CN107300333A - 一种套管式螺旋板换热器 - Google Patents

Abstract

本发明属于换热器技术领域，具体涉及一种套管式螺旋板换热器。为了解决现有螺旋板式换热器在使用时，存在着占用空间大，使用不方便的问题，本发明公开了一种套管式螺旋板换热器。该换热器，包括管程组件和壳程组件，其中，所述管程组件包括管程管、管程进口和管程出口，并且所述管程管、所述管程进口以及所述管程出口位于同一直线上；所述壳程组件包括壳程管、壳程进口和壳程出口，且所述壳程管套设在所述管程管的外部。本发明的换热器，不仅结构简单，可以直接串联安装在管线中，减少安装过程中对空间的占用，而且可以实现介质在管线传输过程中的换热操作，缩短工艺流程，提高热交换操作的效率。

Description

一种套管式螺旋板换热器

技术领域

本发明属于换热器技术领域，具体涉及一种套管式螺旋板换热器。

背景技术

换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。

目前，市场上最常见的换热器是管壳式换热器。但是，常规的管壳式换热器，存在着换热效率较低，耗材量较大，且需要经常清洗，否则会造成堵塞的问题。螺旋板式换热器，是近年来新研发出来的一种换热器。与管壳式换热器相比较，螺旋板式换热器的换热效率高、结构紧凑、耗材量更低。但是，在使用过程中，通常需要从热流体传输的管线中单独引出一段管路进行螺旋板式换热器的安装，从而将热流体引流至换热器中。这样就增加了换热器对空间的额外占用，对换热器的安装使用产生了限制，尤其是针对一些空间狭小且铺设有大量管线的地方，使现有螺旋板式换热器的安装使用极其不方便。

发明内容

为了解决现有螺旋板式换热器在使用时，存在着占用空间大，使用不方便的问题，本发明提出了一种套管式螺旋板换热器。该换热器，包括管程组件和壳程组件，其中，所述管程组件包括管程管、管程进口和管程出口，并且所述管程管、所述管程进口以及所述管程出口位于同一直线上；所述壳程组件包括壳程管、壳程进口和壳程出口，且所述壳程管套设在所述管程管的外部。

优选的，该换热器还包括芯棒，所述芯棒穿设在所述管程管的内部；在所述芯棒的外表面与所述管程管的内表面之间设有管程分流螺旋板，在所述管程管的外表面与所述壳程管的内表面之间设有壳程分流螺旋板。

进一步优选的，所述管程分流螺旋板与所述壳程分流螺旋板的旋向反向设置。

进一步优选的，所述芯棒的外表面与所述管程管的内表面之间设有至少两个管程分流螺旋板，并且所述管程分流螺旋板沿所述管程管的圆周方向均布。

优选的，该换热器还包括分流板，所述分流板位于所述管程进口和所述管程管之间，并且与所述芯棒固定连接；其中，所述分流板上设有分流孔，所述分流孔的数量和通流面积与所述管程分流螺旋板的数量和通流面积相同，所述分流孔在圆周方向上的分布位置与所述管程分流螺旋板的起始端在圆周方向上的分布位置相对应。

优选的，该换热器还包括整流板，所述整流板位于所述管程出口和所述管程管之间，并且与所述芯棒连接；其中，所述整流板上设有多个整流孔，所述整流孔呈规则排列在所述整流板上，并且所有整流孔的通流面积总和与所有所述管程分流螺旋板的通流面积总和相同。

优选的，该换热器还包括管板，所述管程组件与所述壳程组件通过与所述管板的连接，实现两者之间的可拆卸式连接。

进一步优选的，所述管程进口、所述管程管以及所述管程出口三者之间依次通过法兰连接，并且在所述管程进口与所述管程管之间以及在所述管程出口和所述管程管之间分别设有一个所述管板。

优选的，所述壳程管位于两个所述管板之间，并且通过开孔盲法兰与所述管板连接；所述壳程进口和所述壳程出口与所述壳程管垂直固定连接。

优选的，所述管板上设有定位台阶；所述定位台阶的内孔直径小于所述分流板和所述整流板的直径尺寸，并且所述管板与所述管程组件连接时，两个所述管板上的定位台阶之间的距离与所述芯棒的长度相同。

