CN116817635B - 一种绕管式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种绕管式换热器，包括壳体和缠绕管束，缠绕管束连通管程入口和管程出口，壳体内部具有壳程通道，壳程通道连通第一壳程入口和壳程出口，壳体设第二壳程入口，还包括中间芯管，中间芯管第一端连通第二壳程入口，部分中间芯管自缠绕管束第一端插装在缠绕管束的中间位置，中间芯管第二端超出缠绕段第二端部，中间芯管靠近壳体中部设物料出口；还包括导流筒和隔离部件，导流筒在缠绕管束外周，靠近壳体中部设缺口带，壳体靠近中部设第三壳程入口，第三壳程入口与缺口带轴向错开，隔离部件设于导流筒与壳体之间，使第三壳程入口、缺口带与第一壳程入口隔离开，使第三壳程入口、缺口带与壳程出口隔离开。本发明实现分区控温，换热效果好。

Description

一种绕管式换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种绕管式换热器。

背景技术

换热器是化工生产过程中非常重要的设备，起着冷热流体进行热交换的作用，其效率的高低、安全的可靠性等直接影响化工生产的正常操作。

图1为绕管式换热器常规结构，包括壳体1'和缠绕管束2'，缠绕管束2'的缠绕段紧贴壳体1'的内壁，壳体1'的轴向两端设置管程入口N1'和管程出口N2'，缠绕管束2'沿壳体1'的轴向延伸，并连通管程入口N1'和管程出口N2'，缠绕管束2'中部形成壳程通道，壳体1'的侧壁在轴向两端分别设置壳程入口N3'和壳程出口N4'，壳程通道壳程入口N3'和壳程出口N4'，缠绕管束2'内部走热物料，壳程通道走冷物料，通过缠绕管束2'的外壁传热以实现热量交换。

对于要求实现分区控温，或对温度要求严格的特殊物料，绕管式换热器需要能够由壳体1'中间部位补充壳程物料，控制壳体1'中间部位的壳程物料的温度，但如图1所示的常规绕管式换热器，若在壳体1'中间部位设置补料进口，由于缠绕管束2'紧贴壳体1'的内壁，在缠绕管束2'的阻挡下，壳程物料无法进入缠绕管束2'中部的壳程通道；另外，壳程物料直接冲击缠绕管束2'，可能导致较大的压降及缠绕管束2'的震动失效。

因此，目前本领域技术人员只能采用多台设备串并联的方案解决温度控制问题，设备占据空间大，多台设备成本高。

因此，如何提供一种绕管式换热器，可实现壳程物料的中间进料，分区控温等功能，强化传热效果，且减小空间占用，降低成本为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种绕管式换热器，可实现壳程物料的中间进料，分区控温等功能，强化传热效果，且减小空间占用，降低成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种绕管式换热器，包括壳体和缠绕管束，所述壳体设置有管程入口和管程出口，所述缠绕管束位于所述壳体内部，所述缠绕管束连通所述管程入口和所述管程出口，所述壳体内部具有壳程通道，所述壳体设置有第一壳程入口和壳程出口，所述第一壳程入口和所述壳程出口通过所述壳程通道连通，所述缠绕管束包括位于轴向中部的缠绕段，以及位于所述缠绕段轴向两端的直线段；

所述壳体设置有第二壳程入口，还包括中间芯管，所述中间芯管的第一端连通所述第二壳程入口，部分所述中间芯管自所述缠绕管束的第一端插装在所述缠绕管束的中间位置，所述中间芯管的第二端超出所述缠绕段的第二端部，所述中间芯管在靠近所述壳体轴向中部的位置设置有物料出口；

还包括导流筒和隔离部件，所述导流筒罩设在所述缠绕管束的外周，并沿轴向覆盖所述缠绕段，所述导流筒的外壁与所述壳体的内壁之间具有间隙，所述导流筒在靠近所述壳体轴向中部的位置设置有缺口带，所述壳体在靠近轴向中部的位置设置有第三壳程入口，所述第三壳程入口与所述缺口带沿所述壳体的轴向错开，所述第三壳程入口与所述缺口带连通，所述隔离部件设置在所述导流筒与所述壳体之间，用于将所述第三壳程入口与所述第一壳程入口隔离开，将所述缺口带与所述第一壳程入口隔离开，并将所述第三壳程入口与所述壳程出口隔离开，将所述缺口带与所述壳程出口隔离开。

可选地，还包括环形堵板，所述环形堵板密封连接在所述导流筒和所述壳体之间，所述环形堵板将所述第三壳程入口与所述第一壳程入口隔离开，将所述缺口带与所述第一壳程入口隔离开，还包括一个或两个隔离罩，其中：

所述隔离罩的数量为一个，所述隔离罩密封连接于所述导流筒的轴向一端，所述缠绕管束的对应端部封装在所述隔离罩内部，所述隔离罩设置有出口孔，所述出口孔与所有壳程出口密封连通，所述隔离罩将所述第三壳程入口与所述壳程出口隔离开，将所述缺口带与所述壳程出口隔离开；

