CN109724447B - 强化传热管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体传热技术领域，公开了一种强化传热管，所述强化传热管(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)，其中，所述管体(10)的内壁设置有扭曲片，并且所述管体(10)的外表面上设置有隔热层(14)。该强化传热管能够降低自身的热应力，从而提高了强化传热管的使用寿命。

Description

强化传热管

技术领域

本发明涉及流体传热技术领域，具体地涉及一种强化传热管。

背景技术

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。目前较为常用的一种性能较好的强化传热元件是扭曲片，扭曲片通常设置在强化传热管的中间，利用流体自身的旋转，使流体的边界层变薄，从而达到强化传热的目的。尽管具有扭曲片的强化传热管拥有较好的强化传热效果，但是由于扭曲片是通过焊接方式与强化传热管的管壁连接在一起的，因此经常会发生扭曲片与强化传热管的管壁裂开的情况。尤其是在长时间的运行过程中，加之处于超高温的环境中，更加容易导致扭曲片与强化传热管的管壁发生开裂的现象，从而缩短了强化传热管的使用寿命。

因此，在保证强化传热管的传热效果的同时，还需降低强化传热管的热应力以提高强化传热管的使用寿命。

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，提供了一种强化传热管，该强化传热管能够降低自身的热应力，从而提高了强化传热管的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种强化传热管，所述强化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，其中，所述管体的内壁设置有扭曲片，并且所述管体的外表面上设置有隔热层。

优选地，所述隔热层包括设置于所述管体的外表面上的金属合金层和位于所述金属合金层上的陶瓷层。

优选地，所述隔热层包括设置于所述金属合金层和所述陶瓷层之间的氧化层。

优选地，所述氧化层的厚度为3-5μm；和/或所述氧化层由氧化铝、氧化硅、氧化钛或者由氧化铝、氧化硅和氧化钛中的任意两种以上的材料混合后得到的混合材料制备形成。

优选地，所述金属合金层的厚度为50-100μm；和/或所述金属合金层由包括M、Cr、Al和Y的金属合金材料制备形成，其中，M选自Fe、Ni、Co和Al中的一种或多种。

优选地，在所述金属合金材料中：Al的重量分数为5-12％，Y的重量分数为0.5-0.8％，Cr的重量分数为25-35％。

优选地，所述金属合金层由金属合金材料和添加材料混合后制备形成，其中，所述金属合金材料包括M、Cr、Al和Y，其中，M选自Fe、Ni、Co和Al中的一种或多种，所述添加材料选自Si、Ti、Co或Al₂O₃。

优选地，所述陶瓷层的厚度为200-300μm；和/或所述陶瓷层由氧化钇稳定氧化锆、氧化镁稳定氧化锆、氧化钙稳定氧化锆和氧化铈稳定氧化锆中的一种或多种材料制备形成。

优选地，所述隔热层的孔隙率为8-15％。

优选地，所述隔热层位于所述管体的设置有所述扭曲片的外部。

优选地，所述隔热层包括平直段和分别连接于所述平直段的第一端口和第二端口的第一渐缩段和第二渐缩段，其中，所述第一渐缩段在靠近所述第一端口到远离所述第一端口的方向上呈渐缩状，所述第二渐缩段在靠近所述第二端口到远离所述第二端口的方向上呈渐缩状。

优选地，所述扭曲片包括由所述管体的内壁朝向所述管体内凸起的肋片，所述肋片沿所述管体的轴向方向作螺旋状延伸，其中，所述肋片的朝向所述进口的第一端面沿着螺旋延伸方向形成为第一弧面。

