CN111076601B - 一种带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构 - Google Patents
一种带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构以及具有上述腐蚀消减机构的管壳式换热器,包括螺旋导叶组、螺旋导叶固定法兰、螺旋导叶支撑圈,所述螺旋导叶组包括多条螺旋形导叶等。其通过螺旋导叶组的导流作用,使流体在由大截面向小截面流动过程中的流线由收缩状态变为螺旋线状态,可有效消除由于流通截面突变所引起的边界层分离及二次涡流,从而降低管壳式换热器出口管线的腐蚀程度,提高了出口管道的可靠性,同时螺旋导叶支撑圈可直接焊接或丝扣连接在管壁上,螺旋导叶固定法兰通过连接螺母、螺栓固定在出口接管法兰盘之间,安装简易,避免了换热器的重新设计加工,可直接进行现场改造。
Description
技术领域
本发明属于管道防腐技术领域,特别涉及一种用于管壳式换热器的带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构以及带有该腐蚀消减机构的管壳式换热器。
背景技术
管壳式换热器由于具有结构紧凑,传热系数高、不易结垢、不易泄漏及安装方便等优点,目前成为炼油和化工行业冷热流体进行热量交换的常用设备;但是当管壳式换热器内部流动的介质为气液两相流体或者是具有易挥发组分的流体介质时,流体由换热器的壳体或管体向其出口管流动过程中,由于流通截面积的突变,导致流体的流动方向发生急剧变化,流动速度增加,流体的压力降低;这种流动特性的急剧改变会引起边界层分离及二次涡流,加剧了腐蚀过程的进行;故为了降低出口管道的腐蚀程度,提高设备的使用寿命,需要尽可能的减少由于流通截面突变所引起的边界层分离及二次涡流;因此提出一种新型的出口管道的腐蚀消减机构对于降低管壳式换热器出口管线的腐蚀及提高其寿命都具有重要的意义。
现有技术中降低管道腐蚀的措施有很多,包括添加缓蚀剂、涂层保护、更换管道材质以及阴极保护等,但是上述这些常用的措施主要针对流体输送管道中常见的化学腐蚀和电化学腐蚀,对于由于流动截面突变引起的边界层分离及二次涡流多导致的腐蚀作用不大;现有文献ZL201410155224.X提出了一种减少振动和降低气蚀的管道减震装置,主要是利用一组变升角的螺旋导流管以及双侧变升角的螺旋导流管产生旋流作用来降低管道振动和消除气蚀的,但是这种管道减震装置结构比较复杂,难以应用于管壳式换热器的出口管道,而现有文献ZL201710392415.1、ZL201520040984.6分别提出了用于循环泵入口的流体螺旋导流节能装置及依靠螺旋导流部件提高油气分离效率的压缩机排气管及具有这种排气管的压缩机,但是这两种装置的流动阻力损失较大,也不具有变截面导流作用。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构及带有所述腐蚀消减机构的管壳式换热器,以降低管壳式换热器出口管线的腐蚀速度,提高出口管的使用寿命。
本发明采用的技术方案如下:一种带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构,包括:螺旋导流翅片组、螺旋导流翅片固定法兰、螺旋导流翅片支撑圈;所述螺旋导流翅片组包括多条螺旋导流翅片,所述螺旋导流翅片一端固定在所述螺旋导流翅片固定法兰上,以螺旋导流翅片固定法兰为起点,沿安装该腐蚀消减机构的管道内壁螺旋盘绕延伸至管道内部,所述螺旋形导流翅片延伸进管道内部的一端固定在所述螺旋导流翅片支撑圈上。
本发明所述螺旋导流翅片组可设置2~8条螺旋导流翅片,所述螺旋形导流翅片的螺距沿着流体流动方向呈现先减小后增大的变化趋势,如此设置有效防止了形成稳定旋涡,从而防止了空化腐蚀现象;螺旋导流翅片通过焊接的方式固定在螺旋导流翅片固定法兰上,并通过焊接的方式固定在螺旋导流翅片支撑圈上,螺旋形导流翅片旋转方向相同且沿管道内壁圆周阵列分布。