采用本发明提供的套管式螺旋板换热器，对管线中热流体进行热交换，具有以下有益效果：

1、本发明的换热器通过采用由管程组件和壳程组件组成的套管形式，同时将管程组件中的管程进口和管程出口与管程管沿同一直线设置。此时，就可以将管程组件作为热流体管线的一部分，串联在管线中，同时将壳程组件套设在管程组件的外部，在两者之间通过冷流体。这样，通过将换热器串联在热流体管线中，不仅省去了引出额外的管路进行换热器安装连接时对空间的占用，而且可以实现热流体在管线传输过程中的热交换，简化了工艺流程，提高了整个热交换过程的效率。

2、在本发明中，通过在芯棒与管程管之间设置多个管程分流螺旋板以及在管程管与壳程管之间设置多个壳程分流螺旋板，并且将管程分流螺旋板与壳程分流螺旋板的旋向反向设置。这样，借助分流螺旋板可以将流体划分为多份，并且在螺旋板的作用下增加两种流体之间的热交换面积，提高热交换效率。同时，在螺旋板的引流导向作用下，使两种流体进行反向流动，从而增加两者接触位置处的热交换速度，进一步提高热交换效率。

3、在本发明的管程分流螺旋板的进口端和出口端分别设有分流板和整流板，并且在分流板上设有与管程分流螺旋板数量和通流面积相同的分流孔，在整流板上设有与管程分流螺旋板通流面积相同的整流孔，同时分流孔在圆周方向上的分布位置与管程分流螺旋板起始端在圆周方向上的分布位置相对应。这样，可以借助分流板上的分流孔对进入管程分流螺旋板的热流体进行预先分流操作，避免热流体在管程分流螺旋板位置同时进行分流和导流时出现紊流的现象，从而保证热流体可以快速平稳的进入管程分流螺旋板中。通过整流板上的整流孔又可以对流经管程分流螺旋板的热流体进行整流操作，快速消除在螺旋板作用下使热流体产生的圆周方向的分速度，从而使热流体快速转换为轴向流动并进入下游管线，保证热流体在管线中的正常传输流动。

附图说明

图1为本发明套管式螺旋板换热器的结构示意图；

图2为图1中A-A处的剖面结构示意图；

图3为本发明中分流板的结构示意图；

图4为本发明中整流板的结构示意图；

图5为图1中B处的结构放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细介绍。

结合图1所示，本发明的套管式螺旋板换热器，包括管程组件和壳程组件。管程组件包括管程管11、管程进口12和管程出口13，并且将管程进口12、管程出口13以及管程管11沿同一直线设置。壳程组件包括壳程管21、壳程进口22和壳程出口23，其中壳程管21套设在管程管11的外部，在壳程管21与管程管11之间形成一个密闭空间，并且由壳程进口22和壳程出口23作为该密闭空间的进、出口。

由于，管程进口12、管程出口13以及管程管11位于同一直线上，这样通过管程进口12进入管程管11内部的热流体沿直线方向穿过管程管11后，就可以直接通过管程出口13流出。因此，可以直接将管程组件安装在热流体传输的管线上，即将管程进口12与热流体的上游管线连接，将管程出口13与热流体的下游管线连接，从而将管程管11作为热流体传输管线的一部分。同时，将冷流体通过壳程进口22输入壳程管21与管程管11之间的密闭空间，进行与热流体之间的热交换。这样，就可以在热流体沿管线正常传输的情况下，完成两者之间的热交换操作，从而减少换热器安装时对空间的占用，以及热交换过程中对热流体传输状态的影响，从而实现热流体在管线传输过程中的热交换操作，提高热交换的操作效率。

其中，在本实施例中，壳程进口22与壳程出口23采用直管形结构与壳程管21垂直固定连接。同样，也可以根据现场管道铺设方向的不同，将壳程进口22与壳程出口23设计为弯管形结构，使壳程进口22和壳程出口23与壳程管21呈平行状态，以便于对传输冷流体的管线进行铺设。

