CN107702579A - 一种带匀流盖的钉头管及具有其的加热炉 - Google Patents

Abstract

本发明的一种带匀流盖的钉头管及具有其的加热炉，钉头管包括基管和用于加速换热的钉头，位于基管背向气流流动方向的背面的钉头设有匀流盖，高温气流经匀流盖折流和导流后会流经位于基管背面的钉头间隙，这就能够达到匀流的目的，使得高温气流能够流经基管背面钉头并产生紊流，从而能够消除现有技术中基管背面大部分滞流区，从而达到提高换热能效的目的，而且气流流经基管背面还能够吹扫沉积在其上的烟尘，从而进一步提高换热能效，也延长了钉头的使用寿命，另外匀流盖设置在钉头上对钉头起到加强和保护作用，从而进一步延长钉头管的使用寿命。具有上述钉头管的加热炉，不仅能够提高加热炉换热能效，而且还能够有效延长加热炉的使用寿命。

Description

一种带匀流盖的钉头管及具有其的加热炉

技术领域

本发明涉及加热炉技术领域，特别是涉及一种带匀流盖的钉头管及具有其的加热炉。

背景技术

加热炉是石油化工中的龙头，通常包括常压炉、减压炉、制氢炉、重整炉、焦化炉、转化炉及裂解炉等。管式加热炉的作用于是将介质（油料或气体）加热至工艺所需的温度。

加热炉的炉体的四面由高大的炉墙围成炉膛，炉墙由工字钢等型钢钢架上铺焊钢板，钢板上分布焊接保温钉，在保温钉之间浇铸入隔热和耐磨材料。图1是组成加热炉炉体的一块换热模块的横截面示意图，炉墙1上安装的支架2支持着管板3，钉头管孔4上穿过钉头管（为增加换热效率，钉头管多为钉头管5），多个钉头管5的端部通过弯头窜联连接组成盘管，盘管和弯头箱等主要零部件组成换热模块，换热模块叠装后底部安装燃烧器，顶部安装烟囱，组成加热炉的炉体。钉头管5内流过的是需要加热的油料，见图1钉头管5外面在炉膛内从下往上箭头所示流过的是高温烟气或热风，其热量通过管壁传给钉头管5内的油料或其它介质。

传统加热炉对炉体结构中存在两个尚未解决的技术难题，一方面难题是因为钉头管外表面整体上从烟气获取热量的能力满足不了钉头管内表面对油品介质的给热能力，长期以来，仅仅通过钉头管表面的钉头或钉头来强化换热，其效果不明显。另一方面难题是钉头管的管壁在周向的换热能力严重不平衡。理论分析和实验表明，热量气流横掠管束时，沿着烟气气流方向，钉头管的迎风面具有最好的换热效果，而背风面具有最差的换热效果，钉头管两侧的换热效果处于中间水平。从图1中取出三条错开排列的钉头管5如图2所示，由于自重作用，钉头管5的中心略低于管板孔4的中心，炉膛内从下往上箭头所示的烟气冲刷到钉头管5正面A处时，分开沿着虚线箭头从钉头管5两侧紧贴着流过，然后在钉头管5背面脱离，继续往上流到C处才会合，而不是在钉头管5背面B处会合，从而在钉头管5背面B与C之间形成一个滞流区7，如图2中方格阴影所示，该区面积相当于钉头管5的横截面积，在方格阴影范围内的管壁不但无法起到应有的提高换热效果的作用，而且因为占据炉膛空间高度而浪费了投资成本。即便是前后正对排列的钉头管层，钉头管的背风面也同样存在该滞流区。钉头管背风面的换热效果之所以最差，主要原因是钉头管的背风面存在滞流区，气流流动慢或不流动，滞流小区随着钉头管直径的增大而增大，明显影响加热炉的加热效率。另外，钉头管长期使用后，沉积在钉头根部处管壁表面上的烟尘，尤其是钉头管背风面的管壁上，这也同样影响了钉头管的换热效果。

