CN110822943B

CN110822943B - 一种分体式螺旋盘绕式套管换热器

Info

Publication number: CN110822943B
Application number: CN201910970004.5A
Authority: CN
Inventors: 王树众; 张熠姝; 李艳辉; 宋文瀚; 王栋; 杨闯
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2019-10-12
Filing date: 2019-10-12
Publication date: 2021-01-29
Anticipated expiration: 2039-10-12
Also published as: WO2021068294A1; CN110822943A

Abstract

本发明公开了一种分体式螺旋盘绕式套管换热器，包括若干个螺旋盘绕式换热套管结构，若干个螺旋盘绕式换热套管结构均固定在支撑机构上，且相邻的螺旋盘绕式换热套管结构通过管件结构相连；每个螺旋盘绕式换热套管结构均由若干层螺旋盘绕的换热套管组成，所述换热套管倾斜布置，包括同轴套设的内管道和外管道，在内管道上连接有内管入口管，外管道上连接有外管入口管；内管道由若干内直管通过若干内90°弯管连接而成，外管道由若干外直管通过若干外90°弯管连接而成。解决了适用于高温高压条件下，含固、含盐、含有机物等易结垢、易堵塞等流体换热中难以清洗、维修的问题，从而保证换热器的长期、稳定、安全性运行。

Description

一种分体式螺旋盘绕式套管换热器

技术领域

本发明涉及一种在能源、化工、环保、石油和冶金等技术领域使用，可拆卸并可清洗维护的套管式换热器，特别涉及一种新型的、可清洗维护的分体式螺旋盘绕式套管换热器。

背景技术

在能源、化工、环保等行业中，换热器是重要的设备之一，很多生产过程中的物料成分复杂、多样，例如污水处理中的污水、废料等含有大量有机物、无机盐和固体颗粒等容易在换热器的受热壁面上结垢，从而堵塞换热器，影响设备运行的效率和安全性。作为化工、环保生产领域的主要设备，换热器运行效率的高低直接影响系统的运行，甚至影响到系统的稳定和生产效率，而换热流体的性质和换热器的结构是造成设备堵塞的主要因素，如何解决换热器堵塞或降低换热器因堵塞而停机、维修的频率是目前化工、环保行业的一个重要难题。

由于化工、环保领域的生产系统经常处于高温高压条件下，故主要考虑对于两侧都是高温、高压的冷/热换热流体，对容器和管道的耐压要求较高，对换热效率的要求也较高，因此宜选用套管式换热器进行化工、环保领域常见物料的换热。但常见物料总含有大量有机物、无机盐、固体颗粒等易结垢、易沉积的成分，从而造成换热器管道的淤积、堵塞，特别是内管弯管和外管连通管等流速降低的区域。传统套管式换热器以水平弯管为主，且总是一个整体，不利于弯管处的清洗和排污，操作不彻底、效果不佳，也不利于局部区域的拆除和维修，尤其是针对大型换热器设备，在进行清洗、维修或更换部件时，上述问题就显得更为突出。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种分体式螺旋盘绕式套管换热器，突破传统套管式换热器结构的局限，设计了具备可拆卸、可维护、可清洗功能的分体式螺旋套管换热器，从而保证换热器长期、稳定地安全、高效运行。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种分体式螺旋盘绕式套管换热器，包括若干个螺旋盘绕式换热套管结构，若干个螺旋盘绕式换热套管结构均固定在支撑机构上，且相邻的螺旋盘绕式换热套管结构通过管件结构相连；

每个螺旋盘绕式换热套管结构均由若干层螺旋盘绕的换热套管组成，所述换热套管倾斜布置，包括同轴套设的内管道和外管道，在内管道上连接有内管入口管，外管道上连接有外管入口管；内管道由若干内直管通过若干内90°弯管首尾连接而成，外管道由若干外直管通过若干外90°弯管首尾连接而成；

