CN1987325A - 斜向流管壳式换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种斜向流管壳式换热器，主要包括折流栅和换热管，折流栅由折流圈和焊接在折流栅上倾斜设置的帘式折流片构成，该帘式折流片具有半圆形、方形或齿轮形开口，两两开口之间具有突起，开口尺寸大于换热管的外径0.25－0.5mm，该帘式折流片与折流圈之间的倾斜角度为15－75°，任意两相邻折流栅上的折流片正交、平行或对称设置。本发明因折流片倾斜设置，使得在较低的同等Re工况下，斜向流管壳式换热器壳程流体的平均流速和湍动程度高，壳程传热系数也相应提高；在较高Re工况下，其强化传热性能更为明显，且部分消除了流动死区，故壳程压降有较大幅度降低，尤其适合于要求较高的传热系数而流体外加动力有限的工况场合。

Description

斜向流管壳式换热器
技术领域：
本发明涉及一种热交换设备，具体地说是一种换热死区小、传热面积大的管壳式换热器。
背景技术：
换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空及其他许多工业部门广泛使用的一种通用工艺设备。在化工厂中，换热器的投资约占总投资的10％～20％；在炼油厂中，该项投资约占总投资的35％～40％。换热器不仅能够合理调节工艺介质的温度以满足工艺流程的需要，也是余热、废热回收利用的有效装置。而管壳式换热器由于结构可靠、技术成熟、适用面广，是目前热力系统中最为常用的换热设备结构形式，目前工业装置中管壳式换热器的用量占全部换热器用量的70％。工程中广泛应用的弓形折流板管壳式换热器，由于结构原因致使壳程存在较大的流动和传热死区，换热面积无法得到充分利用；且壳程流体流动阻力较大，尤其是壳程流体流速较高时，不仅容易产生流体诱导振动，并且若对流体的外加动力有限，难以合理调节工艺介质的温度以满足工艺流程的需要。螺旋折流板管壳式换热器壳程流体流速变化较为平缓，不会造成很大的壳程压力损失，并可有效消除死区和返混现象，提高了有效传热面积，但是由于其制造和安装难度大，故未能得到广泛应用。折流杆管壳式换热器因其实现了壳程流体的纵向流动，表现出更优的传热、流体流动、抗振和抗垢性能，但其在低Re工况下传热效果不佳的缺陷，也限制了其广泛应用。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是提供一种斜向流管壳式换热器，通过改变管壳式换热器管束支撑结构来改变壳程流体流动形态，进而使壳程主流区流体横行流动或纵向流动改变为倾斜流动，既能充分利用横向流流动状态因有利于破坏边界层引起的传热性能提高的优势，又可减弱或消除流动和换热死区，进一步有效利用传热面积，提高传热性能，同时降低壳程流体的压力损失。
本发明所采取的技术方案是：
一种斜向流管壳式换热器，主要包括折流栅和换热管，其特征在于：折流栅由折流圈和固接在折流栅上倾斜设置的帘式折流片构成。
所述的帘式折流片具有弧形或方形或类齿轮状开口，两两开口之间具有突起。
所述的弧形开口之间的相对突起的中部具有开孔。
所述的帘式折流片与折流圈之间的倾斜角度为15°-75°。
所述的帘式折流片与折流圈之间的倾斜角度为30°-60°。
所述的帘式折流片与折流圈之间的倾斜角度为45°。
所述的任两相邻折流栅上的帘式折流片对称设置。
所述的任两相邻折流栅上的帘式折流片平行设置。
所述的任两相邻折流栅上的帘式折流片正交设置。
所述的开口尺寸大于换热管的外径0.25～0.5mm。
本发明能够达到的有益效果是：
1、本发明因折流片倾斜设置这一结构特点，使得管束支撑物对壳程流体的扰动效果明显，在较低的同等Re工况下，斜向流管壳式换热器壳程流体的平均流速和湍动程度高，壳程传热系数也相应提高；在较高Re工况下，其强化传热性能更为明显。
2、本发明因形体阻力和对流体的阻挡程度小，且部分消除了流动死区，故壳程压降有较大幅度的降低。
3、本发明的综合性能(即单位壳程压降下的传热系数)良好，尤其适合于既要保证较高的传热系数而流体外加动力有限的工况场合。
附图说明：
图1为发明的结构示意图。
图2为具有半圆形开口折流片折流栅的结构示意图。
图3为具有半圆形开口内有开孔折流片折流栅的结构示意图。
图4为具有方形和齿轮形开口折流片折流栅的结构示意图。
图5为相邻折流栅上帘式折流片对称、平行、正交设置的结构示意图。
图6为本发明壳程流体流动状态示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
实施例1：如图1、图2、图5(a)、图6所示，该斜向流管壳式换热器主要包括折流栅1和换热管2，折流栅1由折流圈11和焊接在折流栅上倾斜设置的帘式折流片12构成，该帘式折流片12具有半圆形开口121，两两开口121之间具有突起122，开口121的尺寸大于换热管的外径0.3mm，该帘式折流片12与折流圈11之间的倾斜角度为45°，任意两相邻折流栅1上的帘式折流片12正交设置。
实施例2：如图3、图5(b)所示，该斜向流管壳式换热器与实施例1的不同之处在于：帘式折流片12具有半圆形开口121，半圆形开口121之间的相对突起122的中部设有开孔(123)，开口121的尺寸大于换热管2的外径0.4mm，该帘式折流片12与折流圈11之间的倾斜角度为30°，两两相邻折流栅1上的帘式折流片12对称设置。
实施例3：如图4(a)、图5(c)所示，该斜向流管壳式换热器与实施例1的不同之处在于：帘式折流片12具有方形开口121，方形开口121的尺寸大于换热管2的外径0.45mm，该帘式折流片12与折流圈11之间的倾斜角度为60 °，两两相邻折流栅1上的帘式折流片12平行设置。
通过上述技术方案，可使相邻折流栅1上的帘式折流片12实现换热管2在横向和纵向位置上的完全支撑和定位，同时帘式折流片12对壳程流体具有较强的导向和扰动作用，相邻两帘式折流片12之间形成倾斜流道，壳程流体流入这些倾斜通道，通道内主流区流体流动方向在帘式折流片12的强制导向作用下与换热管2轴向呈一定夹角，夹角的大小可通过折流片的倾斜角度予以调节。相对于折流杆换热器这种壳程流体流动方向基本上平行于换热管2方式而言，这种流动状态更有利于冲刷换热管2管壁，使得壳程流体总体上呈纵向流动的趋势下，帘式折流片12与换热管2接触处的局部区域又存在类似于折流板换热器中的横向流动。随着流体流速的加快和湍动程度增强，流体对管外边界层液膜的剪力加大，从而使液膜持续减薄，既充分利用了因横向流对换热管2更为强烈的冲刷作用引起的边界层削弱的优势，又改善了完全横向流动导致的流动死区大、换热面积利用率较低的弊端，削弱了折流板换热器壳程流体因受到折流板横向阻挡和翻越折流板导致的压力损失；同时壳程流体在倾斜流道中受迫流动形成射流，对主流区流体的吸卷和扰动作用强烈，有助于进一步提高主流区的湍动程度和平均流速；帘式折流片12的开口121尺寸略大于换热管2外径，倾斜放置与换热管2接触后，在换热管2外壁周围形成形状复杂的孔隙，壳程流体中除主流区流经倾斜通道冲刷换热管2外，部分流体穿越这些孔隙，在换热管2外壁处产生贴壁射流，进一步增强了流体对管壁的冲刷程度；帘式折流片12外缘上的突起122，嵌入相邻换热管2之间，除起到支撑和定位换热管2的作用外，对换热管2间的流体提供较强的扰动作用，在其后产生旋涡尾流，提高了壳程流体的局部湍流度。流体的流速越大，湍动越激烈，从而强化了传热，在旋涡强度减弱后，流体通过后面的折流元件又产生新的旋涡；帘式折流片12倾斜放置，若用于冷凝器时对冷凝液还有引流作用。

