CN113566611B - 一种u形管三股流换热器 - Google Patents
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Abstract
一种U形管三股流换热器，包括进口管箱、出口管箱、换热管束、壳体，所述U形管三股流换热器为卧式U形管换热器，换热管束的管板为管板Ⅰ、管板Ⅱ构成的双管板结构，双管板之间的筒节兼做出口管箱，与进口管箱配合实现管程流体分配和收集；所述管束采用不等直边长度U形换热管，较长直管段端部与管板Ⅰ连接，较短直管段端部只与管板Ⅱ连接；在管板Ⅱ上两管程介质换热管交错排设置。本发明可以实现一股流体与两股流体同时换热，与多台换热器并联技术方案相比，提高了壳体使用效率，降低壳体材料重量，节省设备投资；与缠绕管、板翅式换热器相比，本发明结构简单，易于实现工业化生产，制造难度低，设备可检维修。
Description
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，具体指一种U形管三股流换热器。
背景技术
多股流换热器的作用是一股或多股流体加热或冷却另一股或几股流体，使得需要加热或冷却的流体达到要求的某一温度。由于它比两股流换热器网络具有节省投资的优点而在国防、石油化工、空分和深冷等领域得到愈来愈多的应用。较早的用于多股流热交换的换热器为板翅式换热器，板翅式换热器具有结构紧凑、传热效率高、全钎焊结构，杜绝泄漏可能性，可靠性高等优点。同时具有以下几个方面缺点：流道狭小，容易引起堵塞而增大压降；当换热器结垢以后，清洗比较困难，因此要求介质比较干净；若腐蚀而造成内部串漏，则很难修补；板片、封条和隔板采用钎焊工艺，对制造厂的制造能力和检测水平要求高；最大使用压力为8MPa，使用温度为150~-27℃。授权公告号为CN104359335A的发明专利公开了一种《新型多股流换热器》，主要由芯筒、外壳、换热管、垫条、封头、管板等组成，换热管布置在芯筒与外壳之间的空间内，按螺旋线形状逐层交替缠绕而成，相邻两层换热管的缠绕方向相反，两层换热管之间用金属垫条隔开，形成壳程流道。该换热器具有高效换热、结构紧凑、不易结垢、管束补偿性好、管内的操作压力高、可同时实现多股流的热交换等优点，同时存在结构复杂、制造和检修困难；换热管直径较小，易造成换热管堵塞；清洗困难，只能采用化学清洗；价格昂贵等问题。
发明内容
本发明提出一种结构简单、易于制造、检维修方便、换热管不易堵塞、可靠性高、价格便宜的U形管三股流换热器。
本发明所采用的技术方案为：
一种U形管三股流换热器，包括进口管箱、出口管箱、换热管束、壳体，所述U形管三股流换热器为卧式U形管换热器，换热管束的管板为管板Ⅰ、管板Ⅱ构成的双管板结构，双管板之间的筒节兼做出口管箱，与进口管箱配合实现管程流体分配和收集；所述管束采用不等直边长度U形换热管，较长直管段端部与管板Ⅰ连接，较短直管段端部只与管板Ⅱ连接；在管板Ⅱ上两管程介质换热管交错排设置。
在管板Ⅱ上的换热管具体交错排布置：一排为走管程介质a的换热管，一排为走管程介质b的换热管，管板Ⅰ上换热管排间距为管板Ⅱ上换热管排间距的两倍。
所述管程进口管箱和管板Ⅰ之间、壳体和管板Ⅱ之间均采用可拆卸法兰连接结构。
所述管束的换热管端与管板Ⅰ采用强度焊加强度胀连接，和管板Ⅱ采用强度胀连接，而换热管的另一端与管板Ⅱ采用强度焊加强度胀连接。
该U形管三股流换热器是两管程一壳程，或是两管程两壳程。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：与多台换热器并联相比，壳体利用率高，设备重量轻，节省设备投资。与板翅式换热器相比：本发明由于换热元件为换热管，换热器使用温度、使用压力不受限制；换热管采用45°或者90°布管，双管板两侧为法兰连接，换热器壳侧结垢后，可抽出换热器管束，对管束进行机械清洗；若发现设备内部有腐蚀串流，可进行堵管处理，设备可维修性好。与缠绕管换热器和板翅式换热器相比，本发明制造难度与常规换热器相同，不需换热器制造厂家增加设备投资和开发新的生产工艺，制造成本低。
