CN109579573A - 一种螺旋花格板管壳式换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种螺旋花格板管壳式换热器，包括一个壳体，一个中心管，六个拉杆，分别位于壳体两端的两个管板,管板分别连接封头，一封头上设置排液孔和管侧进口，另一个封头上连通有管侧出口，一束换热管束，若干根定距管，若干组位于中心管和壳体之间的螺旋花格折流板，螺旋花格折流板是由两组旋转方向不同的螺旋格板组成。壳侧流体从第一组折流板的缺口处流出，以纵流的形式流动；遇到第二组折流板的时候，以小螺旋流的形式扰动；在此过程中纵流流动形式减少壳程压降，螺旋流动形式增强壳侧流体的扰动。本发明所采用的螺旋花格折流板的结构方式，可以使得管壳式换热器更加紧凑，提高换热效率，降低流动阻力，减少换热管束的振动，减少壳侧污垢沉积，延长管壳式换热器的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种在石油冶炼、化工、能源和电力等领域使用的管壳式换热器，特别涉及一种螺旋花格板管壳式换热器。
背景技术
管壳式换热器是目前应用最为广泛的一种换热器，在石油冶炼、化工、能源和电力等领域中的应用极为广泛。据统计，在世界换热器市场中，管壳式换热器以37％居首；其中在石油化工领域该比例高达70％。管壳式换热器是一种间壁式换热器，冷、热两种流体分别位于换热管束壁面两侧，热量由热流体通过管束壁面传输给冷流体。并且在壳侧布置折流板，折流板为管束提供支撑，同时使壳侧流体按照特定的通道流动来改善壳侧流体的传热特性。
传统的弓形折流板管壳式换热器存在许多缺点：(1)壳侧流体不断改变流动速度和流动方向，压降损失十分显著，泵功消耗巨大；(2)在折流板背面存在流动滞止区，降低了换热器效率，且容易造成污垢堆积；(3)壳侧流体不断横向冲刷换热管束，诱发管束的振动，造成管束的疲劳破坏，缩短使用寿命；(4)折流板和壳体之间存在漏流和旁路支流，降低了管壳式换热器的换热效率。
近年来，已有学者提出纵流管壳式换热器的思想。纵流换热器是采用折流杆等元件取代折流板来支撑换热管束，使得壳侧流体沿着换热管束纵向流动，以实现减少壳侧压降的效果。然而，现有的纵流换热器采用的都是折流杆或者格板。格板换热器的折流板一般是由两块或更多的扇形平板组成(见专利201620509213.1)。格板换热器虽然减少了压降损失，但是换热效率也明显下降；而且高流速的流体纵流冲击平板，将缩短管壳式换热器的使用寿命。
发明内容
为了克服上述不足之处，本发明的目的是提供一种螺旋花格板管壳式换热器，它能使壳侧流体按照更加合理的形式流动，从而提高换热器的换热效率，降低流动阻力，减少管束振动，提高换热器的使用寿命。通过控制折流板的旋转角度来，控制压降损失和换热系数，克服了传统弓形板换热器流动滞止区的缺点，使所得到换热器的综合换热效率和稳定性优于一般的管壳式换热器。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种螺旋花格板管壳式换热器，包括一个壳体，位于壳体中的中心管连接于壳体上两端的管板一和管板二，壳侧进口管和出口管，以及管侧进口管和出口管，换热管束穿过螺旋花格折流板上的孔平行固定于管板一和管板二之间，其特征在于，所述的折流板是螺旋花格板，具有螺旋角度，而且第一组螺旋花格板和第二组螺旋花格板等间距交错分布，螺旋花格折流板位于中心管和壳体之间，壳侧进口和壳侧出口的外侧母线与壳体相切。
