CN108168354B - 一种注液结构及其收集再分布式翅片结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注液结构和收集再分布式翅片结构，注液结构包括注液结构本体和隔板；注液结构本体为长方体形状，注液结构本体上表面设有液相通道，注液结构本体下表面设有液相槽、第一气相通道和第二气相通道；收集再分布式翅片结构包括注液结构本体、第一A型翅片、第一C型翅片、第二A型翅片、第二C型翅片、上隔板和下隔板，上隔板和下隔板之间夹持注液结构本体、第一A型翅片、第一C型翅片、第二A型翅片、第二C型翅片，气相通过翅片之间的气体通道进入注液结构本体和液相发生混合，再通过翅片之间的气体通道扩散到外部。

Description

一种注液结构及其收集再分布式翅片结构及方法

技术领域

本发明涉及板翅式换热器中在低气速下气液两相均布的结构，具体为一种注液结构及其收集再分布式翅片结构及方法。

背景技术

UOP的丙烷脱氢制丙烯项目中，新鲜原料分多段进入换热器，主要依靠循环氢夹带新鲜原料为换热器提供冷量。

一、该流程工艺的特点是循环氢/新鲜原料流体中新鲜原料(液体)体积分数基本小于1％，但是提供的冷量占比高达80％以上。以前的注液结构，液体注入后没有形成小液体，无法有效形成气液夹带，导致换热器性能不足，满足不了生产要求。目前国内大部分该流程，因气液均布或气液夹带问题，产生过项目改造。

二、换热器考虑减少配管及成本，通常采用整体式设计(多段进料在同一个换热器中，而且每段流通截面积相同)。通过更改设备截面积的提高流速难度大。

三、部分换热器宽度为1200～1500mm，液相需要从换热器两侧注入，而注液的液相通道流通截面积较小，易造成靠近换热器两侧小孔处的液体流量偏大，从而导致偏流，降低换热器换热性能。

发明内容

本发明的目的在于解决低气速中，气液两相在换热器中均布问题，提供一种注液结构及其收集再分布式翅片结构。

本发明一种注液结构具体技术方案如下：

一种注液结构，包括注液结构本体和隔板，所述的注液结构本体下表面一侧均匀设有若干第一气相通道，另一侧均匀设有若干第二气相通道，第一气相通道和第二气相通道都设置在注液结构本体下表面上；第一气相通道的宽度大于第二气相通道的宽度，这样设计的目的在于气相在第一气相通道和第二气相通道连接处与液相槽中的液相相遇，气相和液相发生混合，由于第一气相通道流通截面大于第二气相通，气液混合相体积膨胀，将液体冲击成小液滴，形成气液夹带的工况。第一气相通道与第二气相通道连通，第一气相通道与第二气相通道的交汇区(即第一气相通道与第二气相通道连通的位置)之间设置有连通相邻两个交汇区的液相槽，注液结构本体上表面开设有液相通道，注液结构本体内开设有连通液相通道和液相槽的液相孔，且液相孔的一端位于液相槽中部位置；所述的隔板分为上隔板和下隔板，密封作用的上隔板和下隔板分别紧贴注液结构本体上表面和下表面。

