CN106871659A - 一种管壳式气液分离冷凝器 - Google Patents

Abstract

一种管壳式气液分离冷凝器，包括壳体和设置在壳体两端的封头，壳体上还设置有壳程进口管和壳程出口管，壳程进口管设置在壳体的上部，壳程出口管在壳体的下部，封头上设置有管程进口管和管程出口管，管程进口管设置在封头的下部，管程出口管设置在封头的上部，冷凝器的管程走冷却流体，冷凝器的壳程走被冷凝流体；所述的壳体和封头之间还设置有若干的排液槽、换热管、上折流板、下折流板、滞液网和阻液隔栅；其中，换热管贯穿上折流板、下折流板和阻液隔栅。本发明通过上述结构的改良，其具有结构简单合理、性能优异、体积小、换热效果好、阻力压降低、节能环保、制造成本低、易生产、易实现且安全可靠等特点，实用性强。

Description

一种管壳式气液分离冷凝器

技术领域

本发明涉及一种冷凝器，尤其是一种管壳式气液分离冷凝器。

背景技术

现有的管壳式冷凝器基本都是以换热管排、折流板、壳体以及封头构成的换热体。相对于其他新型冷凝器，普通管壳式冷凝器存在换热效率较低，设备体积较大以及金属材料消耗量较大等缺点，同时也具备结构坚固、可靠性高、适用范围广等优点，因此管壳式冷凝器具有重大的工程价值，同时提升管壳式冷凝器的热力性能具有充分的现实必要性。

在普通管壳式冷凝器中，由于工质在壳侧冷凝初期，干度较高，冷凝器的换热效率较高，随着冷凝液的不断积聚，液体在换热壁面上产生较大的热阻，严重降低后续管段的冷凝换热效率；而且积聚的液体在壳程中产生强烈环流，增大了气、液界面的剪切力，导致流动阻力损失明显。因此，有必要进一步改进。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、性能优异、体积小、换热效果好、阻力压降低、节能环保、制造成本低、易生产、易实现且安全可靠的管壳式气液分离冷凝器，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种管壳式气液分离冷凝器，包括壳体和设置在壳体两端的封头，其特征在于：壳体上还设置有壳程进口管和壳程出口管，壳程进口管设置在在壳体的上部，壳程出口管在壳体的下部，封头上设置有管程进口管和管程出口管，管程进口管设置在封头的下部，管程出口管设置在封头的上部，冷凝器的管程走冷却流体，冷凝器的壳程走被冷凝流体；所述的壳体和封头之间还设置有若干的排液槽、换热管、上折流板、下折流板、滞液网和阻液隔栅；其中，换热管贯穿上折流板、下折流板和阻液隔栅。

所述排液槽设置在冷凝器的壳程底部，并由槽道、进液口、导流挡板以及引流窄道构成。

所述排液槽设置在上折流板和下折流板之间；其中，排液槽的槽体外底壁与壳程底部相贴合，排液槽的槽体上壁面与上折流板相贴合。

所述槽体上壁面为平面、且设置在槽道上，槽体上壁面朝流体流动的方向、且在相邻两下折流板的间距为3/4处设置有下凹面。

所述引流窄道设置在槽体外底壁和下凹面之间、且贯穿下折流板，并延伸至相邻两下折流板的间距1/4处，其高度为槽道高度的1/2-3/4。

所述进液口为缺口、且设置在引流窄道的上壁与下折流板之间。

所述导流挡板设置在进液口的上沿、且与水平面形成45°-75°的夹角。

所述下折流板与壳程底部之间设置有缺口部，排液槽的外截面与缺口部一致，排液槽贯穿该缺口部。

所述滞液网为轻质材料制成、且浮于流体表面，并呈水平式覆盖在排液槽的槽体上壁面上；其中，滞液网的网体上均布有若干的开孔，开孔贯穿网体的上下面。

所述阻液隔栅的表面为亲水结构、且设置在壳程向上的流道内，其两端分别与上折流板的顶部和下折流板的底部配合连接；阻液隔栅上设置有若干的栅条，若干的栅条的轴向为竖直设置、且相邻的栅条之间呈百叶窗排列，相邻的栅条之间还设置有过流道，过流道与栅条的平面形成一定的夹角。