所述隔离罩的数量为两个，两个所述隔离罩密封连接于所述导流筒的轴向两端，所述缠绕管束的端部封装在对应所述隔离罩内部，所述隔离罩设置有出口孔，所述出口孔与所述壳程出口或所述第一壳程入口密封连通，其中一个所述隔离罩将所述第三壳程入口与所述壳程出口隔离开，将所述缺口带与所述壳程出口隔离开，另一个所述隔离罩将所述第三壳程入口与所述第一壳程入口隔离开，将所述缺口带与所述第一壳程入口隔离开；

所述环形堵板和所述隔离罩形成所述隔离部件。

可选地，所述第一壳程入口位于所述壳体的下端，所述第三壳程入口位于所述缺口带的轴向下端，所述环形堵板位于所述第三壳程入口的轴向下端。

可选地，还包括两个环形堵板，两个所述环形堵板均密封连接在所述导流筒和所述壳体之间，其中一个所述环形堵板位于所述第三壳程入口、所述缺口带的轴向下端，另一个所述环形堵板位于所述第三壳程入口、所述缺口带的轴向上端，其中一个所述环形堵板将所述第三壳程入口与所述第一壳程入口隔离开，将所述缺口带与所述第一壳程入口隔离开，另一个所述环形堵板将所述第三壳程入口与所述壳程出口隔离开，将所述缺口带与所述壳程出口隔离开，所述环形堵板形成所述隔离部件。

可选地，所述缺口带的宽度设置为：在所述缺口带处，连通所述缠绕管束内外的间隙面积之和大于所述第三壳程入口的流通面积。

可选地，还包括温度传感器，所述温度传感器设置在靠近所述壳体轴向中部的位置，其中：

所述温度传感器位于所述缺口带处，所述物料出口与所述缺口带沿轴向错开，并且所述物料出口位于所述缺口带远离所述壳程出口的一端；

或者，沿所述壳体的轴向，所述缺口带和所述物料出口均位于所述温度传感器远离所述壳程出口的一端。

可选地，所述中间芯管设置所述物料出口的数量为多个，多个所述物料出口沿周向分布，单个所述物料出口具有预设流通面积，各所述物料出口的流通面积之和不小于所述第二壳程入口的流通面积。

可选地，还包括两个管板，所述管板与所述壳体的内壁周向密封连接，两个所述管板位于所述壳体的轴向两端，所述管板设置轴向贯通的通孔，所述缠绕管束位于两个所述管板之间，所述缠绕管束的两端分别与对应端部的所述通孔连通，所述管程入口与其中一个所述管板的所述通孔连通，所述管程出口与另一所述管板的所述通孔连通；

所述第二壳程入口设置于其中一个所述管板的外侧，对应所述管板的中部设置过孔，所述中间芯管自所述过孔内部穿过。

可选地，所述中间芯管内部在靠近所述物料出口的位置密封连接有堵板，所述物料出口和所述第二壳程入口位于所述堵板的同侧。

可选地，所述中间芯管与所述堵板的连接处还设置有排净孔，所述排净孔和所述物料出口位于所述堵板的同侧。

本发明绕管式换热器的工作过程如下：

在开始工作的时候，管程物料由管程入口进入缠绕管束，管程物料通常为热物料；壳程物料由第一壳程入口进入壳程通道，壳程物料通常为冷物料，管程物料和壳程物料通过缠绕管束的外壁进行换热；

随着换热不断进行，壳程物料的温度逐渐升高，对于需要对壳体轴向中部物料温度进行控制的特殊物料，可以在靠近壳体轴向中部的位置设置温度传感器，用于随时对壳体轴向中部物料温度进行监测，当温度传感器监测到壳体轴向中部物料温度超过预设范围时，可以同时由第二壳程入口和第三壳程入口补充新鲜壳程物料，具体地：

来自第二壳程入口的壳程物料会流经中间芯管，由物料出口流出，直接补充到缠绕管束的中间位置；同时，由于导流筒罩设在缠绕管束的外周，导流筒的外壁与壳体的内壁之间具有间隙，第三壳程入口与缺口带沿壳体的轴向错开，因此，来自第三壳程入口的壳程物料不会直接冲击缠绕管束，而会先填充在导流筒与壳体之间的环形补充腔内，然后壳程物料会溢流至缺口带处，由外到内补充到缠绕管束的中部区域参与换热，同时，壳程物料会充满导流筒与壳体之间的环形补充腔。

随着缠绕管束的中部区域中冷热壳程物料的混合，壳体轴向中部物料温度会逐渐下降，当温度传感器的监测结果显示壳体轴向中部物料温度在预设范围内时，便可停止补充物料。

由此可见，本发明绕管式换热器中，导流筒设缺口带，壳程物料由外向内溢流，中间芯管设物料出口，直接向缠绕管束的中间位置补充壳程物料，二者相结合同时补料，不仅解决常规绕管式换热器壳程中间部位无法进料的问题，满足要求分区控温，或温度要求严格（严禁超温或热敏性物料）的特殊物料的换热需求，物料选择范围更广，方案灵活，可实现多种物料的综合换热方案；同时，物料能够均匀流入缠绕管束的中部区域，换热更均匀，提高换热效率；此外，相对于原先采用的多台设备串并联方案解决温度控制问题，设备占据空间更小，节省宝贵的安装空间，设备成本低。

