CN116878313A - 一种带小孔的弓形折流板换热器 - Google Patents

一种带小孔的弓形折流板换热器 Download PDF

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Abstract

一种带小孔的弓形折流板管壳式换热器，属于换热器领域。可以是固定管板式、浮头式和U形管式换热器。对应的折流板在管孔间加工有两排，但不限于两排，且小孔的位置可以是靠近或远离缺口。将普通弓形折流板换热器壳程流体由穿过管束的横向流转变为混合流—兼具垂直于管束的横向流和平行于管束的纵向流。换热管管孔按照常规技术分布，可以是三角形或正方形布置。本发明明显减小了流动“死区”，降低了壳程压力降，减缓了管束的振动和磨损。

Description

一种带小孔的弓形折流板换热器
技术领域
发明属于换热器技术领域，具体涉及一种带小孔的弓形折流板换热器，由于弓形折流板上加工出小孔，将传统弓形折流板换热器中的壳程流体由垂直于管束的横向流转变为混流流动——兼有平行于管束的纵向流和垂直于管束的横向流。
背景技术
管壳式换热器以其结构简单、成本低、适应性强等优点，广泛应用于石油化工、冶金、轻工和能源等领域，在换热设备中约占70％的市场份额，处于不可替代的主导地位。通常由管箱、管板、壳体、折流板、换热管、拉杆、定距管及接管等组成。传统的弓形折流板除在卧式换热器壳体内起支撑管束作用外，还起到使流体按特定的通道流动，提高壳体的流速、增加湍流程度、改善传热特性的作用。然而，由于壳程流体的横向流动，使弓形折流板存在一些缺点，如：折流板后方区域形成较大的流动“死区”、横向流引起剧烈的有害振动、折流板缺口处显著的压力损失和结垢、泄露等。为改变壳程流体这种不理想的流动状态，各国学者已开发多种新型的管束支撑结构，并投入了使用，如折流杆、螺旋折流板、纵向流式折流板(三叶孔板、矩形孔板、梅花孔板和网状孔板等)。
发明内容
本发明是针对传统弓形折流板换热器存在的技术问题，提供一种带小孔的弓形折流板换热器，其壳程流体为兼具垂直于管束的横向流和沿着管束的纵向流，可有效的改善折流板后方的流动“死区”，提高传热效率，降低管束的振动和磨损。
本发明的带小孔的弓形折流板管壳式换热器，包括固定管板式换热器、浮头式换热器和U形管式换热器，其特征在于，对应的折流板为带有小圆孔，小圆孔分布在管孔阵列之间，小圆孔布置成两排或三排等，进一步每一排小圆孔均匀分布在相邻两排管孔阵列之间，小圆孔的位置可以是靠近缺口，也可以是远离缺口的。小圆孔的直径根据换热管直径不同而不同，比换热管管径小5-15mm。进一步两排小圆孔分布在相邻的3排管孔阵列之间。
本发明的带小孔的弓形折流板管壳式固定管板换热器参见图1，包括第一筒体(3)，第一筒体(3)上两端分别开有第一壳程流体进口(7)和第一壳程流体出口(12)，第一筒体(3)两端有第一固定管板(2)，两管板外侧分别连接两个第一管箱(1)，两个第一管箱(1)上分别开有第一管程流体进口(8)和第一管程流体出口(12)，第一筒体(3)中有第一换热管束(6)和第一弓形折流板(4)，折流板垂直于管束并由第一拉杆(10)和第一定距管(5)沿轴向平行均布固定，第一拉杆(10)固定在第一固定管板(2)上，所述的第一弓形折流板(4)上设有小圆孔。本发明的带小圆孔的弓形折流板管壳式固定管板换热器工作时，壳程流体进入壳体后，一部分流体在弓形折流板的引导下呈“Z”型流动，另一部流体从折流板上的小圆孔穿过，以同样的方式穿过其它折流板，与管程流体进行热交换。
