CN116817634A - 一种绕管式换热器及绕管式换热器的控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种绕管式换热器及绕管式换热器的控制方法，其中，绕管式换热器包括筒体以及设于筒体内的芯筒和换热管；筒体的顶端和底端分别设有第一端盖，筒体顶端设有物料出口，筒体的底端设有物料入口，筒体的上部侧壁设有溢流出口，筒体的下部侧壁设有第一入口，第一入口与芯筒连通；芯筒固设于筒体内，芯筒的两端分别设有第二端盖，且芯筒的侧壁设有通孔，通孔为圆柱形孔或锥形孔；换热管连通于物料入口和物料出口之间，并缠绕于芯筒的外侧。能够避免由于直接加热热敏性物料而导致物料变质的情况，保证换热效果的同时保证产品品质，同时能够简化整体结构，减小设备整体占地面积并降低成本。

Description

一种绕管式换热器及绕管式换热器的控制方法

技术领域

本发明涉及化工装备技术领域，具体为一种绕管式换热器及绕管式换热器的控制方法。

背景技术

绕管式换热器包括筒体以及设于筒体内的换热管，在使用蒸汽加热并汽化换热管内的物料时，筒体内的蒸汽上进下出，蒸汽冷凝液直接从下方出口流出仅通过蒸汽与换热管内的物料换热，并且当换热管内的物料为热敏性物料时，直接用高温蒸汽加热换热管内的物料，容易使物料变质，从而影响产品品质。

为了解决上述问题，本领域人员使用两个换热器，先用蒸汽与水进行换热，得到既定温度的水，然后使用第二个换热器将水作为壳程介质在第二个换热器中与管程物料进行换热，以达到水浴式加热的效果，避免直接用高温蒸汽加热换热管内的物料，导致使物料变质的情况，但是由于使用了两台换热器，结构复杂、设备整体体积大，占地面积大且操作较为繁琐。

而如何提供一种绕管式换热器，能够避免由于直接加热热敏性物料而导致物料变质的情况，保证换热效果的同时保证产品品质，同时能够简化整体结构，减小设备整体占地面积并降低成本，是本领域技术人员所需要解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种绕管式换热器及绕管式换热器的控制方法，能够避免由于直接加热热敏性物料而导致物料变质的情况，保证换热效果的同时保证产品品质，同时能够简化整体结构，减小设备整体占地面积并降低成本。

为解决上述技术问题，本申请提供一种绕管式换热器，包括筒体以及设于所述筒体内的芯筒和换热管；所述筒体的顶端和底端分别设有第一端盖，所述筒体顶端设有物料出口，所述筒体的底端设有物料入口，所述筒体的上部侧壁设有溢流出口，所述筒体的下部侧壁设有第一入口，所述第一入口与所述芯筒连通；所述芯筒固设于所述筒体内，所述芯筒的两端分别设有第二端盖，且所述芯筒的侧壁设有通孔，所述通孔为圆柱形孔，所述圆柱形孔的轴线与所述芯筒的轴线垂直或呈预设夹角，或者，所述通孔为锥形孔；所述换热管连通于所述物料入口和所述物料出口之间，并缠绕于所述芯筒的外侧。

可选地，还包括液位管路，所述筒体的底部侧壁还开设有下液位口，所述下液位口的高度低于所述第一入口的高度，所述筒体的顶部侧壁还开设有上液位口，所述上液位口的高度高于所述溢流出口的高度，所述液位管路连通于所述下液位口和所述上液位口之间。

可选地，还包括温度检测单元，用于检测所述筒体内的换热介质的温度值；所述筒体的中部侧壁开设有温度检测口，所述温度检测单元设于所述温度检测口，或者，所述温度检测单元设于所述溢流出口。

可选地，所述筒体的底部还设有第一封板，所述第一封板与所述筒体底端的第一端盖围合形成第一流通腔，所述第一流通腔与所述物料入口连通，所述筒体的顶部还设有第二封板，所述第二封板与所述筒体顶端的第一端盖围合形成第二流通腔，所述第二流通腔与所述物料出口连通；

各所述换热管的底端分别穿过所述第一封板与所述第一流通腔连通；

各所述换热管的顶端分别穿过所述第二封板与所述第二流通腔连通。

可选地，所述芯筒两端的所述第二端盖分别通过固定件与所述第一封板及所述第二封板固定；

和/或，所述第二端盖开设有所述通孔。

可选地，所述芯筒的外壁均匀布置有所述通孔，所述芯筒的下部的通孔数量大于所述芯筒的上部的通孔数量；和/或，所述芯筒的下部的通孔的面积大于所述芯筒的上部的通孔的面积。

