CN113790615A - 一种应用于汽水换热二次均压的容积式换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于汽水换热二次均压的容积式换热器，包括一级换热器壳体、一次均压箱、一次均压箱疏水管、一级换热器、二次均压箱、二级换热器、连接法兰、罐体法兰、换热器疏水口、被加热工质入口、被加热工质出口；二级换热器位于一级换热器壳体下部，两级换热器采用法兰连接的方式，可以灵活配置各级换热器的通流面积，通过增加或减少管道数量、增加或减少管道直径来控制换热器入口的流速和换热面积，达到理想的换热效果；一次均压箱、一次均压箱疏水管、一级换热器、二次均压箱均位于一级换热器壳体的壳腔的水平方向中下部，所以，本发明既可作为容积式换热器也可作为蒸发罐使用。
Description
技术领域
本发明涉及汽液换热处理系统领域领域，具体涉及一种应用于汽水换热二次均压的容积式换热器。
背景技术
容积式换热器是利用冷、热流体流经蓄热室中的蓄热体表面，从而进行热量交换的换热器，容积式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器。
容积式换热器主要由储水罐体、换热器盘管管束、热媒进出口、被加热介质进出口及各种仪器仪表接口等组成，容积式换热器种类很多，一般是从外形上分为立式和卧式两种，还有从热媒性质上分为汽水型和水水型，即热媒采用的是气态或液态，从罐体内的结构分为容积式和半容积式(即热浮动盘管式)等。现有技术中的汽水换热容积式换热器技术缺点：a.由于蒸汽的密度较低，造成换热器入口的高流速，会影响一部分动能。在高真空和低的换热温度时尤为突出，很小的真空变化都会影响冷凝温度；b.现有的容积式换热器热媒进口比较集中，蒸汽在进入换热器后过热度迅速降低达到蒸汽的冷凝放热区，由于蒸汽冷凝所释放热量占整体热量焓值的85-90％，所以在此区域会释放出大量的汽化潜热，如果被加热介质的压力临近饱和压力，容易出现闪蒸和震动现象；c.一般管侧运行蒸汽，在蒸汽冷凝放热后加热器管侧冷凝后的水量很小，造成管侧后段几乎没有换热作用，造成一定的浪费。在小流量或换热器选型稍大时尤为突出。现有换热器的换热管采用整根制作，前段流速过高，后段流速过低，流速分布极不均衡。
因此，提供一种换热均匀、避免闪蒸及振动、维修替换简便、可局部快速匹配的换热器显得尤为必要。
发明内容
本发明提供一种应用于汽水换热二次均压的容积式换热器，包括一级换热器壳体、一次均压箱、一次均压箱疏水管、一级换热器、二次均压箱、二级换热器、连接法兰、罐体法兰、换热器疏水口、被加热工质入口、被加热工质出口；
所述的壳体可为单层或双层保温结构；所述的壳体包括下部连接壳腔所述的罐体法兰位于一级换热器壳体的侧面，用于一级换热器壳体本体与侧壳体的连接；
所述的一次均压箱为两根母管或两根母管与多根支管结构，所述的母管为水平对称分布在所述的一级换热器壳体壳腔的水平方向中下部，所述的母管均一端开口、一端封闭，开口均焊接在所述的一级换热器壳体上；
所述的一次均压箱疏水管两端开口焊接于所述的一次均压箱两根母管的底侧中部，分布在所述的一级换热器壳体壳腔的水平方向中下部；
所述的二次均压箱包括中部连接腔室、位于中部连接腔室两侧的小联箱；所述的中部连接腔室上、下两端开口，开口处连接有法兰堵板；所述的小联箱为两个或多个，所述的小联箱均一端开口、一端封闭，开口端焊接在所述的中部连接腔室左右两侧或上侧、左侧、右侧位置；所述的二次均压箱分布在所述的一级换热器壳体壳腔的水平方向中下部；
所述的一级换热器包括多根S型换热管，所述的多根S型换热管分布于所述的二次均压箱的两侧，所述的多根S型换热管可单层或者多层或错位布置，所述的S型换热管的两端开口均分别焊接于所述的一次均压箱的管道侧面和二次均压箱的中部连接腔室、小联箱的管道侧面；所述的一级换热器位于所述的一级换热器壳体壳腔的水平方向中下部；
所述的二级换热器包括二级换热器壳体和换热管管束；所述的换热管管束的开口端焊接在所述的中部连接腔室下侧；所述的所述的二级换热器壳体通过所述的连接法兰与所述下部连接壳腔连接；