优选的，所述的注液结构本体宽度为20mm～50mm，厚度为5mm～10mm。

优选的，所述的液相通道深度为1mm～6mm，所述的第一气相通道与第二气相通道深度为1mm～6mm。以注液结构本体为基准，注液结构本体厚度方向为液相通道深度方向。

本发明一种收集再分布式翅片结构具体技术方案如下：

一种收集再分布式翅片结构，包括上述注液结构，隔板的上隔板和下隔板分别设置于翅片结构的上方和下方，用于实现密封；隔板之间夹持进口汇集结构、注液结构本体和出口均布分配结构；所述的进口汇集结构包括第一A型翅片和第一C型翅片，所述的出口均布分配结构包括第二A型翅片和第二C型翅片；若干第一A型翅片间隔设置于注液结构本体的一侧，且相邻第一A型翅片之间形成第一气体通道，第一气体通道的出口与注液结构本体上的第二气相通道进口通过一条气体流通间隙连通；位于中间的第一A型翅片长度最长，向两侧逐渐缩短；第一A型翅片背离注液结构一侧连接有第一C型翅片，相邻第一C型翅片之间形成与第一气体通道连通的第二气体通道，位于中间的第一C型翅片长度最短，向两侧逐渐变长，各第二气体通道的进气口位于同一竖直截面上；位于中间的第一C型翅片两侧的第一C型翅片分别向不同方向倾斜，使由第二气体通道的进气口形成的进气截面面积大于由所述第一气体通道的出气口形成的出气截面面积；所述的第二A型翅片和第二C型翅片设置于注液结构的另一侧，且整个翅片结构以注液结构本体为中心呈镜面对称。

优选的，所述的上隔板和下隔板两侧设有挡条，上隔板、下隔板以及两侧挡条之间形成密闭的气液流通通道，进口汇集结构、注液结构和出口均布分配结构均设置于该气液流通通道中；

优选的，所述的进气截面覆盖该气液流通通道的一整个横截面，以此保证第二气体通道的进气口获得最大的进气截面。

优选的，所述的第一气相通道流通截面积是第二气相通道流通截面积的1～20倍。以注液结构本体为基准，流通截面积指的是注液结构本体厚度方向的竖直截面。第一气相通道流通截面积大于第二气相通道流通截面积，使得气相在进入第一气相通道时流速变快，和液相在此处汇集并发生紊流，形成气液夹带的工况。

优选的，所述的板翅式换热器内收集再分布式翅片结构，其特征在于：所述的进气截面覆盖该气液流通通道的一整个横截面。

优选的，所述的板翅式换热器内收集再分布式翅片结构，其特征在于：注液结构(2)中的气相通道宽度大于所述第一气体通道(14)的宽度。

优选的，所述的第一A型翅片、第一C型翅片、第二A型翅片和第二C型翅片的高度与注液结构本体的厚度相同。使翅片结构整体呈长方体形状。

优选的，所述的气体流通间隙的宽度为3～10mm。以注液结构本体为基准，注液结构本体宽度方向为气体流通间隙的宽度方向。

优选的，所述第二气相通道的宽度大于所述第一气体通道的宽度。以注液结构本体为基准，注液结构本体长度方向为第二气相通道和第一气体通道的宽度方向。

本发明的另一目的在于提供一种气液收集再分布方法，步骤如下：

将液相沿着液相通道注入注液结构本体上表面，液相通过液相孔往下进入注液结构本体下表面上的液相槽，并沿着液相槽往两边扩散至第一气相通道和第二气相通道；将气相通入第二气体通道，由于第二气体通道进气口截面面积大于第一气体通道的出气口截面面积，气相进入第一气体通道时流速变快，气相发生混合，接着气相都进入所述的气体流通间隙，实现气相的又一次收集混合作用；然后气相均匀分配进入第二气相通道，由于第二气相通道流通截面较气体流通间隙的流通截面小，气相在第二气相通道内的流速提高，并进入第一气相通道，此时气相与液相槽中的液相相遇，气相和液相发生混合，由于第一气相通道流通截面大于第二气相通道，气液混合相体积膨胀，将液体冲击成小液滴，形成气液夹带的工况，接着气液混合相依次进入注液结构本体另一侧第二A型翅片之间形成的气体通道，再进入第二C型翅片之间形成的气体通道，并扩散到外部。

与现有方法相比本发明的有益效果，

一是：液相通过液相孔，然后经过长度、规格相同的液相槽进入气相通道。该过程液体流动当量长度长，流动摩擦阻力大，可以完全克服液相偏流风险。

二是：气相进口截面面积与气相进口截面面积设置差异，从而改变气相流速，使气相、液相混合均匀；气相从第二气相通道进入第一气相通道中，首先与液体混合，然后体积膨胀，将液体冲击成小液滴，降低液滴夹带所需要的最小气速。该结构应用于板翅式换热器，主要对两相流进行均布。气相流量较小，低于正常气液夹带速度时，通过该结构可以将液滴冲击成小液滴，从强化气液夹带及均布效果。液体流动至各气相通道的当量长度相同，且阻力降偏大，可以防止液体偏流。

