CN201555489U - 反旋向翅片管 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种反旋向翅片管，由基管及其外表螺旋缠绕的翅片组成，同时具有左右不同旋向翅片的高频焊翅片管安装到加热炉中组成反旋向折流翅片管排，除了具有传统翅片主要增大换热面积的功能外，还新增了对管排间流动的烟气的折流和扰动作用，对沉积在翅片根部炉管表面的烟尘还有搅动吹扫作用，减少热阻，提高传热膜系数，从而较传统翅片管明显提高其换热效率。冷缠绕翅片管翅片与基管之间的微小间隙形成气流的次生细观流道，有利于烟气在翅片根部的流动，使翅片根部的换热机理机理除了热传第外还强化了对流换热，从而较传统翅片管进一步提高其换热效率。还有，无焊缝冷缠绕结构对基管的外表面没有造成焊接伤害，保证基管的强度不会受到削弱。

Description

反旋向翅片管

1、技术领域

本实用新型是关于一种反旋向翅片管，这种新的翅片管可应用于石油炼制、石油化工、煤化工、锅炉及其他化工工艺过程对流体介质的管式加热炉的炉管，属于机械工程装备中的设计及建造领域。

2、背景技术

(1)传统翅片管的结构设计及功能

翅片管是加热炉的核心零部件，加热炉是石油化工中的龙头，包括常压炉、减压炉、制氢炉、重整炉、焦化炉、转化炉及裂解炉等。管式加热炉的作用于是将介质(油料或气体)加热至工艺所需的温度。

一般来说，翅片管由图1所示的基管1及其外表面上螺旋缠绕的钢带翅片2组成，基管一般是直的钢管。

翅片管安装到加热炉后，管内流过的是需要加热的油料或其他流体，炉管外面在炉膛内垂直从下往上(或水平从左到右、从右到左)流过的是高温烟气或热风，热量通过管壁传给管内的油料。翅片管具有增大换热面积、对气流流态进行扰动，提高换热效果的功能，适用于各种高效节能设备和热交换设备的需要。

(2)传统翅片管存在的问题

目前，传统翅片管存在的问题可归结为结构性问题、传热机理问题和炉管强度几方面。

A 关于结构性问题

实际上，对绝大多数翅片管制造厂来说，在表面光滑的钢管外圆上螺旋缠绕钢带而成的翅片管其钢带的缠绕方向一般时同一个方向的，并且绝大多数是如图1所示的右旋。之所以形成这种局面，直接原因是由该厂安装的焊机结构功能而定，而这种焊机又是由国内少数两个厂家提供的，其结构功能并没有很大差别。间接原因则是国内外工程项目建设公司在炉体结构设计及建造均没有对其中翅片管的翅片旋向排列方式提出技术要求。

结果是，由同一翅片旋向的翅片管排列在一起时，就组成图2所示同旋向折流翅片管排，管外的高温烟气很顺畅、很容易就流了过去，一方面烟气与翅片的接触换热时间缩短了，另一方面烟气在翅片表面容易形成稳定的层流，对沉积在翅片根部炉管表面的烟尘没有搅动吹扫作用，增加了热对流的难度，总的是这种排管方法影响了加热炉热效率的进一步提高。

B 关于换热机理单一问题

传统翅片管的翅片和基管之间一般是高频电阻焊的热缠绕工艺制造的，并且要求翅片和基管之间的焊着率要达到90％以上，以使热量能顺利从翅片上不间断地传递到基管，再从基管传递到基管内的流体，其提高换热效果的机理主要在于传热而不是对流。这样，为了增大管外表面翅片的受热面积，设计上往往造成每一米长度基管上缠绕的翅片数量很多，翅片排得很密很高，反而造成外面的高温烟气无法流进翅片的根部，只在翅片顶部进行热交换，大大增加了热量从翅片顶部传递到翅片根部的额外路程，影响了换热效果。