本发明通过上述结构的改良，基于高干度冷凝换热效率高的原理，通过在管壳式冷凝器壳侧设置有冷凝液排液槽和滞液网，以实现工质冷凝过程的气液分离并及时排走冷凝液，从而维持高干度冷凝，提升冷凝器的热力性能，节约能源和耗材。有效地克服了普通管壳式冷凝器壳程工质冷凝过程中，特别是冷凝过程中后期存在的冷凝液积聚严重，换热效率下降严重，压降明显增大的缺点，提高了整个冷凝过程的工质干度，从而提高了冷凝器整体换热效率，降低了阻力压降。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：基于气液分离强化换热原理，在管壳式冷凝器的壳程工质冷凝过程中，通过对两相工质进行有效的气液分离，使被冷凝工质在冷凝过程维持高干度，从而提高冷凝器的整体换热效率，降低壳侧的阻力压降，并最终减小冷凝器的体积，节约耗材和能源。

综合而言，其具有结构简单合理、性能优异、体积小、换热效果好、阻力压降低、节能环保、制造成本低、易生产、易实现且安全可靠等特点，实用性强。

附图说明

图1为本发明第一实施例的装配结构示意图。

图2为本发明第一实施例的排液槽和下折流板结构示意图。

图3为图2中沿A-A线剖开结构示意图。

图4为本发明第一实施例的上折流板结构示意图。

图5为本发明第一实施例的下折流板结构示意图。

图6、图7为本发明第一实施例的滞液网结构示意图。

图8、图9为本发明第一实施例的阻液隔栅结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见图1-图9，本管壳式气液分离冷凝器，包括壳体11和设置在壳体11两端的封头12，壳体11上还设置有壳程进口管13和壳程出口管14，壳程进口管13设置在在壳体11的上部，壳程出口管14在壳体11的下部，封头12上设置有管程进口管15和管程出口管16，管程进口管15设置在封头12的下部，管程出口管16设置在封头12的上部，冷凝器的管程走冷却流体，冷凝器的壳程走被冷凝流体；所述的壳体11和封头12之间还设置有若干的排液槽17、换热管18、上折流板19、下折流板110、滞液网111和阻液隔栅112；其中，换热管18贯穿上折流板19、下折流板110和阻液隔栅112。

进一步地讲，如图2、图3所示，排液槽17设置在冷凝器的壳程底部，并由槽道21、进液口22、导流挡板23以及引流窄道24构成。排液槽17设置在上折流板19和下折流板110之间；其中，排液槽17的槽体外底壁25与壳程底部相贴合，排液槽17的槽体上壁面26与上折流板19相贴合。槽体上壁面26为平面、且设置在槽道21上，槽体上壁面26朝流体流动的方向、且在相邻两下折流板110的间距为3/4处设置有下凹面27。引流窄道24设置在槽体外底壁25和下凹面27之间、且贯穿下折流板110，并延伸至相邻两下折流板110的间距1/4处，其高度为槽道21高度的1/2-3/4。进液口22为缺口、且设置在引流窄道24的上壁与下折流板110之间。导流挡板23设置在进液口22的上沿、且与水平面形成45°-75°的夹角。

具体地讲，排液槽17的首个进液口22为来流方向的槽道21入口，工质经过一段冷凝产生的冷凝液都从对应设置的进液口22排入槽道21内；进液口22上沿安置的导流挡板23能更好地将冷凝液导入槽道21，减弱液体冲击下折流板110产生的环流和损耗；进液口22下方的槽道是进行收缩的引流窄口24，冷凝液经过引流窄口24时，流速增大、内压降低，产生射流作用，将进液口22出的流体吸进槽道21内，从而使排液效率更高。

进一步地讲，如图4、图5所示，上折流板19为普通折流板；下折流板110与壳程底部之间设置有缺口部，排液槽17的外截面与缺口部一致，排液槽17贯穿该缺口部。

进一步地讲，如图6、图7所示，滞液网111为轻质材料制成、且浮于流体表面，并呈水平式覆盖在排液槽17的槽体上壁面26上，此结构能有效减弱来流气相工质对壳程底部冷凝液的夹带作用；其中，滞液网111的网体上均布有若干的开孔31，开孔31贯穿网体的上下面。

进一步地讲，如图8、图9所示，阻液隔栅112的表面为亲水结构、且设置在壳程向上的流道内，其两端分别与上折流板19的顶部和下折流板110的底部配合连接；阻液隔栅112上设置有若干的栅条41，若干的栅条41的轴向为竖直设置、且相邻的栅条41之间呈百叶窗排列，相邻的栅条41之间还设置有过流道42，过流道42与栅条41的平面形成一定的夹角。此结构能够使得气流中夹带的液滴被亲水阻液隔栅112捕获，且由重力作用顺着栅条41表面向下流动，并在壳程底部汇集。

