CN108253821A - 一种管束缠绕式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种管束缠绕式换热器，包括壳体、管板、管束和封头，所述壳体为筒形结构，所述壳体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体的厚度大于第二壳体；所述第一壳体上端设有上筒体封头，所述上筒体封头的侧壁上设有壳程入口，所述上筒体封头的上端部设有上管板，所述上管板的上方设有上管箱封头，所述上管箱封头的上方设有管程出口；所述第二壳体下端设有下筒体封头，所述下筒体封头的侧壁上设有壳程出口，所述下筒体封头的下端设有下管板，所述下管板的下方设有下管箱封头，所述下管箱封头的下方设有管程出口；所述换热器内设有若干管束。本发明所公开的一种管束缠绕式换热器，结构合理，实用性强，能够实现对高温流体的换热操作。

Description

一种管束缠绕式换热器

技术领域

本发明涉及管壳式换热器技术领域，尤其是一种管束缠绕式换热器。

背景技术

换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。目前管壳式换热器在我国换热器总产量中约占80%，相比普通管壳换热器，缠绕管换热器具有结构紧凑、单位容积具有较大的传热面积、无热膨胀问题，传热性能高等特点，被广泛应用。

专利文献CN105823349A中公开了一种双管程混合管束换热器，包括壳体、管板、法兰、封头、圆筒形隔板、普通直管、螺旋肋条直管、螺旋管、壳程进出口管、管程进出口管、排液管和耳式支座，其中：由普通直管和螺旋肋条直管组成自支撑直管束，所述螺旋管均缠绕在直管束外并构成螺旋管束，直管和螺旋管的两端均通过先胀后焊固定于管板上；上端封头、圆筒形隔板与法兰组成带管程进出口管的开放式管箱，圆筒形隔板一端焊接在封头内侧，另一端与管板上的圆形槽对接密封，并将管箱分成两个管程空间，分别对应于直管束和螺旋管束；下端封头与法兰组成封闭式管箱，连通了直管束和螺旋管束，构成了双管程；该换热器延长了管程流体流程，混合管束提高了换热效率。

然而，上述专利文献中的换热器壳体采用一体式结构，在进行高温流体的换热处理时，热流入口处的温度较高，对换热器结构热冲击较大，对换热器壳体强度要求较高；另一方面，传统换热器管程入口无缓冲，流体进入时对管束造成冲击，同样要求管束具有较高的抗冲击强度，提高了换热器的制造成本。因此，发明一种能够耐高温、壳体强度大，适用于炼油、化工产业的换热器，是十分必要的。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种结构设计合理，耐高温，且换热效率高的管束缠绕式换热器。

本发明提出一种管束缠绕式换热器，其特征在于，包括壳体、管板、管束和封头，所述壳体为筒形结构，所述壳体包括第一壳体和第二壳体，所述壳体上部分为第一壳体，所述壳体的下部分为第二壳体，所述第一壳体的厚度大于第二壳体；所述第一壳体上端设有上筒体封头，所述上筒体封头的厚度与第一壳体的厚度相同，所述上筒体封头的侧壁上设有壳程入口，所述上筒体封头的上端部设有上管板，所述上管板的上方设有上管箱封头，所述上管箱封头的上方设有管程出口；所述第二壳体下端设有下筒体封头，所述下筒体封头的厚度与第二壳体的厚度相同，所述下筒体封头的侧壁上设有壳程出口，所述下筒体封头的下端设有下管板，所述下管板的下方设有下管箱封头，所述下管箱封头的下方设有管程出口；所述上管板、下管板上均设有管孔，所述上管板与下管板之间设有中心轴，所述中心轴上缠绕有管束，所述管束沿同一方向螺旋缠绕在中心轴上，所述管束与管板上的管孔相连通。