所述的换热器疏水口位于所述的二级换热器壳体的下端；所述的被加热工质入口位于所述的二级换热器壳体的侧面下部；所述的被加热工质出口位于所述的一级换热器壳体的罐体顶部。
进一步地，所述的二级换热器为切线逆流螺旋式换热器，所述的所述的换热管管束采用非对称设计，每一根换热管均以螺旋结构按内外多层环套、奇偶层螺旋相反的方式缠绕安置在所述的二级换热器壳体壳腔内。
与现有技术相比，本发明具有明显的优点和有益效果：
1.采用了两级均压的方案，可有效均衡各换热管的换热负荷，防止由于管侧阻力、热负荷不均等造成对换热的影响。
2.被加热工质由加热器下部进入，形成逆流换热最大限度的回收了冷凝水的余热。
3.由于采用两侧进气的方式，一级加热管道尽量利用的容器加热层的面积，使容积换热器内部换热层受热均匀，尽量避免了普通容积式换热器热管道集中进入，造成局部换热剧烈可能引起的振动或闪蒸现象。
4.一级换热器管道采用S形设计，在固定的长度上尽量增加换热长度，将层流转换成为紊流，增强传热效果。抵消换热管产生热胀冷缩的压力。
5.由于一次均压箱、一级换热器、二次均压箱已经交换了大部分热量，蒸汽凝结后产生的凝结水和少量的蒸汽不再需要很大的换热面积，所以二次均压以后的换热器可以根据需要采用较小面积的换热器，以减少设备的投资成本。
6.二级换热器采用不锈钢螺旋式加热器，有利于热源更好的在管道循环。每一根换热管均以螺旋结构按一定规律缠绕在换热器内，这种结构一方面延长了热交换管的长度，另一方面极大的改变了流体的状态强化传热，进而提高换热能力。每层的管束通过调整其数量、弯曲半径、管束的间距来设计每一条加热管近乎相等的沿程阻力，保证介质热量交换的均匀高效。内置螺旋管道设计，可有效消除管道振动；螺旋缠绕管的结构，使得换热管之间产生热胀冷缩的压力会降到最低，大大提高换热器的使用寿命。
7.由于采用两级的设计和法兰连接的方式，可以灵活配置一级或二级换热器的通流面积，通过增加或减少管道数量、增加或减少管道直径来控制换热器入口的流速和换热面积，达到理想的换热效果。
8.一二级换热器独立设计，在保证换热效果最佳的同时，减少了设备体积和投资。
9.一级换热器、二次均压箱、二级换热器可根据需要设计成焊接或法兰连接，如果运行工况与实际效果不匹配、设计工况发生变化或被加热工质发生变化时，只需要对局部进行调整，即可达到理想的换热效果，减少改造费用。
10.本设备既可作为容积式换热器也可作为蒸发罐使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种应用于汽水换热二次均压的容积式换热器的结构示意图。
图2是本发明中位于一级换热器壳体内部的零件连接结构图。
图3是本发明中二级换热器的结构示意图。
图4是应用本发明的运行流程图。
附图标识说明：1-一级换热器壳体，1-1-下部连接壳腔，2-一次均压箱，3-一次均压箱疏水管，4-一级换热器，5-二次均压箱，5-1-中部连接腔室，5-2-小联箱，5-3-连接法兰，6-二级换热器，6-1-二级换热器壳体，6-2-换热管管束，7-壳体连接法兰，8-罐体法兰，9-换热器疏水口，10-被加热工质入口，11-被加热工质出口。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中部”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，亦可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
下面结合附图1～3对本发明进行详细的描述。
本发明提供一种应用于汽水换热二次均压的容积式换热器，包括一级换热器壳体1、一次均压箱2、一次均压箱疏水管3、一级换热器4、二次均压箱5、二级换热器6、壳体连接法兰7、罐体法兰8、换热器疏水口9、被加热工质入口10、被加热工质出口11；
