CN112432523A

CN112432523A - 锥形孔折流板结构的管壳式换热器

Info

Publication number: CN112432523A
Application number: CN202011181926.7A
Authority: CN
Inventors: 陈忠海; 杨鹏; 刘龙飞; 张嘉旺; 马志远; 郑雅婷; 孙晓晴; 潘柱; 陈吉; 吴考阳
Original assignee: Hebei University of Architecture
Current assignee: Hebei University of Architecture
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2021-03-02

Abstract

本发明公开是关于锥形孔折流板结构的管壳式换热器，涉及换热技术领域，包括：至少一个锥形孔折流板，至少一个锥形孔折流板设置于外壳体的内腔中；至少一组换热管束，至少一组换热管束横向贯穿至少一个所述锥形孔折流板；至少一组锥形渐缩孔，任一锥形孔折流板上设有至少一组所述锥形渐缩孔；至少一组锥形渐缩孔与至少一组换热管束间隔布置。本公开技术方案，壳侧流体由锥形孔穿过，折流板上小孔类似于锥形孔喷嘴，可使壳程流体经过折流板时产生射流，一定流速的流体冲刷管束外壁，从而增加流体湍流度，减小管壁液体边界层，有效强化传热，其壳程流体为纵向流，这样可以有效的支撑管束，从而避免管束流体发生诱导振动，减小了壳程流体对管束的冲击。

Description

锥形孔折流板结构的管壳式换热器

技术领域

本发明公开涉及换热技术领域，尤其涉及锥形孔折流板结构的管壳式换热器。

背景技术

能源是工业发展和经济进步的动力，是所有工业活动的物质基础，高效地利用能源是工业现代化水平的重要体现。如何节能减耗，已经成为全社会的共同课题。使用高效率的工业设备是节能减耗得重要途径，换热器是工业生产中实现冷热流体能量交换的换热设备，还能进行余热的回收和二次利用，可以减少能源的消耗。管壳式换热器作为重要的换热设备，因结构简单、运行可靠和易于维护等特点而广泛应用于石油化工、冶金电力、能源动力等领域，最高可达到整个换热器市场的70％。

其中弓形折流板换热器是应用最为广泛的一种管壳式换热器。但是传统的弓形折流板换热器存在诸多问题：

(1)壳侧流体横向流占主导地位，在垂直折流板处突然转向，引起流动阻力，造成较大压降，能耗增加。

(2)折流板背风处存在流动死区，并且还存在漏流、旁流等情况，不能充分换热，降低传热系数。

(3)由于流动死区的存在，对于杂质较高的工质，容易结垢、降低换热效率。

(4)工质横向流动时易发生诱导振动，从而损坏传热管。这些问题严重影响弓形折流板换热器的换热效率和使用寿命，克服这些问题对节能减耗和提高能源利用率，存在十分重要的社会和经济意义。基于上述背景一提出种锥形孔折流板管壳式换热器。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了锥形孔折流板结构的管壳式换热器。所述技术方案如下：

根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种锥形孔折流板结构的管壳式换热器，包括外壳体，所述外壳体上设有前管组件以及后管组件，该锥形孔折流板结构的管壳式换热器还包括：

至少一个锥形孔折流板，至少一个锥形孔折流板设置于外壳体的内腔中；

至少一组换热管束，至少一组换热管束横向贯穿至少一个所述锥形孔折流板；

至少一组锥形渐缩孔，任一锥形孔折流板上设有至少一组所述锥形渐缩孔；

至少一组锥形渐缩孔与至少一组换热管束间隔布置。

在一个实施例中，所述前管组件包括：

前管板，所述前管板位于外壳体的第一端，所述前管板与至少一组换热管束的进水端相连通；

前管箱，所述前管箱与外壳体的第一端固定连接；

管程进口管，所述管程进口管与前管箱内部相连通。

在一个实施例中，所述后管组件包括：

后管板，所述后管板位于外壳体的第二端，所述后管板与至少一组换热管束的出水端相连通；

后管箱，所述后管箱与外壳体的第二端固定连接；

管程出口管，所述管程出口管与后管箱内部相连通。

在一个实施例中，所述外壳体靠近前管板的表面设有壳程出口管，所述壳程出口管与外壳体的内部相连通。

在一个实施例中，所述外壳体靠近后管板的表面设有壳程进口管，所述壳程进口管与外壳体的内部相连通。

在一个实施例中，所述锥形渐缩孔的孔径从管程出口管到管程进口管的方向逐渐减小，所述锥形渐缩孔的入口孔径为12-18mm，出口孔径为8-12mm。

本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

第一、利用锥形渐缩孔，可使壳程流体经过折流板时产生射流，一定流速的流体冲刷管束外壁，从而增加流体湍流度，减小管壁液体边界层，有效强化传热；

第二、利用换热管束与前、后管板的装配，其壳程流体为纵向流，这样可以有效的支撑管束，从而避免管束流体发生诱导振动，减小了壳程流体对管束的冲击。

当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是本发明所述一种锥形孔折流板结构的管壳式换热器的剖视图；