优选地，所述上管箱封头、下管箱封头均为半球形结构。

优选地，所述上筒体封头为上部设有第一开口的半球形结构，所述第一开口用于安装上管板，所述下筒体封头为下部设有第二开口的半球形结构，所述第二开口用于安装下管板。

优选地，所述上管箱封头与管程出口处设有接管加强筋，下管箱封头与管程入口处设有接管加强筋。

优选地，所述上筒体封头的侧壁上设有放空口。

优选地，所述下筒体封头的侧壁上设有排凝口。

优选地，所述第一壳体的外壁上设有轴式吊耳。

优选地，所述第一壳体的外壁上设有支座。

优选地，所述第二壳体的外壁上设有保温支撑圈。

优选地，所述第一壳体与第二壳体的长度比例为5：3。

本发明的有益效果是：

发明人为解决换热器热流入口处的热冲击问题，对换热器的壳体进行了研究与探索，发现增加壳体厚度可有效增强壳体的强度，但增加壳体的厚度，提高了生产成本，因此，本发明采用分别设置第一壳体和第二壳体的技术方案，其中仅加厚第一壳体的厚度，并采用与第一壳体厚度相同的上筒体封头，既能防止换热器壳程入口处的热流温度过大，引起壳体强度不足导致的破裂，又降低了生产成本；另外，本发明对换热器的两端增设半球形结构的上管箱封头、下管箱封头，为流入下管板管孔及从上管板管孔流出的流体提供了缓冲空间，可有效解决流体流入速度过大造成管程入口破裂、流出温度过高对管程出口热冲击较大的问题；并且通过内部设置的若干缠绕式管束，采用适当的管间距，与中心轴呈适当螺旋角密集盘绕，极大可能地增加管束的长度和数量，也即增加管壳程介质有效传热时间和面积，同时缠绕式管束还极大程度地缓解温差带来的热应力，克服了一般固定管板换热器管壳程介质温差小，管板与管束接头温差应力大等不利因素的限制，使本发明具有导热系数高，换热器的传热面积大（约是同等大小换热器换热面积的2.9倍），进出口温度梯度大的特点。本发明所公开的一种管束缠绕式换热器，结构合理，实用性强，能够实现对高温流体的换热操作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A向视图；

图3为图1的Ⅰ部放大图；

图4为图2的Ⅱ部放大图；

图5为接管加强筋的位置图。

附图标记：

1：下管箱封头；2：下管板；3：下筒体封头；4：管束；5：第一壳体；6：第二壳体；7：支座；8：轴式吊耳；9：上筒体封头；10：上管板；11：上管箱封头；12：接管加强筋；13：保温支撑圈；14：壳程入口；15：壳程出口；16：管程入口；17：管程出口；18：放空口；19：排凝口；20：中心轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。如图1至2所示，本发明提出一种管束缠绕式换热器，包括壳体，所述壳体为筒形结构，所述壳体包括第一壳体5和第二壳体6，且第一壳体5与第二壳体6采用双面焊接结构，所述壳体上部分为第一壳体5，所述壳体的下部分为第二壳体6，所述第一壳体5的厚度大于第二壳体6，所述第一壳体与第二壳体的长度比例为5：3；所述第一壳体5上端设有上筒体封头9，所述上筒体封头9的厚度与第一壳体5的厚度相同，所述上筒体封头9的侧壁上设有壳程入口14，所述上筒体封头5为上部设有第一开口的半球形结构，所述第一开口用于安装上管板10，所述上管板10的上方设有上管箱封头11，所述上管箱封头11的上方设有管程出口17；所述第二壳体6下端设有下筒体封头3，所述下筒体封头3的厚度与第二壳体6的厚度相同，所述下筒体封头3的侧壁上设有壳程出口15，所述下筒体封头3为下部设有第二开口的半球形结构，所述第二开口用于安装下管板2，所述下管板2的下方设有下管箱封头1，所述下管箱封头1的下方设有管程出口17，所述上管箱封头、下管箱封头均为半球形结构；所述上管板10、下管板2上均设有管孔，所述上管板10与下管板2之间设有中心轴20，所述中心轴20上缠绕有管束4，所述管束4沿同一方向螺旋缠绕在中心轴20上，所述管束4与管板上的管孔相连通。

承上所述，壳程入口15与上筒体封头3、壳程出口15与下筒体封头3的焊接型式均采用清根焊的形式，焊接后将表面磨平；另外，壳程入口15与上筒体封头3、壳程出口15与下筒体封头3处设有接管加强筋12，用于增加结合面的强度。

