CN113483584A - 一种u形管式换热器的布管方法 - Google Patents

一种u形管式换热器的布管方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种U形管式换热器的布管方法，其特征在于：该换热器包括管板和管口朝上竖向穿设在管板上的多根U形换热管，所述管板具有以横轴和纵轴划分形成的第一象限、第二象限、第三象限以及第四象限，所述各U形换热管的管口分别分布在不同的象限。本发明U形管式换热器的布管方式中，侧部区域中U形换热管为非轴对称的叉排，底部区域中U形换热管为常规的规则排列，形成沿横轴对称的U形换热区域，该布管中最内侧U形换热管的弯曲半径大、排管数量多，传热效率高、设备运行周期长、结构紧凑、减少设备直径、降低设备投资。

Description

一种U形管式换热器的布管方法
技术领域
本发明属于换热器技术领域，具体涉及一种U形管式换热器的布管方法。
背景技术
热交换器(简称换热器)在石油、化工、轻工、食品和原子能等许多工业部门发挥着重要的作用。换热器按结构可分为：固定管板换热器、U形管式换热器、浮头式换热器、填料函式换热器、板式换热器、绕管式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、夹套换热器等。
在高温高压高粘度流体环境下，因换热量较大，蛇管式换热器、套管式换热器、夹套换热器等不满足换热量需求。因流体粘度高，板式换热器、绕管式换热器不满足使用要求。因操作压力高，高温且管壳程温差大，固定管板式换热器、浮头式换热器和填料函式换热器不满足使用要求。因此，对于这种高温高压高粘度流体的换热器只能选用U形管式换热器。
对于这种高温高压高粘度流体而言，U形管式换热器若采用通用的排管方式，U形管束中心区域U形弯管段弯曲半径R较小，最小弯曲半径R等于两倍的换热管外径d，换热器运行数周后，弯管段易结焦堵塞，影响传热，管束需频繁冲洗，易造成换热管破裂，影响设备长周期运行。
现有专利中，如：中国发明专利公开号为CN102759298A“一种换热器管束的布置方式”，换热器管束采用列叉排布置，即相邻两列换热管束纵向相互错位。中国发明专利公开号为CN103017587A“一种凝结换热管束的布置方式”，所述凝结换热管束由多排管束形成，相邻两排的管束中，其中一排管束的中心线与另一排管束的侧边重合，即一排管束的中心线正好与另一排管束相切。换热器管束的布置方式都不适用于这种高温高压高粘度流体。
为此，发明一种用于高温高压高粘度流体U形换热管束的布管方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种避免流体短路、排管数量多以提高流体有效传热面积的U形管式换热器的布管方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为：一种U形管式换热器的布管方法，其特征在于：该换热器包括管板和管口朝上竖向穿设在管板上的多根U形换热管，所述管板具有以横轴和纵轴划分形成的第一象限、第二象限、第三象限以及第四象限，所述各U形换热管的管口分别分布在不同的象限，且形成分布在第一象限、第二象限内的第一换热区域、分布在第三象限和第四象限内的第二换热区域，所述第一换热区域和第二换热区域呈相对称的开口朝向横轴的U形，且开口逐渐张大；
包括以下布管步骤：
1)将标号A01～A05的各U形换热管的一端管口依次沿U形的开口方向排布在第四象限内，对应的，各U形换热管的另一端管口依次沿与U形的开口相反的方向分布在第二象限内；
2)将标号A06～A10的各U形换热管的一端管口依次沿U形的开口方向排布在第三象限内，对应的，各U形换热管的另一端管口依次沿与U形的开口相反的方向分布在第一象限内；其中，A01～A05的管口与A06～A10的管口依次沿纵轴对称，A01～A05的管口与A10～A06的管口依次沿横轴对称；
3)将标号B01～B05的各U形换热管依次排布在A06～A10的后排，各U形换热管的一端管口依次沿U形的开口方向分布在第三象限内，对应的，各U形换热管的另一端管口依次沿与U形的开口相反的方向分布在第一象限内；
4)将标号B06～B10的各U形换热管依次排布在A01～A05的后排，排布方式同A01～A05；其中，B01～B05的管口与B06～B10的管口依次沿纵轴对称，B01～B05的管口与B10～B06的管口依次沿横轴对称；
5)重复步骤1)、步骤2)、步骤3)、步骤4)依次排布标号为C01～C05、C06～C10、D01～D05、D06～D10、E01～E05、E06～E10、F01～F05、F06～F10、G01～05、G06～G10的U形换热管；
6)将标号H01～H19的各U形换热管的一端管口依次沿横轴方向从第三象限排布到第四象限，对应的，各U形换热管的另一端管口依次沿横轴方向从第二象限排布到第一象限；所述H01～H19位于A～G的外侧；