另外，高温烟气无法流进翅片的根部，也就是说无法对翅片根部积聚的粉尘进行吹扫，增加了热阻，也就影响了换热效果。

C 关于强度损伤问题：

翅片和基管之间的高频电阻焊的热缠绕工艺一方面高温烧伤了基管，破坏了基管原来的金属热处理状态，另一方面基管表面的高频焊缝损伤了钢管表面，焊接参数控制不好时熔融损伤深度达基管厚度的5％。还有，高频焊缝残余应力在烟气低温凝聚液化时很容易产生应力腐蚀开裂。

由此可见，对石油化工加热炉使用的传统翅片管及其制造工艺的改进，克服上述缺点，可以提高加热炉热效率及经济效益，具有很强的工程和社会经济意义。

3、发明内容

本实用新型是关于一种反旋向翅片管，翅片管由基管及其外表面上螺旋缠绕的钢带翅片组成，基管一般是直的钢管。在基管上缠绕的翅片传统上只有顺时针右旋向的一种形式，而反旋向翅片管设置有两种结构形式，一种的翅片旋向是顺时针右旋向的，如图1所示，另一种的翅片旋向是反时针左旋向的，如图3所示，这样就可以解决传统上同一翅片旋向的翅片管排列在一起时、管外的高温烟气很顺畅就流了过去的结构性问题。

具体地说，在同一条基管上翅片缠绕方向可以设置多种形式：第一种是旋向是相同的，或者是顺时针右旋向的，或者是反时针左旋向的；第二种是相邻的两部分翅片的旋向是间断相反的，如果前一段的翅片旋向是顺时针右旋向的，后一段的翅片旋向则是反时针左旋向的，再后一段的翅片旋向又恢复是顺时针右旋向的，如此反复；第三种是在同一条基管上翅片缠绕方向只分为两段不同的形式，也可以说是第二种的特例；第四种是在同一条基管上不同缠绕方向的翅片之间可以是首尾相接的，也可以是间隔开一段距离，也就是说有一段基管的表面是没有翅片的。

发明内容解决前面提及的“A结构性问题”的描述：本实用新型同时具有左右不同旋向的翅片管安装到加热炉中，沿着烟气流向排列的前后(或上下、或左右)相邻的两部分翅片管上的螺旋翅片的旋向是相反的，组成图4所示反旋向折流翅片管排，这种新型排列组合结构的翅片管除了具有传统翅片主要的增大换热面积的功能外，还新增了对管排间流动的烟气的折流作用，以及对沉积在翅片根部炉管表面的烟尘具有搅动吹扫作用，同时具备增大换热面积和折流烟气等多重功能，与传统加热炉结构相比，新建的反旋向折流翅片管加热炉没有增加材及制造投入就可以提高其热效率，更加适用于各种高效节能设备和热交换设备的需要。该技术创新同时解决传统翅片管的结构性问题和换热机理单一问题。

另外，反旋向翅片管的缠绕焊机由于其旋转传动机构正反转两个方向均得到使用，与原来单方向长期使用相比，齿轮等受磨易损件和传动机构的疲劳件的使用寿命得以延长一倍，降低了制造成本。这是该技术创新带来的附加好处。

发明内容解决前面提及的“B换热机理单一问题”的描述：传统翅片管的翅片和基管之间一般是高频电阻焊的热缠绕工艺制造的，提高换热效果的机理主要在于传热而不是对流。本实用新型包括翅片管的制造工艺，进一步说明翅片和基管之间可以是冷缠绕的，就是不对翅片加热直接强力缠绕，翅片与基管之间没有焊缝，只在翅片的头部和尾部与基管相点焊，冷缠绕后由于翅片的变形回弹作用，翅片与基管之间具有松脱的趋势，由于没有熔焊而具有微小间隙，但是在高温烟气长期作用下，冷缠绕的残余应力得到释放，翅片的回弹作用被消除，间隙不会扩大。冷缠绕翅片管的翅片与基管之间具有的微小间隙会形成烟气气流的细观通道和次生流程，有利于烟气在翅片根部的流动，还有利于对翅片根部积聚的粉尘进行吹扫，减少了热阻，提高翅片根部的换热效果。冷缠绕翅片管提高换热效果的机理主要在于对流而不是传热，该制造工艺高温烟气进入翅片根部，解决了传统翅片管的换热机理单一问题。