优选的,本发明所述螺旋导流翅片固定法兰中间设置有连接肋片,所述螺旋导流翅片固定连接在螺旋导流翅片连接肋片上,如此设置,所述螺旋导流翅片临近管道端口的一端由螺旋导流翅片连接肋片固定,位于管道内部的一端由螺旋导流翅片支撑圈固定,从而保证腐蚀消减机构的结构稳定性;
本发明所述螺旋导流翅片连接肋片数量可以是一条、两条或多条,其分布型式为等分所述螺旋导流翅片固定法兰圆截面,例如“一”字型、“十”字型、“米”字型设置,优选两条肋片的“十”字型。所述螺旋导流翅片连接肋片长度为所述螺旋导流翅片固定法兰圆截面的直径,所述螺旋导流翅片连接肋片宽度不超过所述螺旋导流翅片固定法兰的厚度,所述螺旋导流翅片连接肋片厚度不小于螺旋导流翅片的厚度。
本发明所述螺旋导流翅片的宽度与换热器出口接管的内径的比例为1:15~40,优选1:20~30;所述螺旋导流翅片组中单个导流翅片的螺距l与换热器出口接管的内径的比例为1:1~10,单个导流翅片的最小螺距lmin与最大螺距lmax的比例为1:4~10。
本发明所述螺旋导流翅片支撑圈安装在换热器出口接管内壁面上,用以固定所述多条螺旋形导流翅片,防止螺旋形导流翅片晃动,其宽度与换热器出口接管的内径的比例为1:5~10。
本发明所述螺旋导流翅片支撑圈固定在所述换热器出口接管内壁面上,所述固定方法为焊接或者丝扣连接。
本发明所述螺旋导流翅片固定法兰固定于出口接管法兰和外接管道法兰盘之间,从而将腐蚀消减机构固定在管道上;具体的,所述螺旋导流翅片固定法兰上设置与出口接管法兰盘端面螺栓孔相对应的螺栓孔,从而便于连接螺栓与连接螺母的连接。
本发明还提供了一种管壳式换热器,其特征在于换热器包括:管壳式换热器本体、换热器封头、换热器出口接管、上述腐蚀消减机构及出口接管法兰;所述腐蚀消减机构的螺旋导流翅片通过螺旋导流翅片固定法兰和螺旋导流翅片支撑圈安装在换热器出口接管内,所述腐蚀消减机构的螺旋导流翅片支撑圈固定在换热器出口接管起始端,所述腐蚀消减机构的螺旋导流翅片固定法兰连接到出口接管法兰端面上,所述换热器出口接管通过焊接连接到换热器上。
本发明所述换热器,其冷流体的出口接管和热流体的出口接管均安装所述带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构。
本发明的有益效果是:(1)本发明所提出的带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构,适用于气液两相流体及含易挥发介质的流体的热量交换领域,通过螺旋导流翅片组的导流作用,使流体在由大截面向小截面流动过程中的流线由收缩状态变为螺旋线状态,且进入出口管线之后流动方向时刻改变,可以有效消除由于流通截面突变所引起的边界层分离及二次涡流,从而降低管壳式换热器出口管线的腐蚀程度,提高了管壳式换热器出口管道的可靠性;(2)本发明所提出的带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构,起消减作用的螺旋导流翅片组是依靠螺旋导流翅片支撑圈和螺旋导流翅片固定法兰与出口管路相连,其中螺旋导流翅片支撑圈可以直接焊接或通过丝扣连接在管壁上,螺旋导流翅片固定法兰通过连接螺母和连接螺栓固定在出口接管法兰盘和外接管路的法兰盘之间,上述安装设计简单易操作,避免了换热器的重新设计加工,可以直接进行现场改造,扩大了本发明的应用范围。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为带有出口螺旋导流翅片腐蚀消减机构;
图2为带有出口螺旋导流翅片腐蚀消减机构的管壳式换热器局部结构示意图;
图3为螺旋导流翅片固定法兰的连接方式示意图;
图4为螺旋导流翅片支撑圈连接方式示意图。