优选地，所述第一弧面呈凹陷状；和/或所述第一弧面与所述管体的内壁在彼此连接处所成的夹角为大于0°小于等于90°。

优选地，所述肋片的朝向所述出口的第二端面沿螺旋延伸方向形成为第二弧面。

优选地，所述第二弧面呈凹陷状；和/或所述第二弧面与所述管体的内壁在彼此连接处所成的夹角为大于0°小于等于90°。

优选地，所述肋片的朝向所述管体的中心轴线的第三端面形成为第三弧面。

优选地，所述第三弧面呈凹陷状。

优选地，所述肋片的彼此相对的两个侧壁面在从所述管体的内壁到所述管体的中心的方向上逐渐靠近。

优选地，所述肋片的彼此相对的两个所述侧壁面中的至少一者与所述管体的内壁的连接处形成有光滑过渡圆角。

优选地，每个所述侧壁面与所述管体的内壁在彼此连接处所形成的夹角为5°-90°。

优选地，所述肋片的高度为大于0且小于等于150mm。

优选地，所述肋片的高度为10-50mm。

优选地，所述肋片上设置有能够将所述肋片间隔开的间隙。

优选地，所述间隙为多个，多个所述间隙沿所述肋片的延伸方向排列。

优选地，所述间隙的两个侧壁中的至少一者形成为第四弧面。

优选地，所述第四弧面朝向背离所述间隙的中心的方向凹陷。

优选地，所述肋片为多个，从所述进口的方向看，多个所述肋片呈顺时针或逆时针旋涡状。

优选地，从所述进口的方向看，多个所述肋片在所述管体的中心处围合形成有沿所述管体的轴向方向延伸的通孔，所述通孔的直径d与所述管体的内径D之间的比值为d：D为大于0小于1。

优选地，所述肋片的旋转角度为90-1080°，和/或所述肋片的沿所述管体的轴向方向的长度L₁与所述管体的内径D之间的比值为L₁：D＝1-10:1。

通过上述技术方案，通过在所述管体的外表面设置隔热层，从而阻碍高温烟气与所述管体的管壁之间的传热以降低所述管体的管壁的温度，这样使得所述强化传热管的热应力得到有效降低，延长了所述强化传热管的使用寿命，并且由于设置了所述隔热层，还提高了所述强化传热管的抗高温性能、热冲击性能和耐高温腐蚀性能。由于在所述管体内设置有扭曲片，进入所述管体内的流体可变成旋转流，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。另外，所述隔热层14可优选设置于所述管体的设置有所述扭曲片的外部，这样能够使得所述扭曲片不易于与所述管体裂开，可降低所述强化传热管的热应力。

附图说明

图1是根据本发明优选实施方式的强化传热管的结构示意图(图中未示出所述隔热层)，其中，肋片的截面为梯形，所述肋片的第一弧面与所述管体的内壁在彼此连接处所形成的夹角为35°，所述肋片的第二弧面与所述管体的内壁在彼此连接处所形成的夹角为35°，设置于肋片的间隙的个数为1；

图2是图1所示的强化传热管的剖面结构示意图；

图3是图2所示的强化传热管的局部结构示意图，其中，在所述管体的外表面设置有隔热层，所述隔热层包括依次叠置于所述管体的外表面的金属合金层、氧化层和陶瓷层；

图4是本发明另一优选实施方式的强化传热管的结构示意图(图中未示出所述隔热层)，其中，其中，肋片的截面为梯形，所述肋片的第一弧面与所述管体的内壁在彼此连接处所形成的夹角为35°，所述肋片的第二弧面与所述管体的内壁在彼此连接处所形成的夹角为35°，所述肋片的朝向所述管体的中心轴线的第三端面形成为呈凹陷状的第三弧面。

附图标记说明

1-强化传热管；10-管体；100-进口；101-出口；11-肋片；110-第一端面；112-侧壁面；113-光滑过渡圆角；12-间隙；120-侧壁；13-通孔；14-隔热层；140-金属合金层；141-陶瓷层；142-氧化层。

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。

本发明提供了一种强化传热管，结合图1、图2和图3中所示，强化传热管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，其中，管体10的内壁设置有扭曲片，并且管体10的外表面上设置有隔热层14。通过在管体10的外表面设置隔热层14，从而阻碍高温烟气与管体10的管壁之间的传热以降低管体10的管壁的温度，这样使得强化传热管1的热应力得到有效降低，延长了强化传热管1的使用寿命，并且由于设置了隔热层14，还提高了强化传热管1的抗高温性能、热冲击性能和耐高温腐蚀性能。当将上述强化传热管1的应用于裂解炉时，能够保证裂解炉的长期稳定运行。由于在管体10内设置有扭曲片，进入管体10内的流体可变成旋转流，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。另外，隔热层14可优选设置于管体10的设置有所述扭曲片的外部，这样能够使得所述扭曲片不易于与管体10裂开，可降低强化传热管1的热应力。

