CN111780589B - 一种耐腐蚀和耐温性的列管式换热器 - Google Patents

一种耐腐蚀和耐温性的列管式换热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀和耐温性的列管式换热器，包括换热器本体，所述换热器本体的材质为金属，换热器本体内部设有相互独立的管程和壳程，所述管程和/或壳程的壁面被PTFE材料层全覆盖。本发明的列管式换热器具有高耐腐蚀性、高耐温性和较高传热系数，PTFE薄膜与基材附着力强，经济性高。

Description

一种耐腐蚀和耐温性的列管式换热器
技术领域
本发明属于换热器技术领域，特别涉及一种耐腐蚀和耐温性的列管式换热器。
背景技术
列管式换热器在应用到如下几种场合时，需要考虑到耐腐蚀性、耐温性、传热系数和经济性：强酸性应用，如盐酸、硫酸、磷酸、醋酸等，强碱性应用，如氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液等，强氧化性溶液，如铬酸，高盐性应用，如电镀排放的综合废水等，温度高达250摄氏度的烟气。
当满足了耐化学腐蚀性的要求后，可是又因为一定厚度的耐蚀性材料的传热系数小，导致需要大大增加换热面积，从而使得材料成本大幅增加。还有塑料中只有少数几种材料，如PTFE，具有较高的耐温性，或者基材本身是耐腐蚀金属或合金而具有高耐腐蚀性和高耐温性，但是基材本身是昂贵的，不具有经济性。如果在列管内喷涂耐蚀性膜材料，会因管壁尺寸小而不具可行性。综上，研制一款同时具有高耐温性、较高传热系数、高耐化学腐蚀性且经济性高的换热器成为一种必然的趋势。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种耐腐蚀和耐温性的列管式换热器，同时解决了背景技术中所提出的“现有换热器不能同时具备高耐腐蚀性、高耐温性、高传热系数和高经济性”的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种耐腐蚀和耐温性的列管式换热器，包括换热器本体，所述换热器本体的材质为金属，换热器本体内部设有相互独立的管程和壳程，所述管程和/或壳程的壁面被PTFE材料层全覆盖。
第一种实施方式中，所述管程的壁面被PTFE材料层全覆盖，其中，所有换热管的内壁面上的PTFE材料层为黏贴的PTFE薄膜，所述PTFE薄膜的黏贴面为改性面。管板外表面的PTFE材料层为PTFE喷涂层，每一根换热管内壁面管口处的PTFE薄膜与管板外表面的PTFE喷涂层的连接处为连续覆盖的PTFE跨接附加薄层。
第二种实施方式中，所述壳程的壁面被PTFE材料层全覆盖，其中，所有换热管的外壁面上的PTFE材料层为黏贴的PTFE薄膜，所述PTFE薄膜的黏贴面为改性面。管板内表面的PTFE材料层为PTFE喷涂层，每一根换热管外壁面端部处的PTFE薄膜与管板内表面的PTFE喷涂层紧密压紧。换热器本体内部的折流板上开设有供换热管穿过的通孔，换热管外壁面的PTFE薄膜的外侧在所述通孔的位置被包覆耐腐蚀包裹层。
第三种实施方式中，所述管程和壳程的壁面均被PTFE材料层全覆盖，所有换热管的内壁面和外壁面上的PTFE材料层为均黏贴的PTFE薄膜，所述PTFE薄膜的黏贴面为改性面。管板外表面和内表面的PTFE材料层均为PTFE喷涂层，每一根换热管内壁面管口处的PTFE薄膜与管板外表面的PTFE喷涂层的连接处为连续覆盖的PTFE跨接附加薄层，每一根换热管外壁面端部处的PTFE薄膜与管板内表面的PTFE喷涂层紧密压紧。换热器本体内部的折流板上开设有供换热管穿过的通孔，换热管外壁面的PTFE薄膜的外侧在所述通孔的位置被包覆耐腐蚀包裹层。
