CN1971192A - 高效管外冷凝换热器 - Google Patents

Abstract

高效管外冷凝换热器，属于热工设备领域。包括上、下封头(15)、(2)，换热器本体(8)，其特征在于：换热器本体(8)内设有换热管组(10)，换热管组(10)上交错安装折流板组(9)，上封头(15)与换热器本体(8)之间安装有浮动装置。具有实现全程的凝结液与蒸汽的及时分离，将凝结在换热面上的液膜排走，随着蒸汽量的减少缩减流通面积，使蒸汽流速保持一致，维持蒸汽流程各处对凝结具有几乎相同的扰动作用，可保证处处具有充分利用凝结相变的高效换热形态，有效解决运行中换热管组受热膨胀问题等优点。

Description

高效管外冷凝换热器

技术领域

高效管外冷凝换热器，属于热工设备领域。

背景技术

换热器是化工、动力、冶金、食品、轻工、能源、航天等众多工业部门普遍使用的基础设备。在许多工业企业和工艺中占有主导性地位。而能源问题的日益紧迫在各方面对换热器提出了更高的要求，核心的问题是要求提高换热器换热效果，即在相同的换热面积和温差下，增加交换的热量。研究开发高效节能的热交换装置，是各国在节约能源和保护环境方面重点解决途径之一。因此，发明一种高效节能的换热器具有非常重要的意义。

传统的换热器采用水平管凝结，使过热或饱和蒸汽一直冷凝至出口的饱和或过冷流体。除了进口段可以保持很高的换热系数，逐渐减小至流体单相流动换热，凝结的液膜逐渐增厚，最终成为完全的单相流体流动换热，凝结效果也就越来越差。随着蒸汽的逐渐凝结，蒸汽量逐渐降低，流速明显下降，换热效果越来越差。整个换热器大面积都处于低效凝结过程，大大降低了相变换热器的性能，同时体积大造成成本增加经济性差的结果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种实现全程的凝结液与蒸汽的及时分离，将凝结在换热面上的液膜排走，随着蒸汽量的减少缩减流通面积，使蒸汽流速保持一致，维持蒸汽流程各处对凝结具有几乎相同的扰动作用，可保证处处具有充分利用凝结相变的高效换热形态，有效解决运行中换热管组受热膨胀问题的高效管外冷凝换热器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该高效管外冷凝换热器，包括上、下封头，换热器本体，其特征在于：换热器本体内设有换热管组，换热管组上交错安装折流板组，上封头与换热器本体之间安装有浮动装置。本发明换热器采用管外冷凝的汽液流动方式，通过折流板将换热管组长管分割成短管，增加了蒸汽侧的流程，经合理设计保证管外各处受到相同气流作用，加大蒸汽流动对蒸汽凝结的扰动，使蒸汽横向冲刷换热管，形成蛇形最佳冷凝形态，充分利用换热表面，有效地提高了换热系数。合理优化设置折流板破坏了换热管外表面液膜的发展，使换热管维持较高的换热系数，改进传统冷凝设备中液膜覆盖换热表面导致的换热系数下降的缺点，调节折流板之间的间隔，可以灵活控制气体流速，有效地提高换热效率，充分利用换热器空间，减少换热器的体积和重量。

下封头上方设有法兰套管，中间设有隔板，法兰套管与换热器本体间安置管板，换热器本体一侧设置蒸汽进口，另一侧设置凝结液出口，法兰套管一侧设置冷却液出口，另一侧设置冷却液进口。

浮动装置包括：浮动管板、上方设置联箱、下方设置浮动管板支撑，联箱与浮动管板连接为一体，浮动管板支撑焊接在上法兰上。

下封头中间设置排污堵，下封头底部设置底座。

上、下封头与换热器本体之间通过上、下封头法兰连接。

蒸汽进口内设置有蒸汽分板。

折流板上设置与换热管个数相同的管孔，管孔套有铜套，管孔四周钻有小孔。

与现有技术相比本发明所具有的有益效果是：利用经过优化设计的折流板将长管分割成短管，采用分段式结构，利用垂直短管分级换热，充分利用进口段薄液膜相变凝结的强化换热效应，在每两级折流板之间利用重力及时将液膜和气相分离，通过折流板上四周钻的小孔，将凝结液及时排出，并合理设计折流板间的间距，保证蒸汽在整个流动过程中保持流速基本不变，使蒸汽在全程冷凝过程中都能有效维持在薄液膜冷凝的高效换热工况，同时还可以利用有效地流动减薄液膜的厚度，使整个换热过程保持几乎相同的凝结换热效果，充分发挥换热管的潜力。采用浮动装置，减小热变形，有效降低运行时温度不均产生的热应力，降低对加工工艺的要求，节省了膨胀节，外形美观、大方。在相同运行工况下，使用通常的工质，较传统的换热器提高换热系数10％以上；使用寿命较传统换热器提高20％，运行成本较传统换热器降低10％以上；材料消耗大大减少。同时本换热器具有加工简单，不需任何特殊加工工艺，成本低，可靠性高，不增加任何运行成本等优点。

附图说明

图1是本发明高效管外冷凝换热器的结构剖示示意图；

图2是图1的A-A剖示示意图；

图3是B处蒸汽分板局部放大示意图；

图4是C处折流板铜套局部放大示意图。

图1-4是本发明高效管外冷凝换热器的最佳实施例，其中：1底座 2下封头 3法兰套管 4冷却液进口 5下封头法兰 6管板 7凝结液出 8换热器本体9折流板组 10换热管组 11上法兰 12上封头法兰 13浮动管板支撑 14浮动管板 15上封头 16联箱 17放气阀 18蒸汽进口 19冷却液出口 20隔板 21排污堵 22蒸汽分板。

