CN115014100A - 高效列管式换热器及其挡板组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高效列管式换热器及其挡板组件；所述挡板组件包括圆拱形挡板和平板形挡板；所述圆拱形挡板的内凹侧朝向平板形挡板；所述圆拱形挡板上设有可供传热管束穿过的第一管孔，所述平板形挡板上设有可供传热管束穿过的第二管孔；所述圆拱形挡板包括第一挡板和第二挡板；所述圆拱形挡板的中部设有开口，该开口位于第一挡板和第二挡板之间；所述平板形挡板的两端设有开口。本发明的高效列管式换热器通过在内部交替安装圆拱形挡板和平板形挡板，减小了壳程流体对挡板的冲击力，提高了列管式换热器的使用寿命，同时减小了壳程流体在壳体内流动时所受的阻力，提高了流体的质量流率，从而提高了传热系数，降低了壳程进、出口压降。

Description

高效列管式换热器及其挡板组件

技术领域

本发明涉及列管式换热器技术领域，具体涉及高效列管式换热器及其挡板组件。

背景技术

列管式换热器是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器，可用各种结构材料(主要是金属材料)制造，能在高温、高压下使用，而且结构简单、造价低、流通截面较宽、易于清洗水垢，是应用最广泛的换热器类型。列管式换热器由壳体、传热管束、管板、挡板和管箱等部件组成，用于将两种流体进行热量转换，一般适用于炼油、化工和电力等行业。

挡板是列管式换热器的关键部件，挡板既可以起到支撑传热管束的作用，还可以分隔壳程空间，引导流体走向，迫使流体在壳程内按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度，提高壳程流体速度，从而提高传热系数。目前，市场上的挡板具有不同的形状和构造，例如有弓形、圆环形、螺旋形和类梯形等。但是，这些形状和构造的挡板在使用时，引起的压力损失较大，且存在流动死区。当列管式换热器采用这些挡板后，具有以下几个缺点：①传热系数低；②换热效率低；③壳程进、出口压降较大。

发明内容

本申请的目的在于提供一种高效列管式换热器，用以克服现有技术中存在的上述问题。本申请的高效列管式换热器通过在内部交替安装圆拱形挡板和平板形挡板，改变了壳程流体的流动路径，使得换热更加充分，提高了换热效率；而且圆拱形挡板的设置，减小了壳程流体对挡板的冲击力，提高了列管式换热器的使用寿命，同时使得壳程流体在壳体内流动时所受的阻力更小，提高了流体的质量流率，从而提高了传热系数，降低了壳程进、出口压降。对应的，本申请还提供了列管式换热器用挡板组件。

对于列管式换热器而言，本申请的技术方案为：高效列管式换热器，包括壳体；所述壳体的两端分别固定有一管板；所述壳体的侧面分别开设有壳程流体进口和壳程流体出口；所述壳体的内部设有多根传热管束；所述传热管束的两端分别与管板相连；所述传热管束上沿轴线方向间隔设有一组圆拱形挡板和一组平板形挡板，所述圆拱形挡板和平板形挡板交替设置；所述圆拱形挡板的外凸侧朝向壳程流体进口；所述传热管束穿过设于圆拱形挡板上的第一管孔和设于平板形挡板上的第二管孔；所述圆拱形挡板和平板形挡板均与壳体的内壁固定；所述圆拱形挡板包括第一挡板和第二挡板；所述圆拱形挡板的中部设有开口，该开口位于第一挡板和第二挡板之间，用于供壳程流体流过；所述平板形挡板的两端设有开口，从而在平板形挡板和壳体之间形成供壳程流体流过的流通通道。

与现有技术相比，本申请的高效列管式换热器在内部交替安装有圆拱形挡板和平板形挡板，其中平板形挡板两端开口，圆拱形挡板中部开口，形成供流体流动的通道；当壳程流体流过圆拱形挡板时，在弧度的作用下，流体会顺着挡板的拱形面往中部开口处流动，然后从中部开口处流出，当壳程流体流过平板形挡板时，流体会从两端的开口处流出；该换热器通过圆拱形挡板和平板形挡板的相互配合，改变了壳程流体的流动路径，使得换热更加充分，提高了换热效率；此外，圆拱形更符合流体动力学，将挡板设计成圆拱形，可以避免应力集中问题，减小壳程流体对挡板的冲击力，同时可以避免因流体流速过快对壳体与挡板的连接处造成冲击而导致该连接处断裂，从而提高了列管式换热器的使用寿命，降低了维修更换成本；而且圆拱形挡板的设计还可以减小壳程流体在壳体内流动时所受的阻力，提高流体的质量流率，从而提高了传热系数，以及减小了流体流过换热器的压力损失，即降低了壳程进、出口压降。