三是：注液结构前端的气相通过翅片结构有一定的汇集混合作用，起到均布作用。而且对于换热器下段中气量较少，不满足气液夹带的情况，可以通过该翅片结构提高气相流动速度，起到气液夹带的效果。以往做法是加厚翅片的厚度，该方法会增加成本并且厚翅片加工难度大。

四是：注液结构仅需要在A型翅片对应的位置开设气相通道和液相孔，可以大幅度减少注液翅片加工难度和成本。而且该翅片结构中，注液结构中气相槽的数量可以减少，减少加工成本。

五是：该翅片结构中气液混合后可以通过该结构再次均匀分布至整个芯体截面中。

附图说明

图1是本发明一种注液结构正视图；

图2是本发明一种注液结构俯视图；

图3是本发明一种注液结构仰视图；

图4是本发明一种收集再分布式翅片结构示意图。

图中：进口汇集结构1、注液结构本体2、出口均布分配结构3、液相槽4、液相孔5、第一隔挡条6、第二隔挡条7、第一气相通道8、第二气相通道9、第一C型翅片10、第一A型翅片11、第二C型翅片12、第二A型翅片13、第一气体通道14、第二气体通道15、隔板16、液相通道17。

具体实施方式

下面结合附图及实施例详细说明本发明新型的实施方式。

实施例1

如图1-3所示是一种注液结构，包括注液结构本体2和隔板16，注液结构本体2为长方体，宽度为20mm～50mm，厚度为5mm～10mm；注液结构本体2下表面一侧均匀设有若干平行间隔排列的第一气相通道8，另一侧均匀设有若干平行间隔排列的第二气相通道9，第一气相通道8和第二气相通道9都设置在注液结构本体2下表面上；第一气相通道8的宽度大于第二气相通道9的宽度且第一气相通道8与第二气相通道9连通，第一气相通道8与第二气相通道9之间存在一个交汇区(即第一气相通道8与第二气相通道9连通的位置附近)。相邻两个交汇区之间均设置有连通两个交汇区的液相槽4，第一气相通道8流通截面积是第二气相通道9流通截面积的1～20倍；注液结构本体2上表面开设有液相通道17，液相通道17深度为1mm～6mm，第一气相通道8与第二气相通道9深度均为1mm～6mm。注液结构本体2内开设有连通液相通道17和液相槽4的液相孔5，且液相孔5的一端位于液相槽中部位置；隔板16分为上隔板和下隔板，密封作用的上隔板和下隔板分别紧贴注液结构本体2上表面和下表面，使气体或液体能够顺着各自的通道流动。

