CN109724444A - 传热管和裂解炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体传热技术领域，公开了一种传热管和裂解炉，所述传热管(1)包括具有供流体进入的进口(100)和供所述流体流出的出口(101)的呈管状的管体(10)，所述管体(10)的内表面上设置有扭曲片(11)，所述扭曲片(11)包括朝向所述管体(10)内凸起的多个肋片(110)，多个所述肋片(110)沿所述管体(10)的轴向方向作螺旋状延伸。该传热管具有较好的传热效果，而且能够降低自身的热应力，从而提高了传热管的使用寿命。由于在裂解炉的辐射室中设置了上述传热管，不仅能够提高裂解炉的传热效果，而且提高了裂解炉的运行周期以及抗高温的能力。

Description

传热管和裂解炉

技术领域

本发明涉及流体传热技术领域，具体地涉及一种传热管和裂解炉。

背景技术

以强化传热管为例，强化传热管是指能够实现强化管内外流体传热的传热元件，即在单位时间内使单位传热面积传递尽可能多的热量。强化传热管被应用于众多行业如热力发电、石油化工、食品、制药、轻工、冶金、船舶等。以裂解炉为例，裂解炉是石油化工中的重要设备，强化传热管便在裂解炉中得到了广泛应用。强化传热的方式分为主动和被动两种方式。其中，主动的方式需要外力，主要包括机械、表面振动、流体振动、电磁场以及抽吸等方法。由于主动强化传热方式的机理相对复杂，所需投资相对巨大，因此工业应用并不广泛。而被动的方式不需要外力，主要包括扩展表面、表面处理和管内插入物等不同类型的强化传热技术，具体的方式包括增大传热面积，增大平均温度差，增加总的传热系数。其中，增大传热面积主要是通过翅化面、异形面、多空物质结构以及采用小直径热交换管等实现；增大温差则主要通过改变换热流体的温度条件和流动形式来实现；增大流体的总传热系数主要通过提高流体速度，增强流体的扰动，以及及时清理结垢面等方法来实现。

在现有技术中，一般通过在强化传热管的内壁上设置内肋等方式进行强化传热，内肋的增加不仅增加了强化传热管的表面积，还能增加管内的湍动动能。现有的强化传热管虽然能够起到强化传热的效果，但是对流体形成的阻力较大，进而导致压降的增加，并且强化传热管的热应力也较高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的强化传热管的使用寿命较短的问题，提供了一种传热管，该传热管具有较好的传热效果，而且能够降低自身的热应力，从而提高了传热管的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种传热管，所述传热管包括具有供流体进入的进口和供所述流体流出的出口的呈管状的管体，所述管体的内表面上设置有扭曲片，所述扭曲片包括朝向所述管体内凸起的多个肋片，多个所述肋片沿所述管体的轴向方向作螺旋状延伸。

优选地，每个所述肋片呈圆柱状、圆形、椭圆状、圆锥状、正方形、长方形、三角形或梯形。

优选地，每个所述肋片的高度在沿螺旋延伸方向上先逐渐变大再逐渐变小。

优选地，所述扭曲片的旋转角度为90-1080°。

优选地，当所述扭曲片的旋转角度为360°时，所述扭曲片的沿所述管体的轴向方向的长度为所述管体的内径的2-8倍。

优选地，所述扭曲片为多个，从所述进口的方向看，多个所述扭曲片呈顺时针或者呈逆时针旋涡状。

优选地，相邻的所述肋片之间留设有间隙。

优选地，所述间隙的两个侧壁中的至少一者形成为弧面。

优选地，所述弧面朝向背离所述间隙的中心的方向凹陷。

优选地，所述间隙的间距为位于所述间隙的两侧的两个所述肋片中的任意一者的沿螺旋延伸方向上的长度的0.1-10倍。

优选地，相邻的所述肋片的相对的端部彼此相互重合。

在上述技术方案中，通过在所述管体的内壁设置朝向所述管体内凸起的多个肋片，并且使得多个所述肋片沿所述管体的轴向方向作螺旋状延伸，从而使得所述传热管具有良好的传热效果，同时能够降低所述传热管的热应力，相应的提高了所述传热管的抗局部超温的能力，这样提高了所述传热管的使用寿命。另外，多个呈离散状的所述肋片对所述管体内所述流体的扰流作用较强，降低了结焦现象。上述传热管适合应用于加热炉，也适合应用于裂解炉。可在裂解炉如乙烯裂解炉或者加热炉中安装上述传热管，这样，传输中的所述流体可由所述进口进入到所述传热管的管体内，之后，在多个所述肋片的作用下，所述流体变成旋转流，所述流体由于具有切向速度而会破坏了边界层，降低了结焦速率，延长了裂解炉和加热炉的使用周期。