作为优化，前述的高效列管式换热器中，所述第一挡板和第二挡板的形状大小一致，且第一挡板和第二挡板对称设置。从而，使得圆拱形挡板受到壳程流体的冲击时，其受力是均匀，保证了圆拱形挡板在使用过程中的稳定性，提高了其使用寿命。

进一步的，所述平板形挡板两端的开口形状大小一致，且对称设置。由此，使得壳程流体从平板形挡板的两端开口处均匀流过，避免了由于其中一端流量过大而对其相邻的圆拱形挡板造成局部冲击，进一步保证了圆拱形挡板的使用寿命。

作为优化，前述的高效列管式换热器中，所述圆拱形挡板的曲率为1.4d～1.6d，d为壳体的内径。经过发明人不断的仿真计算后发现，当挡板的曲率在1.4d～1.6d之间的压力降相对较低，传热系数相对较高，且这个范围内的压力降和传热系数偏差不大；因此，将圆拱形挡板的曲率设计为1.4d～1.6d范围内较佳。

作为优化，前述的高效列管式换热器中，相邻的圆拱形挡板和平板形挡板之间的间距为0.4d～0.8d，d为壳体的内径。

作为优化，前述的高效列管式换热器中，所述圆拱形挡板和平板形挡板与壳体的内壁通过焊接连接。由此，可以保证圆拱形挡板和平板形挡板与壳体的连接牢固度，而且加工简单。

对于挡板组件而言，本申请的技术方案为：列管式换热器用挡板组件，包括圆拱形流板和平板形挡板；所述圆拱形挡板的内凹侧朝向平板形挡板；所述圆拱形挡板上设有可供传热管束穿过的第一管孔，所述平板形挡板上设有可供传热管束穿过的第二管孔；所述圆拱形挡板包括第一挡板和第二挡板；所述圆拱形挡板的中部设有开口，该开口位于第一挡板和第二挡板之间，用于供壳程流体流过；所述平板形挡板的两端设有开口，用于在平板形挡板和壳体之间形成供壳程流体流过的流通通道。

与现有技术相比，本申请的列管式换热器用挡板组件包括圆拱形挡板和平板形挡板，圆拱形更符合流体动力学，将挡板设计成圆拱形，可以避免应力集中问题，减小壳程流体对挡板的冲击力，提高挡板的使用寿命，降低了维修更换成本。将该挡板组件应用于列管式换热器内部后，可以改变壳程流体的流动路径，使得换热更加充分，提高了换热效率；同时还可以减小壳程流体在壳体内流动时所受的阻力，提高流体的质量流率，从而提高传热系数，以及减小流体流过换热器的压力损失，即降低壳程进、出口压降。

作为优化，前述的列管式换热器用挡板组件中，所述第一挡板和第二挡板的形状大小一致，且第一挡板和第二挡板对称设置。从而，使得圆拱形挡板受到壳程流体的冲击时，其受力是均匀，保证了圆拱形挡板在使用过程中的稳定性，提高了其使用寿命。进一步的，所述平板形挡板两端的开口形状大小一致，且对称设置。从而，使得壳程流体从平板形挡板的两端开口处均匀流过，避免了由于其中一端流量过大而对其相邻的圆拱形挡板造成局部冲击，进一步保证了圆拱形挡板的使用寿命。

作为优化，前述的列管式换热器用挡板组件中，所述圆拱形挡板的曲率可以为1.4d～1.6d，d为壳体的内径。此时，压力降较低，传热系数较高。进一步的，相邻的圆拱形挡板和平板形挡板之间的间距可以为0.4d～0.8d，d为壳体的内径。

附图说明

图1是本申请实施例中的高效列管式换热器的结构示意图；

图2是图1中的高效列管式换热器拆除传热管束后的示意图。

附图中的标记为：1-壳体；2-管板；3-壳程流体进口；4-壳程流体出口；5-传热管束；6-圆拱形挡板，601-第一管孔，602-第一挡板，603-第二挡板；7-平板形挡板，701-第二管孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的说明，但并不作为对本申请限制的依据。