所述管件结构，包括内管连通管、内管三通、外管连通管及外管三通，相邻两个螺旋盘绕式换热套管结构的内管道通过内管三通和内管连通管相连；相邻两个螺旋盘绕式换热套管结构的外管道通过外管三通和外管连通管相连，内管三通和外管三通还分别连接有内管支管、外管支管。

优选地，内管支管、外管支管的另一端连接有截止球阀，截止球阀由密封堵头封堵，用于进行排污或清洗。

优选地，在内管连通管和外管连通管上均设置截止球阀，用于切换内、外管道进行正反、清洗。

优选地，在内管道与外管道之间设置若干个螺旋肋片，螺旋肋片分布于内直管和内90°弯管的连接处，且与外直管及外90°弯管存在空隙。

优选地，所述支撑机构，是由固定支架、支撑横梁、支撑斜梁和挡板构成的框架结构；

对于一个螺旋盘绕式换热套管结构，在其底部设有一个支撑横梁，在其一侧设有支撑斜梁，另一侧设有挡板；所述支撑横梁和支撑斜梁均固定连接在固定支架上，挡板连接支撑横梁上；

在固定支架上还设有若干梳型板，每层换热套管均固定于梳型板上，且梳型板的长度由每个螺旋盘绕式换热套管结构在其竖直方向上的高度决定。

进一步优选地，还包括连接在固定支架上的可拆除的护板，在护板上位于螺旋盘绕式换热套管结构底部的位置处设置人孔，在护板上位于每个螺旋盘绕式换热套管结构的连接处靠近连通管一侧设有维修门。

进一步优选地，各个螺旋盘绕式换热套管结构连接处的外直管通过三角钢和U型螺栓固定连接于固定支架上。

进一步优选地，还包括立柱和搭建于立柱上方的悬吊横梁，在立柱上设有移动滑轮，在悬吊横梁上设有固定滑轮，移动滑轮和固定滑轮通过铰链连接构成滑轮组结构。

更进一步优选地，在梳型板上设置与铰链相连的吊耳。

进一步优选地，在每个螺旋盘绕式换热套管结构的底部设有滑轨，滑轨固定于支撑横梁上，在每个螺旋盘绕式换热套管结构的底层换热套管的外直管底部设有与滑轨配合的滑轮，用于将需要拆除维修的螺旋盘绕式换热套管结构沿滑轨滑出。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开的分体式螺旋盘绕式套管换热器整体采用螺旋盘绕的结构，将螺旋盘绕结构应用于套管式换热器，整体换热器由几个小型的分体式螺旋盘绕式套管连接组成，其优势明显，主要体现在：第一，将螺旋盘绕结构应用于套管式换热器，可使含固流体上进下出，沿着倾斜布置的换热管道倾斜下降，有利于固体颗粒在流体中悬浮流动，从而避免了因固体颗粒在换热管内的沉积而造成的堵塞。第二，内、外的换热管道由大曲率的90°弯管和直管段连接组成，能够对换热管道起到温度补偿的作用，相比于传统的U型或蛇形套管换热器，弯头数量减小，小曲率的180°弯管变为大曲率的90°弯管，局部阻力大大减小，避免了传统外管连通管的死滞区，减缓了含固体颗粒流体的堵塞，同时通过弯管可实现对受热管道的热膨胀吸收。第三，采用分体式的螺旋盘绕式套管换热器结构，使其具有可拆卸维修及清洗维护的特性，如在相邻小型的换热器中间通过管件结构连接，可以通过施焊、切割拆除需要清洗、维修的部件。

进一步地，在每个螺旋盘绕式套管换热器结构底部的滑轨结构和顶部的悬吊结构，可将损坏的换热器单元进行拆除、吊装和维修，也可通过连通管连接截止阀、清洗管道和排污管道等用于设备的排污和正反冲洗等，增加了设备的可维护性和安全性。