其工作原理如下：

工质从壳程进口13进入冷凝器，在壳侧的换热管18外进行冷凝，工质经过一个折流周期的冷凝换热后，产生一定量的冷凝液，随后冷凝液由于重力作用积聚于壳程底部，并首先填充排液槽17的槽道21上壁面的下凹面27上，由于流动压差作用，冷凝液从进液口22进入排液槽17，并沿着槽道21排至壳程出口管14。由于每个下折流板110的底部都开设进液口22，因此工质每经过一个折流周期的换热所产生的冷凝液都能及时地从排液槽17排走。此外，工质在冷凝器壳程流动时具有较高的流速，在流动中能夹带大量的液体，不利于气液分离，因此在壳程底部水平安置有轻质多孔滞液网111，当两相工质流动至壳程底部时，滞液网111浮于流体表面，减弱来流气体对已分离沉积液体的扰动和夹带作用；同时为了进一步强化气液分离效果，在壳程向上的流道中，连接上折流板19的顶部与下折流板110的底部，设置有亲水性的阻液隔栅112，通过以上设置，两相工质将获得理想的气液分离效果。壳程实现全程高干度冷凝，整体换热效率将获得明显提升。

其中，冷凝器在工作时是壳程进口在上，壳程出口在下，并且为水平放置或有一定倾角放置。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种管壳式气液分离冷凝器，包括壳体(11)和设置在壳体(11)两端的封头(12)，其特征在于：壳体(11)上还设置有壳程进口管(13)和壳程出口管(14)，壳程进口管(13)设置在在壳体(11)的上部，壳程出口管(14)在壳体(11)的下部，封头(12)上设置有管程进口管(15)和管程出口管(16)，管程进口管(15)设置在封头(12)的下部，管程出口管(16)设置在封头(12)的上部，冷凝器的管程走冷却流体，冷凝器的壳程走被冷凝流体；所述的壳体(11)和封头(12)之间还设置有若干的排液槽(17)、换热管(18)、上折流板(19)、下折流板(110)、滞液网(111)和阻液隔栅(112)；其中，换热管(18)贯穿上折流板(19)、下折流板(110)和阻液隔栅(112)。

2.根据权利要求1所述的管壳式气液分离冷凝器，其特征在于：所述排液槽(17)设置在冷凝器的壳程底部，并由槽道(21)、进液口(22)、导流挡板(23)以及引流窄道(24)构成。

3.根据权利要求2所述的管壳式气液分离冷凝器，其特征在于：所述排液槽(17)设置在上折流板(19)和下折流板(110)之间；其中，排液槽(17)的槽体外底壁(25)与壳程底部相贴合，排液槽(17)的槽体上壁面(26)与上折流板(19)相贴合。

4.根据权利要求3所述的管壳式气液分离冷凝器，其特征在于：所述槽体上壁面(26)为平面、且设置在槽道(21)上，槽体上壁面(26)朝流体流动的方向、且在相邻两下折流板(110)的间距为3/4处设置有下凹面(27)。

5.根据权利要求4所述的管壳式气液分离冷凝器，其特征在于：所述引流窄道(24)设置在槽体外底壁(25)和下凹面(27)之间、且贯穿下折流板(110)，并延伸至相邻两下折流板(110)的间距1/4处，其高度为槽道(21)高度的1/2-3/4。

6.根据权利要求5所述的管壳式气液分离冷凝器，其特征在于：所述进液口(22)为缺口、且设置在引流窄道(24)的上壁与下折流板(110)之间。

7.根据权利要求6所述的管壳式气液分离冷凝器，其特征在于：所述导流挡板(23)设置在进液口(22)的上沿、且与水平面形成45°-75°的夹角。

8.根据权利要求7所述的管壳式气液分离冷凝器，其特征在于：所述下折流板(110)与壳程底部之间设置有缺口部，排液槽(17)的外截面与缺口部一致，排液槽(17)贯穿该缺口部。

9.根据权利要求1-8任一项所述的管壳式气液分离冷凝器，其特征在于：所述滞液网(111)为轻质材料制成、且浮于流体表面，并呈水平式覆盖在排液槽(17)的槽体上壁面(26)上；其中，滞液网(111)的网体上均布有若干的开孔(31)，开孔(31)贯穿网体的上下面。

10.根据权利要求1-8任一项所述的管壳式气液分离冷凝器，其特征在于：所述阻液隔栅(112)的表面为亲水结构、且设置在壳程向上的流道内，其两端分别与上折流板(19)的顶部和下折流板(110)的底部配合连接；阻液隔栅(112)上设置有若干的栅条(41)，若干的栅条(41)的轴向为竖直设置、且相邻的栅条(41)之间呈百叶窗排列，相邻的栅条(41)之间还设置有过流道(42)，过流道(42)与栅条(41)的平面形成一定的夹角。