优选地，隔热层14可包括设置于管体10的外表面上的金属合金层140和位于金属合金层140上的陶瓷层141。通过在管体10的外表面设置金属合金层140和位于金属合金层140上的陶瓷层141，从而能够提高隔热层14的隔热效果以进一步降低强化传热管1的热应力。

可以理解的是，金属合金层140可由包括M、Cr、Al和Y的金属合金材料制备形成，其中，M选自Fe、Ni、Co和Al中的一种或多种，当M选用其中的两种以上金属如Ni和Co时，金属合金层140可由包括Ni、Co、Cr、Al和Y的金属合金材料制备形成，当金属合金层140中含有Ni和Co时，能够进一步提高隔热层14的隔热能力，并且提高了隔热层14的抗氧化性和抗热腐蚀性。至于金属合金材料中的各个金属的含量可根据实际需求进行配置，并无特别的要求。例如，Al的重量分数可为5-12％，Y的重量分数可为0.5-0.8％，这样能够提高隔热层14的牢固性，同时降低金属合金层140的氧化速率，Cr的重量分数可为25-35％。此外，还需要说明的是，可采用低压等离子、大气等离子或电子束-物理气相沉积的方式将所述金属合金材料喷涂于管体10的外表面以形成金属合金层140。金属合金层140的厚度可为50-100μm，具体地，金属合金层140的厚度可为60μm、70μm、80μm或90μm。

为了进一步提高隔热层14的抗氧化性和延长隔热层14的使用寿命，可在制备金属合金层140的金属合金材料中加入添加材料，也就是说，金属合金层140可由金属合金材料和添加材料混合后制备形成，其中，所述金属合金材料包括M、Cr、Al和Y，其中，M选自Fe、Ni、Co和Al中的一种或多种，所述添加材料选自Si、Ti、Co或Al₂O₃，至于所述添加材料的添加量并无特别的限制，可根据实际需求进行添加。其中，所述金属合金材料已在前述内容中被描述，此处不再赘述。

另外，陶瓷层141可由氧化钇稳定氧化锆、氧化镁稳定氧化锆、氧化钙稳定氧化锆和氧化铈稳定氧化锆中的一种或多种材料制备形成。当陶瓷层141由两种以上材料制备形成时，可将上述材料中的任意两种以上的材料混合，然后使得混合后的材料形成陶瓷层141。具体来讲，当选用氧化钇稳定氧化锆作为陶瓷层141的材料时，可使得陶瓷层141具有较高的热膨胀系统例如可到达11×10^-6K^-1，还可使得陶瓷层141具有较低的热导率2.0-2.1Wm^-1K^-1，同时陶瓷层141还具有较好的抗热冲击性能。还需要说明的是，选用氧化钇稳定氧化锆作为陶瓷层141时，氧化钇的重量分数为6-8％。为了进一步提高隔热层14的隔热性能，还可在上述形成陶瓷层141的材料中添加氧化铈，具体地，氧化铈的添加量可为氧化钇稳定氧化锆的总重量的20-30％，进一步地，氧化铈的添加量可为氧化钇稳定氧化锆的总重量的25％。同样的，可采用低压等离子、大气等离子或电子束-物理气相沉积的方式将氧化钇稳定氧化锆、氧化镁稳定氧化锆、氧化钙稳定氧化锆和氧化铈稳定氧化锆中的一种或多种材料喷涂于金属合金层140的外表面以形成陶瓷层141。另外，陶瓷层141的厚度可为200-300μm，例如陶瓷层141的厚度可为210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm或290μm。需要指出的是，当强化传热管1处于使用状态时，金属合金层140中的Al和陶瓷层141中的氧反应形成薄而致密的氧化铝保护膜，从而能够达到保护管体10的作用。