综上，加热炉中钉头管的换热效率成为节能降耗技术进步的关键，改善钉头管背风面滞流区的换热，既是提高加热炉热效率的主要途径，也是充分利用原有资源的节能方法，因此对钉头管给予更多关注并进行合理的结构改善，开发出一种全周边换热效果好的的钉头管，很有工程意义。

发明内容

本发明的目的之一在于避免现有技术中的不足之处而提供一种换热能效高、且使用寿命长的带匀流盖的钉头管。

本发明的目的之二在于避免现有技术中的不足之处而提供一种换热能效高、使用寿命长的加热炉。

本发明的目的之一通过以下技术方案实现：

提供了一种带匀流盖的钉头管，包括基管和安装于基管外壁的用于加速换热的钉头，位于基管背向气流流动方向的背面的钉头设有匀流盖，高温气流经匀流盖折流和导流后会流经位于基管背面的钉头间隙。

其中，匀流盖设有供折流和导流后的气流流出的通孔。

其中，匀流盖包括两个匀流子盖，两个匀流子盖沿基管的宽度方向排布，两个匀流子盖之间有供折流和导流后的气流流出的间隙。

其中，匀流盖包括两个匀流子盖，两个匀流子盖沿基管的宽度方向排布，两个匀流子盖的搭接处留有供折流和导流后的气流流出的间隙。

其中，匀流盖设有多段，各段匀流盖沿基管长度方向首尾拼接，拼接处有间隙。

其中，匀流盖沿其宽度方向截取的横截面为平直形、弧形、角折形或折流线形。

其中，匀流盖沿其长度方向截取的纵截面为平直形或者波折形。

其中，钉头的横截面为圆形、长圆形或者矩形，钉头的根部与基管固接，钉头的端部与匀流盖焊接固定。

其中，钉头的横截面为圆形、长圆形或者矩形，钉头的根部与基管固接，钉头的端部连接有与其一体成型的所述匀流盖。

本发明的目的之二通过以下技术方案实现：

提供了一种加热炉，用于换热的炉管，所述炉管为上述的钉头管。

本发明的有益效果：

本发明的带匀流盖的钉头管，其结构包括基管和安装于基管外壁的用于加速换热的钉头，位于基管背向气流流动方向的背面的钉头设有匀流盖，高温气流经匀流盖折流后会流经位于基管背面的钉头间隙，这就能够达到匀流的目的，使得高温气流能够流经基管背面钉头并能够产生紊流，从而能够消除现有技术中基管背面大部分的滞流区，从而达到提高换热能效的目的，而且气流流经基管背面的钉头还能够吹扫沉积在基管背面的烟尘，从而进一步提高换热能效，也延长了钉头的使用寿命，另外匀流盖设置在钉头上对钉头起到加强和保护作用，从而进一步延长钉头管的使用寿命。

本发明的加热炉，通过采用上述的钉头管，不仅能够提高加热炉换热能效，而且还能够有效延长加热炉的使用寿命。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为现有技术中加热炉中单个加热模块的结构示意图。

图2为现有技术中加热炉中三个错开排布的钉头管的背面滞流区示意图。

图3为本发明的实施例1中带有匀流盖的钉头管的立体结构示意图。

图4为本发明的实施例1中带有匀流盖的钉头管的轴向结构示意图（图中箭头为气流流向）。

图5为本发明的实施例2中带有匀流盖的钉头管的立体结构示意图。

图6为本发明的实施例3中带有匀流盖的钉头管的轴向结构示意图。

图7为本发明的实施例4中带有匀流盖的钉头管的轴向结构示意图（图中箭头为气流流向）。

图8为本发明的实施例5中带有匀流盖的钉头管的轴向结构示意图（图中箭头为气流流向）。

图9为本发明的实施例6中带有匀流盖的钉头管的轴向结构示意图（图中箭头为气流流向）。

图10为本发明的实施例7中带有匀流盖的钉头管的主视结构示意图（图中箭头为气流流向）。

在图1至图10中包括有：

1—炉墙，2—支架，3—管板，4—管板孔，5—钉头管，6—烟气流线，7—钉头管背面的烟气滞流区，8—匀流盖，81—匀流子盖，9—基管，10—钉头，11—通孔，12—管箍，13—弹性插脚。