除此之外，本发明与常规U形管换热器相比，本发明管板所受热应力较小。以管内走热介质为例，高温端介质直接接触的只有管板Ⅰ，低温端介质接触管板Ⅰ和管板Ⅱ，管板Ⅰ和管板Ⅱ上进出口界面热应力较小，保证换热器运行过程中的可靠性。
本发明可应用于电力、石化、环保、冶金等行业各种三股流体热交换场合。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例1中管板Ⅰ布管示意图；
图3 为本发明实施例1中管板Ⅱ布管示意图；
图4为本发明实施例2的结构示意图；
图中：1进口管箱；2出口管箱；3换热管束；4壳体；5鞍座；11进口管箱分程隔板；21出口管箱分程隔板；31管板Ⅰ；32管板Ⅱ；33换热管Ⅰ；34换热管Ⅱ；35壳程分程隔板；T1介质a进口接管；T2介质a出口接管；T3介质b进口接管；T4介质b出口接管；S1壳程进口；S2壳程出口。
具体实施方式
下面通过实施案例进一步阐明本发明，但本发明并不限定于下面的实施案例。
实施例1，参照图1-3，本实施例以两管程一壳程三股流换热器为例说明。
一种U形管三股流换热器，包括进口管箱1、出口管箱2、换热管束3、壳体4，鞍座5，所述U形管三股流换热器为卧式U形管换热器，换热管束的管板为管板Ⅰ31、管板Ⅱ32构成的双管板结构，双管板之间的筒节兼做出口管箱2，与进口管箱1配合实现管程流体分配和收集；所述换热管束3采用不等直边长度U形换热管，较长直管段端部与管板Ⅰ31连接，较短直管段端部只与管板Ⅱ32连接；在管板Ⅱ32上两管程介质换热管交错排设置。具体交错排布置：一排为走管程介质a的换热管，一排为走管程介质b的换热管，管板Ⅰ31上换热管排间距为管板Ⅱ32上换热管排间距的两倍。
本发明可实现两股管程介质与一股壳程介质同时换热，本实施案例以两股热介质a、b与一股冷介质c换热为例，两股热介质a、b走管程，冷介质c 走壳程。
进口管箱1中安装进口管箱分程隔板11，将进口管箱1分隔成上下独立的两部分，出口管箱分程隔板21将出口管箱2分隔成上下独立的两部分。介质a进口接管T1、介质b进口接管T3分别设置在进口管箱1的独立上下部分中，介质a出口接管T2、介质b出口接管T4分别设置在出口管箱2的独立上下部分中。介质c的壳程进口S1、壳程出口S2接管分别安装在壳体4的相对两端。介质a换热管束一端密封连接于管板Ⅰ31上并和进口管箱1的一部分贯通，另一端连接于管板Ⅱ32上并和出口管箱的一部分贯通；介质b换热管束一端连接于管板Ⅰ31上并和进口管箱的另一部分贯通，另一端密封连接于管板Ⅱ32上并和出口管箱的另一部分贯通，实现管程流体分配和收集。
本实施例中换热管采用转角45°布管，所述换热管束的换热管Ⅰ33或换热管Ⅱ34为不等直边长度的U形换热管，因管板Ⅰ31只有换热管的较长直管段穿过，所以管板Ⅰ31上换热管为隔行布置；如图2，管板Ⅰ31上部只布置走介质a的换热管Ⅰ33，下部只布置走介质b的换热管34。如图3，因管板Ⅱ32既有较长直管段穿过，又有较短直管段穿过，管板Ⅱ32上换热管为全布管；换热管Ⅰ33、换热管Ⅱ34在管板Ⅱ32上交错排布置，一排为走管程介质a的换热管Ⅰ33，一排为走管程介质b的换热管Ⅱ34。管板Ⅰ31上换热管排间距为管板Ⅱ32上换热管排间距的两倍。
所述进口管箱1和管板Ⅰ31、壳体4和管板Ⅱ32之间均采用可拆卸法兰连接结构，管束可抽芯、机械清洗。
所述管束的换热管端与管板Ⅰ31采用强度焊加强度胀连接，和管板Ⅱ32采用强度胀连接，而换热管的另一端与管板Ⅱ32采用强度焊加强度胀连接。为保障工艺介质无串漏实现管壳程密封。