为了提高隔热层14的抗剥落性，可在金属合金层140和陶瓷层141之间设置氧化层142。其中，氧化层142优选由氧化铝、氧化硅、氧化钛或者由氧化铝、氧化硅和氧化钛中的任意两种以上的材料混合后得到的混合材料制备形成。优选地，选用氧化铝制备氧化层142以提高隔热层14的隔热性能。同样的，可采用低压等离子、大气等离子或电子束-物理气相沉积的方式将上述氧化物材料喷涂于金属合金层140的表面以形成氧化层142。另外，氧化层142的厚度可为3-5μm，例如氧化层142的厚度可为4μm。

此外，隔热层14的孔隙率可为8-15％。

为了使得管体10的管壁的温度得到有效的降低，而且使得管体10的轴向上的温度变化较为均匀，同时还能够降低强化传热管1的热应力，隔热层14可包括平直段和分别连接于所述平直段的第一端口和第二端口的第一渐缩段和第二渐缩段，其中，所述第一渐缩段在靠近所述第一端口到远离所述第一端口的方向上呈渐缩状，所述第二渐缩段在靠近所述第二端口到远离所述第二端口的方向上呈渐缩状。可以理解的是，隔热层14的厚度在靠近端口处越来越薄，隔热层14的厚度可以5-10％的数值进行逐步递减。为了进一步降低强化传热管1的热应力，隔热层14位于所述扭曲片对应位置处的厚度较厚。

优选地，所述扭曲片可包括由管体10的内壁朝向管体10内凸起的肋片11，肋片11沿管体10的轴向方向作螺旋状延伸，其中，肋片11的朝向进口100的第一端面110沿着螺旋延伸方向形成为第一弧面。通过在管体10的内壁设置朝向管体10内凸起的肋片11，并且使得肋片11的朝向进口100的第一端面110沿着螺旋延伸方向形成为第一弧面，从而使得强化传热管具有良好的传热效果，同时能够降低强化传热管1的热应力，大致能够将强化传热管1的最大热应力降低50％以上，相应的提高了强化传热管1的抗局部超温的能力，这样提高了强化传热管的使用寿命，另外，第一端面110形成为第一弧面，对管体10内所述流体的扰流作用较强，降低了结焦现象。上述强化传热管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中安装上述强化传热管1，这样，传输中的所述流体可由进口100进入到强化传热管1的管体10内，之后，在肋片11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，延长了裂解炉的使用周期，同时，由于肋片11的朝向进口100的第一端面110沿着螺旋延伸方向形成为第一弧面，因此降低了强化传热管1的热应力，延长了强化传热管1的使用寿命。其中，图4清楚的示出了所述第一弧面为沿着螺旋延伸方向形成，也就是说，第一端面110在沿着螺旋延伸的方向上呈坡面状。此外，还需要说明的是，强化传热管1中的流体并不受到具体的限制，可根据强化传热管1的实际应用环境进行选择。

其中，所述第一弧面可呈凸起状也可呈凹陷状，优选地，所述第一弧面呈凹陷状，以进一步提高强化传热管1的传热效果，并且进一步降低强化传热管1的热应力。具体来讲，所述第一弧面可为抛物面上截取的部分抛物面。

另外，所述第一弧面与管体10的内壁在彼此连接处所成的夹角可大于0°小于等于90°，这样，能够进一步降低强化传热管1的热应力，大大提高了强化传热管1的使用寿命。其中，所述第一弧面与管体10的内壁在彼此连接处所成的夹角可以理解为所述第一弧面在该彼此连接处的切平面与管体10的内壁在该彼此连接处的切平面之间的夹角。所述第一弧面与管体10的内壁在彼此连接处所成的夹角可为10°、15°、20°、25°、30°、35°、38°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°或85°。