A——钉头管正面，B——钉头管背面，C——钉头管间气流收集区，D——经匀流盖流出的气流会合处。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本发明的一种带匀流盖的钉头管的具体实施方式之一，如图3和图4所示， 钉头管包括基管9和安装于基管9外壁的用于加速换热的钉头10，钉头10与 基管9可一体浇注或加工而成，也可以是钉头10逐个组焊到基管9的外壁。位 于基管9背向气流流动方向的背面的钉头10设有匀流盖8，钉头10的横截面 为圆形、长圆形或者矩形，钉头10的根部与基管9固接，钉头10的端部与匀 流盖8焊接固定，具体的，如图3中匀流盖8可整个底面紧贴钉头管，匀流盖8的两侧分别与钉头10点焊固接，当然也可如图4中匀流盖8只有中间部分与 钉头管贴合并点焊固接。高温气流经匀流盖8折流或导流后会流经位于基管9 背面的钉头10之间的间隙，然后再从匀流盖8的通孔11流出在图4中的D处 汇集，气流流向如图4中箭头所示，其中通孔11越小，D处就越接近匀流盖8。 这样当高温气流经过钉头管的两侧开始靠近钉头管的背面而同时又要脱离钉头 管的背面时，匀流盖8开始聚拢钉头管两侧的高温气流并将其折流和导流至基 管9背面，使得高温气流能够流经基管9背面钉头10并产生紊流，从而能够消 除现有技术中基管9背面大部分的滞流区，滞流区缩小至图4中阴影部分，从 而能够在钉头管的周向周围形成360度的均匀流态，最终能够显著提高钉头管 的换热能效。另外，气流流经基管9背面的钉头10还能够吹扫沉积在基管9 背面的烟尘，且使得烟尘无法积聚，从而进一步提高换热能效和保证换热效果 长期稳定有效，也延长了钉头10的使用寿命。匀流盖8焊接固定在钉头10上， 实现匀流盖8与钉头管的强连接，而匀流盖8本身具有导热功能，相当于增大 钉头10的换热面积，对提高钉头管的换热能效也起到一定的作用，而且匀流盖8对钉头10还起到加强和保护作用，特别对超长钉头管吊装转移过程中的弯曲 变形具有一定保护作用，从而可进一步延长钉头管的使用寿命。匀流盖8在对 气体进行折流作用的基础上，还考虑到气流存在内摩擦，能够降低气流压力的 损失，从而可以调节炉膛内整体气流，显著提高整个换热模块的综合性能。

本实施例中，匀流盖8为一整条与钉头10相同材质的薄钢板条，通孔11位于薄钢板条的中部。通孔11为小孔，通孔11可在热胀冷缩中释放部分热应力，能够满足位移协调的需要，也方便制造。带有通孔11的匀流盖8适用于各种不同工艺需要，能产生微观的生流态，也利于排卸灰尘。通孔11形状可多种多样，只要便于冲压加工，通孔11周边的毛刺应去除，通孔11应在匀流盖8滚压弧形或角形前加工，也可以同步加工。

匀流盖8沿其宽度方向截取的横截面为平直形、弧形、角折形或折流线形，使得匀流盖8能够适用于各种不同炉管规格和工艺状况的需要。匀流盖8的宽度应能拦截其下方的气流并将气流引导到钉头管的背面为准。匀流盖8沿其长度方向截取的纵截面为平直形或者波折。其中波折形匀流盖8适用于各种不同炉管规格，尤其适用于钉头10与基管9两者之间热胀冷缩位移协调的需要，特别是当钉头10与基管9都是不锈钢时，为节约成本，可采用碳素钢板条制作匀流盖8，波折形匀流盖8可以一定程度上吸收不锈钢与碳素钢之间的热膨胀位移差异，保护钉头10不被匀流盖8牵扯折弯。