其中，在第二种实施方式和第三种实施方式中，所述换热管的端部设有用于与管板过盈配合的胀接部，所述的胀接部从换热管端面起朝着换热管中部方向依次包括第一胀管部、第二胀管部和第三胀管部。所述换热管外壁面上的PTFE薄膜延伸至所述第二胀管部的外壁面处，管板内表面的PTFE喷涂层延伸到所述第三胀管部的外侧并与换热管外壁面上的PTFE薄膜紧密压紧。
优选地，与所述第一胀管部、第二胀管部和第三胀管部分别压紧的部位内径逐渐加大。
优选地，所述第二胀管部和第三胀管部的长度均为1～6mm。
PTFE薄膜的一种结构中，所述的PTFE薄膜包括通过胶黏剂与换热管壁面相粘合的第一聚四氟乙烯材料层以及与第一聚四氟乙烯材料层热熔紧密贴合的第二聚四氟乙烯材料层。第二聚四氟乙烯材料层采用熔融挤出成型工艺制得，第一聚四氟乙烯材料层的热熔贴合表面及第二聚四氟乙烯材料层的双表面均为非改性面。第一聚四氟乙烯材料层和第二聚四氟乙烯材料层的总厚度范围为16～100um。
优选地，所述的PTFE薄膜还包括与第二聚四氟乙烯材料层的热熔紧密贴合的第三聚四氟乙烯材料层，所述第一聚四氟乙烯材料层、第二聚四氟乙烯材料层和第三聚四氟乙烯材料层的总厚度范围为16～100um。
PTFE薄膜的另一种结构中，所述的PTFE薄膜为通过PTFE窄带膜螺旋缠绕在换热管壁面上形成的缠绕膜，所述PTFE窄带膜的胶黏表面为改性面，PTFE窄带膜单张螺旋后任意相邻两匝窄带膜之间具有重叠区，所述重叠区的宽度范围为1～10mm。
本发明具有如下有益效果：因所有接触料液的接触面都有PTFE材料，如PTFE材料或PTFE薄膜，又因PTFE膜具有高耐腐蚀性和耐中温性，所以本发明的列管式换热器具有高耐腐蚀性和耐温性；因PTFE薄膜的厚度介于16～100um之间，具有较高的传热系数，使得单位换热面上的PTFE膜材料成本大幅度显著降低；通过对PTFE薄膜的胶黏贴合面进行改性处理，使得PTFE薄膜能够通过胶黏剂与基材牢固胶黏，从而避免PTFE薄膜从换热管壁上剥落；因跟喷涂或刷涂形成同厚度的PTFE膜相比，本发明的PTFE薄膜中至少一层是通过熔融挤出的致密层，能够因PTFE薄膜中的熔融挤出致密层本身无贯通的超微小孔隙而有效避免料液穿过PTFE薄膜而对基材产生点蚀。
附图说明
图1为实施例一的列管式换热器的结构示意图。
图2为实施例一的换热管与管板连接处的结构示意图。
图3为实施例一的换热管内部的第一种结构示意图。
图4为实施例一的换热管内部的第二种结构示意图。
图5为实施例一的换热管内部的第三种结构示意图。
图6为实施例二的列管式换热器的结构示意图。
图7为实施例二的换热管与管板连接处的结构示意图。
图8为图7中A部分的局部放大示意图。
图9为实施例二的换热管在折流板通孔处的结构示意图。
图10为实施例二的换热管内部的第一种结构示意图。
图11为实施例二的换热管内部的第二种结构示意图。
图12为实施例二的换热管内部的第三种结构示意图。
图13为实施例三的列管式换热器的结构示意图。
图14为实施例三的换热管与管板连接处的结构示意图。
图15为实施例三的换热管在折流板通孔处的结构示意图。
图16为实施例三的换热管内部的第一种结构示意图。
图17为实施例三的换热管内部的第二种结构示意图。
图18为实施例三的换热管内部的第三种结构示意图。