为了进一步降低强化传热管1的热应力，肋片11的朝向出口101的第二端面沿着螺旋延伸方向可形成为第二弧面，也就是说，第二端面在沿着螺旋延伸的方向上可呈坡面状，这样相应的提高了强化传热管1的使用寿命。其中，所述第二弧面可呈凸起状，所述第二弧面也可呈凹陷状，优选地，所述第二弧面可呈凹陷状。此外，所述第二弧面与管体10的内壁在彼此连接处所形成的夹角为大于0°小于等于90°，这样，能够进一步降低强化传热管1的热应力，大大提高了强化传热管1的使用寿命。其中，所述第二弧面与管体10的内壁在彼此连接处所成的夹角可以理解为所述第二弧面在该彼此连接处的切平面与管体10的内壁在该彼此连接处的切平面之间的夹角。所述第二弧面与管体10的内壁在彼此连接处所成的夹角可为10°、15°、20°、25°、30°、35°、38°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°或85°。

结合图3和图4中所示，肋片11的朝向管体10的中心轴线的第三端面可形成为第三弧面，这样，在不影响强化传热管1的传热效果的前提下，能够降低强化传热管1的热应力。进一步优选地，所述第三弧面呈凹陷状。具体地，所述第三弧面呈抛物面的形状。

优选地，肋片11的彼此相对的两个侧壁面112在从管体10的内壁到管体10的中心的方向上逐渐靠近，也就是说，每个侧壁面112可倾斜设置，这样，能够使得肋片11加强对进入管体10内的所述流体的扰动，提高传热效果，同时进一步降低强化传热管1的热应力。还可以理解的是，肋片11的截面可大致呈梯形或者类梯形。当然，肋片11的截面即以沿平行于管体10的径向方向的面截取所获得的截面可大致呈矩形。

为了降低强化传热管1的热应力，肋片11的彼此相对的两个侧壁面112中的至少一者与管体10的内壁的连接处可形成有光滑过渡圆角113。进一步地，光滑过渡圆角113的半径为大于0且小于等于10mm，将光滑过渡圆角113的半径设置在上述范围内，可进一步降低强化传热管1的热应力，提高强化传热管1的使用寿命。具体地，光滑过渡圆角113的半径可为5mm、6mm或10mm。

另外，每个侧壁面112与管体10的内壁在彼此连接处所形成的夹角可为5°-90°，也就是说，每个侧壁面112与管体10的内壁在该彼此连接处的切平面之间的夹角可为5°-90°，将夹角设置在上述范围内，能够进一步降低强化传热管1的热应力，提高强化传热管1的使用寿命。每个侧壁面112与管体10的内壁在彼此连接处所形成的夹角可为20°、30°、40°、45°、50°、60°、70°或80°。

为了降低强化传热管1的热应力，肋片11的高度即肋片11的朝向管体10的中心轴线的第三端面与管体10的内壁之间的距离优选为大于0且小于等于150mm，例如，肋片11的高度可为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm或140mm。

如图1中所示，肋片11上可设置有间隙12以能够将肋片11间隔开，这样不仅使得强化传热管1具有良好的传热效果，而且能够降低强化传热管1的热应力，同时还能够提高抗局部超温的能力。当设置有间隙12的强化传热管1应用于加热炉或者裂解炉后，还能够提高加热炉或者裂解炉的运行周期。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11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第四弧面。例如，如图1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。其中，两个侧壁120之间距离即间隙12的宽度可为大于0且小于等于10000mm，例如，两个侧壁120之间距离可为1000mm、2000mm、3000mm、4000mm、5000mm、6000mm、7000mm、8000mm或9000mm。另外，所述第四弧面可朝向背离间隙12的中心的方向凹陷。

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

优选地，从进口100的方向看，多个肋片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d：D可为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9。