Claims (10)

1、一种斜向流管壳式换热器，主要包括折流栅(1)和换热管(2)，其特征在于：折流栅(1)由折流圈(11)和固接在折流栅(11)上倾斜设置的帘式折流片(12)构成。
2、如权利要求1所述的斜向流管壳式换热器，其特征在于：帘式折流片(12)具有弧形或方形或类齿轮状开(121)，两两开(121)之间具有突起(122)。
3、如权利要求2所述的斜向流管壳式换热器，其特征在于：开口(121)之间的相对突起(122)的中部具有开孔(123)。
4、如权利要求1、2或3所述的斜向流管壳式换热器，其特征在于：帘式折流片(12)与折流圈(11)之间的倾斜角度为15°-75°。
5、如权利要求1、2或3所述的斜向流管壳式换热器，其特征在于：帘式折流片(12)与折流圈(11)之间的倾斜角度为30°-60°。
6、如权利要求1、2或3所述的斜向流管壳式换热器，其特征在于：帘式折流片(12)与折流圈(11)之间的倾斜角度为45°。
7、如权利要求1、2或3所述的斜向流管壳式换热器，其特征在于：任两相邻折流栅(11)上的帘式折流片(12)对称设置。
8、如权利要求1、2或3所述的斜向流管壳式换热器，其特征在于：任两相邻折流栅(11)上的帘式折流片(12)平行设置。
9、如权利要求1、2或3所述的斜向流管壳式换热器，其特征在于：任两相邻折流栅(11)上的帘式折流片(12)正交设置。
10、如权利要求2或3所述的斜向流管壳式换热器，其特征在于：开口(121)尺寸大于换热管(2)的外径0.25～0.5mm。
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