可选地，所述芯筒的两端伸出所述换热管的缠绕段，所述通孔的高度低于所述溢流出口的高度。

本申请还提供了一种绕管式换热器的控制方法，基于如上所述的绕管式换热器，所述绕管式换热器的控制方法包括如下步骤：

S1：通过第一入口通入换热介质，直至换热介质由溢流出口溢出；

S2：通过物料入口向换热管内通入待加热的物料；

S3：通过第一入口向芯筒内通入高温饱和蒸汽。

可选地，绕管式换热器还包括液位管路，所述筒体的底部侧壁还开设有下液位口，所述筒体的顶部侧壁还开设有上液位口，所述上液位口的高度高于所述溢流出口的高度，所述液位管路连通于所述下液位口和所述上液位口之间；

所述绕管式换热器的控制方法在步骤S3之后还包括：

S4：若液位管路内的液位高度高于溢流出口的高度，则减小第一入口的蒸汽流量或关闭第一入口，直至液位管路内的液位高度与溢流出口的高度一致；

若液位管路内的液位高度低于溢流出口的高度，则增大第一入口的蒸汽流量，直至液位管路内的液位高度与溢流出口的高度一致。

可选地，还包括温度检测单元，用于检测所述筒体内的换热介质的温度值；

所述绕管式换热器的控制方法在步骤S3之后还包括：

S5：若温度值高于预设温度，则减少第一入口的蒸汽流量或关闭第一入口，和/或，增加物料入口的物料流量，直至温度值达到预设温度；

若温度值低于预设温度，则增加第一入口的蒸汽流量，和/或，减少物料入口的物料流量或关闭物料入口，直至温度值达到预设温度。

本申请所提供的绕管式换热器包括如下有益效果：

绕管式换热器通过水浴方式加热物料，高温饱和蒸汽由第一入口通入芯筒后，能够穿过芯筒的通孔，并能够对壳程内（筒体内）的换热介质进行加热，使得筒体内先形成高热位区域，然后加热后的换热介质能够对管程内（换热管内）的物料进行加热，以使物料温度升高。通过液态换热介质均匀地对换热管内的物料进行加热，换热效率较高、换热稳定性好，并可避免由于温度较高的饱和蒸汽直接与换热管换热，导致换热管内的热敏性物料变质的情况，进而保证换热效果和产品品质。

通孔可以是圆柱形孔，也可以锥形孔。

圆柱形孔的轴线与芯筒的轴线垂直设置，此时，圆柱形孔轴线的延长线能够与芯筒的轴线相交且垂直，如此设置，能够简化该通孔的加工工艺。

圆柱形孔的轴线与芯筒的轴线之间呈预设夹角，也就是说，圆柱形孔的轴线是倾斜布置的，并且，该圆柱形孔轴线的延长线能够与芯筒的轴线相交并呈预设夹角，该预设夹角大于0°且小于90°，具体角度可根据实际情况设置即可。圆柱形孔轴线的倾斜方向与筒体内换热介质的流动方向相同，如此一来，有利于换热介质在由通孔喷出时的喷射路程更远；圆柱形孔轴线的倾斜方向与筒体内换热介质的流动方向相反，如此一来，有利于换热介质在由通孔喷出至筒体内后能够与筒体内的换热介质进行充分换热，提高换热效果。

锥形孔的孔径沿芯筒的直径方向由内向外逐渐变大，芯筒内的换热介质在由锥形孔喷出的过程中，随着锥形孔孔径变大，喷射流会张开，并与筒体内更大范围的换热介质接触，从而增强换热汽化效果。锥形孔的孔径沿芯筒的直径方向由内向外逐渐变小，芯筒内的换热介质在由锥形孔喷出的过程中，随着锥形孔孔径变小，喷射流更急速并在筒体内的喷射路程更远，增加与筒体内换热介质的接触范围，还能够增大与筒体内的换热介质的流动性，增强换热汽化效果。

当然，还可以是部分锥形孔的孔径沿芯筒的直径方向由内向外逐渐变大，部分锥形孔的孔径沿芯筒的直径方向由内向外逐渐变小，如此设置，能够确保芯筒内的换热介质充分地与筒体内各处位置的换热介质进行换热，进一步增强换热汽化效果。

