CN107606974B - 一体式组合换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式组合换热器，包括管箱、壳体、U形换热管束。管箱通过管程隔板分为四管程并设有绕管管束。壳体通过管板与管箱的后端连接，壳体的内部横向设置一块长度小于壳体的长度的壳程分程隔板；U形换热管束包括一一对应地设在过热段区域和蒸发段区域的过热段管束和蒸发段管束，并且蒸发段管束的总长度等于壳程分程隔板的长度，过热段管束的直管段的长度等于壳程分程隔板的长度；蒸发段管束的顶部一排管束距壳程分程隔板的垂直距离不小于125mm，并且蒸发段管束中至少有一排换热管高于壳体内的液位，该排换热管距下一排换热管的垂直距离大于蒸发段管束的正常管间距。本发明的换热器能用于多种场合，提高了利用率和传热效率。

Description

一体式组合换热器

技术领域

本发明涉及一种化工设备，具体涉及一体式组合换热器。

背景技术

石油、化工、低温、发电等行业中绝大多数的工艺过程都有蒸发、加热、等传热过程，传热过程的进行需要一定的换热设备来完成。

在很多行业经常会用到过热蒸汽，过热蒸汽多来自饱和蒸汽，饱和蒸汽一般通过再沸器获得，获得的饱和蒸汽再通过过热器进行加热，以此获得过热蒸汽，这样就至少需要两台换热设备串联。获得蒸发率大的饱和蒸汽一般选用釜式再沸器，但是釜式的再沸器设备的利用率较低，若能将两台设备集为一体，则可减少换热器的配管和土建结构；缩短换热器的清洗周期，操作简单；减少占地面积，节省空间，降低投资和操作费用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种一体式组合换热器，不仅能减少设备间的支撑和土建结构，减少占地面积，节省材料，节省空间，还能用于多种场合，有效提高了设备的利用率。

本发明的目的是这样实现的：一种一体式组合换热器，为卧式管壳式换热器，该组合换热器包括管箱、壳体、绕管管束或盘管管束、U形换热管束；

所述管箱呈圆筒形并且通过管程隔板分为四管程，管箱的封头上设置绕管进口接管和绕管出口接管，管箱的壁面上设置一个管程出口接管和一个管程进口接管；

所述绕管管束或盘管管束设在所述管箱内；

所述壳体呈长圆筒形并通过管板与管箱的后端连接，壳体的前部和中部一一对应地设置壳程蒸汽出口接管和壳程进口接管；壳体的内部横向地设置一块长度小于壳体的长度的壳程分程隔板，壳程分程隔板的前端固定在所述管板的后端面上，壳程分程隔板的两侧端面与壳体的内壁面通过密封垫进行密封，使壳体被分隔成过热段区域和蒸发段区域；

所述U形换热管束包括一一对应地设在所述过热段区域和蒸发段区域的过热段管束和蒸发段管束，并且所述蒸发段管束的总长度等于壳程分程隔板的长度，所述过热段管束的直管段的长度等于壳程分程隔板的长度；

所述蒸发段管束的顶部一排换热管距所述壳程分程隔板的垂直距离不小于125mm，并且所述蒸发段管束中至少有一排换热管高于所述壳体内的液位，该排换热管距下一排换热管的垂直距离大于蒸发段管束的正常管间距。

上述的一体式组合换热器，其中，所述绕管管束由两个轴向布置并且串联的螺旋管束构成。

上述的一体式组合换热器，其中，所述蒸发段区域内还设置若干第一支持板和若干第二支持板；所述第一支持板纵向地设在壳程分程隔板的下方；所述第二支持板间隔地并错开第一支持板纵向地设在壳程分程隔板的下方。

上述的一体式组合换热器，其中，在每块所述第二支持板的位于蒸发段管束上部的一侧开设一缺口，若干第二支持板以缺口左右交错的方式布置在蒸发段区域内。

上述的一体式组合换热器，其中，所述过热段管束设置若干折流板，其中位于过热段管束的U形弯的折流板的水平缺口朝上，靠近所述壳程出口接管的折流板的水平缺口朝下。

上述的一体式组合换热器，其中，所述蒸发段区域在位于蒸发段管束U形弯的后方纵向设置一块堰板，堰板的高度与所述蒸发段管束的高度相同，在堰板后方的壳体上设有壳程液体接管。

上述的一体式组合换热器，其中，所述蒸发段管束采用高通量管制作；所述过热段管束的换热管为螺纹管、T型管或波纹管。

本发明的一体式组合换热器具有以下特点：。

1、本发明中壳程的过热段管束和蒸发段管束为相互独立的管束，在同一个换热器中过热段管束和蒸发段管束也可采用不同的换热管型式，能充分发挥不同换热管的优点在不同场合中的应用，提高换热效率；不仅能用于燃气供气系统，还能用于其他石油、化工等换热场合，有效提高了设备的利用率；