具有上述钉头管的加热炉，将带有匀流盖8的钉头管安装在管板孔中，这样不仅能够提高加热炉换热能效，而且还能够有效延长加热炉的使用寿命。

实施例2

本发明的一种带匀流盖的钉头管的具体实施方式之二，如图5所示，本实施例与实施例1的主要技术方案相同，在本实施例中未作说明的技术特征采用实施例1进行解释，在此不做赘述，本实施例与实施例的不同在于，钉头10上的匀流盖8可由多段匀流盖8沿基管9长度方向首尾拼接而成，拼接处存在间隙，当然拼接处也可以搭接到一起而不点焊，能够满足匀流盖8与钉头管之间热胀冷缩位移协调的需要，也方便制造。

本实施例中，匀流盖8与钉头管是通过管箍12装配的形式结合在一起的，管箍12的收口可以焊接，也可以螺栓紧固。匀流盖8装配式结合也适用于新炉制造，但是更适合于本技术创新在旧炉改造中应用，也就是在原有炉管基础上插进匀流盖8后再箍紧即可，简化组装过程。

实施例3

本发明的一种带匀流盖的钉头管的具体实施方式之三，如图6所示，本实施例与实施例1的主要技术方案相同，在本实施例中未作说明的技术特征采用实施例1进行解释，在此不做赘述，本实施例与实施例的不同在于，匀流盖8与钉头管是通过采用弹性插脚13把匀流盖8卡紧在钉头管上，简化组装过程。

实施例4

本发明的一种带匀流盖的钉头管的具体实施方式之四，如图7所示，本实 施例与实施例1的主要技术方案相同，在本实施例中未作说明的技术特征采用 实施例1进行解释，在此不做赘述，本实施例与实施例的不同在于，匀流盖8 包括两个匀流子盖81，两个匀流子盖81沿基管9的宽度方向排布，两个匀流 子盖81的搭接处有部分面积重合，搭接处还留有供折流后的气流流出的间隙， 间隙成为气流经匀流盖8折流收拢后继续向上流动的出口通道，最后气流从该 出口通道流出并在图4中的D处汇集，气流流向如图7中箭头所示。

本实施例中，搭接处形成的图7所示的面对面间隙能够使其出口气流偏流，适用于靠近炉墙的钉头管，这种结构的间隙能够引到气流往炉膛中间流动，减少对炉墙隔热材料的冲刷。边对边形成的间隙适用于炉膛中间的钉头管，使气流沿者同一个方向稳定流动。

具有上述钉头管的加热炉，将带有匀流盖8的钉头管安装在管板孔中，这样不仅能够提高加热炉换热能效，而且还能够有效延长加热炉的使用寿命。

实施例5

本发明的一种带匀流盖的钉头管的具体实施方式之五，如图8所示，本实 施例与实施例1的主要技术方案相同，在本实施例中未作说明的技术特征采用 实施例1进行解释，在此不做赘述，本实施例与实施例的不同在于，匀流盖8 包括两个匀流子盖81，两个匀流子盖81沿基管9的宽度方向排布，两个匀流 子盖81之间有供折流后的气流流出的间隙，最后气流从该间隙流出并在图4 中的D处汇集，气流流向如图8中箭头所示。两个匀流子盖81都为弧形，弧形 匀流子盖81的弧外侧面的中间与钉头10点焊接固定。两个匀流子盖81之间形 成的边对边的间隙适用于炉膛中间的钉头管，使气流沿着同一个方向稳定流动， 从而可以调节炉膛内整体气流，显著提高整个换热模块的综合性能。

由于匀流盖8与钉头管之间通过焊接实现强连接，从而具有增大钉头10换热面积的作用，也具有对钉头10的加强作用，特别对超长钉头管吊装转移过程中的弯曲变形具有一定保护作用。