图中标号:1—螺旋导流翅片组;2—螺旋导流翅片固定法兰;3—螺旋导流翅片支撑圈;4—换热器出口接管;5—换热器封头;6—出口接管法兰;7—外接管道;201—螺旋导流翅片连接肋片;202—螺旋导流翅片固定法兰螺栓孔;203—连接螺栓;204—连接螺母;301—螺钉;302—橡胶垫片。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方法,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
参阅附图,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的位置限定用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
图1显示了一种带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构,主要包括螺旋导流翅片组1、螺旋导流翅片固定法兰2、螺旋导流翅片支撑圈3;所述螺旋导流翅片组1包括多条螺旋形导流翅片,所述螺旋形导流翅片一端固定连接在所述螺旋导流翅片固定法兰2上,以螺旋导流翅片固定法兰2为起点,沿安装该腐蚀消减机构的管道内壁螺旋盘绕延伸至管道内部,所述螺旋形导流翅片延伸进管道内部的一端与所述螺旋导流翅片支撑圈3连接。螺旋导流翅片组1包括4组螺旋扭转的导流翅片,螺距沿着流动方向呈现先减小后增大的变化趋势;螺旋导流翅片通过焊接的方式与法兰端面的螺旋导流翅片固定法兰2上的螺旋导流翅片连接肋片201连接,并通过焊接的方式与螺旋导流翅片支撑圈3相连并相互间隔安装,旋转方向相同且沿接管圆周方向均匀阵列,所述螺旋导流翅片连接肋片201焊接固定在螺旋导流翅片固定法兰2的内圈边缘。
如图1所示,螺旋导流翅片固定法兰2上设置有螺旋导流翅片固定法兰螺栓孔202,从而便于连接螺栓203与连接螺母204的连接。
图2显示了一种带有出口螺旋导流翅片腐蚀消减机构的管壳式换热器,其包括换热器封头5、换热器出口接管4、所述腐蚀消减机构及出口接管法兰6;其中腐蚀消减机构的螺旋导流翅片组1通过螺旋导流翅片固定法兰2和螺旋导流翅片支撑圈3安装在换热器出口接管4内,螺旋导流翅片支撑圈3固定在换热器出口接管4起始端,螺旋导流翅片固定法兰2连接到出口接管法兰6端面上,换热器出口接管4通过焊接连接到换热器上,出口接管4和出口接管法兰6安装在换热器的排气侧,并与换热器的轴线垂直;出口接管4内部的螺旋导流翅片组1包括4组螺旋扭转的叶片,通过靠近法兰端面的螺旋导流翅片固定法兰2和靠近换热器壳体的螺旋导流翅片支撑圈3相互间隔安装,旋转方向相同且沿接管圆周方向均匀阵列,共同组成出口螺旋导流腐蚀消减机构;当换热器正常工作过程中,冷、热流体由换热器壳体经该出口螺旋导流腐蚀消减机构向外流动时,在出口接管4内部的螺旋导流翅片组1作用下,流体的流动方向和湍流程度均发生变化,减少了接管附近的二次涡流,实现腐蚀的消减。
图3显示了螺旋导流片固定法兰的连接方式示意图,如图3所示螺旋导流翅片固定法兰2安装在换热器外侧出口接管法兰6和外接外接管道7的法兰盘之间,法兰面通过连接螺栓203和连接螺母204的丝扣与出口接管法兰6以及外接管道7的法兰盘固定在一起。
图4显示了一种螺旋导流翅片支撑圈连接方式示意图,如图3所示螺旋导流翅片支撑圈3的内圈通过焊接的方式与螺旋导流翅片组1连接,外圈则通过螺钉301与换热器出口接管4旋紧固定,为了保证在圆弧面内旋紧不松动,螺钉301与出口接管2之间加装橡胶垫片302。在螺旋导流翅片固定法兰2及螺旋导流翅片支撑圈3的共同作用下,螺旋导流翅片组1固定在换热器出口接管4内,并且具有可拆卸性,便于现场对已有的管壳式换热器出口接管进行改造和更换。