2、若蒸发段管束的换热管的数量少于过热段管束的换热管的数量时，可提高热流流体在蒸发段管束内的流速，提高传热效率；

3、单纯的水浴式换热器壳程流体的雷诺数较低，一般为层流状态，总传热系数受壳程传热系数的限制，故总传热系数较低；管箱内设置绕管，管程流体经换热管流出至管箱，流体处在湍流区，且湍流程度较高，可大大提高总传热系数；

4、本发明的换热器是集三台换热设备于一体，设备相对较紧凑，不仅能减少设备间的支撑和土建结构，减少占地面积，节省材料，操作简单，节省空间，特别适用于换热场合因空间位置受限的场合，还能减少换热器的检维修操作周期。

附图说明

图1是本发明的一体式组合换热器的轴向局部剖面图；

图2是本发明的一体式组合换热器中的管箱的结构图；

图3是本发明的一体式组合换热器中的管板的布管结构示意图；

图4是本发明的一体式组合换热器中的第二支持板的正视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1至图4，本发明的一体式组合换热器为卧式四管程管壳式换热器，主要包括管箱17、绕管管束3或盘管管束、壳体18、U形换热管束等。

管箱17呈圆筒形，通过两块管程隔板14将管箱17分隔成三个空间，使换热器的管程数量为四管程，管箱17的封头上设置绕管进口接管2和绕管出口接管1，管箱17的壁面上设置管程出口接管4和一个管程进口接管5。

绕管管束3或盘管管束设在管箱17内(以下以绕管管束3为例进行说明)，本实施例的绕管管束3是由两个轴向布置并且串联的螺旋管束构成，管程隔板14和管箱17可为螺旋管束提供辅助支撑(见图2)。

壳体18呈长圆筒形通过管板19与管箱17的后端连接，壳体18的前部和中部一一对应地设置壳程蒸汽出口接管7和壳程进口接管6；壳体18的内部横向地设置一块长度小于壳体18的长度的壳程分程隔板12，壳程分程隔板12的前端固定在管板19的后端面上，壳程分程隔板12的两侧端面与壳体18的内壁面通过密封垫进行密封。

U形换热管束包括一一对应地设在过热段区域和蒸发段区域的过热段管束11和蒸发段管束10；蒸发段管束10和过热段管束11的两端均固定在管板19上，蒸发段管束10的总长度等于壳程分程隔板12的长度；过热段管束11的直管段的长度等于壳程分程隔板12的长度；蒸发段管束10和过热段管束11的数量可根据工艺需要确定布管数量。

蒸发段管束10的顶部一排换热管距壳程分程隔板12的垂直距离不小于125mm，蒸发段管束10上方的空间最好在壳体18的中间，为蒸发段管束10产生的蒸汽提供了充足的空间；并且蒸发段管束10中至少有一排换热管10a高于壳体18内的液位，该排换热管10a距下一排换热管的垂直距离大于蒸发段管束10的正常管间距(见图3)。

为支撑蒸发段管束10，在蒸发段区域内还设置若干第一支持板9和若干第二支持板8；若干第一支持板9纵向地设在壳程分程隔板的下方，主要用于支持蒸发段管束10；若干第二支持板8间隔地并错开第一支持板9纵向地设在壳程分程隔板12的下方，既用于支撑壳程分程隔板12，又用于支撑蒸发段管束10和过热段管束11。为了给蒸发段管束10产生的蒸汽留出流通的通道，在每块第二支持板8的位于蒸发段管束10上部的一侧开设一个缺口80，若干第二支持板8以其缺口80左右交错的方式布置在蒸发段区域内。为了减小蒸发段区域内蒸汽的流通阻力，在第二支持板8上可开设多个蒸汽通孔16(见图4)。

根据工艺需要，可在蒸发段区域内设置堰板13和壳程液体接管15；堰板13设置在位于蒸发段管束10的U弯的后侧，堰板13的高度与蒸发段管束10的高度相同；壳程液体接管15连接在堰板13后侧的壳体18上。

过热段区域内设置若干折流板20，其中位于过热段管束11的U形弯的折流板20a的水平缺口朝上，靠近壳程出口接管7的折流板20b的水平缺口朝下。

由于过热段管束11和蒸发段管束10均为独立的管束，所以蒸发段管束10可采用高通量管，以发挥高通量管在蒸发场合的优势。过热段管束可采用一些增大表面积的特型管，如：螺纹管、T型管和波纹管等。