附图说明

图1为现有技术绕管式换热器的结构示意图；

图2为本发明所提供绕管式换热器第一种具体实施例的结构示意图；

图3为图2绕管式换热器中A区域的局部放大图；

图4为图2绕管式换热器中B区域的局部放大图；

图5为图2绕管式换热器中管板的结构示意图；

图6为本发明所提供绕管式换热器第二种具体实施例的结构示意图；

图7为本发明所提供绕管式换热器第三种具体实施例的结构示意图；

其中，图1中的附图标记说明如下：

1'-壳体；2'-缠绕管束；N1'-管程入口；N2'-管程出口；N3'-壳程入口；N4'-壳程出口；

其中，图2-图7中的附图标记说明如下：

1-壳体；N1-管程入口；N2-管程出口；N3-第一壳程入口；N4-壳程出口；N5-第二壳程入口；N6-第三壳程入口；

2-缠绕管束；

3-中间芯管；3a-物料出口；3b-排净孔；

4-导流筒；4a-缺口带；

5-环形堵板；

6-隔离罩；

7-管板；7a-通孔；7b-过孔；

8-堵板；

9-排净口；

10-放空口。

具体实施方式

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

本文中所述“多个”通常为两个以上；且当采用“多个”表示某几个部件的数量时，并不表示这些部件在数量上的相互关系。

请参考图2与图3，图2为本发明所提供绕管式换热器一种具体实施例的结构示意图；图3为图2绕管式换热器中A区域的局部放大图。

本发明提供一种绕管式换热器，包括壳体1和缠绕管束2，壳体1设置有管程入口N1和管程出口N2，缠绕管束2位于壳体1内部，缠绕管束2连通管程入口N1和管程出口N2，壳体1内部具有壳程通道，壳体1设置有第一壳程入口N3和壳程出口N4，第一壳程入口N3和壳程出口N4通过壳程通道连通，缠绕管束2包括位于轴向中部的缠绕段，以及位于缠绕段轴向两端的直线段，

壳体1设置有第二壳程入口N5，还包括中间芯管3，中间芯管3的第一端连通第二壳程入口N5，部分中间芯管3自缠绕管束2的第一端插装在缠绕管束2的中间位置，中间芯管3的第二端自缠绕段的第二端超出，换言之，中间芯管3的长度不小于缠绕段的长度，中间芯管3可以起到支撑缠绕段的作用，中间芯管3在靠近壳体1轴向中部的位置设置有物料出口3a；

还包括导流筒4和隔离部件，导流筒4罩设在缠绕管束2的外周，并沿轴向覆盖缠绕管束2的缠绕段，导流筒4的外壁与壳体1的内壁之间具有间隙，导流筒4在靠近壳体1轴向中部的位置设置有缺口带4a，壳体1在靠近轴向中部的位置设置有第三壳程入口N6，第三壳程入口N6与缺口带4a沿壳体1的轴向错开，第三壳程入口N6与缺口带4a连通，隔离部件设置在导流筒4与壳体1之间，用于将第三壳程入口N6与第一壳程入口N3隔离开，将缺口带4a与第一壳程入口N3隔离开，并将第三壳程入口N6与壳程出口N4隔离开，将缺口带4a与壳程出口N4隔离开。

其中，这里所说的隔离部件在导流筒4与壳体1之间，将第三壳程入口N6与第一壳程入口N3隔离开，将缺口带4a与第一壳程入口N3隔离开，并将第三壳程入口N6与壳程出口N4隔离开，将缺口带4a与壳程出口N4隔离开，是指来自第三壳程入口N6的壳程物料无法通过导流筒4与壳体1之间的间隙流动至第一壳程入口N3或壳程出口N4，而只能穿过缺口带4a由外到内补充到缠绕管束2的中部区域参与换热，避免壳程物料通过导流筒4与壳体1之间的间隙形成漏流，提高换热效率。

可以理解，虽然缠绕管束2的中部区域、导流筒4与壳体1之间的环形区域均有壳程物料流过，但仅缠绕管束2的中部区域连通第一壳程入口N3和壳程出口N4，因此，可以认为缠绕管束2的中部区域形成壳程通道。

这里所说的缠绕管束2的中部区域包括缠绕管束2的中间位置，即靠近中间芯管3的位置，也包括缠绕管束2的间隙，该间隙包括同一层换热管的间隙，以及不同层换热管之间的间隙。

本发明绕管式换热器的工作过程如下：

在开始工作的时候，管程物料由管程入口N1进入缠绕管束2，管程物料通常为热物料；壳程物料由第一壳程入口N3进入缠绕管束2的中部区域，壳程物料通常为冷物料，管程物料和壳程物料通过缠绕管束2的外壁进行换热；

随着换热不断进行，壳程物料的温度逐渐升高，对于需要对壳体1轴向中部物料温度进行控制的特殊物料，可以在靠近壳体1轴向中部的位置设置温度传感器，用于随时对壳体1轴向中部物料温度进行监测，当温度传感器监测到壳体1轴向中部物料温度超过预设范围时，可以同时由第二壳程入口N5和第三壳程入口N6补充新鲜壳程物料，具体地：