本申请所提供的绕管式换热器的控制方法与上述绕管式换热器的技术效果类似，为节约篇幅，在此不再赘述。

附图说明

图1是本申请实施例所提供的绕管式换热器的结构示意图；

图2是图1中A的放大图；

图3是图1中芯筒的结构示意图；

图4是图3中B-B剖视图，通孔为圆柱形孔，且通孔的轴线与芯筒的轴线垂直；

图5是图3中B-B剖视图，通孔为圆柱形孔，且通孔的轴线与芯筒的轴线呈预设夹角；

图6是图3中B-B剖视图，通孔为圆柱形孔，且通孔的轴线与芯筒的轴线呈预设夹角；

图7是图3中B-B剖视图，通孔为圆锥形孔；

图8是图3中B-B剖视图，通孔为圆锥形孔；

图9是芯筒第二端盖有孔时的俯视图；

图10是绕管式换热器的结构示意图，其中，筒体侧壁设有换热腔；

图11是绕管式换热器的结构示意图，其中，换热腔的腔壁设有换热孔；

图12是本申请实施例所提供的绕管式换热器的控制方法的流程框图；

图13是本申请实施例所提供的绕管式换热器的控制方法的详细流程框图。

图1-图13中，附图标记说明如下：

1筒体，11第一端盖，12物料入口，13物料出口，14第一入口，15溢流出口，16下液位口，17上液位口，18温度检测口，19第一封板，110第一流通腔，111第二封板，112第二流通腔，113换热腔，114第二入口，115第二出口，116换热孔；

2芯筒，21通孔，22第二端盖；

3换热管；

4液位管路；

5固定件。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步的详细说明。

本申请实施例提供了一种绕管式换热器，如图1所示，该绕管式换热器包括筒体1、芯筒2和换热管3；其中，筒体1和芯筒2均为筒型结构，芯筒2和换热管3均设于筒体1内。

如图1和图2所示，筒体1的顶端和底端分别通过第一端盖11封堵，并且，筒体1的底端设有物料入口12，筒体1的顶端设有物料出口13，筒体1的侧壁开设有第一入口14和溢流出口15，其中，第一入口14设于筒体1的底部，溢流出口15设于筒体1的顶部。

芯筒2的顶端和底端分别通过第二端盖22封堵，并且该芯筒2的侧壁开设有通孔21（如图3所示），第二端盖22也可以设置有通孔21（如图9所示）。

换热管3连通于物料入口12和物料出口13之间，并且换热管3缠绕于芯筒2的外侧。换热管3内流通有待加热的物料，物料与筒体1内的换热介质发生换热并被加热。具体的，换热管3通常在芯筒2外缠绕层数在2层-5层，防止由于层数太多导致外层换热管3受热不均匀，影响换热效率的情况。并且，相邻两层换热管3之间的间距、每一层相邻两根换热管3之间的间距均保持一致，能够进一步保证换热均匀性，提高换热效率。

换热管3缠绕于芯筒2外，并在芯筒2外形成缠绕段，芯筒2的两端伸出换热管3的缠绕段外，也就是说，芯筒2的长度要大于缠绕段的长度，保证换热管3沿长度方向与筒体1内的换热介质的换热效果。

具体的，筒体1内充有换热介质，并且筒体1内换热介质的液位高度不高于溢流出口15的高度，第一入口14用于向芯筒2内通入液态换热介质和高温饱和蒸汽（该高温饱和蒸汽具体是汽化的换热介质，冷凝后能够形成液态的换热介质），高温饱和蒸汽在由第一入口14通入芯筒2内并与芯筒2内的换热介质换热后，由于蒸汽压力和热膨胀作用，芯筒2内的换热介质会由通孔21向外喷出并与筒体1内的换热介质混合，并与筒体1内的换热介质发生换热，使得换热介质的温度升高，蒸汽温度下降并被冷却生成液态介质而混入换热介质内，因此随着换热过程的进行，高温蒸汽增加了筒体1内的换热介质的量，而当换热介质的液位高度高于溢流出口15时，会由溢流出口15排出，保证筒体1内的换热介质不断流动，并保持平衡状态。

换热管3内由物料入口12通入待加热的物料，换热管3的主要换热区域位于换热介质的液位高度以下，筒体1内的换热介质包围换热管3，换热介质在与蒸汽发生换热温度升高后，能够实现水浴式加热换热管3内的物料，使得物料吸热并汽化，最终，汽化后的物料将会由物料出口13排出。当然，本实施例中，物料在被加热后也可以是高温液态状态，也就是说，由物料出口13排出的物料可以是气态也可以是液态。

本实施例中，芯筒2不仅用于支撑换热管3，也是换热介质的加入通道，将第一入口14的接管伸长，接管穿过换热管3与芯筒2连通，并将蒸汽通入芯筒2内，由于换热介质充满筒体1和芯筒2，从第一入口14通入的高温蒸汽压力较大，芯筒2内的换热介质会在蒸汽压力的作用下通过通孔21进入筒体1内，然后蒸汽再由通孔21喷射到筒体1内，对筒体1内的换热介质进行加热。

通孔21（包括设于芯筒2侧壁的通孔21以及设于第二端盖22的通孔21）的高度要低于溢流出口15的高度，一方面能够避免蒸汽直接由溢流出口15流出造成热量流失，另一方面，还能够使蒸汽由通孔21喷出的第一时间接触的是换热介质而不是换热管3，避免蒸汽直接加热换热管3内的物料，导致换热管3内的热敏性物料变质的情况。