在实际应用中，第一筒体(3)一般安放在第一鞍座(9)上。带小孔的第一弓形折流板(4)上的换热管管孔按照常规技术布置，其中换热管管孔直径按热交换器标准GB151设计，小圆孔的直径根据换热管直径不同而不同，比换热管管径小5-15mm。另外，换热管管孔的分布为三角形或正方形。其特征是，小圆孔分布在管孔阵列之间，小圆孔布置成两排，但不限于两排，进一步每一排小圆孔均匀分布在相邻两排管孔阵列之间，两排小圆孔分布在相邻的3排管孔阵列之间；小圆孔的位置可以是靠近缺口，也可以是远离缺口的，例如图2、图3。
本发明的带小孔的弓形折流板管壳式浮头式换热器参见图4，包括第二筒体(5’)，第二筒体(5’)两端分别开有第二壳程流体进口(4’)和第二壳程流体出口(13’)，第二筒体(5’)一端通过法兰与第二固定管板(3’)连接，管板外侧连接第二管箱(1’)即左管箱，第二管箱(1’)上分别开有第二管程流体进口(17’)和第二管程流体出口(2’)，第二筒体(5’)另一端通过第二浮头法兰(10’)与第二浮头管箱(9’)即右管箱连接，第二浮头管箱(9’)内有第二浮头管板(11’)，第二浮头管板(11’)由第二钩圈(12’)和第二浮头法兰(10’)与浮头盖板连接，第二筒体(5’)中有第二换热管管束(8’)、第二弓形折流板(7’)和位于筒体中心的第二挡管(14’)，第二弓形折流板(7’)垂直于管轴并由第二拉杆(15’)和第二定距管(6’)沿轴向平行均布固定，第二拉杆(15’)固定在第二管板(3’)上，所述的第二弓形折流板(7’)上设有小圆孔。本发明的带小孔的弓形折管壳式浮头式流板换热器工作时，壳程流体进入壳体后，一部分流体在弓形折流板的引导下呈“Z”型流动，另一部流体从折流板上的小孔穿过，以同样的方式穿过其它折流板，与管程流体进行热交换。
在实际应用中，第二筒体(5’)一般安放在第二鞍座(16’)上。带小孔的第二弓形折流板(7’)上的换热管管孔按照常规技术布置，其中换热管管孔直径按热交换器标准GB151设计，小圆孔的直径根据换热管直径不同而不同，比换热管管径小5-15mm。另外，换热管管孔的分布为三角形或正方形。其特征是，小圆孔分布在管孔阵列之间，小圆孔布置成两排，但不限于两排，进一步每一排小圆孔均匀分布在相邻两排管孔阵列之间，两排小圆孔分布在相邻的3排管孔阵列之间；小圆孔的位置可以是靠近缺口，也可以是远离缺口的，例如图5、图6。
本发明的带小圆孔的弓形折流板管壳式U形管换热器参见图7，包括第三筒体(5”)，第三筒体(5”)两端分别开有第三壳程流体进口(4”)和第三壳程流体出口(8”)，第三筒体(5”)一端通过法兰与第三固定管板(3”)连接，管板外侧连接第三管箱(1”)，第三管箱(1”)上分别开有第三管程流体进口(12”)和第三管程流体出口(2”)，第三筒体(5”)中有第三U形管束(7”)和第三弓形折流板(6”)，折流板垂直于管轴并由第三拉杆(11”)和第三定距管(10”)沿轴向平行均布固定，第三拉杆(11”)固定在第三固定管板(3”)上，所述的第三弓形折流板(6”)上带有小圆孔。本发明的带小孔的弓形折流板管壳式U形管换热器工作时，壳程流体进入壳体后，一部分流体在弓形折流板的引导下呈“Z”型流动，另一部流体从折流板上的小孔穿过，以同样的方式穿过其它折流板，与管程流体进行热交换。
在实际应用中，第三筒体(5”)一般安放在第三鞍座(9”)上。带小孔的第三弓形折流板(6”)上的换热管管孔按照常规技术布置，其中换热管管孔直径按热交换器标准GB151设计，小圆孔的直径根据换热管直径不同而不同，比换热管管径小5-15mm。另外，换热管管孔的分布为三角形或正方形。其特征是，小圆孔分布在管孔阵列之间，小圆孔布置成两排，但不限于两排，进一步每一排小圆孔均匀分布在相邻两排管孔阵列之间，两排小圆孔分布在相邻的3排管孔阵列之间；小圆孔的位置可以是靠近缺口，也可以是远离缺口的，例如图8、图9。