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

另外，肋片11的沿管体10的轴向方向的长度L₁与管体10的内径D之间的比值为L₁：D＝1-10:1，优选地，L₁：D＝1-6:1。

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强化传热管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个强化传热管1，每个强化传热管1的内径为65mm，在每个辐射炉管组件中，相邻的2个强化传热管1之间的辐射炉管的轴向长度为强化传热管1的内径的50倍。每个强化传热管1的结构为：在管体10的外表面设置隔热层14，隔热层14包括依次设置于管体10的外表面的70μm厚的金属合金层140、4μm厚的氧化层142和240μm厚的陶瓷层141，其中，金属合金层140由包括重量分数分别为64.5％的Ni、30％的Cr、5％的Al和0.5％的Y的金属合金材料经过大气等离子喷涂的方式喷涂形成，氧化层142由选用低压等离子的方式将氧化铝喷涂于金属合金层140的表面形成，陶瓷层141由氧化钇稳定氧化锆中掺杂氧化钇稳定氧化锆的总重量的25％的氧化铈经过大气等离子的方式喷涂形成，在氧化钇稳定氧化锆中，氧化钇的重量分数为6％；在管体10的内壁上设置2个肋片11，在肋片11的两端分别形成有如图1中所示的沿着螺旋延伸方向呈凹陷状的第一弧面和第二弧面，所述第一弧面与管体10的管壁在彼此连接处所形成的夹角为35°，所述第二弧面与管体10的管壁在彼此连接处所形成的夹角为35°，每个肋片11的截面即以沿平行于管体10的径向方向的面截取所获得的截面大致呈梯形，每个侧壁面112与管体10的内壁在彼此连接处所形成的夹角为45°，每个侧壁面112与管体10的内壁连接处形成光滑过渡圆角，从进口100的方向看，两个肋片11呈顺时针旋涡状，两个肋片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，每个肋片11的旋转角度为180°，每个肋片11的扭曲比为2.5。

实施例2

与实施例1相同，其中不同之处在于，在隔热层14中，金属合金层140由包括重量分数分别为64.2％的Ni、30％的Cr、5％的Al和0.8％的Y的金属合金材料制备形成，陶瓷层141由氧化钇稳定氧化锆制备形成，在氧化钇稳定氧化锆中，氧化钇的重量分数为8％，其余条件均不变。

对比例

对比例1

与实施例1相同，不同之处在于改变强化传热管的结构，即设置现有技术中的强化传热管(管体的外表面不设置隔热层)，其中，管体外不设置隔热件，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，将本发明提供的强化传热管设置于裂解炉中，降低了强化传热管的最大热应力，大大提高了强化传热管的使用寿命。

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 (26)

1.一种强化传热管，其特征在于，所述强化传热管(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)，其中，所述管体(10)的内壁设置有扭曲片，并且所述管体(10)的外表面上设置有隔热层(14)；

所述扭曲片包括由所述管体(10)的内壁朝向所述管体(10)内凸起的肋片(11)，所述肋片(11)沿所述管体(10)的轴向方向作螺旋状延伸，其中，所述肋片(11)的朝向所述进口(100)的第一端面(110)沿着螺旋延伸方向形成为第一弧面；

所述肋片(11)的朝向所述管体(10)的中心轴线的第三端面形成为第三弧面，所述第三弧面呈凹陷状。

2.根据权利要求1所述的强化传热管，其特征在于，所述隔热层(14)包括设置于所述管体(10)的外表面上的金属合金层(140)和位于所述金属合金层(140)上的陶瓷层(141)。

3.根据权利要求2所述的强化传热管，其特征在于，所述隔热层(14)包括设置于所述金属合金层(140)和所述陶瓷层(141)之间的氧化层(142)。

4.根据权利要求3所述的强化传热管，其特征在于，所述氧化层(142)的厚度为3-5μm；和/或所述氧化层(142)由氧化铝、氧化硅、氧化钛或者由氧化铝、氧化硅和氧化钛中的任意两种以上的材料混合后得到的混合材料制备形成。

5.根据权利要求2所述的强化传热管，其特征在于，所述金属合金层(140)的厚度为50-100μm；和/或所述金属合金层(140)由包括M、Cr、Al和Y的金属合金材料制备形成，其中，M选自Fe、Ni、Co和Al中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的强化传热管，其特征在于，在所述金属合金材料中：Al的重量分数为5-12％，Y的重量分数为0.5-0.8％，Cr的重量分数为25-35％。