通孔21可以是如图4-图6所示的圆柱形孔，也可以是如图7-图8所示的锥形孔。

图4所示的圆柱形孔的轴线与芯筒2的轴线垂直设置，此时，圆柱形孔轴线的延长线能够与芯筒2的轴线相交且垂直，如此设置，能够简化该通孔21的加工工艺。

图5和图6所示的圆柱形孔的轴线与芯筒2的轴线之间呈预设夹角，也就是说，圆柱形孔的轴线是倾斜布置的，并且，该圆柱形孔轴线的延长线能够与芯筒2的轴线相交并呈预设夹角，该预设夹角大于0°且小于90°，具体角度可根据实际情况设置即可。图5和图6中，箭头所示方向为筒体1内的换热介质的流动方向，图5中，圆柱形孔轴线的倾斜方向与筒体1内换热介质的流动方向相同，如此一来，有利于换热介质在由通孔21喷出时的喷射路程更远，增加与筒体1内换热介质的接触范围，还能够增大与筒体1内的换热介质的流动性，增强换热汽化效果；图6中，圆柱形孔轴线的倾斜方向与筒体1内换热介质的流动方向相反，如此一来，有利于换热介质在由通孔21喷出至筒体1内后能够与筒体1内的换热介质进行充分换热，提高换热效果。

当然，还可以是部分圆柱形孔的轴线的倾斜方向与筒体1内的换热介质的流动方向相同，部分圆柱形孔的轴线的倾斜方向与筒体1内的换热介质的流动方向相反，如此设置，能够确保芯筒2内的换热介质充分地与筒体1内各处位置的换热介质进行换热，进一步增强换热汽化效果。

如图7所示的，锥形孔的孔径沿芯筒2的直径方向由内向外逐渐变大，芯筒2内的换热介质在由锥形孔喷出的过程中，随着锥形孔孔径变大，喷射流会张开，并与筒体1内更大范围的换热介质接触，从而增强换热汽化效果。如图8所示的，锥形孔的孔径沿芯筒2的直径方向由内向外逐渐变小，芯筒2内的换热介质在由锥形孔喷出的过程中，随着锥形孔孔径变小，喷射流更急速并在筒体1内的喷射路程更远，增加与筒体1内换热介质的接触范围，还能够增大与筒体1内的换热介质的流动性，增强换热汽化效果。

当然，还可以是部分锥形孔的孔径沿芯筒2的直径方向由内向外逐渐变大，部分锥形孔的孔径沿芯筒2的直径方向由内向外逐渐变小，如此设置，能够确保芯筒2内的换热介质充分地与筒体1内各处位置的换热介质进行换热，进一步增强换热汽化效果。

或者，还可以是部分通孔21为圆柱形孔，部分通孔21为锥形孔，具体可根据实际情况设置即可。

具体的，在芯筒2上开设合适数量和规格的通孔，使芯筒2侧壁的所有通孔21的总面积要大于第一入口14的流通面积，确保高温饱和蒸汽能够通过通孔21，均匀分散并与筒体1内的换热介质混合，从而实现均匀加热筒体1内的换热介质的目的。

相应的，本申请实施例还提供了一种绕管式换热器的控制方法，基于上述绕管式换热器，如图12所示，该绕管式换热器的控制方法包括如下步骤：

S1：通过第一入口14通入换热介质，直至换热介质由溢流出口15溢出；

S2：通过物料入口12向换热管3内通入待加热的物料；

S3：通过第一入口14向芯筒2内通入高温饱和蒸汽。

绕管式换热器通过水浴方式加热物料，蒸汽由第一入口14通入芯筒2内后，能够对壳程内（筒体1内）的换热介质进行加热，使得筒体1内先形成高热位区域，然后加热后的换热介质能够对管程内（换热管3内）的物料进行加热，以使物料温度升高。通过液态换热介质均匀地对换热管3内的物料进行加热，换热效率较高、换热稳定性好，并可避免由于温度较高的饱和蒸汽直接与换热管3换热，导致换热管3内的热敏性物料变质的情况，进而保证换热效果和产品品质。

绕管式换热器可适应于小温差工况换热，应用在水浴式加热汽化工况时，可以更大程度的利用蒸汽的显热，从而节约蒸汽的用量，降低运行成本。

并且，本实施例所提供的绕管式换热器，能够在一个筒体1内实现蒸汽与水换热以及水浴加热换热管3，相较于通过设置两个换热设备，一个换热设备进行蒸汽与水换热，一个换热设备进行水浴加热换热管3的设置方案来说，明显能够简化整体结构，减小设备整体占地面积并降低成本。