本发明的效果：本发明将传统弓形折流板换热器的流体由垂直于管束的横流改变为兼有横向流和纵向流的混流，明显降低了压力降，大大减小了流动“死区”，提高了传热效率，减缓了管束振动和磨损。在相同的条件下，本发明提供的带小圆孔的弓形折流板管壳式换热器比传统的弓形折流板管壳式换热器壳程换热效率提高了10％-20％，壳程压力降下降了2％-10％。同时保持了弓形折流板加工、安装方便，成本低的优势。
附图说明
图1带小孔的弓形折流板管壳式固定管板换热器结构图
1为第一管箱，2为第一管板，3为第一筒体，4为第一折流板，5为第一定距管，6为第一换热管束，7为第一壳程流体进口，8为第一管程流体出口，9为第一鞍座，10为第一拉杆，11为第一壳程流体出口，12为第一管程流体进口。
图2为折流板上的小圆孔的位置远离弓形缺口时的分布示意图。
图3为折流板上的小圆孔的位置靠近弓形缺口时的分布示意图。
图4带小孔的弓形折流板管壳式浮头式换热器结构图
1’为第二管箱，2’为第二管程流体出口，3’为第二固定管板，4’为第二壳程流体入口，5’为第二壳体，6’为第二定距管，7’为第二折流板，8’为第二换热管管束，9’为第二浮头管箱，10’为第二浮头法兰，11’为第二浮头管板，12’为第二钩圈，13’为第二壳程流体出口，14’为第二中间挡管，15’为第二拉杆，16’为第二鞍座，17’为第二管程流体入口。
图5为折流板上的小圆孔的位置远离弓形缺口时的分布示意图。
图6为折流板上的小圆孔的位置靠近弓形缺口时的分布示意图。
图7带小孔的弓形折流板管壳式U形管换热器结构图
1”为第三管箱，2”为第三管程流体出口，3”为第三固定管板，4”为第三壳程流体入口，5”为第三壳体，6”为第三折流板，7”为第三换热管管束，8”为第三壳程流体出口，9”为第三鞍座，10”为第三定距管，11”为第三拉杆，12”为第三管程流体入口。
图8为折流板上的小圆孔的位置远离弓形缺口时的分布示意图。
图9为折流板上的小圆孔的位置靠近弓形缺口时的分布示意图。
图10为实施例1对应的折流板上孔结构和对应的尺寸。
具体实施方式：
下面用实施例对本发明进一步说明，但本发明不限于以下实施例。
实施例1
对带小孔的弓形折流板管壳式固定管板换热器的壳程流体的流动与传热进行数值模拟。
所述的带小孔的弓形折流板管壳式固定管板换热器壳程包括：安放在鞍座上的筒体，筒体上两端分别开有壳程流体进口和壳程流体出口，筒体两端有固定管板，筒体中有换热管管束和带小孔的弓形折流板，换热管呈正方形分布，带小孔的弓形折流板垂直于管轴平行均布布置。
所述的带小孔的弓形折流板管壳式固定管板换热器壳体内径500mm，换热管规格为φ25×2.5，根数为129根，相邻两孔中心连线距离为32mm，折流板间距为168mm，弓形折流板缺口高度为125mm，小孔直径11mm，小孔位于两换热管管孔中间，每排中两相邻小孔的距离32mm，如图10所示。壳程流体为水，入口温度为22℃，入口流体速度为1.5m/s，换热管壁温设置恒温77℃。换热后，壳程流体出口温度58.87℃。
与普通弓形折流板固定管板换热器相比，壳程传热系数提高了10.14％，壳程压力降降低了8.53％。
采用上述的带小孔的弓形折流板和对应的条件，带小孔的弓形折流板管壳式浮头式换热器以及带小圆孔的弓形折流板管壳式U形管换热器，壳程传热系数均提高10％左右，壳程压力降降低了8％左右。