参见图1和图2，本申请的高效列管式换热器，包括壳体1；所述壳体1的两端分别固定有一管板2；所述壳体1的侧面分别开设有壳程流体进口3和壳程流体出口4；所述壳体1的内部设有多根传热管束5(多根传热管束5相互平行设置)；所述传热管束5的两端分别与管板2相连；所述传热管束5上沿轴线方向间隔设有一组圆拱形挡板6和一组平板形挡板7(圆拱形挡板6与平板形流板7同轴设置，垂直于传热管束5的轴线，并且沿传热管束5的轴线方向均匀分布)，所述圆拱形挡板6和平板形挡板7交替设置；所述圆拱形挡板6的外凸侧朝向壳程流体进口3；所述传热管束5穿过设于圆拱形挡板6上的第一管孔601和设于平板形挡板7上的第二管孔701；所述圆拱形挡板6和平板形挡板7均与壳体1的内壁固定(圆拱形挡板6和平板形挡板7的直径与壳体1的内径一致)；所述圆拱形挡板6包括第一挡板602和第二挡板603；所述圆拱形挡板6的中部设有开口，该开口位于第一挡板602和第二挡板603之间，用于供壳程流体流过；所述平板形挡板7的两端设有开口，从而在平板形挡板7和壳体1之间形成供壳程流体流过的流通通道。

圆拱形挡板6制造时，使用压机将钢板材挤压成圆拱形，再使用特殊冲床在圆拱形挡板6上冲孔，然后在中间部分开口，形成第一挡板601和第二挡板603；平板形挡板7制造时，在圆形钢板材的两端分别开口。

实施例：

本实施例中，所述第一挡板602和第二挡板603的形状大小一致，且第一挡板602和第二挡板603对称设置。从而，使得圆拱形挡板6受到壳程流体的冲击时，其受力是均匀，保证了圆拱形挡板6在使用过程中的稳定性，提高了其使用寿命。进一步的，所述平板形挡板7两端的开口形状大小一致，且对称设置。由此，使得壳程流体从平板形挡板7的两端开口处均匀流过，避免了由于其中一端流量过大而对其相邻的圆拱形挡板6造成局部冲击，进一步保证了圆拱形挡板6的使用寿命。

本实施例中，相邻的圆拱形挡板6和平板形挡板7之间的间距为0.6d，d为壳体1的内径。挡板之间的间距参考了《GB151-89钢制管壳式换热器》标准进行了设计，换热器折流板最小间距不小于管筒内径的1/5，且不小于50mm，最大间距不大于管筒的内径。本实施例中，挡板间距设置为0.6d，实际生产中可取0.4d～0.8d。

本实施例中，所述圆拱形挡板6的曲率为1.5d，d为壳体1的内径。曲率确定过程如下：按照1.1d，1.2d，1.3d(d为壳体1内径)的等差数列递增建立不同曲率下的圆拱形挡板模型，再通过流体仿真，得到不同模型的压力降与传热系数，通过比较，曲率在1.4d～1.6d之间的压力降相对较低，传热系数相对较高，且这个范围内的压力降和传热系数偏差不大。因此，圆拱形挡板1曲率的范围可取1.4d～1.6d。本实施例中，曲率选取1.5d。

其中，通过流体仿真计算，得出进、出口温度，算出其对流传热温差，根据公式h＝c×m×(T1-T2)/S×△T(h-传热系数，c-比热，m-质量流率，T1-入口温度，T2-出口温度，S-换热面积，△T-对流传热温差)，即求出传热系数；然后以单位压降传热系数(即h/△P，△P为单位压降)的大小，作为换热器换热性能的评判标准，系数越大，传热性能越好。

本实施例中，所述圆拱形挡板6和平板形挡板7沿边缘焊接于壳体1内壁上。由此，可以保证圆拱形挡板6和平板形挡板7与壳体1的连接牢固度，而且加工简单。

本申请的高效列管式换热器使用时，壳程流体从壳程流体进口3进入壳体1的内部，并对传热管束5内的冷流体进行加热，最后通过壳程流体出口4排出。当壳程流体经过圆拱形挡板6时，外围的流体被挡住，壳程流体只能顺着圆拱形挡板6的板面向中部开口处流动，并从中部开口流出；当壳程流体经过平板形挡板7时，中间部位的壳程流体被挡住，只能从平板形挡板7的两端开口处流过；圆拱形挡板6和平板形挡板7呈间隔交错布置，从而改变了壳程流体的流动路径。