本实施例中，如图1所示，该绕管式换热器还包括液位管路4，筒体1的侧壁还设有下液位口16和上液位口17，其中，下液位口16设于筒体1的底部，并且该下液位口16的高度要低于第一入口14的高度，上液位口17设于筒体1的顶部，并且该上液位口17的高度要高于溢流出口15的高度，液位管路4连通于下液位口16和上液位口17之间。

当该绕管式换热器稳定运行时，液位管路4内的液位高度与筒体1内的液位高度一致，通过液位管路4内的液位高度能够明显获知筒体1内的液位高度，并可根据该液位高度和溢流出口15的高度比较，对物料入口12和第一入口14的通入流量进行调整，保证换热效果和产品质量。

具体的，如图13所示，绕管式换热器的控制方法中，在上述步骤S3之后还包括：

S4：若液位管路4内的液位高度高于溢流出口15的高度，则减小第一入口14的蒸汽流量或关闭第一入口14，直至液位管路4内的液位高度与溢流出口15的高度一致；

若液位管路4内的液位高度低于溢流出口15的高度，则增大第一入口14的蒸汽流量，直至液位管路4内的液位高度与溢流出口15的高度一致。

当液位管路4内的液位高度高于溢流出口15的高度时，说明此时筒体1内的换热介质量较多，溢流出口15来不及排出，此时，应当减小第一入口14的蒸汽流量或直接关闭第一入口14，当液位管路4内的液位高度低于溢流出口15的高度时，说明此时筒体1内的换热介质量较少，此时，应当适当增大第一入口14的蒸汽流量，当液位管路4的液位高度与溢流出口15的高度一致时，重新调节第一入口14的流量，使得液位管路4的液位高度与溢流出口15的高度维持在一致的状态。

当然，在对第一入口14的蒸汽流量进行调节时，还可相应地对物料入口12的物料流量进行调节，如减小蒸汽流量时，减小物料流量，增大蒸汽流量时，增大物料流量。

通过液位管路4的设置，以及通过上述步骤S4，根据该液位管路4内的液位高度和溢流出口15的高度，对第一入口14的蒸汽流量进行调节，能够实时观察筒体1内的换热介质的量，确保换热介质的量足够，保证换热介质能够提供物料所需的热量，从而保证该绕管式换热器对物料的加热效果，同时能够保证该绕管式换热器能够稳定地运行。

不难理解，为方便观察液位管路4内的液位高度，可将液位管路4设置为透明管路。进一步的，还可在液位管路4内设置有与溢流出口15高度对应的刻度，方便观察液位管路4内的液位高度是否高于溢流出口15的高度。

当然，本实施例中，也可以通过在筒体1内设置有液位计等检测液位高度，并将检测结果输出至终端或显示设备上，以便于观察，而通过液位管路4检测筒体1内的液位高度，能够在方便检测筒体1内液位高度、简化整体结构的同时，保证检测稳定性和使用寿命。

该绕管式换热器还包括温度检测单元（图中未示出），该温度检测单元用于检测筒体1内的换热介质的温度值。具体的，可以是如图1所示的，在筒体1的中部侧壁还开设有温度检测口18，温度检测单元设于该温度检测口18，其中，中部位置可大致位于筒体1高度方向的中间位置，并非严格意义上的高度方向的中间位置，具体可以是中间、中间偏上、中间偏下均可，或者，还可以将温度检测单元直接设置在溢流出口15处，并用于检测溢流出口15出的换热介质的温度值均可。

该温度检测单元用于检测筒体1内的换热介质的温度值，并判断饱和蒸汽的流量是否能够满足物料的加热需要，在温度检测单元所在位置，对应有预设温度，当温度检测单元所检测到的换热介质的温度值高于预设温度，说明饱和蒸汽量能够满足物料的加热需要，当温度检测单元所检测到的温度值低于预设温度，说明此时，饱和蒸汽量无法满足物料的加热需要，需要适当的增加饱和蒸汽量，直至温度检测单元所检测到的温度值维持在预设温度即可。

具体的，如图13所示，绕管式换热器的控制方法在上述步骤S3之后还包括：

S5：若温度值高于预设温度，则减少第一入口14的蒸汽流量或关闭第一入口14，和/或，增加物料入口12的物料的流量，直至温度值达到预设温度；

若温度值低于预设温度，则增加第一入口14的蒸汽流量，和/或，减少物料入口12的物料的流量或关闭物料入口12，直至温度值达到预设温度。

对于筒体1内的不同高度位置，可对应有不同的预设温度，该预设温度可根据试验、模拟、计算等方式获取即可，在此不做具体限制。并且，预设温度可以是一个具体的数值也可以是一个温度范围均可。