本发明第二方面提供一种裂解炉，所述裂解炉包括辐射室，所述辐射室中安装有至少一个辐射炉管组件，所述辐射炉管组件包括本发明所提供的传热管。通过在裂解炉的辐射室中设置本发明所提供的传热管，不仅能够提高辐射室中的流体的传热效果，而且由于降低了传热管的热应力，因此提高了裂解炉的运行周期以及抗高温的能力。

附图说明

图1是本发明优选实施方式的传热管的剖面结构示意图；

图2是图1所示的传热管的侧视立体结构示意图，其中，所述肋片呈三角形；

图3是本发明另一优选实施方式的传热管的侧视立体结构示意图。

附图标记说明

1-传热管；10-管体；100-进口；101-出口；11-扭曲片；110-肋片；12-间隙；120-侧壁；13-通孔。

具体实施方式

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指结合附图中所示的方位和实际应用中的方位理解，“内、外”是指部件的轮廓的内、外。

本发明提供了一种传热管，结合图1、图2和图3中所示，传热管1包括具有供流体进入的进口100和供所述流体流出的出口101的呈管状的管体10，管体10的内表面上设置有扭曲片11，扭曲片11包括朝向管体10内凸起的多个肋片110，多个肋片110沿管体10的轴向方向作螺旋状延伸，也就是说，多个肋片110可看作为整体的一个扭曲片11，该扭曲片11沿管体10的轴向方向作螺旋状延伸，可以理解的是，多个肋片110呈离散状的分散在呈螺旋状延伸的路径上。通过在管体10的内壁设置朝向管体10内凸起的多个肋片110，并且使得多个肋片110沿管体10的轴向方向作螺旋状延伸，从而使得传热管1具有良好的传热效果，同时能够降低传热管1的热应力，相应的提高了传热管1的抗局部超温的能力，这样提高了传热管1的使用寿命。另外，多个呈离散状的肋片110对管体10内所述流体的扰流作用较强，降低了结焦现象。上述传热管1适合应用于加热炉，也适合应用于裂解炉。可在裂解炉如乙烯裂解炉或者加热炉中安装上述传热管1，这样，传输中的所述流体可由进口100进入到传热管1的管体10内，之后，在多个肋片110的作用下，所述流体变成旋转流，所述流体由于具有切向速度而会破坏了边界层，降低了结焦速率，延长了裂解炉和加热炉的使用周期。此外，还需要说明的是，传热管1中的流体并不受到具体的限制，可根据传热管1的实际应用环境进行选择。还需要说明的是，每个肋片110可通过离子焊或者3D打印的方式连接于管体10的内表面。

每个肋片110的形状结构并没有特别的限制，可根据实际需求进行选择。如图2中所示，每个肋片110可大致呈三角形，也可如图3中所示，每个肋片110可大致呈梯形，另外，每个肋片110可大致呈长方形。当然每个肋片110的形状结构并不局限于上述几种结构，每个肋片110还可大致呈圆柱状、圆形、椭圆状、圆锥状或正方形。

为了进一步提高传热管1的传热效果，结合图2和图3中所示，每个肋片110的高度可在沿螺旋延伸方向上先逐渐变大再逐渐变小，可以理解的是，每个肋片110在沿螺旋延伸方向上的两端高度较小，每个肋片110在沿螺旋延伸方向上的中部的高度较大，具体来讲，每个肋片110的最高部分的高度为管体10的内径的六分之一。其中，肋片110的高度是指肋片110的朝向管体10内凸出的壁与管体10的内表面之间的距离。另外，将每个肋片110的高度配置为上述由中部向两端渐缩的状态，还可降低流经管体10的内部的流体的压降，同时还可进一步降低管体10的热应力。