7)重复步骤6)沿U形的开口相反的方向依次排布I01～I18、J01～J17、K01～K16、L01～L15、M01～M12。
为利于提高排管的数量，作为优选，所述标号为A～G的各U形换热管的管口中心连线的中点不与横轴重合，且一个管口靠近横轴，另一个管口远离横轴。
为避免最内排的U形换热管的弯管段不结焦堵塞且减少换热器的空间，作为优选，标号为A的U形换热管的弯曲直径≥12d，其中d为U形换热管的外径。
为避免最内排的U形换热管的弯管段不结焦堵塞且减少换热器的空间，作为优选，沿横轴对称的最内排管口之间的间距≤3d，其中d为U形换热管的外径。
作为优选，所述管口的排列方式是正三角形、转角三角形、正方形、转角正方形中的一种。
作为优选，所述各管口为圆形或者非圆形。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明U形管式换热器的换热区域包括沿横轴对称、开口朝向横轴的呈U形的第一换热区域和第二换热区域，该设置可使得最内侧U形换热管的弯曲半径大，使高温高压高粘度流体在中心区域弯管段不易结焦堵塞，且相对称的U形换热区域使得沿管板横轴两侧的U形换热管间距最小、避免壳程流体短路、排管数量多以提高壳程流体有效传热面积。
2)本发明U形管式换热器的布管方式中，侧部区域中U形换热管为非轴对称的叉排，底部区域中U形换热管为常规的规则排列，形成沿横轴对称的U形换热区域，该布管中最内侧U形换热管的弯曲半径大、排管数量多，传热效率高、设备运行周期长、结构紧凑、减少设备直径、降低设备投资。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的俯视图。
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。
参见图1至图2所示为本发明U形管式换热器的布管方法的一个优选实施例，其中，U形管式换热器包括管板1和管口21朝上竖向穿设在管板1上的多根U形换热管2。
管板1具有以横轴11和纵轴12划分形成的第一象限1a、第二象限1b、第三象限1c以及第四象限1d。
标号A～M的U形换热管2的管口21分布在第一象限1a、第二象限1b、第三象限1c以及第四象限1d内，形成分布在第一象限1a、第二象限1b内的第一换热区域3以及分布在第三象限1c和第四象限1d内的第二换热区域4。第一换热区域3和第二换热区域4呈相对称的开口50朝向横轴11的U形，且开口50逐渐张大。管口21的排列方式是正三角形，各管口21为圆形。
A～G的各U形换热管2的管口21中心连线的中点不与横轴11重合，且一个管口21靠近横轴11，另一个管口21远离横轴11。且沿横轴11对称的A05与A06的管口21之间的间距为80mm，相同首字母标号的各U形换热管2的弯曲半径的尺寸相同，例如：以A开头的标号的各U形换热管2的尺寸相同，A01～A10的弯曲直径为421.2mm，U形换热管2的外径d为32mm。
包括以下布管步骤：
1)将标号A01～A05的各U形换热管2的一端管口21依次沿U形的开口50方向排布在第四象限1d内，对应的，各U形换热管2的另一端管口21依次沿与U形的开口50相反的方向分布在第二象限1b内；
2)将标号A06～A10的各U形换热管2的一端管口21依次沿U形的开口50方向排布在第三象限1c内，对应的，各U形换热管2的另一端管口21依次沿与U形的开口50相反的方向分布在第一象限1a内；其中，A01～A05的管口21与A06～A10的管口21依次沿纵轴12对称，A01～A05的管口21与A10～A06的管口21依次沿横轴11对称；
3)将标号B01～B05的各U形换热管2依次排布在A06～A10的后排，各U形换热管2的一端管口21依次沿U形的开口50方向分布在第三象限1c内，对应的，各U形换热管2的另一端管口21依次沿与U形的开口50相反的方向分布在第一象限1a内；
4)将标号B06～B10的各U形换热管2依次排布在A01～A05的后排，排布方式同A01～A05；其中，B01～B05的管口21与B06～B10的管口21依次沿纵轴12对称，B01～B05的管口21与B10～B06的管口21依次沿横轴11对称；
5)重复步骤1)、步骤2)、步骤3)、步骤4)依次排布标号为C01～C05、C06～C10、D01～D05、D06～D10、E01～E05、E06～E10、F01～F05、F06～F10、G01～05、G06～G10的U形换热管2；
6)将标号H01～H19的各U形换热管2的一端管口21依次沿横轴11方向从第三象限1c排布到第四象限1d，对应的，各U形换热管2的另一端管口21依次沿横轴11方向从第二象限1b排布到第一象限1a；所述H01～H19位于A～G的外侧；
7)重复步骤6)沿U形的开口50相反的方向依次排布I01～I18、J01～J17、K01～K16、L01～L15、M01～M12。
该布管中最内侧U形换热管的弯曲半径大、排管数量多，传热效率高、设备运行周期长、结构紧凑、减少设备直径、降低设备投资。