通过温度检测单元的设置，以及根据温度检测单元所检测的换热介质的温度值，对第一入口14的蒸汽流量和物料入口12的物料流量的调节，能够实时控制壳程内的换热介质的温度，确保换热介质能够提供足够的热量，使得物料被加热至所需温度，从而保证该绕管式换热器对物料的加热效果。

上述步骤S4和S5可以同时进行。

第一入口14可以根据物料所需要的热量进行设计，如根据物料的汽化计算热负荷，以此计算所需蒸汽流量，并根据该蒸汽流量设计合适规格的第一入口14，确保足够的高温饱和蒸汽能够通入芯筒2内。

本实施例中，对于换热介质和物料均不做限制，为方便说明，下文中，以换热介质为水、高温饱和蒸汽是高温饱和水蒸气、待加热的物料为液氨，通过该绕管式换热器对液氨进行加热汽化，并生成气体由物料出口13排出为例，对该绕管式换热器进行详细的说明。

液氨汽化工况，根据换热管3液氨流量（500kg/h）、物料入口12温度（20℃）及物料出口13的温度（60℃）、液氨工作压力为1MPa，液氨汽化潜热计算热负荷为182kw，根据水浴式设计要求换热水的温度保持在预设温度90℃左右，以此计算饱和蒸汽的工作压力是0.6MPa、温度为165℃、流量为300kg/h。芯筒2侧壁的通孔21直径为8mm。

液氨从物料入口12进入换热管3内，经过壳程换热介质加热汽化后，气体从物料出口13输出。从第一入口14输入高温饱和蒸汽，蒸汽加热壳程内的水，水再与换热管3内液氨换热后，从溢流出口15流出。

在运行之前，先通过第一入口14向壳程通入水，待到溢流出口15开始出水时，停止通水，同时液位管路显示壳程液体液位。

打开第一入口14，高温饱和蒸汽从第一入口14通入芯筒2中，使高温饱和蒸汽先加热壳程中的水，直到温度计检测单元检测到壳程中的水的温度值达到预设温度90℃。

打开物料入口12，使液氨进入管程。壳程中的水加热管程内的液氨，液氨汽化成气体，实现了水浴加热汽化，气体从物料出口13输出。蒸汽加热壳程液体之后也会变成水，壳程内的水不断增多，所以溢流出口15会持续不断的流出水。壳程中的水不断流动，使壳程内水的温度保持一致。

换热过程中实时监控液位管路4显示的液位与溢流出口15持平，同时检查溢流出口15有液体排出。若液位管路4显示的液位高于溢流出口15时关闭第一入口14或者调小蒸汽流量，使液位管路4中的液面与溢流出口15持平；若液位管路4显示的液位低于溢流出口15且溢流出口15没有液体流出，则增加蒸汽流量，使液位管路4中的液面与溢流出口15持平。

换热过程中通过温度检测单元实时监测换热介质的温度值，若温度值高于90℃，则减小蒸汽流量或者增加液氨流量，若温度值低于90℃，则增大蒸汽流量或者减小液氨流量。经过调整，使温度检测单元所检测的温度值维持在90℃。

增大或减小蒸汽流量，具体是指增大或减小第一入口14的蒸汽通入流量，增大或减小液氨流量，具体是指增大或减小物料入口12的液氨通入流量。

需要注意的是在调节蒸汽流量和液氨流量的过程中，注意换热介质和物料的相互匹配，确保能够实现稳定地换热。

如图1和图2所示，筒体1的底部设有第一流通腔110，该第一流通腔110与物料入口12连通，筒体1的顶部设有第二流通腔112，该第二流通腔112与物料出口13连通。各换热管3的底端分别与第一流通腔110连通，各换热管3的顶端分别与第二流通腔112连通。液氨由物料入口12进入第一流通腔110内，并由底部进入各换热管3内，在经过与壳程水换热，并吸热升温汽化后，由顶部排出在第二流通腔112内，最终由物料出口13排出。第一流通腔110和第二流通腔112的设置，能够实现物料的缓冲，便于物料入口12和物料出口13分别与各换热管3连通。

具体的，如图1和图2所示，筒体1内设有第一封板19和第二封板111，其中，第一封板19设于所述筒体1的底部，并与筒体1底端的第一端盖11围合形成上述第一流通腔110，第二封板111设于筒体1的顶部，并与筒体1顶端的第一端盖11围合形成上述第二流通腔112。不难理解，封板能够封堵筒体1，并设置有多个流通孔，流通孔的数量与换热管3的数量相同，并一一对应连通布置。

当然，本实施例中，还可以是将第一流通腔110和第二流通腔112设置在第一端盖11外，而通过在筒体1内设置第一封板19和第二封板111并与第一端盖11围合形成第一流通腔110和第二流通腔112时，能够简化整体结构，并使得整体结构更为规整，减少零部件的使用，简化制作工艺并降低成本。