来自第二壳程入口N5的壳程物料会流经中间芯管3，由物料出口3a流出，直接补充到缠绕管束2的中间位置；同时，由于导流筒4罩设在缠绕管束2的外周，导流筒4的外壁与壳体1的内壁之间具有间隙，第三壳程入口N6与缺口带4a沿壳体1的轴向错开，因此，来自第三壳程入口N6的壳程物料不会直接冲击缠绕管束2，而会先填充在导流筒4与壳体1之间的环形补充腔内，然后壳程物料会溢流至缺口带4a处，由外到内补充到缠绕管束2的中部区域参与换热，同时壳程物料会逐渐充满导流筒4与壳体1之间的环形补充腔。

随着缠绕管束2的中部区域中冷热壳程物料的混合，壳体1轴向中部物料温度会逐渐下降，当温度传感器的监测结果显示壳体1轴向中部物料温度在预设范围内时，便可停止补充物料。

由此可见，本发明绕管式换热器中，导流筒4设缺口带4a，壳程物料由外向内溢流，中间芯管3设物料出口3a，直接向缠绕管束2的中间位置补充壳程物料，二者相结合同时补料，不仅解决常规绕管式换热器壳程中间部位无法进料的问题，满足要求分区控温，或温度要求严格（严禁超温或热敏性物料）的特殊物料的换热需求，物料选择范围更广，方案灵活，可实现多种物料的综合换热方案；同时，物料能够均匀流入缠绕管束2的中部区域，换热更均匀，提高换热效率；此外，相对于原先采用的多台设备串并联方案解决温度控制问题，设备占据空间更小，节省宝贵的安装空间，设备成本低。

实际应用中，壳程物料的流量可以根据壳程物料的出口温度进行自动调节。因此，可以在壳程物料的出口处也设置温度传感器，在三个壳程入口处均设置流量阀，绕管式换热器还应当包括控制器，控制器与各温度传感器、各流量阀均电连接，控制器可以根据各温度传感器的检测结果，控制流量阀的启闭或开启角度，以对壳程物料的流量进行调节。

其中，控制器的具体结构和控制原理为本领域技术人员熟知的现有技术，在此不再赘述。

可以理解，前述“靠近壳体1轴向中部的位置”可以广泛地认为是第一壳程入口N3和壳程出口N4之间的位置，具体可以位于壳体1轴向正中间，也可以偏向壳体1的轴向上端，或偏向壳体1的轴向下端，实际应用中，根据物料的性质不同可以选择不同的换热器，实现壳程物料中间部位的温度控制。

如前所述，缠绕管束2通常包括位于轴向中部的缠绕段，以及位于缠绕段轴向两端的直线段，缠绕管束2呈直线形延伸，因此，管程入口N1和管程出口N2设置于壳体1的上下两端壁，便于缠绕管束2的安装；而来自第一壳程入口N3的壳程物料需要穿过缠绕管束2的直线段的间隙进入壳程通道内部，因此，第一壳程入口N3和壳程出口N4设置于壳体1的侧壁上下两端，第一壳程入口N3和壳程出口N4均与缠绕管束2的直线段相对应，且壳程物料的流动方向与直线段的间隙的延伸方向垂直，便于壳程物料进入壳程通道内部，或自壳程通道流出。

由图2可以看出，本实施例中，第一壳程入口N3设置于壳体1侧壁下端，壳程出口N4设置于壳体1的侧壁上端，实际应用中，第一壳程入口N3和壳程出口N4的设置位置不做限制，如壳程出口N4设置于壳体1的侧壁下端，第一壳程入口N3设置于壳体1的侧壁上端也是可行的。

同样地，本实施例中，管程入口N1设置于壳体1的下端壁，管程出口N2设置于壳体1的上端壁，实际应用中，管程入口N1和管程出口N2的设置位置也不做限制，如管程入口N1设置于壳体1的上端壁，管程出口N2设置于壳体1的下端壁也是可行的。

其中，导流筒4罩设在缠绕管束2的外周，具体是指导流筒4的内壁与缠绕管束2的外壁贴合；导流筒4的外壁与壳体1的内壁之间的间隙的取值范围为5mm~50mm。

其中，缺口带4a的结构不做限制，如缺口带4a可以为弧形结构；或者，如图2所示，在本实施例中，缺口带4a为环形结构，利用环形补充腔的溢流作用，壳程物料能够沿周向更加均匀地进入缠绕管束2中部，不会产生偏流的情况，为更加优选的技术方案。

其中，缺口带4a的数量也不做限制，根据壳体1的轴向尺寸不同，导流筒4可以设置一个或多个缺口带4a，当缺口带4a的数量为多个时，多个缺口带4a沿轴向间隔分布，每一个缺口带4a均可对应设置一个或多个第三壳程入口N6。

其中，缺口带4a的宽度设置为：在缺口带4a处，连通缠绕管束2内外的间隙面积之和大于第三壳程入口N6的流通面积，使壳程物料能够更加顺利进入缠绕管束2中部，不会产生较大的压降。如图3所示，缺口带4a的宽度为B，优选地，B的取值范围为100-300mm。