所述的第一组螺旋花格板和第二组螺旋花格板是由两组不同旋转方向的折流板等间距交错排布，从俯视角度看，第一组螺旋花格板和第二组螺旋花格板呈一个完整的圆形，第二组螺旋花格板补充第一组螺旋花格板的缺口，两组折流板沿着壳体长度方向等间距交错排布。
所述的第一组螺旋花格板和第二组螺旋花格板上的折流板是扇形并具有螺旋旋转角度，螺旋旋转角度从1°—89°。
所述的第二组螺旋花格板的叶片螺旋旋转方向与第一组螺旋花格板叶片可以同向旋转，或反向旋转。
所述的第一组螺旋花格板和第二组螺旋花格板每组折流板数目至少2片螺旋花格折流板。
所述的第一组螺旋花格板和第二组螺旋花格板由两组或两组以上的螺旋花格板组成。
本发明相对于现有技术的优点和效果是：
①降低流动压损：管壳式换热器的折流板设置成等角度间隔分布的螺旋花格板，壳侧流体从螺旋花格板叶片间隔缺口处纵向流动冲刷换热管束，避免了传统弓形板的突变，压力损失明显减少，节省了泵功，利于节约能源。
②增强换热效果：壳侧流体近似纵掠换热管束，形成了壳侧流体和管侧流体完全逆流的流动形态，具有较大的传热温差，增强管壳式换热器的传热效果。同时折流板设置成螺旋花格板叶片，壳侧流体在折流板附近形成近似螺旋形式的扰流，增加了与换热管束的接触，进一步增强了换热效果。
③降低流动阻力：在第一组螺旋花格折流板和第二组螺旋花格折板之间以纵流形式流沿着换热管束流动，减少流动阻力，在螺旋花格折流板面上以螺旋形式流动也减少局部流动阻力。
④减少管束振动：壳侧流体纵掠换热管束的流动形式能够显著降低流体诱导管束的振动，提高换热器的抗振性，保证换热器的安全运行。
⑤避免污垢沉积：壳侧流体的纵流流动和在螺旋花格板上的近似螺旋扰流，减少了流动滞止区，能够有效的防止污垢的堆积。
综上所述，本发明具有以下优点：
①本发明可以降低管壳式换热器的流动压损，降低泵功消耗。
②本发明可以提高管壳式换热器的传热系数，增强换热效果。
③本发明可以降低换热器流动阻力，提高管壳式换热器的综合性能。
④本发明可以减少管束的振动，延长管壳式换热器的使用寿命。
⑤本发明可以避免污垢沉积，减少维修费用。
附图说明
图1为本发明螺旋花格板管壳式换热器的结构示意图。
图2(a)为本发明中螺旋花格板管壳式换热器的壳侧内部折流板结构示意图。
图2(b)为本发明中螺旋花格折流板管壳式换热器折流板局部结构示意图。
图3(a)为本发明中同向螺旋花格板管壳式换热器的结构示意图。
图3(b)为本发明中同向螺旋花格板管壳式换热器的壳侧内部折流板结构结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种螺旋花格折流板管壳式换热器，包括一个壳体，位于壳体内的中心管，分别连接在壳体两端的两个管板，管板分别连接封头，其中一个封头上设置管侧进口，另一个封头上设有管侧出口和排液孔，换热管束穿过螺旋花格折流板上的孔平行固定于两个管板之间，在壳体上布置有壳侧进口和壳侧出口，所述的螺旋花格折流板是具有螺旋旋转角度，螺旋花格折流板位于中心管和壳体之间，螺旋花格折流板之间由定距管连接。壳侧流体从螺旋花格板的叶片中间缺口流向下一组螺旋花格板，在两组螺旋花格板之间是纵向流动，沿着螺旋花格折流板表面是近似螺旋形式流动。