本发明的换热器在用于燃气发动机供气系统时的工艺流程为：首先让热流流体通过管程进口接管5从第一管程Ⅰ流进过热段管束11内，再通过过热段管束11流经管箱17的换热空间Ⅱ和Ⅲ，然后流进蒸发段管束10内，最后通过蒸发段管束10回到管箱17的第四管程Ⅳ，并从管程出口接管4流出。LNG储罐中的液态LNG由增压管路通过绕管进口接管2进入绕管管束3内，被管箱17内的热流流体加热气化，气化后的NG气体通过绕管出口接管1返回到LNG储罐，用于对LNG储罐进行增压；当LNG储罐内的压力符合燃气发动机需求的工艺参数时，减小增压管路的流量，使绕管管束3内液态LNG产生的蒸汽量能够维持LNG储罐的压力不变，同时开启LNG燃气管路，让液态LNG通过壳程进口接管6进入壳体18的蒸发段区域内，在蒸发段区域内液态LNG被蒸发段管束10内的热流流体加热气化，气化后的气体通过壳体18后部的空间流到过热段区域内，并被过热段管束11内的热流流体再次加热，达到燃气发动机需求的温度后从壳程蒸汽出口接管7流出。

上述工艺过程中，是集三台换热器于一体，设备相对较紧凑，不仅能减少设备间的支撑和土建结构，减少占地面积，节省材料，节省空间，特别适用于换热场合因空间位置受限的场合。

本发明的换热器在用于其他石油、化工等换热场合并且不需要绕管管束3的增压稳压作用时，管箱17内的绕管管束3可用于调节壳体18内的液位高度，即当壳体18内的液位过高时(高于堰板13)，将壳体18内的液体通过壳程液体接管15引出至绕管进口接管2，通过绕管管束3进行加热气化，达到调节壳体18内的液位的目的。当流入绕管管束3内的流体与壳体内的流体为非相同介质时，即可实现三种流体之间的热交换，使换热器的换热效率大大提高，从而降低了设备的投资。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (7)

1.一种一体式组合换热器，为卧式管壳式换热器，该组合换热器包括管箱、壳体、绕管管束或盘管管束、U形换热管束；

所述管箱呈圆筒形并且通过管程隔板分为四管程，管箱的封头上设置绕管进口接管和绕管出口接管，管箱的壁面上设置一个管程出口接管和一个管程进口接管；所述壳体呈长圆筒形并通过管板与管箱的后端连接，其特征在于，

所述绕管管束或盘管管束设在所述管箱内；

所述壳体的前部和中部一一对应地设置壳程蒸汽出口接管和壳程进口接管；壳体的内部横向地设置一块长度小于壳体的长度的壳程分程隔板，壳程分程隔板的前端固定在所述管板的后端面上，壳程分程隔板的两侧端面与壳体的内壁面通过密封垫进行密封，使壳体被分隔成过热段区域和蒸发段区域；

所述U形换热管束包括一一对应地设在所述过热段区域和蒸发段区域的过热段管束和蒸发段管束，并且所述蒸发段管束的总长度等于壳程分程隔板的长度，所述过热段管束的直管段的长度等于壳程分程隔板的长度；

所述蒸发段管束的顶部一排换热管距所述壳程分程隔板的垂直距离不小于125mm，并且所述蒸发段管束中至少有一排换热管高于所述壳体内的液位，该排换热管距下一排换热管的垂直距离大于蒸发段管束的正常管间距。

2.根据权利要求1所述的一体式组合换热器，其特征在于，所述绕管管束由两个轴向布置并且串联的螺旋管束构成。

3.根据权利要求1所述的一体式组合换热器，其特征在于，所述蒸发段区域内还设置若干第一支持板和若干第二支持板；所述第一支持板纵向地设在壳程分程隔板的下方；所述第二支持板间隔地并错开第一支持板纵向地设在壳程分程隔板的下方。

4.根据权利要求3所述的一体式组合换热器，其特征在于，在每块所述第二支持板的位于蒸发段管束上部的一侧开设一缺口，若干第二支持板以缺口左右交错的方式布置在蒸发段区域内。

5.根据权利要求1所述的一体式组合换热器，其特征在于，所述过热段管束设置若干折流板，其中位于过热段管束的U形弯的折流板的水平缺口朝上，靠近所述壳程出口接管的折流板的水平缺口朝下。

6.根据权利要求1所述的一体式组合换热器，其特征在于，所述蒸发段区域在位于蒸发段管束U形弯的后方纵向设置一块堰板，堰板的高度与所述蒸发段管束的高度相同，在堰板后方的壳体上设有壳程液体接管。

7.根据权利要求1所述的一体式组合换热器，其特征在于，所述蒸发段管束采用高通量管制作；所述过热段管束的换热管为螺纹管、T型管或波纹管。