实施例2

如图4所示是一种收集再分布式翅片结构，用于通过A型翅片和C型翅片，汇集进口气相，出口处将气液混合相均匀分布至整个芯体截面上。该翅片结构包括实施例1中的注液结构。但其中的隔板16需要进一步延迟覆盖范围，上隔板和下隔板分别设置于翅片结构的上方和下方，用于实现包括注液结构本体2在内的翅片结构整体密封。隔板之间夹持进口汇集结构1、注液结构本体2和出口均布分配结构3，使气体或液体能够顺着各自的通道流动。上隔板和下隔板两侧设有挡条，上隔板、下隔板以及两侧挡条之间形成密闭的气液流通通道，进口汇集结构1、注液结构本体2、出口均布分配结构3均设置于该气液流通通道中。挡条可以直接由安装翅片结构的装置或管道外壁代替，用于密封翅片左右两侧。进口汇集结构1包括第一A型翅片11和第一C型翅片10，出口均布分配结构3包括第二A型翅片13和第二C型翅片12；A型翅片和C型翅片的具体结构和参数可以根据设备进行选择。若干第一A型翅片11间隔设置于注液结构本体2的一侧，且相邻第一A型翅片11之间形成第一气体通道14，第一气体通道14的出口与注液结构本体2上的第二气相通道9进口通过一条气体流通间隙连通，气体流通间隙的宽度为3～10mm；气体流通间隙的设置是因为，翅片通道狭窄，约为1.7～3.2mm，密集性排布的第一A型翅片11如果直接与注液结构2连接来连通注液结构2上的第二气相通道9的话，在使用过程中，翅片通道容易发生堵塞，为了避免这种情况的发生，设置了气体流通间隙；气相通过第一气体通道14后全部汇聚到气体流通间隙内，再重新均匀分布到第二气相通道9中，同时也起到混合气相的作用。第二气相通道9的宽度大于第一气体通道14的宽度，图4中，为了让附图显示的更加清楚，只显示了部分翅片，事实上第一A型翅片11是密集布置的。位于中间的第一A型翅片11长度最长，向两侧逐渐缩短；第一A型翅片11背离注液结构2一侧连接有第一C型翅片10，相邻第一C型翅片10之间形成与第一气体通道14连通的第二气体通道15，位于中间的第一C型翅片10长度最短(最短可以为0，即直接不设置)，向两侧逐渐变长，各第二气体通道15的进气口位于同一竖直截面上；位于中间的第一C型翅片10两侧的第一C型翅片10分别向不同方向倾斜，使由第二气体通道15的进气口形成的进气截面面积大于由第一气体通道14的出气口形成的出气截面面积。进气截面可以覆盖该气液流通通道的一整个横截面，以此保证第二气体通道的进气口获得最大的进气截面，其与出气截面的面积比例越大，越容易形成紊流扰动。第二A型翅片13和第二C型翅片12设置于注液结构2的另一侧，第一A型翅片11、第一C型翅片10、第二A型翅片13和第二C型翅片12的高度与注液结构本体2的厚度相同，且整个翅片结构以注液结构本体2的横向中心面、纵向中心面为中心，均呈镜面对称。

基于上述翅片结构的一种气液收集再分布方法，步骤如下：

将液相沿着液相通道17注入注液结构本体2上表面，液相通过液相孔5往下进入注液结构本体2下表面上的液相槽4，并沿着液相槽4往两边扩散至第一气相通道8和第二气相通道9；将气相通入第二气体通道15，由于第二气体通道15进气口截面面积大于第一气体通道14的出气口截面面积，气相进入第一气体通道14时流速变快，气相发生混合，接着气相都进入气体流通间隙，相当于气相的一次收集混合作用；然后气相均匀分配进入第二气相通道9，由于第二气相通道9流通截面较气体流通间隙的流通截面小，气相在第二气相通道9内的流速提高，并进入第一气相通道8，此时气相与液相槽4中的液相相遇，气相和液相发生混合，由于第一气相通道8流通截面大于第二气相通道9，气液混合相体积膨胀，将液体冲击成小液滴，形成气液夹带的工况，接着气液混合相依次进入注液结构本体另一侧第二A型翅片13之间形成的气体通道，再进入第二C型翅片12之间形成的气体通道，并扩散到外部整个芯体截面上。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。例如，注液结构本体2上的各种通道可以通过刻槽实现,也可以通过在注液结构本体2底面上一侧均匀固定若干凸起的第一隔挡条6，在另一侧均匀固定若干凸起的第二隔挡条7，第一隔挡条6宽度小于第二隔挡条7宽度，第一隔挡条6正对第二隔挡条7，第一隔挡条6之间形成第一气相通道8，第二隔挡条7之间形成第二气相通道9，第一隔挡条6和第二隔挡条7之间开设若干液相槽4来连通所有第一气相通道8和第二气相通道9，液相槽4中间位置向上开设有连通液相槽4和液相通道17的液相孔5。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种注液结构，其特征在于包括注液结构本体（2）和隔板（16），所述的注液结构本体（2）下表面一侧均匀设有若干第一气相通道（8），另一侧均匀设有若干第二气相通道（9），第一气相通道（8）的宽度大于第二气相通道（9）的宽度且第一气相通道（8）与第二气相通道（9）连通，第一气相通道（8）与第二气相通道（9）的交汇区之间设置有连通相邻两个交汇区的液相槽（4），注液结构本体（2）上表面开设有液相通道（17），注液结构本体（2）内开设有连通液相通道（17）和液相槽（4）的液相孔（5），且液相孔（5）的一端位于液相槽（4）中部位置；所述的隔板（16）分为上隔板和下隔板，起到密封作用的上隔板和下隔板分别紧贴注液结构本体（2）上表面和下表面；