参照图1所示，一种螺旋花格折流板管壳式换热器包括一个壳体2，位于壳体中的中心管5连接于壳体2上的管板一3和管板二11，壳侧进口管4和出口管10、以及管侧进口管1和出口管13，换热管束8穿过螺旋花格折流板上的孔平行固定于两管板3和11之间。壳侧流体从壳侧进口4流入壳体内部，流经第一组正向旋转的螺旋花格折流板6时，如图2(a)所示，流体从螺旋花格板叶片6-1与螺旋花格板叶片6-2以及螺旋花格板叶片 6-3之间的间隔缺口处流向下一组螺旋花格折流板，在缺口处的这种纵向冲刷换热管束的流动形式明显的减低了壳程的压降损失，可以节省泵功。流体在流经螺旋花格板6的叶片上时，流体呈近似螺旋的流动形式绕着换热管束流动，增加了流体的混合度，同时增强了和换热管束的接触，提高了换热效率。流体从第一组螺旋花格折流板6的叶片间的缺口处向下一组螺旋花格折流板7时，主流区的纵向流动形式和局部的螺旋扰流减少了流动死区，强化传热的同时有效的防止污垢的堆积，提高使用寿命。壳侧流体在流经螺旋花格折流板叶片间缺口处的纵向流动形式能够大大降低流体的诱导振动，减少换热器管束的疲劳损失，保证换热器的安全运行。
参照图2(a)所示，螺旋花格折流板6与7，焊接在中心管5上，相邻两组三叶螺旋花格折流板等间距排列在壳体内部，由拉杆9等间距固定在管板3与10之间。沿着中心管螺旋花格折流板的数目可以由两组增加至任意数目。
参照图2(b)所示，从俯视角度看，第一组螺旋花格板6与第二组螺旋花格板7呈一个完成的圆形，第一组螺旋花格板6与第二组螺旋花格板7等间距交错排布，第二组螺旋花格折流板7的螺旋叶片填补了第一组螺旋花格折流板6叶片间的的缺口，第二组螺花格折流板7的螺旋旋转角度与第一组螺旋花格折流板6相同，但是第二组螺旋花格折流板 7的螺旋旋转方向与第一组螺旋花格折流板6相反，反向的螺旋旋转增加了壳侧流体的扰动与混合，进一步增加了换热器的换热效率。
图3展示的是本发明的另一个优选实例，如图3所示，第一组螺旋花格折流板6与第二组螺旋花格折流板7的螺旋旋转方向一致，这种布置形式，显著减少壳程流动的阻力，减少压力损失，增加换热效率。
每组螺旋花格板上的叶片数目，2片、3片或者更多数目都能实现上述应用。
Claims (6)
1.一种螺旋花格板管壳式换热器，包括一个壳体(2)，位于壳体中的中心管(5)连接于壳体(2)上两端的管板一(3)和管板二(11)、壳侧进口管(4)和壳侧出口管(10)、以及管侧进口管(1)和管侧出口管(13)，换热管束(8)穿过螺旋花格折流板上的孔平行固定于管板一(3)和管板二(11)之间，其特征在于，所述的折流板是螺旋花格板，具有螺旋角度，而且第一组螺旋花格板(6)和第二组螺旋花格板(7)等间距交错分布，并位于中心管(5)和壳体(2)之间，壳侧进口(4)和壳侧出口(10)的外侧母线与壳体(2)相切。
2.根据权利要求1所述的螺旋花格板管壳式换热器，其特征在于，所述的第一组螺旋花格板(6)和第二组螺旋花格板(7)是由两组不同旋转方向的折流板等间距交错排布，从俯视角度看，第一组螺旋花格板(6)和第二组螺旋花格板(7)呈一个完整的圆形，第二组螺旋花格板(7)补充第一组螺旋花格板(6)的缺口，两组折流板沿着壳体长度方向等间距交错排布。
3.根据权利要求1所述的螺旋花格板管壳式换热器，其特征在于，所述的第一组螺旋花格板(6)和第二组螺旋花格板(7)上的折流板是扇形并具有螺旋旋转角度，螺旋旋转角度从1°—89°。
4.根据权利要求1所述的螺旋花格折流板管壳式换热器，其特征在于，所述的第二组螺旋花格板(7)的叶片螺旋旋转方向与第一组螺旋花格板叶片(6)同向旋转，或反向旋转。
5.根据权利要求1所述的螺旋花格板管壳式换热器，其特征在于，所述的第一组螺旋花格板(6)和第二组螺旋花格板(7)每组折流板数目至少2片螺旋花格折流板。
6.根据权利要求1、3或5所述的螺旋花格板管壳式换热器，其特征在于，所述的第一组螺旋花格板(6)和第二组螺旋花格板(7)由两组或两组以上的螺旋花格板组成。
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