主要组件符号说明：1、筒体；10、管板；100、管口；101、第一料口；102、第二料口；103、第三料口；104、第四料口；105、PTFE喷涂层；106、PTFE跨接附加薄层；107、折流板；108、耐腐蚀包裹层；11、第一流体区；12、第二流体区；13、换热区；2、换热管；20、PTFE薄膜；200、胶黏剂；201、第一聚四氟乙烯材料层；202、第二聚四氟乙烯材料层；203、第三聚四氟乙烯材料层；204、PTFE窄带膜；205、重叠区；21、胀管；211、第一胀管部；212、第二胀管部；213、第三胀管部。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
实施例一
如图1-5所示，一种耐腐蚀和耐温性的列管式换热器，包括筒体1和设在筒体1内部并沿着筒体1长度方向布设的若干根换热管2。筒体1内部通过两管板10分隔成由上至下依次分布的第一流体区11、换热区13和第二流体区12，筒体1两端设有分别与第一流体区11、第二流体区12相连通的第一料口101、第二料口102。管板10上开设有若干个管口100，若干根换热管2设在两管板10之间且端部分别固定在管口100内，换热管2的两端分别与第一流体区11和第二流体区12密封连通。筒体1的侧壁上部和下部分别设有与换热区13相连通的第三料口103和第四料口104。
本实施例中，只有换热器管程接触强腐蚀性料液。第一料口101为强腐蚀性流体出料口，第二料口102为强腐蚀性流体进料口，第三料口103为热源出口，第四料口104为热源进口。如图2所示，换热管2内的PTFE薄膜20通过胶黏剂200贴附在换热管2内壁面，换热管2内壁面管口处的PTFE薄膜膜20与邻近管口的管板10周围区域之间边界区域上PTFE材喷涂层105是连续覆盖的的PTFE跨接附加薄层106。
如图3所示，PTFE薄膜20的第一种结构中，PTFE薄膜20包括通过胶黏剂200与换热管壁面相粘合的第一聚四氟乙烯材料层201以及与第一聚四氟乙烯材料层201热熔紧密贴合的第二聚四氟乙烯材料层202。第一聚四氟乙烯材料层201的胶黏贴合面为改性面，第二聚四氟乙烯材料层202采用熔融挤出成型工艺制得，第一聚四氟乙烯材料层201的热熔贴合表面及第二聚四氟乙烯材料层202的双表面均为非改性面。第一聚四氟乙烯材料层201和第二聚四氟乙烯材料层202的总厚度范围为16～100um。
如图4所示，PTFE薄膜20的第二种结构中，PTFE薄膜20还包括与第二聚四氟乙烯材料层202的热熔紧密贴合的第三聚四氟乙烯材料层203，第一聚四氟乙烯材料层201、第二聚四氟乙烯材料层202和第三聚四氟乙烯材料层203的总厚度范围为16～100um。
如图5所示，PTFE薄膜20的第三种结构中，PTFE薄膜20为通过PTFE窄带膜204螺旋缠绕在换热管2壁面上形成的缠绕膜，PTFE薄膜20通过胶黏剂200与换热管壁面牢固粘合，PTFE窄带膜204单张螺旋后任意相邻两匝窄带膜之间具有重叠区205，重叠区205的宽度为1～10mm，PTFE窄带膜重叠区的窄带膜是通过胶黏剂200互相牢固贴合的，PTFE薄膜20的胶黏面在胶黏之前是经过改性处理的。