承上所述，如图3所示，上管箱封头11与管程出口17处设有接管加强筋12，下管箱封头1与管程入口16处也设有接管加强筋12，图3为接管加强筋12的局部放大图，另外，如图5所示，为接管加强筋12的位置图，所述接管加强筋12均匀分布。

并且，所述上筒体封头9的侧壁上设有放空口18，所述下筒体封头3的侧壁上设有排凝口19；所述第一壳体5的外壁上设有轴式吊耳8；所述第二壳体6的外壁上设有保温支撑圈13，所述保温支撑圈13均布在筒体上，且避开焊接缝及其他外部结构。

承上所述，第一壳体5的外壁上设有支座7，所述支座7采用螺母进行固定，如图4所示，所述支座7与第一壳体5采用全焊透结构，并采用圆弧过渡。

值得说明的是，本发明中壳程入口14、壳程出口15、管程入口16通过对应法兰与设备管道相连，管程出口17通过对焊法兰与设备管道相连，放空口18、排凝口19处设有整体法兰，本发明中的管束4数量可根据实际需求进行设置，以实现最佳的换热效果。

本发明工作时，高温介质从壳程入口14流入，与管束4内的流体进行换热，温度下降后，最终从壳程出口15流出。管程内的低温介质从管程入口16流入下管箱封头1，经下管板2的管孔进入缠绕在中心轴20上的管束4中，经过换热后，管束4内的流体温度升高，经上管板10的管孔进入到上管箱封头11中，最终从管程出口17流出；在本实施例中，壳程入口14处的介质温度为484℃，经过换热后，壳程出口15流出的介质温度为120℃，管程入口16处的介质温度为99℃，经过换热后，管程出口17流出的介质温度为454℃。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

Claims (10)

1.一种管束缠绕式换热器，其特征在于，包括壳体、管板、管束和封头，所述壳体为筒形结构，所述壳体包括第一壳体和第二壳体，所述壳体上部分为第一壳体，所述壳体的下部分为第二壳体，所述第一壳体的厚度大于第二壳体；所述第一壳体上端设有上筒体封头，所述上筒体封头的厚度与第一壳体的厚度相同，所述上筒体封头的侧壁上设有壳程入口，所述上筒体封头的上端部设有上管板，所述上管板的上方设有上管箱封头，所述上管箱封头的上方设有管程出口；所述第二壳体下端设有下筒体封头，所述下筒体封头的厚度与第二壳体的厚度相同，所述下筒体封头的侧壁上设有壳程出口，所述下筒体封头的下端设有下管板，所述下管板的下方设有下管箱封头，所述下管箱封头的下方设有管程出口；所述上管板、下管板上均设有管孔，所述上管板与下管板之间设有中心轴，所述中心轴上缠绕有管束，所述管束沿同一方向螺旋缠绕在中心轴上，所述管束与管板上的管孔相连通。

2.根据权利要求1所述的一种管束缠绕式换热器，其特征在于，所述上管箱封头、下管箱封头均为半球形结构。

3.根据权利要求2所述的一种管束缠绕式换热器，其特征在于，上筒体封头为上部设有第一开口的半球形结构，所述第一开口用于安装上管板，所述下筒体封头为下部设有第二开口的半球形结构，所述第二开口用于安装下管板。

4.根据权利要求3所述的一种管束缠绕式换热器，其特征在于，所述上管箱封头与管程出口处设有接管加强筋，所述下管箱封头与管程入口处设有接管加强筋。

5.根据权利要求4所述的一种管束缠绕式换热器，其特征在于，所述上筒体封头的侧壁上设有放空口。

6.根据权利要求5所述的一种管束缠绕式换热器，其特征在于，所述下筒体封头的侧壁上设有排凝口。

7.根据权利要求6所述的一种管束缠绕式换热器，其特征在于，所述第一壳体的外壁上设有轴式吊耳。

8.根据权利要求7所述的一种管束缠绕式换热器，其特征在于，所述第一壳体的外壁上设有支座。

9.根据权利要求8所述的一种管束缠绕式换热器，其特征在于，所述第二壳体的外壁上设有保温支撑圈。

10.根据权利要求9所述的一种管束缠绕式换热器，其特征在于，所述第一壳体与第二壳体的长度比例为5：3。