Claims (6)

1.一种U形管式换热器的布管方法，其特征在于：该换热器包括管板(1)和管口(21)朝上竖向穿设在管板(1)上的多根U形换热管(2)，所述管板(1)具有以横轴(11)和纵轴(12)划分形成的第一象限(1a)、第二象限(1b)、第三象限(1c)以及第四象限(1d)，所述各U形换热管(2)的管口(21)分别分布在不同的象限，且形成分布在第一象限(1a)、第二象限(1b)内的第一换热区域(3)、分布在第三象限(1c)和第四象限(1d)内的第二换热区域(4)，所述第一换热区域(3)和第二换热区域(4)呈相对称的开口(50)朝向横轴(11)的U形，且开口(50)逐渐张大；
包括以下布管步骤：
1)将标号A01～A05的各U形换热管(2)的一端管口(21)依次沿U形的开口(50)方向排布在第四象限(1d)内，对应的，各U形换热管(2)的另一端管口(21)依次沿与U形的开口(50)相反的方向分布在第二象限(1b)内；
2)将标号A06～A10的各U形换热管(2)的一端管口(21)依次沿U形的开口(50)方向排布在第三象限(1c)内，对应的，各U形换热管(2)的另一端管口(21)依次沿与U形的开口(50)相反的方向分布在第一象限(1a)内；其中，A01～A05的管口(21)与A06～A10的管口(21)依次沿纵轴(12)对称，A01～A05的管口(21)与A10～A06的管口(21)依次沿横轴(11)对称；
3)将标号B01～B05的各U形换热管(2)依次排布在A06～A10的后排，各U形换热管(2)的一端管口(21)依次沿U形的开口(50)方向分布在第三象限(1c)内，对应的，各U形换热管(2)的另一端管口(21)依次沿与U形的开口(50)相反的方向分布在第一象限(1a)内；
4)将标号B06～B10的各U形换热管(2)依次排布在A01～A05的后排，排布方式同A01～A05；其中，B01～B05的管口(21)与B06～B10的管口(21)依次沿纵轴(12)对称，B01～B05的管口(21)与B10～B06的管口(21)依次沿横轴(11)对称；
5)重复步骤1)、步骤2)、步骤3)、步骤4)依次排布标号为C01～C05、C06～C10、D01～D05、D06～D10、E01～E05、E06～E10、F01～F05、F06～F10、G01～05、G06～G10的U形换热管(2)；
6)将标号H01～H19的各U形换热管(2)的一端管口(21)依次沿横轴(11)方向从第三象限(1c)排布到第四象限(1d)，对应的，各U形换热管(2)的另一端管口(21)依次沿横轴(11)方向从第二象限(1b)排布到第一象限(1a)；所述H01～H19位于A～G的外侧；
7)重复步骤6)沿U形的开口(50)相反的方向依次排布I01～I18、J01～J17、K01～K16、L01～L15、M01～M12。
2.根据权利要求1所述的U形管式换热器的布管方法，其特征在于：所述标号为A～G的各U形换热管(2)的管口(21)中心连线的中点不与横轴(11)重合，且一个管口(21)靠近横轴(11)，另一个管口(21)远离横轴(11)。
3.根据权利要求1所述的U形管式换热器，其特征在于：标号为A的U形换热管(2)的弯曲直径≥12d，其中d为U形换热管(2)的外径。
4.根据权利要求1所述的U形管式换热器，其特征在于：沿横轴(11)对称的最内排管口(21)之间的间距≤3d，其中d为U形换热管(2)的外径。
5.根据权利要求1所述的U形管式换热器，其特征在于：所述管口(21)的排列方式是正三角形、转角三角形、正方形、转角正方形中的一种。
6.根据权利要求1所述的U形管式换热器，其特征在于：所述各管口(21)为圆形或者非圆形。
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