15)设有上弓形缺口(12)和下弓形缺口(13)。

2.依照权利要求1所述的一种管壳式冷凝器，其特征在于：所述的上弓形缺口(12)的弦高为壳体(1)直径的10％～40％。

3.依照权利要求1所述的一种管壳式冷凝器，其特征在于：所述的上弓形缺口(12)的弦高为壳体(1)直径的15％～35％。

4.依照权利要求1所述的一种管壳式冷凝器，其特征在于：所述的上弓形缺口(12)的弦高在靠近壳层物流入口(4)大于靠近壳层物流出口(9)的上弓形缺口(12)的弦高，从靠近壳层物流入口(4)的上弓形缺口(12)到靠近壳层物流出口(9)的上弓形缺口(12)的弦高是逐渐减少。

5.依照权利要求1所述的一种管壳式冷凝器，其特征在于：所述的上弓形缺口(12)，两个相邻上弓形缺口(12)的弦高差为0.8％～2.5％壳体(1)直径。

6.依照权利要求1所述的一种管壳式冷凝器，其特征在于：所述的上弓形缺口(12)，两个相邻上弓形缺口(12)的弦高差为1.0％～2.0％壳体(1)直径。