图2是本发明所述换热管束于前、后管板的装配示意图；

图3是本发明所述锥形孔折流板的结构示意图；

图4是本发明所述换热管束与锥形孔折流板的装配示意图；

图5是本发明所述锥形渐缩孔的剖视图；

附图标记：

1、管程进口管	2、前管箱	3、壳程出口管
			4、锥形孔折流板	5、外壳体	6、管程出口管
7、壳程进口管	8、锥形渐缩孔	9、法兰盘
			10、前管板	11、后管板	12、换热管束
13、后管箱	14、圆孔	15、内壳体

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明公开实施例所提供的技术方案涉及锥形孔折流板结构的管壳式换热器，尤其涉及换热技术领域。在相关技术中，但是传统的弓形折流板换热器存在诸多问题：壳侧流体横向流占主导地位，在垂直折流板处突然转向，引起流动阻力，造成较大压降，能耗增加；折流板背风处存在流动死区，并且还存在漏流、旁流等情况，不能充分换热，降低传热系数；由于流动死区的存在，对于杂质较高的工质，容易结垢、降低换热效率；工质横向流动时易发生诱导振动，从而损坏传热管。基于此，本公开技术方案所提供的锥形孔折流板结构的管壳式换热器，壳侧流体由锥形孔穿过，折流板上小孔类似于锥形孔喷嘴，可使壳程流体经过折流板时产生射流，一定流速的流体冲刷管束外壁，从而增加流体湍流度，减小管壁液体边界层，有效强化了传热。另外不同于传统弓型折流板管壳式换热器，其壳程流体为纵向流，这样可以有效的支撑管束，从而避免管束流体发生诱导振动，减小了壳程流体对换热管束的冲击。

图1示例性示出了本发明公开技术方案所提供的锥形孔折流板结构的管壳式换热器的剖视图。根据图1至图5可知，外壳体5上设有前管组件以及后管组件，该锥形孔折流板结构的管壳式换热器还包括：四个锥形孔折流板4，四个锥形孔折流板4等距离且相互平行设置于外壳体5的内腔中；多组换热管束12，多组换热管束12垂直横向贯穿四个锥形孔折流板4；多组锥形渐缩孔8，每个锥形孔折流板4上设有相互平行的多组锥形渐缩孔8；任一组锥形渐缩孔8与任一组换热管束12间隔布置，需要进一步指出的是，每组换热管束12中的换热管束数量不等，换热管束由n根圆柱形管束组成，换热管长度为L，外径d1，内径d2，其中每根换热管束横纵间距为d3，每组换热管束12的多个换热管等距离排列，且每个换热管束12的轴线位于同一平面内，锥形孔折流板4与换热器内壳体15垂直，并与外壳体5焊接连接使之固定，锥形孔折流板4烦人直径与换热器的内径相同为D，折流板的厚度为σ。

示例中，前管组件包括：前管板10，前管板10位于外壳体5的第一端，前管板10与至少一组换热管束12的进水端相连通；前管箱2，前管箱2与外壳体5的第一端固定连接；管程进口管1，管程进口管1与前管箱2内部相连通，需要进一步指出的是，。

示例中，后管组件包括：后管板11，后管板11位于外壳体5的第二端，后管板11与至少一组换热管束12的出水端相连通；后管箱13，后管箱13与外壳体5的第二端固定连接；管程出口管6，管程出口管6与后管箱13内部相连通。

示例中，外壳体5靠近前管板10的表面设有壳程出口管7，壳程出口管 1与外壳体5的内部相连通。

示例中，外壳体5靠近后管板13的表面设有壳程出口管6，壳程进口管 6与外壳体5的内部相连通。

优选的，锥形渐缩孔8的孔径从管程出口管6到管程进口管1的方向逐渐减小，锥形渐缩孔的入口孔径为16mm，出口孔径为8mm。

如图1所示，外壳体5的两端分别设有前管箱2以及后管箱13，前管箱2 与外壳体的连接处设有前管板10，后管箱12与外壳体5的连接处设有后管板11，利用相互平行设置的前管板10以及后管板11来固定换热管束12。