其中，第三壳程入口N6与缺口带4a沿壳体1的轴向错开，具体到本实施例中，如图3所示，第三壳程入口N6位于缺口带4a的轴向下端，第三壳程入口N6的上端轮廓线与缺口带4a的下端轮廓线之间的距离为H2，该距离也即第三壳程入口N6与缺口带4a沿壳体1轴向错开的距离，优选地，H2的取值范围为30mm-50mm。

当然，实际应用中，第三壳程入口N6位于缺口带4a的轴向上端也是可行的，此时，第三壳程入口N6的下端轮廓线与缺口带4a的上端轮廓线之间的距离为H2。

其中，温度传感器设置在靠近壳体1轴向中部的位置，如温度传感器可以布置在缺口带4a处，此时，为了温度传感器能够更加精确地检测出壳程物料的真实温度，如图2所示，中间芯管3设置物料出口3a的位置位于缺口带4a的轴向下端，物料出口3a的上端轮廓线低于缺口带4a的下端轮廓线，即物料出口3a位于缺口带4a远离壳程出口N4的一端，温度传感器的检测结果为混合后壳程物料的温度，检测结果更加精确。

实际应用中，温度传感器的设置位置不做限制，如本实施例中，壳程出口N4设置于壳体1的侧壁上端，因此，温度传感器设置在略高于缺口带4a的位置也是可行的，此时，物料出口3a也位于温度传感器的下端，物料出口3a与缺口带4a的相对位置则不做严格要求。若壳程出口N4设置于壳体1的侧壁下端，此时，温度传感器设置在略低于缺口带4a的位置也是可行的，此时，物料出口3a位于温度传感器的上端，物料出口3a与缺口带4a的相对位置也不做严格要求。总而言之，以温度传感器的设置位置为界，沿壳体1的轴向，物料出口3a和缺口带4a均位于温度传感器远离壳程出口N4的一端，温度传感器的检测结果为混合后壳程物料的温度，更能够保证温度控制精度。

当然，温度传感器布置在缺口带4a处更加便于安装，为更加优选的技术方案。

其中，中间芯管3设置物料出口3a的数量不做限制，如图4所示，在本实施例中，物料出口3a的数量为多个，多个物料出口3a沿周向分布，使得来自第二壳程入口N5的壳程物料也能够沿周向更加均匀地进入缠绕管束2的中间位置，不会产生偏流的情况；单个物料出口3a具有预设流通面积，各物料出口3a的流通面积之和不小于第二壳程入口N5的流通面积，使壳程物料能够更加顺利进入缠绕管束2中部，不会产生较大的压降。优选地，单个物料出口3a的直径为10mm。

此外，为了使得来自第二壳程入口N5的壳程物料能够更加充分地进入缠绕管束2的中间位置，充分接触缠绕管束2，换热更均匀，可以给壳程物料一定压力，使得壳程物料以喷射的形式进入。

下文中均以图2所示的实施例进行说明，即第一壳程入口N3设置于壳体1侧壁下端，壳程出口N4设置于壳体1的侧壁上端，管程入口N1设置于壳体1的下端壁，管程出口N2设置于壳体1的上端壁，第三壳程入口N6位于缺口带4a的轴向下端。

进一步地，隔离部件用于将第三壳程入口N6与第一壳程入口N3隔离开，将缺口带4a与第一壳程入口N3隔离开，并将第三壳程入口N6与壳程出口N4隔离开，将缺口带4a与壳程出口N4隔离开，具体到本实施例中，如图2所示，绕管式换热器还包括环形堵板5，环形堵板5密封连接在导流筒4和壳体1之间，环形堵板5位于第三壳程入口N6的下端，环形堵板5将第三壳程入口N6与第一壳程入口N3隔离开，将缺口带4a与第一壳程入口N3隔离开；

还包括隔离罩6，隔离罩6密封连接于导流筒4的轴向上端，缠绕管束2的上端封装在隔离罩6内部，隔离罩6设置有出口孔，出口孔与壳程出口N4密封连通，隔离罩6将第三壳程入口N6与壳程出口N4隔离开，将缺口带4a与壳程出口N4隔离开，环形堵板5和隔离罩6形成隔离部件。

如上设置，导流筒4和壳体1之间，环形堵板5以上的区域形成前述环形补充腔，当壳程物料为液体时，来自第三壳程入口N6的壳程物料会逐渐充满缺口带4a下部的环形区域，然后溢流至缺口带4a，由外到内补充到缠绕管束2的中部区域，参与换热，同时，部分液体壳程物仍然会补充至缺口带4a以上的环形区域内，直至充满环形补充腔；当壳程物料为气体时，来自第三壳程入口N6的气体壳程物料会先向上流动，逐渐充满缺口带4a上部的环形区域，然后气体壳程物料会溢流至缺口带4a，由外到内补充到缠绕管束2的中部区域参与换热，同时，部分气体壳程物料仍然会补充至缺口带4a下部的环形区域，直至充满环形补充腔。