优选的，本发明的换热器还包括芯棒3，并且芯棒3穿设在管程管11的内部。其中，在芯棒3的外表面与管程管11的内表面之间设有管程分流螺旋板4，用于对经过管程管11的热流体进行分流导向。在管程管11的外表面与壳程管21的内表面之间设有壳程分流螺旋板5，用于对进入壳程管21的冷流体进行分流导向。其中，在本实施例中，将管程分流螺旋板4与芯棒3设计为一体，将壳程分流螺旋板5与管程管11设计为一体，这样不仅便于分流螺旋板的加工制造，而且容易保证加工精度。

进一步优选的，将管程分流螺旋板4与壳程分流螺旋板5之间的旋向呈相反设置。这样，使热流体与冷流体保持对流状态，从而提高两者之间的热交换效率。

此外，结合图2所示，在本发明中，在芯棒3与管程管11之间设有至少两个管程分流螺旋板4，并且将管程分流螺旋板4沿管程管11的圆周方向均布设置。例如，在本实施例中，沿管程管11的圆周方向均布有三个管程分流螺旋板4，同时沿壳程管21的圆周方向也均布有四个壳程分流螺旋板5。这样，可以将通过壳程管21和管程管11的流体进行多等份划分，增加流体与分流螺旋板之间的接触面积，提高热流体与冷流体之间的热交换效率。

另外，在本实施例中，管程分流螺旋板4和壳程分流螺旋板5都采用了等螺距的设置，而在实际使用过程中，考虑到换热过程中产生的压力降，可根据实际工况使用变螺距结构。以管程分流螺旋板4为例，在满足工艺性能的条件下，通过保持螺旋板宽度不变的情况下，逐渐减小螺旋板的螺距，可以减小管程管11中介质的流通面积，进而补偿在换热过程中产生的压力降。

优选的，结合图3所示，本发明的换热器还包括分流板6。分流板6位于管程进口12和管程管11之间，并且通过螺栓与芯棒3固定连接。在分流板6的端面上设有分流孔61，其中分流孔61的数量和通流面积与管程分流螺旋板4的数量和通流面积相同，分流孔61在圆周方向上的分布位置与管程分流螺旋板4的起始端在圆周方向上的分布位置相对应。例如，在本实施例中，在分流板6的圆周方向均布有三个扇形的分流孔61，并且这三个扇形的分流孔61与三个管程分流螺旋板4的起始端在圆周方向上的分布位置相对应。

此时，通过在管程分流螺旋板4的进口位置设置分流板6，可以预先对通过管程进口12进入管程管11的热流体进行分流导向。这样，可以使分流后的热流体快速平稳的进入管程分流螺旋板4内部，从而避免在热流体突然进入管程分流螺旋板4时，在管程分流螺旋板4的进口端出现紊流现象，产生流体的局部能量损失，造成对热流体正常传输的影响。

优选的，结合图4所示，本发明的换热器还包括整流板7。整流板7位于管程出口13和管程管11之间，并且通过螺栓与芯棒3固定连接。整流板7上设有整流孔71，其中整流孔71呈规则排列在整流板7上，并且整流孔71的通流面积与管程分流螺旋板4的通流面积相同。在本实施例中，在整流板7上设有12个圆形的整流孔71，并且这12个整流孔71成正方形分布在整流板7的端面上。同样，也可以在整流板7上设置其他数量的整流孔71，并且采用其他规则排列在整流板7上。

通过在管程分流螺旋板4的尾部设置整流板7，可以对流经管程分流螺旋板4的热流体进行快速整流操作，即对热流体的流向进行校正。由于热流体在管程分流螺旋板4的导向作用下，产生一定的圆周方向分速度。此时，在整流板7的作用下，可以快速消除热流体所具有的圆周方向分速度，使热流体保持轴向速度，继续沿管线传输。

此外，结合图1所示，本发明的换热器还包括管板8，其中管板8的中心位置设有通孔，用于热流体进出管程管11。管程组件与壳程组件通过共同与管板8的连接，实现两者之间的可拆卸式连接，从而便于该换热器在安装和检修时的拆装操作，提高使用的便捷性。

其中，在本发明中，管程进口12、管程管11以及管程出口13三者之间依次通过法兰进行可拆卸式连接。同时，在靠近管板8中心位置的圆周方向上开设有一圈通孔，用于穿设连接管程进口12和管程管11以及管程出口13和管程管11的螺栓。这样，在管程进口12与管程管11之间以及在管程出口13和管程管11之间就分别设有一个管板8，实现管程组件与管板8之间的连接。