具有上述钉头管的加热炉，将带有匀流盖8的钉头管安装在管板孔中，这样不仅能够提高加热炉换热能效，而且还能够有效延长加热炉的使用寿命。

实施例6

本发明的一种带匀流盖的钉头管的具体实施方式之六，如图9所示，本实施例与实施例5的主要技术方案相同，在本实施例中未作说明的技术特征采用实施例5进行解释，在此不做赘述，本实施例与实施例的不同在于，两个匀流子盖81都为平直形，平直形匀流盖8只有一侧部焊接与钉头10。两个匀流子盖81之间形成的边对边的间隙适用于炉膛中间的钉头管，使气流沿着同一个方向稳定流动，如图9中箭头方向所示，从而可以调节炉膛内整体气流，显著提高整个换热模块的综合性能。

由于匀流盖8与钉头管之间通过焊接实现强连接，从而具有增大钉头10换热面积的作用，也具有对钉头10的加强作用，特别对超长钉头管吊装转移过程中的弯曲变形具有一定保护作用。

具有上述钉头管的加热炉，将带有匀流盖8的钉头管安装在管板孔中，这样不仅能够提高加热炉换热能效，而且还能够有效延长加热炉的使用寿命。

实施例7

本发明的一种带匀流盖的钉头管的具体实施方式之七，如图10所示，本实施例与实施例1的主要技术方案相同，在本实施例中未作说明的技术特征采用实施例1进行解释，在此不做赘述，本实施例与实施例的不同在于，钉头10的根部与基管9固接，钉头10的端部为所述匀流盖8，钉头10与匀流盖8一体成型，进而形成自带匀流盖8的钉头10，这样高温气流被匀流后从相邻的两个匀流盖8之间流出。钉头10与匀流盖8无间隙一体化结构，不尽实现两者之间无阻碍传热，也简化了组装工序，消除了热胀冷缩所产生的内用力。

位于炉管背面、正面或者两侧的自带匀流盖8的钉头10，其高度可以不相同。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种带匀流盖的钉头管，包括基管和安装于基管外壁的用于加速换热的钉头，其特征是：位于基管背向气流流动方向的背面的钉头设有匀流盖，高温气流经匀流盖折流和导流后会流经位于基管背面的钉头间隙。

2.根据权利要求1所述的一种带匀流盖的钉头管，其特征在于：匀流盖设有供折流和导流后的气流流出的通孔。

3.根据权利要求1所述的一种带匀流盖的钉头管，其特征在于：匀流盖包括两个匀流子盖，两个匀流子盖沿基管的宽度方向排布，两个匀流子盖之间有供折流和导流后的气流流出的间隙。

4.根据权利要求1所述的一种带匀流盖的钉头管，其特征在于：匀流盖包括两个匀流子盖，两个匀流子盖沿基管的宽度方向排布，两个匀流子盖的搭接处留有供折流和导流后的气流流出的间隙。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种带匀流盖的钉头管，其特征在于：匀流盖有多段，各段匀流盖沿基管长度方向首尾拼接，拼接处有间隙。

6.根据权利要求1至4任一项所述的一种带匀流盖的钉头管，其特征在于：匀流盖沿其宽度方向截取的横截面为平直形、弧形、角折形或折流线形。

7.根据权利要求1至4任一项所述的一种带匀流盖的钉头管，其特征在于：匀流盖沿其长度方向截取的纵截面为平直形或者波折形。

8.根据权利要求1所述的一种带匀流盖的钉头管，其特征在于：钉头的横截面为圆形、长圆形或者矩形，钉头的根部与基管固接，钉头的端部与匀流盖焊接固定。

9.根据权利要求1所述的一种带匀流盖的钉头管，其特征在于：钉头的横截面为圆形、长圆形或者矩形，钉头的根部与基管固接，钉头的端部连接有与其一体成型的所述匀流盖。

10.一种加热炉，包括用于换热的炉管，其特征在于：所述炉管为权利要求1至9任一项所述钉头管。