可以理解，当壳程出口N4设置于壳体1的侧壁下端，第一壳程入口N3设置于壳体1的侧壁上端时，壳程物料从第一壳程入口N3进入，隔离罩6起到导流的作用，来自第三壳程入口N6的壳程物料在缺口带4a处由外到内补充到缠绕管束2的中部区域，随后壳程物料流入到换热器的下端；当壳程物料为气体时，壳程物料流入到换热器的下端后，会部分进入导流筒4和壳体1之间的环形腔内，但是环形堵板5的设置使得壳程物料在充满导流筒4和壳体1之间、环形堵板5以下的区域后不会继续向上移动，最终自壳程出口N4流出。

实际应用中，隔离部件的结构并不局限于上述实施方式，如图6所示，在第二种实施例中，隔离部件包括两个环形堵板5，其中一个环形堵板5密封连接在导流筒4和壳体1之间，该环形堵板5位于第三壳程入口N6和缺口带4a的轴向下端，该环形堵板5将第三壳程入口N6与第一壳程入口N3隔离开，将缺口带4a与第一壳程入口N3隔离开；另一个环形堵板5密封连接在导流筒4和壳体1之间，该环形堵板5位于第三壳程入口N6和缺口带4a的轴向上端，该环形堵板5将第三壳程入口N6与壳程出口N4隔离开，将缺口带4a与壳程出口N4隔离开。

当然，在图2所示的实施例中，导流筒4的轴向上端设置隔离罩6，隔离罩6设置有出口孔，出口孔与壳程出口N4密封连通，隔离罩6不仅可以起到隔绝第三壳程入口N6与壳程出口N4，隔绝缺口带4a与壳程出口N4的作用，还可以起到引流作用。

或者，如图7所示，在第三种实施例中，隔离部件在图2实施例的基础上，增设一个隔离罩6，增设的隔离罩6密封连接于导流筒4的轴向下端，该隔离罩6设置有出口孔，出口孔与第一壳程入口N3密封连通，该隔离罩6同样起到将第三壳程入口N6与第一壳程入口N3隔离开，将缺口带4a与第一壳程入口N3隔离开的作用，以及引流的作用。

如图3所示，第三壳程入口N6的下端轮廓线与环形堵板5的上端壁之间的间距为H1，该间距也即第三壳程入口N6与环形堵板5的轴向间距，优选地，H1=20mm。

如图2和图3所示，本实施例中，环形堵板5垂直于壳体1和导流筒4的轴向；实际应用中，环形堵板5也可以倾斜放置，与壳体1和导流筒4的轴向形成一定角度，降低穿装难度。

此外，本实施例中，缺口带4a的数量均为一个，环形堵板5的数量也为一个，环形堵板5设置于对应缺口带4a和第三壳程入口N6的下端；当缺口带4a的数量为多个时，在每一个缺口带4a和对应第三壳程入口N6的下端均可以设置一个环形堵板5，即环形堵板5与缺口带4a的数量相等，并一一对应设置。

请继续参考图2、图4与图5，图5为图2绕管式换热器中管板的结构示意图。

本发明绕管式换热器，还包括两个管板7，管板7与壳体1的内壁周向密封连接，两个管板7位于壳体1的轴向两端，管板7对应设置轴向贯通的通孔7a，缠绕管束2位于两个管板7之间，缠绕管束2的两端分别与对应端部的通孔7a连通，管程入口N1位于下端管板7的下侧，壳体1内部、下端管板7以下的区域均形成入口腔，管程入口N1通过入口腔与下端管板7的通孔7a连通；管程出口N2位于上端管板7的上侧，壳体1内部、上端管板7以上的区域均形成出口腔，管程出口N2通过出口腔与上端管板7的通孔7a连通；

第二壳程入口N5设置于上端管板7的上侧，上端管板7的中部设置过孔7b，中间芯管3自过孔7b内部穿过。

如上设置，两个管板7起到固定缠绕管束2的作用，第二壳程入口N5设置于上端管板7的上侧，中间芯管3穿过上端管板7中部的过孔7b，并与第二壳程入口N5相连，更加便于缠绕管束2和中间芯管3的安装。

如图2与图4所示，在本实施例中，中间芯管3的下端固定于下端管板7，中间芯管3内部在靠近物料出口3a的位置密封连接有堵板8，物料出口3a和第二壳程入口N5位于堵板8的同侧。如此，堵板8可以起到截流作用，防止物料在中间芯管3的下部残留，使得壳程物料尽可能地自物料出口3a流出，补充到壳程通道内部。

其中，中间芯管3的下端与下端管板7可以采用焊接固定方式，管板7的焊接接头应按GB/T 150.1-2011附录E进行局部应力分析，其制造检验及验收应满足JB 4732-1995的要求。

实际应用中，中间芯管3的下端还可以延伸至下端管板7的上方，中间芯管3与下端管板7无连接关系。当然，本实施将中间芯管3的下端固定于下端管板7的设置方式，中间芯管3的安装稳定性更高，避免中间芯管3发生晃动，为更加优选的技术方案。

可以理解，第二壳程入口N5设置于下端管板7的下侧也是可行的，此时，下端管板7中部设置过孔7b，中间芯管3的下端穿过该过孔7b，并与第二壳程入口N5相连，中间芯管3的上端向上延伸，为了保证中间芯管3的结构稳定性，中间芯管3的上端可以延伸至与上端管板7固定。