为了提高扭曲片11对流体的扰动作用，扭曲片11的旋转角度可优选为90-1080°，例如，扭曲片11的旋转角度可为120°、180°、360°、720°或1080°。

另外，当扭曲片11的旋转角度为360°时，扭曲片11的沿管体10的轴向方向的长度可为管体10的内径的1-4倍，这样，能够使得传热管1即具有较好的传热效果，又使得传热管1中的流体具有较小的压降，此外，将扭曲片11的沿管体10的轴向方向的长度设置在上述范围内，还可大大减小结焦速率以及提高扭曲片11的耐冲击性。当扭曲片11的旋转角度为360°时，扭曲片11的沿管体10的轴向方向的长度可为管体10的内径的2-3倍。

此外，可在管体10的内壁上设置多个如2个、3个、或4个扭曲片11，从进口100的方向看，多个扭曲片11呈顺时针或者呈逆时针旋涡状。将多个扭曲片11配置成为上述结构，不仅提高了传热管1的传热效果，而且还降低了传热管1的热应力，提高了传热管1的抵抗高温的能力，大大延长了传热管1的使用寿命。

优选地，从进口100的方向看，多个扭曲片11可在管体10的中心处围合形成沿管体10的轴向方向延伸的通孔13以便于进入管体10内的流体的流动，降低了压降。为了尽量将压降降至较低，通孔13的直径d与管体10的内径D之间的比值可优选为d：D为大于0小于1，例如，通孔13的直径d与管体10的内径D之间的比值可优选为d：D为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9。

结合图2和图3中所示，相邻的肋片110之间可留设有间隙12，这样不仅使得传热管1具有良好的传热效果，而且能够降低传热管1的热应力，同时还能够提高抗局部超温的能力。其中，间隙12的个数并不受到具体的限制，可根据实际需求进行选择。例如可设置1个间隙12，也可设置2个、3个、4个或者5个间隙，当设置有多个间隙12时，多个间隙12优选沿肋片110的延伸方向排列。

优选地，间隙12的两个侧壁120中的至少一者形成为弧面。如图2和图3中所示，间隙12的两个侧壁120均可形成为弧面，并且两个侧壁120之间的距离在靠近管体10的内壁到远离管体10的内壁的方向上逐渐增大。另外，所述弧面可朝向背离间隙12的中心的方向凹陷。

为了进一步提高传热管1的传热效果以及降低传热管1的热应力，间隙12的间距可为位于间隙12的两侧的两个肋片110中的任意一者的沿螺旋延伸方向上的长度的0.1-10倍。进一步优选地，间隙12的间距为位于间隙12的两侧的两个肋片110中的任意一者的沿螺旋延伸方向上的长度的0.5-5倍，更进一步优选地，间隙12的间距为位于间隙12的两侧的两个肋片110中的任意一者的沿螺旋延伸方向上的长度的1-3倍。

相邻的肋片110的相对的端部可彼此相互重合，可以理解的是，相邻的肋片110之间不设置有间隙，例如，从进口100方向看去，多个肋片110沿螺旋方向延伸时，位于螺旋延伸路径的上游的肋片记为第一肋片，所述第一肋片的端部记为第一端部，与所述第一肋片相邻且位于螺旋延伸路径的下游的肋片记为第二肋片，所述第二肋片的与所述第一端部相邻的端部记为第二端部，所述第一端部遮盖住所述第二端部，以此类推，每个位于上游的肋片的端部均遮盖住相邻于该上游的肋片的下游的肋片的相邻的端部。

本发明还提供了一种裂解炉，所述裂解炉包括辐射室，所述辐射室中安装有至少一个辐射炉管组件，所述辐射炉管组件包括至少一个本发明所提供的传热管1。具体地，传热管1可间隔设置于辐射炉管组件中。通过在裂解炉的辐射室中设置本发明所提供的传热管1，不仅能够提高辐射室中的流体的传热效果，而且由于降低了传热管1的热应力，因此提高了裂解炉的运行周期以及抗高温的能力。具体来讲，可在辐射炉管组件中设置2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个传热管1。