发明内容解决前面提及的“C强度损伤问题”的描述：本实用新型其另一个优点是没有对基管的外表面造成焊接伤害。无焊缝冷缠绕结构解决了基管的强度削弱问题。

从功能角度看，这里的折流翅片相当于在石油化工装置里大量使用的管壳式换热器的管束折流板，折流板对换热流体的折流作用原理早已应用了上百年，只不过一直广泛应用在流体中的液体介质的折流，应用到气体介质的折流中实在罕见，基本是一片空白。

4、附图说明

图1所示是翅片右旋的一段翅片管，由基管1及其外表面上螺旋缠绕的钢带翅片2组成，基管一般是直的钢管。

图2所示是翅片同旋向的两段翅片管排，箭头显示烟气直接顺畅地经过了管排，图中的标志A表示从翅片管的任意一端观察翅片的缠绕方向为右旋方向，带箭头的粗虚线标志B表示从两排翅片管流过的烟气流道轨迹是一条直线的，流动较为顺畅。

图3所示是翅片左旋的一段冷缠绕翅片管，翅片与基管之间具有的微小间隙3，形成烟气气流的细观通道和次生流程。

图4所示是翅片反旋向的两段翅片管排，显示烟气受到反旋向翅片的折流作用才能经过管排。图中的标志C表示从翅片管的任意一端观察翅片的缠绕方向为左旋方向，带箭头的粗虚线标志D表示从两排翅片管流过的烟气流道轨迹是一两次折弯的路线，流动较为困难。

图5所示是翅片反旋向的两段翅片管排示意图。

5、具体实施方式

实施例1

首先，翅片管制造厂应对其翅片管焊接装置略加改造，以具备同时生产左旋和右旋翅片管的条件。具体来说，如果原来旋转钢管的床头箱(类似于车床的床头箱)只有单向旋转功能，那就要调整原来电机的电原接线方式，使其运行时转向相反，或者在原旋向基础上增加多一项反转的功能；如果原来旋转钢管的床头箱已经具有双向旋转功能，那就不必进行这一部改造。

其次，改造翅片管焊接装置的电极安装方位，以适应相应的高频焊接旋向需要。

实施例2

除以下技术特征外，其他同实施例1：翅片和基管之间采用冷缠绕工艺时，只在翅片的头部和尾部与基管相点焊，缠绕过程断开焊接电源。

上述实施例1和2是两种目的不同的实施方式，实施例1为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

近几年来，随着原油劣质化及能源危机，国家加强对节能减排的管理，企业对高效换热新技术及其应用非常重视，这为该项专利技术的应用提供了很好的条件。

Claims (6)

1.一种反旋向翅片管，翅片管由基管及其外表面上螺旋缠绕的钢带翅片组成，基管是直的钢管，同时具有左右不同旋向的翅片管安装到加热炉中组成反旋向折流翅片管排，其特征是：反旋向翅片管设置有两种结构形式，一种的翅片旋向是顺时针右旋向的，另一种的翅片旋向是反时针左旋向的。

2.根据权利要求1所述一种反旋向翅片管，其特征是：在同一条基管上翅片缠绕方向可以设置多种形式：第一种是旋向是相同的，或者是顺时针右旋向的，或者是反时针左旋向的；第二种是相邻的两部分翅片的旋向是间断相反的，如果前一段的翅片旋向是顺时针右旋向的，后一段的翅片旋向则是反时针左旋向的，再后一段的翅片旋向又恢复是顺时针右旋向的，如此反复。

3.根据权利要求1所述一种反旋向翅片管，其特征是：翅片和基管之间一般有高频电阻热缠绕焊缝。

4.根据权利要求1所述一种反旋向翅片管，其特征是：翅片和基管之间可以只在翅片的头部和尾部与基管相点焊。

5.根据权利要求1所述一种反旋向翅片管，其特征是：翅片的顶部可以是平滑的，也可以是齿状的或U形决口状的。

6.根据权利要求1所述一种反旋向翅片管，其特征是：翅片和基管其材料可由相同的钢材或不同材料组合而成。

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