本申请的列管式换热器用挡板组件，包括圆拱形流板6和平板形挡板7；所述圆拱形挡板6的内凹侧朝向平板形挡板7；所述圆拱形挡板6上设有可供传热管束5穿过的第一管孔601，所述平板形挡板7上设有可供传热管束5穿过的第二管孔701；所述圆拱形挡板6包括第一挡板602和第二挡板603；所述圆拱形挡板6的中部设有开口，该开口位于第一挡板602和第二挡板603之间，用于供壳程流体流过；所述平板形挡板7的两端设有开口，用于在平板形挡板7和壳体1之间形成供壳程流体流过的流通通道；所述第一挡板602和第二挡板603的形状大小一致，且第一挡板602和第二挡板603对称设置；所述平板形挡板7两端的开口形状大小一致，且对称设置；所述圆拱形挡板6的曲率为1.5d，d为列管式换热器壳体1的内径。

上述对本申请中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施方式的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。本领域所属技术人员根据本申请的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和具体实施方式(包括实施例)中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于本申请保护范围之内的其它的技术方案。

Claims (10)

1.高效列管式换热器，包括壳体(1)；所述壳体(1)的两端分别固定有一管板(2)；所述壳体(1)的侧面分别开设有壳程流体进口(3)和壳程流体出口(4)；所述壳体(1)的内部设有多根传热管束(5)；所述传热管束(5)的两端分别与管板(2)相连；其特征在于：所述传热管束(5)上沿轴线方向间隔设有一组圆拱形挡板(6)和一组平板形挡板(7)，所述圆拱形挡板(6)和平板形挡板(7)交替设置；所述圆拱形挡板(6)的外凸侧朝向壳程流体进口(3)；所述传热管束(5)穿过设于圆拱形挡板(6)上的第一管孔(601)和设于平板形挡板(7)上的第二管孔(701)；所述圆拱形挡板(6)和平板形挡板(7)均与壳体(1)的内壁固定；所述圆拱形挡板(6)包括第一挡板(602)和第二挡板(603)；所述圆拱形挡板(6)的中部设有开口，该开口位于第一挡板(602)和第二挡板(603)之间，用于供壳程流体流过；所述平板形挡板(7)的两端设有开口，从而在平板形挡板(7)和壳体(1)之间形成供壳程流体流过的流通通道。

2.根据权利要求1所述的高效列管式换热器，其特征在于：所述第一挡板(602)和第二挡板(603)的形状大小一致，且第一挡板(602)和第二挡板(603)对称设置。

3.根据权利要求1所述的高效列管式换热器，其特征在于：所述平板形挡板(7)两端的开口形状大小一致，且对称设置。

4.根据权利要求1所述的高效列管式换热器，其特征在于：所述圆拱形挡板(6)的曲率为1.4d～1.6d，d为壳体(1)的内径。

5.根据权利要求1所述的高效列管式换热器，其特征在于：相邻的圆拱形挡板(6)和平板形挡板(7)之间的间距为0.4d～0.8d，d为壳体(1)的内径。

6.根据权利要求1所述的高效列管式换热器，其特征在于：所述圆拱形挡板(6)和平板形挡板(7)与壳体(1)的内壁通过焊接连接。

7.列管式换热器用挡板组件，其特征在于：包括圆拱形挡板(6)和平板形挡板(7)；所述圆拱形挡板(6)的内凹侧朝向平板形挡板(7)；所述圆拱形挡板(6)上设有可供传热管束(5)穿过的第一管孔(601)，所述平板形挡板(7)上设有可供传热管束(5)穿过的第二管孔(701)；所述圆拱形挡板(6)包括第一挡板(602)和第二挡板(603)；所述圆拱形挡板(6)的中部设有开口，该开口位于第一挡板(602)和第二挡板(603)之间，用于供壳程流体流过；所述平板形挡板(7)的两端设有开口，用于在平板形挡板(7)和壳体(1)之间形成供壳程流体流过的流通通道。

8.根据权利要求7所述的列管式换热器用挡板组件，其特征在于：所述第一挡板(602)和第二挡板(603)的形状大小一致，且第一挡板(602)和第二挡板(603)对称设置。

9.根据权利要求8所述的列管式换热器用挡板组件，其特征在于：所述平板形挡板(7)两端的开口形状大小一致，且对称设置。

10.根据权利要求9所述的列管式换热器用挡板组件，其特征在于：所述圆拱形挡板(6)的曲率为1.4d～1.6d，d为列管式换热器的壳体(1)的内径。

Images