本实施例的列管式换热器因为所有接触强腐蚀性等料液或温度高达250摄氏度的烟气的接触面都有PTFE薄膜或PTFE材料,又因PTFE具高耐腐蚀；所以上述管程走强腐蚀性或耐温性的物料的列管式换热器具高耐腐蚀性和耐温性；同时又因PTFE膜厚度介于16um至100um之间，具较高的传热系数，单位换热面上的PTFE膜材料成本大幅度显著降低；又因与挨着PTFE薄膜20的改性面通过胶黏剂与换热管金属管壁基材牢固胶黏，从而避免PTFE薄膜20从换热管壁上剥落；又因跟喷涂或刷涂形成同厚度的膜相比，PTFE薄膜20的第二聚四氟乙烯材料层是熔融挤出且是致密的，从而避免物料通过无超微小孔隙而无法穿过PTFE薄膜20，从而也避免了点蚀。
实施例二
如图6-12所示，本实施例中，只有换热器壳程接触强腐蚀性料液。本实施例与实施例一的区别仅在于：壳程走强腐蚀性流体，管程走非腐蚀性流体。换热管2的外壁面胶黏贴附PTFE薄膜20，PTFE薄膜20的黏贴面是改性面，壳程内其它壁面上贴有并全覆盖PTFE材料。两管板10之间设有折流板107，折流板107上开设有供换热管2穿过的通孔，PTFE薄膜20的外侧在通孔的位置包覆有耐腐蚀包裹层108。管板10的内表面设有PTFE喷涂层105。换热管2与管口100的配合处为一节通过高压胀接形成的胀管21。胀管21从换热管2端面起朝着换热管2中部方向依次包括第一胀管部211、第二胀管部212和第三胀管部213。PTFE薄膜20延伸至第二胀管部212的外壁面处，PTFE薄膜20的外表面与管口100壁面紧密贴合。管板10内表面上的PTFE喷涂层105沿着管口100壁面延伸至第三胀管部213的外侧并与PTFE薄膜20紧密压紧。第二胀管部212和第三胀管部213的长度均为1～6mm，与第一胀管部211、第二胀管部212和第三胀管部213的分别压紧的部位内径依次加大。本实施例效果与实施例一相同。
实施例三
如图13-18所示，本实施例中，换热器壳程和管程均接触强腐蚀性物料。本实施例除了具有实施例二的壳程是耐腐蚀和耐温性结构特征外，还具有实施例一的管程是耐腐蚀和耐温性的结构特征。
本实施例的用途之一是充当机械压缩再蒸发系统的主换热器，且换热管内外两侧的物料是强腐蚀性或强氧化性的。处在换热管2吸热侧的料液被加热蒸发后产生蒸汽通过蒸汽压缩机压缩后可直接作为热源冷凝在同一换热器的换热管2的放热侧。传热途径：换热管2的放热侧料液蒸汽凝结-->管壁--〉换热管2的吸热侧料液吸热，与冷媒作为传热介质的加倍传热途径(换热管的放热侧料液蒸汽凝结-->换热管管壁--〉冷媒蒸发吸热-->冷媒蒸汽压缩机-->被压缩升温的冷媒蒸汽凝结-->另一个换热管管壁-->换热管的吸热侧料液被加热)相比，约节省一半传热途径。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种耐腐蚀和耐温性的列管式换热器，包括换热器本体，其特征在于：所述换热器本体的材质为金属，换热器本体内部设有相互独立的管程和壳程，所述管程和/或壳程的壁面被PTFE材料层全覆盖；所述的PTFE材料层包括PTFE薄膜，所述的PTFE薄膜包括通过胶黏剂与换热管壁面相粘合的第一聚四氟乙烯材料层以及与第一聚四氟乙烯材料层热熔紧密贴合的第二聚四氟乙烯材料层，第二聚四氟乙烯材料层采用熔融挤出成型工艺制得，第一聚四氟乙烯材料层的热熔贴合表面及第二聚四氟乙烯材料层的双表面均为非改性面；所述第一聚四氟乙烯材料层的胶黏贴合面为改性面；所述第一聚四氟乙烯材料层和第二聚四氟乙烯材料层的总厚度范围为16～100um。
2.如权利要求1所述的一种耐腐蚀和耐温性的列管式换热器，其特征在于：所述管程的壁面被PTFE材料层全覆盖，其中，所有换热管的内壁面上的PTFE材料层为黏贴的PTFE薄膜，管板外表面的PTFE材料层为PTFE喷涂层，每一根换热管内壁面管口处的PTFE薄膜与管板外表面的PTFE喷涂层的连接处为连续覆盖的PTFE跨接附加薄层。