定义靠近两个管板7之间的位置为“内”，远离两个管板7之间的位置为“外”，因此，也可以说，第二壳程入口N5设置于下端管板7或上端管板7的外侧。

此外，如图2与图4所示，中间芯管3与堵板8的连接处还设置有排净孔3b，排净孔3b和物料出口3a位于堵板8的同侧。

如此，在换热工作结束之后，排净孔3b可以实现壳程物料的排净功能，防止壳程物料残留在中间芯管3内部。

可以理解，排净孔3b的尺寸不宜过大，优选地，排净孔3b为直径10mm的半圆孔。

请继续参考图2，壳体1靠近轴向下端的位置还设置有排净口9；壳体在靠近轴向上端的位置还设置有放空口10，排净口9和放空口10均能够打开或关闭。

在工作过程中，排净口9和放空口10均处于关闭状态；在工作结束之后，当壳程物料为液体时，便可以打开排净口9，实现液体壳程物料的排净功能，防止液体壳程物料残留在壳体1内部；当壳程物料为气体时，便可以打开放空口10，实现气体壳程物料的排净功能，防止气体壳程物料残留在壳体1内部。

实际应用中，在排净口9和放空口10处均可以设置阀门，阀门与控制器连通，通过控制器控制阀门的开启或关闭。

需要说明的是，上述具体数值限定均为示例性说明，实际应用中，可以根据绕管式换热器的具体尺寸对上述具体数值进行适应性调整。

下面以一种实际工况对本发明绕管式换热器的工作过程进行说明。

工况：管程物料为蒸汽，压力为0.1MpaG，进口温度为120℃，出口温度为100℃，流量根据壳程温度检测进行调节，壳程进出口及中间部位控制反应温度；壳程物料为冷物料，压力为4MPaG，流量为5000kg/h，进口温度为60℃，要求出口温度为80℃，物料升温过快将导致物料聚合反应，降低物料品质，所以要求控制壳体1中间部位温度范围在65℃~68℃（超过68℃，出口温度超温，物料品质下降）。

工作过程：壳程物料由第一壳程入口N3进，壳程出口N4出，管程热物料由管程入口N1进，管程出口N2出，在缺口带4a处设置温度传感器，当温度传感器检测到壳体1轴向中间部位的温度超过65℃时，控制第二壳程入口N5和第三壳程入口N6同时补充新鲜冷物料，流量根据物料的出口温度进行自动调节。当缺口带4a处的温度监控检测到壳体1轴向中间部位的温度低于 65℃，且出口温度不高于80℃，第二壳程入口N5和第三壳程入口N6停止输入冷物料。

可见，本发明绕管式换热器能够及时检测温度，并在壳体1轴向中间部位补充冷料，符合此工况要求。

以上对本发明所提供的一种绕管式换热器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种绕管式换热器，包括壳体(1)和缠绕管束(2)，所述壳体(1)设置有管程入口(N1)和管程出口(N2)，所述缠绕管束(2)位于所述壳体(1)内部，所述缠绕管束(2)连通所述管程入口(N1)和所述管程出口(N2)，所述壳体(1)内部具有壳程通道，所述壳体(1)设置有第一壳程入口(N3)和壳程出口(N4)，所述第一壳程入口(N3)和所述壳程出口(N4)通过所述壳程通道连通，所述缠绕管束(2)包括位于轴向中部的缠绕段，以及位于所述缠绕段轴向两端的直线段，其特征在于，

所述壳体(1)设置有第二壳程入口(N5)，还包括中间芯管(3)，所述中间芯管(3)的第一端连通所述第二壳程入口(N5)，部分所述中间芯管(3)自所述缠绕管束(2)的第一端插装在所述缠绕管束(2)的中间位置，所述中间芯管(3)的第二端超出所述缠绕段的第二端部，所述中间芯管(3)在靠近所述壳体(1)轴向中部的位置设置有物料出口(3a)；

还包括导流筒(4)和隔离部件，所述导流筒(4)罩设在所述缠绕管束(2)的外周，并沿轴向覆盖所述缠绕段，所述导流筒(4)的外壁与所述壳体(1)的内壁之间具有间隙，所述导流筒(4)在靠近所述壳体(1)轴向中部的位置设置有缺口带(4a)，所述壳体(1)在靠近轴向中部的位置设置有第三壳程入口(N6)，所述第三壳程入口(N6)与所述缺口带(4a)沿所述壳体(1)的轴向错开，所述第三壳程入口(N6)与所述缺口带(4a)连通，所述隔离部件设置在所述导流筒(4)与所述壳体(1)之间，用于将所述第三壳程入口(N6)与所述第一壳程入口(N3)隔离开，将所述缺口带(4a)与所述第一壳程入口(N3)隔离开，并将所述第三壳程入口(N6)与所述壳程出口(N4)隔离开，将所述缺口带(4a)与所述壳程出口(N4)隔离开。