另外，壳程管21的长度与两个管板8相对面之间的距离相等，这样将壳程管21置于两个管板8之间，同时借助两个带孔盲法兰9与壳程管21之间的法兰连接，就可以将管板8夹持固定在壳程管21与带孔盲法兰9之间，实现壳程组件与管板8之间的可拆卸式连接，进而实现管程组件与壳程组件之间的可拆卸式连接。同时，在管板8的两个端面上分别设有密封垫片，用于连接过程的密封，避免在连接位置出现泄漏。

此外，结合图5所示，在本发明中，在管板8上设有一个定位台阶81。其中，管板8与管程组件连接时，两个管板8上的定位台阶81之间的距离与芯棒3的长度相等，同时定位台阶81的内孔直径小于分流板6和整流板7的直径。这样，将芯棒3穿设在管程管11中，并且将分流板6和整流板7分别安装在芯棒3的两端时，可以在定位台阶81对分流板6和整流板7的定位作用下，将芯棒3稳定的固定在管程管11的内部，使芯棒3与管程管11保持位置上的相对静止。

Claims (10)

1.一种套管式螺旋板换热器，其特征在于，该换热器包括管程组件和壳程组件，其中，所述管程组件包括管程管、管程进口和管程出口，并且所述管程管、所述管程进口以及所述管程出口位于同一直线上；所述壳程组件包括壳程管、壳程进口和壳程出口，且所述壳程管套设在所述管程管的外部。

2.根据权利要求1所述的套管式螺旋板换热器，其特征在于，该换热器还包括芯棒，所述芯棒穿设在所述管程管的内部；在所述芯棒的外表面与所述管程管的内表面之间设有管程分流螺旋板，在所述管程管的外表面与所述壳程管的内表面之间设有壳程分流螺旋板。

3.根据权利要求2所述的套管式螺旋板换热器，其特征在于，所述管程分流螺旋板与所述壳程分流螺旋板的旋向反向设置。

4.根据权利要求2所述的套管式螺旋板换热器，其特征在于，所述芯棒的外表面与所述管程管的内表面之间设有至少两个管程分流螺旋板，并且所述管程分流螺旋板沿所述管程管的圆周方向均布。

5.根据权利要求4所述的套管式螺旋板换热器，其特征在于，该换热器还包括分流板，所述分流板位于所述管程进口和所述管程管之间，并且与所述芯棒固定连接；其中，所述分流板上设有分流孔，所述分流孔的数量和通流面积与所述管程分流螺旋板的数量和通流面积相同，所述分流孔在圆周方向上的分布位置与所述管程分流螺旋板的起始端在圆周方向上的分布位置相对应。

6.根据权利要求2所述的套管式螺旋板换热器，其特征在于，该换热器还包括整流板，所述整流板位于所述管程出口和所述管程管之间，并且与所述芯棒连接；其中，所述整流板上设有多个整流孔，所述整流孔呈规则排列在所述整流板上，并且所有整流孔的通流面积总和与所有所述管程分流螺旋板的通流面积总和相同。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的套管式螺旋板换热器，其特征在于，该换热器还包括管板，所述管程组件与所述壳程组件通过与所述管板的连接，实现两者之间的可拆卸式连接。

8.根据权利要求7所述的套管式螺旋板换热器，其特征在于，所述管程进口、所述管程管以及所述管程出口三者之间依次通过法兰连接，并且在所述管程进口与所述管程管之间以及在所述管程出口和所述管程管之间分别设有一个所述管板。

9.根据权利要求8所述的套管式螺旋板换热器，其特征在于，所述壳程管位于两个所述管板之间，并且通过开孔盲法兰与所述管板连接；所述壳程进口和所述壳程出口与所述壳程管垂直固定连接。

10.根据权利要求8所述的套管式螺旋板换热器，其特征在于，所述管板上设有定位台阶；所述定位台阶的内孔直径小于所述分流板和所述整流板的直径尺寸，并且所述管板与所述管程组件连接时，两个所述管板上的定位台阶之间的距离与所述芯棒的长度相同。