所述的注液结构本体（2）宽度为20mm~50mm，厚度为5mm~10mm；

所述的液相通道（17）深度为1mm~6mm，所述的第一气相通道（8）与第二气相通道（9）深度为1mm~6mm。

2.一种收集再分布式翅片结构，其特征在于：包括如权利要求1所述的注液结构，上隔板和下隔板分别设置于翅片结构的上方和下方，用于实现密封；隔板之间夹持进口汇集结构（1）、注液结构本体（2）和出口均布分配结构（3）；所述的进口汇集结构（1）包括第一A型翅片（11）和第一C型翅片（10），所述的出口均布分配结构（3）包括第二A型翅片（13）和第二C型翅片（12）；若干第一A型翅片（11）间隔设置于注液结构本体（2）的一侧，且相邻第一A型翅片（11）之间形成第一气体通道（14），第一气体通道（14）的出口与注液结构本体（2）上的第二气相通道（9）进口通过一条气体流通间隙连通；位于中间的第一A型翅片（11）长度最长，向两侧逐渐缩短；第一A型翅片（11）背离注液结构本体（2）一侧连接有第一C型翅片（10），相邻第一C型翅片（10）之间形成与第一气体通道（14）连通的第二气体通道（15），位于中间的第一C型翅片（10）长度最短，向两侧逐渐变长，各第二气体通道（15）的进气口位于同一竖直截面上；位于中间的第一C型翅片（10）两侧的第一C型翅片（10）分别向不同方向倾斜，使由第二气体通道（15）的进气口形成的进气截面面积大于由所述第一气体通道（14）的出气口形成的出气截面面积；所述的第二A型翅片（13）和第二C型翅片（12）设置于注液结构本体（2）的另一侧，且整个翅片结构以注液结构本体（2）为中心呈镜面对称。

3.如权利要求2所述的收集再分布式翅片结构，其特征在于，所述的第一气相通道（8）流通截面积是第二气相通道（9）流通截面积的1~20倍。

4.如权利要求2所述的收集再分布式翅片结构，其特征在于，所述的第一A型翅片（11）、第一C型翅片（10）、第二A型翅片（13）和第二C型翅片（12）的高度与注液结构本体（2）的厚度相同。

5.如权利要求2所述的收集再分布式翅片结构，其特征在于，所述的气体流通间隙的宽度为3~10mm。

6.如权利要求2所述的收集再分布式翅片结构，其特征在于，所述第二气相通道（9）的宽度大于所述第一气体通道（14）的宽度。

7.如权利要求2所述的收集再分布式翅片结构，其特征在于，所述的上隔板和下隔板两侧设有挡条，上隔板、下隔板以及两侧挡条之间形成密闭的气液流通通道，进口汇集结构（1）、注液结构本体（2）、出口均布分配结构（3）均设置于该气液流通通道中。

8.一种如权利要求2所述收集再分布式翅片结构的收集再分布方法，其特征在于，包括如下步骤：

将液相沿着液相通道（17）注入注液结构本体（2）上表面，液相通过液相孔（5）往下进入注液结构本体（2）下表面上的液相槽（4），并沿着液相槽（4）往两边扩散至第一气相通道（8）和第二气相通道（9）；将气相通入第二气体通道（15），由于第二气体通道（15）进气口截面面积大于第一气体通道（14）的出气口截面面积，气相进入第一气体通道（14）时流速变快，气相发生混合，接着气相都进入气体流通间隙，实现气相的又一次收集混合作用；然后气相均匀分配进入第二气相通道（9），由于第二气相通道（9）流通截面较气体流通间隙的流通截面小，气相在第二气相通道（9）内的流速提高，并进入第一气相通道（8），此时气相与液相槽（4）中的液相相遇，气相和液相发生混合，由于第一气相通道（8）流通截面大于第二气相通道（9），气液混合相体积膨胀，将液体冲击成小液滴，形成气液夹带的工况，接着气液混合相依次进入注液结构本体另一侧第二A型翅片（13）之间形成的气体通道，再进入第二C型翅片（12）之间形成的气体通道，并扩散到外部。