图2上换热管Ⅰ33、换热管Ⅱ34与管板Ⅰ31连接方式为强度焊加强度胀。图3上较长直管段与管板Ⅱ32连接方式为强度胀，较短直管段端部与管板Ⅱ32连接方式为强度焊加强度胀。热介质a、b高温端只与管板Ⅰ31接触，低温端与管板Ⅰ31、管板Ⅱ32接触，管板I31、管板Ⅱ32上进出口界面热应力较小，保证换热器运行过程中的可靠性。
三股介质a、b、c实现热交换的流程如下：管程介质a、b分别从管程进口管箱1的上下部设置的介质a进口接管T1、介质b进口接管T3进入，均匀进入到每根换热管流道，并在流动过程中与壳程介质c完成热交换，之后汇集到管程出口管箱2的上下部设置的介质a出口接管T2、介质b出口接管T4流出换热器。壳程介质c由壳程进口S1进入壳体，在壳程折流板间流动并与管内流体a、b完成热交换，之后从壳体出口S2流出换热器。管程介质与壳程介质的流动呈逆流。
本发明采用U形管换热器结构，解决了管壳程材质接触介质不同，产生不同热膨胀问题，保障了设备的安全可靠性。
实施例2，如图4所示，本实施例为两壳程两管程结构。其与实施例1的不同点为壳体4内设有壳程分程隔板35，而介质c的壳程进口S1、壳程出口S2接管分别安装在壳体4的相同端。其热交换的流程与两管程一壳程相似。
当壳程流体流速较低，壳程成为传热控制侧时，本发明可采用两管程两壳程结构，提高壳程传热系数。
Claims (5)
1.一种U形管三股流换热器，包括进口管箱、出口管箱、换热管束、壳体，其特征在于，所述U形管三股流换热器为卧式U形管换热器，换热管束的管板为管板Ⅰ（31）、管板Ⅱ（32）构成的双管板结构，双管板之间的筒节兼做出口管箱（2），与进口管箱（1）配合实现管程流体分配和收集；所述管束采用不等直边长度U形换热管，较长直管段端部与管板Ⅰ（31）连接，较短直管段端部只与管板Ⅱ（32）连接；在管板Ⅱ（32）上两管程介质换热管交错排设置；所述进口管箱（1）中安装进口管箱分程隔板（11），将进口管箱（1）分隔成上下独立的两部分，出口管箱分程隔板（21）将出口管箱（2）分隔成上下独立的两部分；介质a进口接管（T1）、介质b进口接管（T3）分别设置在进口管箱（1）的独立上下部分中，介质a出口接管（T2）、介质b出口接管（T4）分别设置在出口管箱（2）的独立上下部分中；介质c的壳程进口（S1）、壳程出口（S2）接管分别安装在壳体（4）的相对两端；介质a换热管束一端密封连接于管板Ⅰ（31）上并和进口管箱（1）的一部分贯通，另一端连接于管板Ⅱ（32）上并和出口管箱的一部分贯通；介质b换热管束一端连接于管板Ⅰ（31）上并和进口管箱的另一部分贯通，另一端密封连接于管板Ⅱ（32）上并和出口管箱的另一部分贯通；管板Ⅰ（31）只有换热管的较长直管段穿过，所以管板Ⅰ（31）上换热管为隔行布置；管板Ⅰ（31）上部只布置走介质a的换热管Ⅰ（33），下部只布置走介质b的换热管（34）；换热管Ⅰ（33）、换热管Ⅱ（34）在管板Ⅱ（32）上交错排布置，一排为走管程介质a的换热管Ⅰ(33)，一排为走管程介质b的换热管Ⅱ（34）。
2.根据权利要求1所述的一种U形管三股流换热器，其特征在于，所述管板Ⅰ（31）上换热管排间距为管板Ⅱ（32）上换热管排间距的两倍。
3.根据权利要求1所述的一种U形管三股流换热器，其特征在于，所述管程进口管箱（1）和管板Ⅰ（31）之间、壳体（4）和管板Ⅱ（32）之间均采用可拆卸法兰连接结构。
4.根据权利要求1所述的一种U形管三股流换热器，其特征在于，所述管束的换热管端与管板Ⅰ（31）采用强度焊加强度胀连接，和管板Ⅱ（32）采用强度胀连接，而换热管的另一端与管板Ⅱ（32）采用强度焊加强度胀连接。
5.根据权利要求1所述的一种U形管三股流换热器，其特征在于，该U形管三股流换热器是两管程一壳程，或是两管程两壳程。
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