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可作出的各种等效结构或等效流程的修改或变形,或直接或间接运用到其他相关的技术领域,仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构,其特征在于,所述腐蚀消减机构包括:螺旋导流翅片组(1)、螺旋导流翅片固定法兰(2)、螺旋导流翅片支撑圈(3);所述螺旋导流翅片组(1)包括多条螺旋导流翅片,所述螺旋导流翅片一端固定在所述螺旋导流翅片固定法兰(2)上,以螺旋导流翅片固定法兰(2)为起点,沿安装该腐蚀消减机构的管道内壁螺旋盘绕延伸至管道内部,所述螺旋导流翅片延伸进管道内部的一端固定在所述螺旋导流翅片支撑圈(3)上;所述螺旋导流翅片的螺距沿着流体流动方向呈现先减小后增大的变化趋势。
2.根据权利要求1所述的带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构,其特征还在于,所述螺旋导流翅片组(1)包括2~8条螺旋导流翅片。
3.根据权利要求1所述的带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构,其特征还在于,所述螺旋导流翅片固定法兰(2)中间设置有螺旋导流翅片连接肋片(201),所述螺旋导流翅片固定连接在螺旋导流翅片连接肋片(201)上,所述螺旋导流翅片临近管道端口的一端由螺旋导流翅片连接肋片(201)固定,位于管道内部的一端由螺旋导流翅片支撑圈(3)固定。
4.根据权利要求3所述的带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构,其特征还在于,所述螺旋导流翅片连接肋片(201)数量是一条、两条或多条,其分布型式为等分所述螺旋导流翅片固定法兰(2)圆截面。
5.根据权利要求3或4所述的带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构,其特征还在于,所述螺旋导流翅片连接肋片(201)长度为所述螺旋导流翅片固定法兰(2)内圆截面的直径,所述螺旋导流翅片连接肋片(201)宽度不超过所述螺旋导流翅片固定法兰(2)的厚度,所述螺旋导流翅片连接肋片(201)厚度不小于螺旋导流翅片的厚度。
6.根据权利要求1所述的带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构,其特征还在于,所述螺旋导流翅片支撑圈(3)安装在换热器出口接管内壁面上。
7.根据权利要求6所述的带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构,其特征还在于,所述螺旋导流翅片支撑圈(3)通过焊接或丝扣连接的方式固定在换热器出口接管(4)内壁面上。
8.根据权利要求1所述的带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构,其特征还在于,所述螺旋导流翅片固定法兰(2)固定于出口接管法兰(6)法兰盘和外接管道(7)法兰盘之间,从而将腐蚀消减机构固定在管道上。
9.根据权利要求8所述的带有出口螺旋导流翅片的腐蚀消减机构,其特征还在于,所述螺旋导流翅片固定法兰(2)上设置与出口接管法兰(6)端面螺栓孔相对应的螺旋导流翅片固定法兰螺栓孔(202)。
10.一种具有权利要求1-9任一项所述的腐蚀消减机构的管壳式换热器,其特征在于,包括换热器壳体、换热器封头(5)、换热器出口接管(4)、所述腐蚀消减机构及出口接管法兰(6);所述腐蚀消减机构的螺旋导流翅片组(1)通过螺旋导流翅片固定法兰(2)和螺旋导流翅片支撑圈(3)安装在换热器出口接管(4)内,所述腐蚀消减机构的螺旋导流翅片支撑圈(3)固定在换热器出口接管(4)起始端,所述腐蚀消减机构的螺旋导流翅片固定法兰(2)连接到出口接管法兰(6)端面上。
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