如图1和图2所示，芯筒2两端的第二封板111分别通过固定件5与第一封板19以及第二封板111固定。当然，本实施例中，对于芯筒2如何在筒体1内实现固定，本实施例不做限制，如还可以将芯筒2通过固定件5与筒体1的内周壁固定均可，该固定件5可以设置有折弯结构等，避免与换热管3的缠绕造成干涉，而通过固定件5直接与第一封板19及第二封板111固定时，能够在保证芯筒2在筒体1内的稳定性的同时，还能够简化整体结构，简化制作工艺。

具体的，本实施例中，对于固定件5的具体结构并不做限制，如可将该固定件5设置为钢丝绳、连杆等，固定件5的一端与第二端盖22通过螺纹连接、焊接等方式固定，固定件5的另一端与第一封板19或第二封板111通过螺纹连接、焊接等方式固定即可。

芯筒2侧壁开孔的规格和数量可根据具体需要设计。如可将各通孔21的面积设置大小相等，并且芯筒2沿高度方向上设有多层通孔21，每一层通孔21的数量相同，各通孔21均匀布置于芯筒2的侧壁和第二端盖22。

物料以液态的方式由物料入口12通入，并由气态的方式由物料出口13排出，在物料由物料入口12通入换热管3内时，需要较多的热量与其换热并使其汽化，而在接近物料出口13处的位置，换热管3内仅有少量的液体需要汽化，需要较少的热量，所以，芯筒2的下部位置需要更多的高温饱和蒸汽与水换热，芯筒2的上部位置相对需要较少。

因此，本实施例中，还可以对芯筒2侧壁的通孔21进行如下布置，芯筒2的下部的通孔21的总面积大于芯筒2的上部的通孔21的总面积，具体可采取如下几种方式中的任一种即可。

第一种方式：芯筒2的下部的通孔21的数量大于芯筒2上部的通孔21数量。

具体的，该芯筒2的截面呈圆形结构，便于换热管3缠绕，若芯筒2的下部和上部等径，则可以将芯筒2下部的通孔21的间距设置的相对较小，芯筒2上部的通孔21的间距设置的相对较大，若芯筒2的下部直径大于上部直径，此时，芯筒2下部的通孔21间距可以小于芯筒2上部的通孔21的间距，也可以是芯筒2外壁各通孔21均匀布置均可。

第二种方式：芯筒2下部的通孔21面积大于芯筒2上部的通孔21面积，若通孔21为圆孔，则芯筒2下部的通孔21的孔径大于芯筒2上部的通孔21的孔径，若通孔21为方形孔，则芯筒2下部的通孔21的边长大于芯筒2的上部的通孔21的边长；

如此一来，使得高温饱和蒸汽在由第一入口14通入芯筒2内后，高温饱和蒸汽所带来的热量能够更多地与筒体1内下部的水换热，使得靠近物料入口12处的温度高于靠近物料出口13处的高度，提升汽化效果。

具体的，可以是芯筒2外壁沿高度方向设置有多层通孔21，每一层通孔21的总面积沿高度方向逐渐减小，或者也可以是多层通孔21分组布置，如三层通孔21为一组，各组通孔21的总面积由下至上逐渐减小等均可。

本实施例中，对于换热管3的结构不做限制，如可将该换热管3的螺旋角设置为不大于50°，如此一来，在持续通入高温饱和蒸汽的作用下，芯筒2与筒体1之间的换热介质形成螺旋湍流状态，加速了换热汽化效果。

如图10和图11所示，筒体1的侧壁设有换热腔113，该换热腔113的侧壁开设有第二入口114和第二出口115，换热介质能够由第二入口114通入换热腔113内，在与筒体1内换热介质发生换热后，由第二出口115排出。

其中，对于第二出口115有两种设置方式，第一种设置方式如图10所示，第二出口115设于筒体1的外壁，并与换热腔113连通，此时，第二出口115的高度要高于第二入口114的高度，具体可将换热水或高温饱和蒸汽由第二入口114通入换热腔113内均可，通过换热腔113对筒体1内与芯筒2距离较远的一侧的水发生换热，保证筒体1内的水在各处位置的换热效果，进而保证物料汽化效果。

第二种设置方式如图11所示，第二出口115为设于换热腔113的侧壁的换热孔116，该换热孔116的结构可以与通孔21的结构相同，可通过第二入口114向换热腔113内通入高温饱和蒸汽，此时该换热腔113的作用于芯筒2相似，蒸汽在进入换热腔113内后，能够穿过换热孔116与筒体1内的水混合，并与筒体1内的水发生换热。如此设置，能够进一步保证筒体1内的水在各处位置的换热效果，进而保证物料的汽化效果。并且，此种情况下，第二入口114还可以用于向筒体1内通入水，第一入口14和第二入口114可集成于一个入口，并通过设置三通结构等，使得由该入口通入的高温饱和蒸汽能够同时进入芯筒2和换热腔113内。