Claims (8)

1.带小孔的弓形折流板管壳式换热器，包括固定管板式换热器、浮头式换热器和U形管式换热器，其特征在于，对应的折流板为带有小圆孔，小圆孔分布在管孔阵列之间，小圆孔布置成两排或三排等，进一步每一排小圆孔均匀分布在相邻两排管孔阵列之间，小圆孔的位置是靠近缺口，或是远离缺口的；小圆孔的直径根据换热管直径不同而不同，比换热管管径小5-15mm。
2.按照权利要求1所述的带小孔的弓形折流板管壳式换热器，其特征在于，两排小圆孔分布在相邻的3排管孔阵列之间。
3.按照权利要求1所述的带小孔的弓形折流板管壳式换热器，其特征在于，是一种带小孔的弓形折流板管壳式固定管板换热器，包括第一筒体(3)，第一筒体(3)上两端分别开有第一壳程流体进口(7)和第一壳程流体出口(12)，第一筒体(3)两端有第一固定管板(2)，两管板外侧分别连接两个第一管箱(1)，两个第一管箱(1)上分别开有第一管程流体进口(8)和第一管程流体出口(12)，第一筒体(3)中有第一换热管束(6)和第一弓形折流板(4)，折流板垂直于管束并由第一拉杆(10)和第一定距管(5)沿轴向平行均布固定，第一拉杆(10)固定在第一固定管板(2)上，所述的第一弓形折流板(4)上设有小圆孔，小圆孔分布在管孔阵列之间，小圆孔布置成两排或三排，每一排小圆孔均匀分布在相邻两排管孔阵列之间，小圆孔的位置是靠近缺口，或是远离缺口的。
4.按照权利要求3所述的带小孔的弓形折流板管壳式换热器，其特征在于，带小孔的第一弓形折流板(4)上的换热管管孔直径按热交换器标准GB151设计，小圆孔的直径根据换热管直径不同而不同，比换热管管径小5-15mm；换热管管孔的分布为三角形或正方形。
5.按照权利要求1所述的带小孔的弓形折流板管壳式换热器，其特征在于，是一种带小孔的弓形折流板管壳式浮头式换热器，包括第二筒体(5’)，筒体两端分别开有第二壳程流体进口(4’)和第二壳程流体出口(13’)，第二筒体(5’)一端通过法兰与第二固定管板(3’)连接，管板外侧连接第二管箱(1’)即左管箱，第二管箱(1’)上分别开有第二管程流体进口(17’)和第二管程流体出口(2’)，第二筒体(5’)另一端通过第二浮头法兰(10’)与第二浮头管箱(9’)即右管箱连接，第二浮头管箱(9’)内有第二浮头管板(11’)，第二浮头管板(11’)由第二钩圈(12’)和第二浮头法兰(10’)与浮头盖板连接，第二筒体(5’)中有第二换热管管束(8’)、第二弓形折流板(7’)和位于筒体中心的第二挡管(14’)，第二弓形折流板(7’)垂直于管轴并由第二拉杆(15’)和第二定距管(6’)沿轴向平行均布固定，第二拉杆(15’)固定在第二管板(3’)上，所述的第二弓形折流板(7’)上设有小圆孔，小圆孔分布在管孔阵列之间，小圆孔布置成两排或三排，每一排小圆孔均匀分布在相邻两排管孔阵列之间，小圆孔的位置是靠近缺口，或是远离缺口的。
6.按照权利要求5所述的带小孔的弓形折流板管壳式换热器，其特征在于，两排小圆孔分布在相邻的3排管孔阵列之间；带小孔的第二弓形折流板(7’)上的换热管管孔直径按热交换器标准GB151设计，小圆孔的直径根据换热管直径不同而不同，比换热管管径小5-15mm；另外，换热管管孔的分布为三角形或正方形。
7.按照权利要求1所述的带小孔的弓形折流板管壳式换热器，其特征在于，是一种带小圆孔的弓形折流板管壳式U形管换热器，包括第三筒体(5”)，第三筒体(5”)两端分别开有第三壳程流体进口(4”)和第三壳程流体出口(8”)，第三筒体(5”)一端通过法兰与第三固定管板(3”)连接，管板外侧连接第三管箱(1”)，第三管箱(1”)上分别开有第三管程流体进口(12”)和第三管程流体出口(2”)，第三筒体(5”)中有第三U形管束(7”)和第三弓形折流板(6”)，折流板垂直于管轴并由第三拉杆(11”)和第三定距管(10”)沿轴向平行均布固定，第三拉杆(11”)固定在第三固定管板(3”)上，所述的第三弓形折流板(6”)上带有小圆孔；小圆孔分布在管孔阵列之间，小圆孔布置成两排或三排，每一排小圆孔均匀分布在相邻两排管孔阵列之间，小圆孔的位置是靠近缺口，或是远离缺口的。
8.按照权利要求7所述的带小孔的弓形折流板管壳式换热器，其特征在于，两排小圆孔分布在相邻的3排管孔阵列之间；带小孔的第三弓形折流板(6”)上的换热管管孔直径按热交换器标准GB151设计，小圆孔的直径根据换热管直径不同而不同，比换热管管径小5-15mm；另外，换热管管孔的分布为三角形或正方形。
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