7.根据权利要求2所述的强化传热管，其特征在于，所述金属合金层(140)由金属合金材料和添加材料混合后制备形成，其中，所述金属合金材料包括M、Cr、Al和Y，其中，M选自Fe、Ni、Co和Al中的一种或多种，所述添加材料选自Si、Ti、Co或Al₂O₃。

8.根据权利要求2所述的强化传热管，其特征在于，所述陶瓷层(141)的厚度为200-300μm；和/或所述陶瓷层(141)由氧化钇稳定氧化锆、氧化镁稳定氧化锆、氧化钙稳定氧化锆和氧化铈稳定氧化锆中的一种或多种材料制备形成。

9.根据权利要求2所述的强化传热管，其特征在于，所述隔热层(14)的孔隙率为8-15％。

10.根据权利要求1所述的强化传热管，其特征在于，所述隔热层(14)位于所述管体(10)的设置有所述扭曲片的外部。

11.根据权利要求1所述的强化传热管，其特征在于，所述隔热层(14)包括平直段和分别连接于所述平直段的第一端口和第二端口的第一渐缩段和第二渐缩段，其中，所述第一渐缩段在靠近所述第一端口到远离所述第一端口的方向上呈渐缩状，所述第二渐缩段在靠近所述第二端口到远离所述第二端口的方向上呈渐缩状。

12.根据权利要求1所述的强化传热管，其特征在于，所述第一弧面呈凹陷状；和/或所述第一弧面与所述管体(10)的内壁在彼此连接处所成的夹角为大于0°小于等于90°。

13.根据权利要求1所述的强化传热管，其特征在于，所述肋片(11)的朝向所述出口(101)的第二端面沿螺旋延伸方向形成为第二弧面。

14.根据权利要求13所述的强化传热管，其特征在于，所述第二弧面呈凹陷状；和/或所述第二弧面与所述管体(10)的内壁在彼此连接处所成的夹角为大于0°小于等于90°。

15.根据权利要求1所述的强化传热管，其特征在于，所述肋片(11)的彼此相对的两个侧壁面(112)在从所述管体(10)的内壁到所述管体(10)的中心的方向上逐渐靠近。

16.根据权利要求15所述的强化传热管，其特征在于，所述肋片(11)的彼此相对的两个所述侧壁面(112)中的至少一者与所述管体(10)的内壁的连接处形成有光滑过渡圆角(113)。

17.根据权利要求15所述的强化传热管，其特征在于，每个所述侧壁面(112)与所述管体(10)的内壁在彼此连接处所形成的夹角为5°-90°。

18.根据权利要求1所述的强化传热管，其特征在于，所述肋片(11)的高度为大于0且小于等于150mm。

19.根据权利要求18所述的强化传热管，其特征在于，所述肋片(11)的高度为10-50mm。

20.根据权利要求1所述的强化传热管，其特征在于，所述肋片(11)上设置有能够将所述肋片(11)间隔开的间隙(12)。

21.根据权利要求20所述的强化传热管，其特征在于，所述间隙(12)为多个，多个所述间隙(12)沿所述肋片(11)的延伸方向排列。

22.根据权利要求20所述的强化传热管，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第四弧面。

23.根据权利要求22所述的强化传热管，其特征在于，所述第四弧面朝向背离所述间隙(12)的中心的方向凹陷。

24.根据权利要求1所述的强化传热管，其特征在于，所述肋片(11)为多个，从所述进口(100)的方向看，多个所述肋片(11)呈顺时针或逆时针旋涡状。

25.根据权利要求24所述的强化传热管，其特征在于，从所述进口(100)的方向看，多个所述肋片(11)在所述管体(10)的中心处围合形成有沿所述管体(10)的轴向方向延伸的通孔(13)，所述通孔的直径d与所述管体(10)的内径D之间的比值为d：D为大于0小于1。

26.根据权利要求1所述的强化传热管，其特征在于，所述肋片(11)的旋转角度为90-1080°，和/或所述肋片(11)的沿所述管体(10)的轴向方向的长度L₁与所述管体(10)的内径D之间的比值为L₁：D＝1-10:1。

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