具体实施方式

参照图1：该高效管外冷凝换热器，由底座1、下封头2、法兰套管3、冷却液进口4、下封头法兰5、管板6、凝结液出口7、换热器本体8、折流板组9、换热管组10、上法兰11、上封头法兰12、浮动管板支撑13、浮动管板14、上封头15、联箱16、放气阀17、蒸汽进口18、冷却液出口19、隔板20、排污堵21组成。换热器本体8内设有换热管组10，换热管组10上交错安装折流板组9，上封头15与换热器本体8之间安装有浮动装置，浮动装置包括：浮动管板14、上方设置联箱16、下方设置浮动管板支撑13，浮动管板支撑13焊接在上法兰11上。下封头2上方设有法兰套管3，中间设有隔板20，下封头2中间设置排污堵排液管21，下封头2底部设置底座1。法兰套管3与换热器本体8间安置管板6，换热器本体8一侧设置蒸汽进口18，另一侧设置凝结液出口7，法兰套管3一侧设置冷却液出口19，另一侧设置冷却液进口4。折流板组9上设置与换热管组10个数相同的管孔，换热管组10套入管孔内，管孔套有铜套，管孔四周钻有小孔方便凝结液排出。上、下封头15、2与换热器本体8之间通过上、下封头法兰12、5连接。

换热器本体8下侧有蒸汽进口18，凝结液出口7设置在最底端；换热器本体8最上端设有放气阀17。换热器本体8下端与管板6焊接，上端与上法兰11焊接；内部安置换热管组10、折流板组9。换热管组10采用胀接或焊接方式与管板6、浮动管板14连接。

参照图2：浮动管板支撑13焊接在上法兰11上，支撑着浮动管板14、联箱16，浮动管板14和浮动管板支撑13可以无阻滑动。

参照图3：蒸汽进口18内设置蒸汽分板22，防止蒸汽直接冲击换热管组10。

参照图4：折流板9上安装有铜套，防止换热管组10在膨胀时损坏铜管。

换热管组为铜管、铜合金管、钢管、不锈钢管等制作。

本发明高效管外冷凝换热器的工作原理与工作过程如下：

冷却液由法兰套管3上的冷却液进口4进入换热器本体8的换热管组10内，与换热管组10部分进行热交换，经联箱16折流后，再与换热管组10的另一部分进行热交换后，最终由法兰套管3上的冷却液出口19排出。

蒸汽由换热器本体8上的蒸汽进口18进入，在折流板9的阻隔下形成蛇形流程与换热管组10的部分换热管内的冷却液进行热交换并部分冷凝，凝结液在重力的作用下流入凝结液出口7；蒸汽在折流板9和换热器本体8的阻隔下往上与换热管组10的部分换热管内的冷却液进行热交换并进一步冷凝。凝结液在重力的作用下流到折流板9上，通过折流板上的小孔，最后流入凝结液出口7；剩余的蒸汽又在折流板9和换热器本体8的阻隔下往上与换热管组10的部分换热管内的冷却液进行热交换最终全部冷凝。凝结液在重力下回流到折流板9上最终流入凝结液出口7，全部凝结液由凝结液出口7排出。下封头2上设置排污堵21在换热器的最底端，便于排污。冷却液进口4、冷却液出口19设置在换热器的下部，有利于将被加热液中的气体经流动排出。浮动管板14和浮动管板支撑13之间可以无阻滑动，当加入蒸汽时，传热管将会膨胀，而浮动管板14与浮动管板支撑13的无阻滑动，减小了膨胀应力，节省了膨胀节，外形美观。当换热器本体8内存有不凝性气体时，开启放气阀17排尽换热器本体8中不凝性气体，保持传热管的高效换热。

Claims (7)

1、高效管外冷凝换热器，包括上、下封头(15)、(2)，换热器本体(8)，其特征在于：换热器本体(8)内设有换热管组(10)，换热管组(10)上交错安装折流板组(9)，上封头(15)与换热器本体(8)之间安装有浮动装置。

2、根据权利要求1所述的高效管外冷凝换热器，其特征在于：下封头(2)上方设有法兰套管(3)，中间设有隔板(20)，法兰套管(3)与换热器本体(8)间安置管板(6)，换热器本体(8)一侧设置蒸汽进口(18)，另一侧设置凝结液出口(7)，法兰套管(3)一侧设置冷却液出口(19)，另一侧设置冷却液进口(4)。

3、根据权利要求1所述的高效管外冷凝换热器，其特征在于：浮动装置包括：浮动管板(14)、上方设置联箱(16)、下方设置浮动管板支撑(13)，联箱(16)与浮动管板(14)连接为一体，浮动管板支撑(13)焊接在上法兰(11)上。

4、根据权利要求2所述的高效管外冷凝换热器，其特征在于：下封头(2)中间设置排污堵(21)，下封头(2)底部设置底座(1)。

5、根据权利要求1或2所述的高效管外冷凝换热器，其特征在于：上、下封头(15)、(2)与换热器本体(8)之间通过上、下封头法兰(12)、(5)连接。

6、根据权利要求1所述的高效管外冷凝换热器，其特征在于：每块折流板上设置与换热管个数相同的管孔，管孔套有铜套，管孔四周钻有小孔。

7、根据权利要求2所述的高效管外冷凝换热器，其特征在于：换热器本体(8)一侧设置的蒸汽进口(18)内设有蒸汽分板(22)。