2.根据权利要求1所述绕管式换热器，其特征在于，还包括环形堵板(5)，所述环形堵板(5)密封连接在所述导流筒(4)和所述壳体(1)之间，所述环形堵板(5)将所述第三壳程入口(N6)与所述第一壳程入口(N3)隔离开，将所述缺口带(4a)与所述第一壳程入口(N3)隔离开，还包括一个或两个隔离罩(6)，其中：

所述隔离罩(6)的数量为一个，所述隔离罩(6)密封连接于所述导流筒(4)的轴向一端，所述缠绕管束(2)的对应端部封装在所述隔离罩(6)内部，所述隔离罩(6)设置有出口孔，所述出口孔与所有壳程出口(N4)密封连通，所述隔离罩(6)将所述第三壳程入口(N6)与所述壳程出口(N4)隔离开，将所述缺口带(4a)与所述壳程出口(N4)隔离开；

所述隔离罩(6)的数量为两个，两个所述隔离罩(6)密封连接于所述导流筒(4)的轴向两端，所述缠绕管束(2)的端部封装在对应所述隔离罩(6)内部，所述隔离罩(6)设置有出口孔，所述出口孔与所述壳程出口(N4)或所述第一壳程入口(N3)密封连通，其中一个所述隔离罩(6)将所述第三壳程入口(N6)与所述壳程出口(N4)隔离开，将所述缺口带(4a)与所述壳程出口(N4)隔离开，另一个所述隔离罩(6)将所述第三壳程入口(N6)与所述第一壳程入口(N3)隔离开，将所述缺口带(4a)与所述第一壳程入口(N3)隔离开；

所述环形堵板(5)和所述隔离罩(6)形成所述隔离部件。

3.根据权利要求2所述绕管式换热器，其特征在于，所述第一壳程入口(N3)位于所述壳体(1)的下端，所述第三壳程入口(N6)位于所述缺口带(4a)的轴向下端，所述环形堵板(5)位于所述第三壳程入口(N6)的轴向下端。

4.根据权利要求1所述绕管式换热器，其特征在于，还包括两个环形堵板(5)，两个所述环形堵板(5)均密封连接在所述导流筒(4)和所述壳体(1)之间，其中一个所述环形堵板(5)位于所述第三壳程入口(N6)、所述缺口带(4a)的轴向下端，另一个所述环形堵板(5)位于所述第三壳程入口(N6)、所述缺口带(4a)的轴向上端，其中一个所述环形堵板(5)将所述第三壳程入口(N6)与所述第一壳程入口(N3)隔离开，将所述缺口带(4a)与所述第一壳程入口(N3)隔离开，另一个所述环形堵板(5)将所述第三壳程入口(N6)与所述壳程出口(N4)隔离开，将所述缺口带(4a)与所述壳程出口(N4)隔离开，所述环形堵板(5)形成所述隔离部件。

5.根据权利要求1所述绕管式换热器，其特征在于，所述缺口带(4a)的宽度设置为：在所述缺口带(4a)处，连通所述缠绕管束(2)内外的间隙面积之和大于所述第三壳程入口(N6)的流通面积。

6.根据权利要求1所述绕管式换热器，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器设置在靠近所述壳体(1)轴向中部的位置，其中：

所述温度传感器位于所述缺口带(4a)处，所述物料出口(3a)与所述缺口带(4a)沿轴向错开，并且所述物料出口(3a)位于所述缺口带(4a)远离所述壳程出口(N4)的一端；

或者，沿所述壳体(1)的轴向，所述缺口带(4a)和所述物料出口(3a)均位于所述温度传感器远离所述壳程出口(N4)的一端。

7.根据权利要求1所述绕管式换热器，其特征在于，所述中间芯管(3)设置所述物料出口(3a)的数量为多个，多个所述物料出口(3a)沿周向分布，单个所述物料出口(3a)具有流通面积，各所述物料出口(3a)的流通面积之和不小于所述第二壳程入口(N5)的流通面积。

8.根据权利要求1-7任一项所述绕管式换热器，其特征在于，还包括两个管板(7)，所述管板(7)与所述壳体(1)的内壁周向密封连接，两个所述管板(7)位于所述壳体(1)的轴向两端，所述管板(7)设置轴向贯通的通孔(7a)，所述缠绕管束(2)位于两个所述管板(7)之间，所述缠绕管束(2)的两端分别与对应端部的所述通孔(7a)连通，所述管程入口(N1)与其中一个所述管板(7)的所述通孔(7a)连通，所述管程出口(N2)与另一所述管板(7)的所述通孔(7a)连通；

所述第二壳程入口(N5)设置于其中一个所述管板(7)的外侧，对应所述管板(7)的中部设置过孔(7b)，所述中间芯管(3)自所述过孔(7b)内部穿过。

9.根据权利要求8所述绕管式换热器，其特征在于，所述中间芯管(3)内部在靠近所述物料出口(3a)的位置密封连接有堵板(8)，所述物料出口(3a)和所述第二壳程入口(N5)位于所述堵板(8)的同侧。

10.根据权利要求9所述绕管式换热器，其特征在于，所述中间芯管(3)与所述堵板(8)的连接处还设置有排净孔(3b)，所述排净孔(3b)和所述物料出口(3a)位于所述堵板(8)的同侧。