壳体1可为单层或双层保温结构；壳体1包括下部连接壳腔1-1罐体法兰8位于一级换热器壳体1的侧面，用于一级换热器壳体1本体与侧壳体的连接；根据工况采用不同的材质和厚度，满足相应的国家标准。
一次均压箱2为两根母管或两根母管与多根支管结构，母管为水平对称分布在一级换热器壳体1壳腔的水平方向中下部，母管均一端开口、一端封闭，开口均焊接在一级换热器壳体1上；母管可根据需要采用不同的设计方式，如进气可从圆周任何需要的方向进入，最终必须保证母管的水平布置，根据需要母管可采用增加直径或采用一根母管，多根支管的布置形式满足一级换热器进气管的需求。
一次均压箱疏水管3两端开口焊接于一次均压箱2两根母管的底侧中部，分布在所述的一级换热器壳体1壳腔的水平方向中下部；由于采用两侧进气的方式，一级加热管道尽量利用的容器加热层的面积，使容积换热器内部换热层受热均匀，尽量避免了普通容积式换热器热管道集中进入，造成局部换热剧烈可能引起的振动或闪蒸现象。
二次均压箱5包括中部连接腔室5-1、位于中部连接腔室5-1两侧的小联箱5-2；中部连接腔室5-1上、下两端开口，上开口设有法兰堵板，下开口设有连接法兰5-3，所述的连接法兰5-3用于连接二次均压箱5和二次换热器6；小联箱5-2为两个或多个，小联箱5-2均一端开口、一端封闭，开口端焊接在中部连接腔室5-1左右两侧或上侧、左侧、右侧位置；所述的二次均压箱5分布在所述的一级换热器壳体1壳腔的水平方向中下部；两侧小联箱5-2负责收集两侧换热管道流出的工质，汇集至中部连接腔室5-1，中部连接腔室5-1在汇集两侧小联箱5-2流入的工质的同时，也收集自身所连接换热管道的工质，在其内部形成收集、混合的作用，下部连接法兰5-3连接二级换热器6，使其尽量均匀的进入二级换热器6。
一级换热器4包括多根S型换热管，多根S型换热管分布于二次均压箱5的两侧，多根S型换热管可单层或者多层或错位布置，S型换热管的两端开口均分别焊接于一次均压箱2的管道侧面和二次均压箱5的中部连接腔室5-1、小联箱5-2的管道侧面；所述的一级换热器4位于所述的一级换热器壳体(1)壳腔的水平方向中下部；一级换热器4的管道采用S形设计，在固定的长度上尽量增加换热长度，将层流转换成为紊流，增强传热效果，抵消换热管产生热胀冷缩的压力。
二级换热器6包括二级换热器壳体6-1和换热管管束6-2；换热管管束6-2的开口端焊接在中部连接腔室5-1下侧；二级换热器壳体6-1通过壳体连接法兰7与下部连接壳腔1-1连接；由于采用两级的设计和法兰连接的方式，可以灵活配置一级或二级换热器的通流面积，通过增加或减少管道数量、增加或减少管道直径来控制换热器入口的流速和换热面积，达到理想的换热效果；同时，一二级换热器独立设计，减少了设备体积和成本。
换热器疏水口9位于二级换热器壳体6-1的下端；被加热工质入口10位于二级换热器壳体6-1的侧面下部；被加热工质出口11位于一级换热器壳体1的罐体顶部。
由于一次均压箱2、一级换热器4、二次均压箱5已经交换了大部分热量，蒸汽凝结后产生的凝结水和少量的蒸汽不再需要很大的换热面积，所以二次均压以后的二级换热器6可以根据需要采用较小面积的换热器，以减少设备的投资成本。一级换热器4、二次均压箱5、二级换热器6可根据需要设计成焊接或法兰连接，如果运行工况与实际效果不匹配、设计工况发生变化或被加热工质发生变化时，只需要对局部进行调整，即可达到理想的换热效果，减少改造费用。
优选地，二级换热器6为切线逆流螺旋式换热器，换热管管束6-2采用非对称设计，每一根换热管均以螺旋结构按内外多层环套、奇偶层螺旋相反的方式缠绕安置在二级换热器壳体6-1壳腔内。切线逆流螺旋式换热器有利于热源更好的在管道循环，每一根换热管均以螺旋结构按一定规律缠绕在换热器内，这种结构一方面延长了热交换管的长度，另一方面极大的改变了流体的状态强化传热，进而提高换热能力。每层的管束通过调整其数量、弯曲半径、管束的间距来设计每一条加热管近乎相等的沿程阻力，保证介质热量交换的均匀高效。内置螺旋管道设计，可有效消除管道振动；螺旋缠绕管的结构，使得换热管之间产生热胀冷缩的压力会降到最低，大大提高换热器的使用寿命。