以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种绕管式换热器，其特征在于，包括筒体以及设于所述筒体内的芯筒和换热管；

所述筒体的顶端和底端分别设有第一端盖，所述筒体顶端设有物料出口，所述筒体的底端设有物料入口，所述筒体的上部侧壁设有溢流出口，所述筒体的下部侧壁设有第一入口，所述第一入口与所述芯筒连通；

所述芯筒固设于所述筒体内，所述芯筒的两端分别设有第二端盖，且所述芯筒的侧壁设有通孔，所述通孔为圆柱形孔，所述圆柱形孔的轴线与所述芯筒的轴线垂直或呈预设夹角，或者，所述通孔为锥形孔；

所述换热管连通于所述物料入口和所述物料出口之间，并缠绕于所述芯筒的外侧。

2.根据权利要求1所述的绕管式换热器，其特征在于，还包括液位管路，所述筒体的底部侧壁还开设有下液位口，所述下液位口的高度低于所述第一入口的高度，所述筒体的顶部侧壁还开设有上液位口，所述上液位口的高度高于所述溢流出口的高度，所述液位管路连通于所述下液位口和所述上液位口之间。

3.根据权利要求1或2所述的绕管式换热器，其特征在于，还包括温度检测单元，用于检测所述筒体内的换热介质的温度值；

所述筒体的中部侧壁开设有温度检测口，所述温度检测单元设于所述温度检测口，或者，所述温度检测单元设于所述溢流出口。

4.根据权利要求1或2所述的绕管式换热器，其特征在于，所述筒体的底部还设有第一封板，所述第一封板与所述筒体底端的第一端盖围合形成第一流通腔，所述第一流通腔与所述物料入口连通，所述筒体的顶部还设有第二封板，所述第二封板与所述筒体顶端的第一端盖围合形成第二流通腔，所述第二流通腔与所述物料出口连通；

各所述换热管的底端分别穿过所述第一封板与所述第一流通腔连通；

各所述换热管的顶端分别穿过所述第二封板与所述第二流通腔连通。

5.根据权利要求4所述的绕管式换热器，其特征在于，所述芯筒两端的所述第二端盖分别通过固定件与所述第一封板及所述第二封板固定；

和/或，所述第二端盖开设有所述通孔。

6.根据权利要求1或2所述的绕管式换热器，其特征在于，所述芯筒的外壁均匀布置有所述通孔，和/或，所述芯筒的下部的通孔数量大于所述芯筒的上部的通孔数量；和/或，所述芯筒的下部的通孔的面积大于所述芯筒的上部的通孔的面积。

7.根据权利要求1或2所述的绕管式换热器，其特征在于，所述芯筒的两端伸出所述换热管的缠绕段，且所述通孔的高度低于所述溢流出口的高度。

8.一种绕管式换热器的控制方法，其特征在于，基于如权利要求1所述的绕管式换热器，所述绕管式换热器的控制方法包括如下步骤：

S1：通过第一入口通入换热介质，直至换热介质由溢流出口溢出；

S2：通过物料入口向换热管内通入待加热的物料；

S3：通过第一入口向芯筒内通入高温饱和蒸汽。

9.根据权利要求8所述的绕管式换热器的控制方法，其特征在于，绕管式换热器还包括液位管路，所述筒体的底部侧壁还开设有下液位口，所述筒体的顶部侧壁还开设有上液位口，所述上液位口的高度高于所述溢流出口的高度，所述液位管路连通于所述下液位口和所述上液位口之间；

所述绕管式换热器的控制方法在步骤S3之后还包括：

S4：若液位管路内的液位高度高于溢流出口的高度，则减小第一入口的蒸汽流量或关闭第一入口，直至液位管路内的液位高度与溢流出口的高度一致；

若液位管路内的液位高度低于溢流出口的高度，则增大第一入口的蒸汽流量，直至液位管路内的液位高度与溢流出口的高度一致。

10.根据权利要求8或9所述的绕管式换热器的控制方法，其特征在于，还包括温度检测单元，用于检测所述筒体内的换热介质的温度值；

所述绕管式换热器的控制方法在步骤S3之后还包括：

S5：若温度值高于预设温度，则减少第一入口的蒸汽流量或关闭第一入口，和/或，增加物料入口的物料流量，直至温度值达到预设温度；

若温度值低于预设温度，则增加第一入口的蒸汽流量，和/或，减少物料入口的物料流量或关闭物料入口，直至温度值达到预设温度。