如图2所示，前管板10以及后管板11分别与外壳体5的端部分别通过法兰盘9及前管板10以及后管板11的前管箱2以及后板箱13法兰盘连接，前管箱2与外壳体5的第一端的连接处设有密封垫，后管箱13与外壳体5的第二端的连接处设有密封垫。

锥形孔折流板4为整圆形折流板，锥形孔折流板4与换热器内壳体15垂直，并与外壳体5焊接连接使之固定，锥形孔折流板4直径与换热器的外壳体5内径相同为D，折流板的厚度为σ。

如图3、4所示，在整圆形折流板上有若干正方形排列的锥形渐缩孔8 以及圆孔14，圆孔14由换热管束12通过，圆孔14之间的间距相等，在纵向圆孔14之间的中心设有锥形渐缩孔8，锥形渐缩孔8的尺寸相同。

如图5所示，折流板上的圆孔14与正方形排列的换热管束12紧密贴合，壳侧流体从锥形渐缩孔8通过，将传统的弓形折流板换热器的Z字流向变为纵向流，大大减小了传统弓形折流板换热死区面积大的问题。

锥形渐缩孔8的入口直径为d5，出口直径为d6，厚度即为折流板的厚度σ，收缩角为θ。前管板10与后管板11的厚度均为σ1。

本技术方案中的锥形孔折流板结构的管壳式换热器的工作原理：

换热器运行时，壳侧热流体由壳程进口管7流入，首先进入管程Ⅰ区，由最靠近后管板11的锥形孔折流板4的锥形渐缩孔8依次进入Ⅱ区，Ⅲ区，Ⅳ区，最终进入Ⅴ区，在Ⅰ区-Ⅴ区，壳侧热流体经过锥形渐缩孔8产生一定流速的射流流体冲刷换热管束12，与换热管束12充分换热，最后换热后的壳侧热流体由壳程出口管3流出。管程冷流体由管程进口管1进入在换热管束12中，经过管程途中与壳侧热流体发生换热，壳侧温度较高的热流体通过换热管束12的管壁将热量传递给管内温度较低的管内冷流体，壳侧热流体被冷却，同时，管内冷流体被加热，实现了冷热流体的换热工艺。最后被加热后管程冷流体由管程出口管3流出管束。内壳体5和外壳体15之间设置等距分布的锥形孔折流板4，四块锥形孔折流板4组成五个换热周期，其中，锥形孔折流板4直径为D，厚度为σ，相邻锥形孔折流板4的间距为d4，且每个锥形孔折流板4上相同的位置开上一定数目的锥形渐缩孔8，每个锥形孔折流板4上的锥形渐缩孔8孔数目均为n-6个。锥形渐缩孔8的入口外径为d5，出口外径为d6，锥形渐缩孔8的收缩角为θ。

壳侧流体由锥形孔穿过，锥形孔折流板4上的锥形渐缩孔8类似于锥形孔喷嘴，可使壳程流体经过锥形孔折流板4时产生射流，一定流速的流体冲刷换热管束12的外壁，从而增加流体湍流度，减小管壁液体边界层，有效强化了传热。另外不同于传统弓型折流板管壳式换热器，其壳程流体为纵向流，这样可以有效的支撑换热管束12，从而避免换热管束12流体发生诱导振动，减小了壳程流体对换热管束12的冲击。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。

Claims

1.一种锥形孔折流板结构的管壳式换热器，包括外壳体，所述外壳体上设有前管组件以及后管组件，其特征在于，该锥形孔折流板结构的管壳式换热器还包括：

至少一组锥形渐缩孔与至少一组换热管束间隔布置。

2.根据权利要求1所述的锥形孔折流板结构的管壳式换热器，其特征在于，所述前管组件包括：

前管箱，所述前管箱与外壳体的第一端固定连接；

管程进口管，所述管程进口管与前管箱内部相连通。

3.根据权利要求2所述的锥形孔折流板结构的管壳式换热器，其特征在于，所述后管组件包括：

后管箱，所述后管箱与外壳体的第二端固定连接；

管程出口管，所述管程出口管与后管箱内部相连通。

4.根据权利要求1所述的锥形孔折流板结构的管壳式换热器，其特征在于，所述外壳体靠近前管板的表面设有壳程出口管，所述壳程出口管与外壳体的内部相连通。

5.根据权利要求1所述的锥形孔折流板结构的管壳式换热器，其特征在于，所述外壳体靠近后管板的表面设有壳程进口管，所述壳程进口管与外壳体的内部相连通。

6.根据权利要求1所述的锥形孔折流板结构的管壳式换热器，其特征在于，所述锥形渐缩孔的孔径从管程出口管到管程进口管的方向逐渐减小，所述锥形渐缩孔的入口孔径为12-18mm，出口孔径为8-12mm。