以下通过实施例以及对比例进一步说明本发明的效果。

实施例1

在裂解炉的辐射室中设置有多个辐射炉管组件，在其中的3个辐射炉管组件中均设置有传热管1，每个辐射炉管组件中设置有沿辐射炉管的轴向间隔设置的2个传热管1，每个传热管1的内径为70mm，在每个辐射炉管组件中，相邻的2个传热管1之间的辐射炉管的轴向长度为传热管1的内径的50倍。每个传热管1的结构为：在管体10的内表面上设置2个扭曲片11，每个扭曲片11包括多个肋片110，多个肋片110沿管体10的轴向方向作螺旋状延伸，每个肋片110的沿螺旋延伸方向的长度为10mm，每个肋片110如图2中所示大致呈三角形，每个肋片110的最高部分的高度为管体10的内径的六分之一，每个肋片110的厚度即每个肋片110的彼此相对的两个壁之间的距离为10mm，每个扭曲片11的沿管体10的轴向长度为175mm，从进口100的方向看，两个扭曲片11呈顺时针旋涡状，两个扭曲片11在管体10的中心处围合形成沿管体10的轴向方向延伸的通孔13，通孔13的直径与管体10的内径的比值为0.6，每个扭曲片11的旋转角度为180°。

对比例

对比例1

与实施例1相同，不同之处在于改变传热管的结构，即设置现有技术中的传热管，其中，管体内仅设置一个扭曲片，该扭曲片沿管体的轴向方向呈螺旋状延伸，并且该扭曲片将管体的内部分隔成互不连通的两个腔室，其余条件均不变。

试验例

对实施例和对比例中的裂解炉经过在相同条件下运行后，各自的检测结果如下表1中所示。

表1

由此可以得知，将本发明提供的传热管设置于裂解炉中，提高了传热负荷，提高了传热效率，而且压降大大降低，同时提高了裂解炉的运行周期以及传热管的使用寿命。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种传热管，其特征在于，所述传热管(1)包括具有供流体进入的进口(100)和供所述流体流出的出口(101)的呈管状的管体(10)，所述管体(10)的内表面上设置有扭曲片(11)，所述扭曲片(11)包括朝向所述管体(10)内凸起的多个肋片(110)，多个所述肋片(110)沿所述管体(10)的轴向方向作螺旋状延伸。

2.根据权利要求1所述的传热管，其特征在于，每个所述肋片(110)呈圆柱状、圆形、椭圆状、圆锥状、正方形、长方形、三角形或梯形。

3.根据权利要求1所述的传热管，其特征在于，每个所述肋片(110)的高度在沿螺旋延伸方向上先逐渐变大再逐渐变小。

4.根据权利要求1所述的传热管，其特征在于，所述扭曲片(11)的旋转角度为90-1080°。

5.根据权利要求4所述的传热管，其特征在于，当所述扭曲片(11)的旋转角度为360°时，所述扭曲片(11)的沿所述管体(10)的轴向方向的长度为所述管体(10)的内径的2-8倍。

6.根据权利要求1所述的传热管，其特征在于，所述扭曲片(11)为多个，从所述进口(100)的方向看，多个所述扭曲片(11)呈顺时针或者呈逆时针旋涡状。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的传热管，其特征在于，相邻的所述肋片(110)之间留设有间隙(12)。

8.根据权利要求7所述的传热管，其特征在于，所述间隙(12)的两个侧壁(120)中的至少一者形成为弧面。

9.根据权利要求8所述的传热管，其特征在于，所述弧面朝向背离所述间隙(12)的中心的方向凹陷。

10.根据权利要求7所述的传热管，其特征在于，所述间隙(12)的间距为位于所述间隙(12)的两侧的两个所述肋片(110)中的任意一者的沿螺旋延伸方向上的长度的0.1-10倍。

11.根据权利要求1-6中任意一项所述的传热管，其特征在于，相邻的所述肋片(110)的相对的端部彼此相互重合。

12.一种裂解炉，其特征在于，所述裂解炉包括辐射室，所述辐射室中安装有至少一个辐射炉管组件，所述辐射炉管组件包括至少一个权利要求1-11中任意一项所述的传热管(1)。