进一步地，换热流体进入弯管之前加装螺旋肋片，可用于弯管的定位以保证套管的同轴度和均匀的通流面积，同时能够扰动流体，增加其湍流度，在增加换热效率的同时，进一步抑制换热器的堵塞。

附图说明

图1为本发明的分体式螺旋套管换热器的结构主视图；

图2为本发明的分体式螺旋套管换热器的结构俯视图；

图3为本发明的分体式螺旋套管换热器的外框架的左视图。

其中：1为内直管；2为外直管；3为内90°弯管；4为外90°弯管；5为内管入口管；6为内管出口管；7为外管入口管；8为外管出口管；9为内管连通管；10为外管连通管；11为内管三通；12为内管支管；13为外管三通；14为外管支管；15为截止球阀；16密封堵头；17螺旋肋片；18梳型板；19为固定支架；20为U型螺栓；21为三角钢；22为支撑横梁；23为支撑斜梁；24为挡板；25为护板；26为人孔；27为维修门；28为滑轨；29为滚轮；30为立柱；31为悬吊横梁；32为固定滑轮；33为移动滑轮；34为铰链；35为吊耳。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1～图3，本发明的一种可清洗维护的分体式螺旋盘绕式套管换热器，包括图中所示的部件：内直管1、外直管2、内90°弯管3、外90°弯管4、内管入口管5、内管出口管6、外管入口管7、外管出口管8等换热管道；内管连通管9、外管连通管10、内管三通11、内管支管12、外管三通13、外管支管14、截止球阀15、密封堵头16、螺旋肋片17等连接管件；梳型板18、固定支架19、U型螺栓20、三角钢21、支撑横梁22、支撑斜梁23、挡板24、护板25、人孔26、维修门27、滑轨28、滚轮29、立柱30、悬吊横梁31、固定滑轮32、移动滑轮33、铰链34、吊耳35等支撑结构。

本发明的分体式螺旋盘绕式套管换热器，具体结构如下：

包括若干个螺旋盘绕式换热套管结构，若干个螺旋盘绕式换热套管结构均固定在支撑机构上，且相邻的螺旋盘绕式换热套管结构通过管件结构相连；

每个螺旋盘绕式换热套管结构均由若干层螺旋盘绕的换热套管组成，所述换热套管倾斜布置，包括同轴套设的内管道和外管道，在内管道上连接有内管入口管5，外管道上连接有外管入口管7；内管道由若干内直管1通过若干内90°弯管4首尾连接而成，外管道由若干外直管2通过若干外90°弯管5首尾连接而成；

所述管件结构，包括内管连通管9、内管三通11、外管连通管10及外管三通13，相邻两个螺旋盘绕式换热套管结构的内管道通过内管三通11和内管连通管9相连；相邻两个螺旋盘绕式换热套管结构的外管道通过外管三通11和外管连通管10相连，内管三通11和外管三通13还分别连接有内管支管12、外管支管14。

内直管1与外直管2是倾斜的同轴套管，分别与内90°弯管3和外90°弯管4连接，形成螺旋盘绕的套管换热器；换热流体I通过与内直管1连接的内管入口管5进入换热器内管中，通过与内直管1连接的内管出口管6离开换热器内管，换热流体II通过与外直管2连接的外管入口管7进入换热器外管中，通过与外直管2连接的外管出口管8离开换热器外管。

优选地，内管支管12、外管支管14的另一端与截止球阀15连接，并由密封堵头16而封堵，用于清洗维护时将密封堵头16拆卸后与清洗管或排污管连接，打开截止球阀15进行换热器的排污操作或清洗操作。

优选地，截止球阀15也可设置于内管连通管9和外管连通管10之间，在需要切换流通管道时，开、关对应管道的截止球阀15，进而对单一换热管道进行针对性的正反清洗；另外，要求内管连通管9和外管连通管10的长度足够对其进行切割和施焊，从而能将需要维修的换热器切断、拆除。