3.如权利要求1所述的一种耐腐蚀和耐温性的列管式换热器，其特征在于：所述壳程的壁面被PTFE材料层全覆盖，其中，所有换热管的外壁面上的PTFE材料层为黏贴的PTFE薄膜，管板内表面的PTFE材料层为PTFE喷涂层，每一根换热管外壁面端部处的PTFE薄膜与管板内表面的PTFE喷涂层紧密压紧，换热器本体内部的折流板上开设有供换热管穿过的通孔，换热管外壁面的PTFE薄膜的外侧在所述通孔的位置被包覆耐腐蚀包裹层。
4.如权利要求1所述的一种耐腐蚀和耐温性的列管式换热器，其特征在于：所述管程和壳程的壁面均被PTFE材料层全覆盖，所有换热管的内壁面和外壁面上的PTFE材料层为黏贴的PTFE薄膜，管板外表面和内表面的PTFE材料层均为PTFE喷涂层，每一根换热管内壁面管口处的PTFE薄膜与管板外表面的PTFE喷涂层的连接处为连续覆盖的PTFE跨接附加薄层，每一根换热管外壁面端部处的PTFE薄膜与管板内表面的PTFE喷涂层紧密压紧，换热器本体内部的折流板上开设有供换热管穿过的通孔，换热管外壁面的PTFE薄膜的外侧在所述通孔的位置被包覆耐腐蚀包裹层。
5.如权利要求3或4所述的一种耐腐蚀和耐温性的列管式换热器，其特征在于：所述换热管的端部设有用于与管板过盈配合的胀接部，所述的胀接部从换热管端面起朝着换热管中部方向依次包括第一胀管部、第二胀管部和第三胀管部,所述换热管外壁面上的PTFE薄膜延伸至所述第二胀管部的外壁面处，管板内表面的PTFE喷涂层延伸到所述第三胀管部的外侧并与换热管外壁面上的PTFE薄膜紧密压紧。
6.如权利要求5所述的一种耐腐蚀和耐温性的列管式换热器，其特征在于：与所述第一胀管部、第二胀管部和第三胀管部分别压紧的部位内径逐渐加大。
7.如权利要求5所述的一种耐腐蚀和耐温性的列管式换热器，其特征在于：所述第二胀管部和第三胀管部的长度均为1～6mm。
8.如权利要求1所述的一种耐腐蚀和耐温性的列管式换热器，其特征在于：所述的PTFE薄膜还包括与第二聚四氟乙烯材料层的热熔紧密贴合的第三聚四氟乙烯材料层，所述第一聚四氟乙烯材料层、第二聚四氟乙烯材料层和第三聚四氟乙烯材料层的总厚度范围为16～100um。
9.如权利要求2-4中任一项所述的一种耐腐蚀和耐温性的列管式换热器，其特征在于：所述的PTFE薄膜为通过PTFE窄带膜螺旋缠绕在换热管壁面上形成的缠绕膜，所述PTFE窄带膜的胶黏表面为改性面，PTFE窄带膜单张螺旋后任意相邻两匝窄带膜之间具有重叠区，所述重叠区的宽度范围为1～10mm。
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Denomination of invention: A corrosion-resistant and temperature resistant tubular heat exchanger

Effective date of registration: 20230531

Granted publication date: 20221021

Pledgee: China Everbright Bank Limited by Share Ltd. Xiamen branch

Pledgor: XIAMEN VISBE ENVIRONMENTAL Group

Registration number: Y2023980042215