由于一次均压箱2、一次均压箱疏水管3、一级换热器4、二次均压箱5均位于一级换热器壳体1的壳腔的水平方向中下部，所以，本发明既可作为容积式换热器也可作为蒸发罐使用，作为蒸发罐使用时被加热工质出口充当11蒸汽出口。
实施例2
下面结合附图1～4对本发明在实际生产中的运行进行详细的描述：
蒸汽由一次均压箱2进入一级换热器4的管侧，从而进入一级换热器4的管道，从一级换热器4的管道到二次均压箱5，从二次均压箱5到二级换热器6，完成换热，从二级换热器6到换热器下部疏水口9流出；
被加热工质由被加热工质入口10进入二级换热器6，从二级换热器6进入进入一级换热器壳体1同时被一次均压箱2、一级换热器4、二次均压箱5加热，然后经被加热工质出口11流出；
冷凝疏水过程如下：一级均压箱2的冷凝水经一次均压箱疏水管道3汇入二次均压箱5，从二次均压箱5到二级换热器6最后到换热器下部疏水9流出。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的精神和范围。
Claims (2)
1.一种应用于汽水换热二次均压的容积式换热器，其特征在于，包括一级换热器壳体(1)、一次均压箱(2)、一次均压箱疏水管(3)、一级换热器(4)、二次均压箱(5)、二级换热器(6)、连接法兰(7)、罐体法兰(8)、换热器疏水口(9)、被加热工质入口(10)、被加热工质出口(11)；
所述的一级换热器壳体(1)可为单层或双层保温结构；所述的一级换热器壳体(1)包括下部连接壳腔(1-1)所述的罐体法兰(8)位于一级换热器壳体(1)的侧面，用于一级换热器壳体(1)本体与侧壳体的连接；
所述的一次均压箱(2)为两根母管或两根母管与多根支管结构，所述的母管为水平对称分布在所述的一级换热器壳体(1)壳腔的水平方向中下部，所述的母管均一端开口、一端封闭，开口均焊接在所述的一级换热器壳体(1)上；
所述的一次均压箱疏水管(3)两端开口焊接于所述的一次均压箱(2)两根母管的底侧中部，分布在所述的一级换热器壳体(1)壳腔的水平方向中下部；
所述的二次均压箱(5)包括中部连接腔室(5-1)、位于中部连接腔室(5-1)两侧的小联箱(5-2)；所述的中部连接腔室(5-1)上、下两端开口，开口处连接有法兰(5-3)；所述的小联箱(5-2)为两个或多个，所述的小联箱(5-2)均一端开口、一端封闭，开口端焊接在所述的中部连接腔室(5-1)左右两侧或上侧、左侧、右侧位置；所述的二次均压箱(5)分布在所述的一级换热器壳体(1)壳腔的水平方向中下部；
所述的一级换热器(4)包括多根S型换热管，所述的多根S型换热管分布于所述的二次均压箱(5)的两侧，所述的多根S型换热管可单层或者多层或错位布置，所述的S型换热管的两端开口均分别焊接于所述的一次均压箱(2)的管道侧面和二次均压箱(5)的中部连接腔室(5-1)、小联箱(5-2)的管道侧面；所述的一级换热器(4)位于所述的一级换热器壳体(1)壳腔的水平方向中下部；
所述的二级换热器(6)包括二级换热器壳体(6-1)和换热管管束(6-2)；所述的换热管管束(6-2)的开口端焊接在所述的中部连接腔室(5-1)下侧；所述的所述的二级换热器壳体(6-1)通过所述的连接法兰(7)与所述下部连接壳腔(1-1)连接；
所述的换热器疏水口(9)位于所述的二级换热器壳体(6-1)的下端；所述的被加热工质入口(10)位于所述的二级换热器壳体(6-1)的侧面下部；所述的被加热工质出口(11)位于所述的一级换热器壳体(1)的罐体顶部。
2.根据权利要求1所述的一种应用于汽水换热二次均压的容积式换热器，其特征在于，所述的二级换热器(6)为切线逆流螺旋式换热器，所述的所述的换热管管束(6-2)采用非对称设计，每一根换热管均以螺旋结构按内外多层环套、奇偶层螺旋相反的方式缠绕安置在所述的二级换热器壳体(6-1)壳腔内。
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2021
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