优选地，螺旋肋片17位于内、外套管之间，连接于内直管1与内90°弯管3的连接处，与外直管2和外90°弯管4中存在空隙。在换热流体进入弯管之前加装螺旋肋片17，可用于弯管的定位以保证套管的同轴度和均匀的通流面积，同时能够扰动流体，增加其湍流度，在增加换热效率的同时，进一步抑制换热器的堵塞。

所述支撑机构，是由固定支架19、支撑横梁22、支撑斜梁23和挡板24构成的框架结构；对于一个螺旋盘绕式换热套管结构，在其底部设有一个支撑横梁22，用于支撑每个单体的螺旋盘绕式换热套管结构；在其一侧设有支撑斜梁23，另一侧设有挡板24；所述支撑横梁22和支撑斜梁23均固定连接在固定支架19上，挡板24连接支撑横梁22上；将换热器固定在形成的框架中，避免左右滑动，并且可在吊装、维修换热器之前将挡板24拆除。

在固定支架19上还设有若干梳型板18，每层换热套管均固定于梳型板18上，将各螺旋盘绕式换热套管结构连接、固定于地面上；且梳型板18的长度由每个螺旋盘绕式换热套管结构在其竖直方向上的高度决定。

优选地，U型螺栓20将各螺旋盘绕式换热套管结构连接处的外直管2通过三角钢21固定于固定支架19上，且要靠近内管连通管9和外管连通管10一侧，用于减小此段的轴向热膨胀量。

优选地，护板25围绕在换热器整体外侧，连接于固定支架19上，可拆除。在护板25位于换热器底层的连接空间处设置人孔26，在护板25上位于每个连接处靠近连接管的一侧设置维修门27，使其打开时可对截止球阀15进行手动操作。

优选地，滑轨28位于每个分体的螺旋盘绕式换热套管结构底部，与外直管2底部的滚轮29配合，连接于支撑横梁22之上，使需拆除的换热器能够在滑轨28上滑出；悬吊横梁31连接于立柱30上，其与一个固定滑轮32连接，还有一个移动滑轮33连接于立柱30上；铰链34将悬吊横梁31上的固定滑轮32与立柱30上的移动滑轮33连接，且可与换热器梳型板18上的吊耳35连接，其中固定滑轮32起改变铰链34方向的作用，移动滑轮33可在立柱30上移动至需要拆除、维修的换热器对应的高度上，通过铰链34与吊耳35的连接将换热器拉出并吊装。

综上所述，本发明公开的分体式螺旋盘绕式套管换热器，首先，换热套管的内、外直管分别与内、外90°弯管连接，并与内管进、出口接管和外管进、出口接管连接的螺旋盘绕式的套管结构，能够对换热管道起到温度补偿的作用，并通过在弯管入口处加装螺旋肋片抑制管道堵塞、增加换热效率；同时换热器整体由几个小型分体换热器通过内、外连通管连接组合而成，并通过内、外三通将内、外管接管连接至换热器上，加装截止球阀，可进行清洗、排污操作；将梳型板、固定支架、U型螺栓、三角钢、支撑横梁、支撑斜梁、挡板、护板等互相连接，形成换热器的外部框架对其起到固定支撑的作用，并通过人孔、维修门等的设立可实现对分体换热器的拆卸操作；最后将分体换热器底部滚轮与滑轨配合可使其滑动，通过设立顶部悬吊横梁、立柱、固定滑轮、移动滑轮、铰链、吊耳等吊装结构可将分体换热器从主体框架中拉出、吊装、从而进行维修。解决了适用于高温高压条件下，含固、含盐、含有机物等易结垢、易堵塞等流体换热中难以清洗、维修的问题，一方面主动抑制了设备变形、堵塞和损坏，一方面被动提高了设备的可维修性，降低了换热器堵塞、损坏的可能性，减缓了换热器停机、维修的周期，减小了换热器局部清洗、拆卸和维修的难度，从而保证换热器的长期、稳定、安全性运行。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims

1.一种分体式螺旋盘绕式套管换热器，其特征在于，包括若干个螺旋盘绕式换热套管结构，若干个螺旋盘绕式换热套管结构均固定在支撑机构上，且相邻的螺旋盘绕式换热套管结构通过管件结构相连；

每个螺旋盘绕式换热套管结构均由若干层螺旋盘绕的换热套管组成，所述换热套管倾斜布置，包括同轴套设的内管道和外管道，在内管道上连接有内管入口管（5），外管道上连接有外管入口管（7）；内管道由若干内直管（1）通过若干内90°弯管（4）首尾连接而成，外管道由若干外直管（2）通过若干外90°弯管首尾连接而成；

所述管件结构，包括内管连通管（9）、内管三通（11）、外管连通管（10）及外管三通（13），相邻两个螺旋盘绕式换热套管结构的内管道通过内管三通（11）和内管连通管（9）相连；相邻两个螺旋盘绕式换热套管结构的外管道通过外管三通和外管连通管（10）相连，内管三通（11）和外管三通（13）还分别连接有内管支管（12）和外管支管（14）；

内管支管（12）和外管支管（14）的另一端连接有截止球阀（15），截止球阀（15）由密封堵头（16）封堵，用于进行排污或清洗；

在内管连通管（9）和外管连通管（10）上均设置截止球阀（15），用于切换内管道和外管道进行正清洗和反清洗；

在内管道与外管道之间设置若干个螺旋肋片（17），螺旋肋片（17）分布于内直管（1）和内90°弯管的连接处，且与外直管（2）及外90°弯管存在空隙；

所述支撑机构，是由固定支架（19）、支撑横梁（22）、支撑斜梁（23）和挡板（24）构成的框架结构；

对于一个螺旋盘绕式换热套管结构，在其底部设有一个支撑横梁（22），在其一侧设有支撑斜梁（23），另一侧设有挡板（24）；所述支撑横梁（22）和支撑斜梁（23）均固定连接在固定支架（19）上，挡板（24）连接支撑横梁（22）上；

在固定支架（19）上还设有若干梳型板（18），每层换热套管均固定于梳型板（18）上，且梳型板（18）的长度由每个螺旋盘绕式换热套管结构在其竖直方向上的高度决定。

2.根据权利要求1所述的分体式螺旋盘绕式套管换热器，其特征在于，还包括连接在固定支架（19）上的可拆除的护板（25），在护板（25）上位于螺旋盘绕式换热套管结构底部的位置处设置人孔（26），在护板（25）上位于每个螺旋盘绕式换热套管结构的连接处靠近内管连通管（9）和外管连通管（10）一侧设有维修门（27）。

3.根据权利要求1所述的分体式螺旋盘绕式套管换热器，其特征在于，各个螺旋盘绕式换热套管结构连接处的外直管（2）通过三角钢（21）和U型螺栓（20）固定连接于固定支架（19）上。

4.根据权利要求1~3中任意一项所述的分体式螺旋盘绕式套管换热器，其特征在于，还包括立柱（30）和搭建于立柱（30）上方的悬吊横梁（31），在立柱（30）上设有移动滑轮（33），在悬吊横梁（31）上设有固定滑轮（32），移动滑轮（33）和固定滑轮（32）通过铰链（34）连接构成滑轮组结构。

5.根据权利要求4所述的分体式螺旋盘绕式套管换热器，其特征在于，在梳型板（18）上设置与铰链（34）相连的吊耳（35）。

6.根据权利要求4所述的分体式螺旋盘绕式套管换热器，其特征在于，在每个螺旋盘绕式换热套管结构的底部设有滑轨（28），滑轨（28）固定于支撑横梁（22）上，在每个螺旋盘绕式换热套管结构的底层换热套管的外直管（2）底部设有与滑轨（28）配合的滑轮（29），用于将需要拆除维修的螺旋盘绕式换热套管结构沿滑轨（28）滑出。