CN201757613U

CN201757613U - 卧式u形管换热器

Info

Publication number: CN201757613U
Application number: CN 201020206309
Authority: CN
Inventors: 崔金栋; 赵斌义; 蒋自平
Original assignee: China Petrochemical Corp; Sinopec Ningbo Engineering Co Ltd; Sinopec Ningbo Technology Research Institute
Current assignee: Sinopec Ningbo Engineering Co Ltd; Sinopec Ningbo Technology Research Institute
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2020-05-26

Abstract

本实用新型涉及一种卧式U形管换热器，主要解决现有技术中存在的气相物料经换热产生相变，造成换热管内物料流量不均匀，换热效果较差的问题。本实用新型通过采用一种卧式U形管换热器，包括物料入口及出口、冷却介质入口及出口、管板、管箱和换热器壳体，管板将管箱和换热器壳体分开，管箱内由分程隔板分割成至少3个管箱区，在至少第二管箱区内U形换热管出口管口和入口管口依次上下排列，且以分程隔板为中心与上一管箱区的U形换热管入口管口对称布置，其特征在于在至少第二管箱区内安装有箱形隔板，较好地解决了该问题，可用于气相物料热交换的工业应用中。

Description

卧式U形管换热器

技术领域

本实用新型涉及用于石油、化工、冶金及热能工程所使用的有相变传热方式的管壳式换热器，具体来说是一种卧式U形管换热器。

背景技术

在换热器的设计中，经常会发生管程物料出现相变的工况，如冷凝器等。传统的换热器为4管程或6管程U形管换热器，管箱内设置分程隔板。换热器入口物料为100％的气相，由于冷媒的传热效果，不断发生相变，到出口处物料完全变成液态。因此，在换热过程中气液两相分离后各走不同的管束，液相在重力的作用下走低端换热管，气相走高端换热管，这种结果造成换热管内物料的流量不均匀，部分管束只走液相物料，部分管束只走气相物料，换热效果较差，影响了换热效率。通常，换热效率用换热系数表示，换热系数越大，换热效率越高，反之亦然。

中国专利ZL200620063509.1就空调系统中同样出现的相变问题提出了解决方案，其方案如下：一种分液式壳管换热器，它由圆柱形的管壳、冷却水进口、冷却水出口、壳体挡板、换热管、管板、折流挡板所组成，其特征在于管壳内20-500根换热管，在圆周内等分为各自独立的2-20组管束，每组换热管管束由U形管串联，其一端为制冷剂进口，另一端为制冷剂出口，两端出露于U形管保护盖外，U形管保护盖经管壳法兰与壳管用螺栓密封固定。与传统壳式换热器相比，这种分液式壳管换热器具有制冷剂分液均匀，提高了每一根换热管的换热效率的作用，对于空调系统来说不失为一种解决由相变引起换热效果变差的问题的好方法，但上述方案在石油化工等领域不容易实现，这是因为空调系统中制冷剂的量较少，容易实现多个U形管单独换热，而在石油化工等领域的换热中换热量大，上述结构会使换热器在制造上很复杂，体积变大，成本增加。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有卧式U形管换热器换热过程中发生相变，造成气液两相分离后各走不同的管束，换热管内物料的流量不均匀，部分管束只走液相物料，部分管束只走气相物料，换热效果差的问题，提供一种新型卧式U形管换热器。该卧式U形管换热器具有均匀分配气液两相物流，换热效果好的特点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：一种卧式U形管换热器，包括物料入口、物料出口、冷却介质入口，冷却介质出口、管板、管箱和换热器壳体，物料入口和物料出口分别位于管箱的顶端和底端，冷却介质入口和冷却介质出口分别位于换热器壳体的底端和顶端，管板将管箱和换热器壳体分开，管箱内由分程隔板分割成至少3个管箱区，第一管箱区为U形换热管入口管口区，U形换热管入口管口至少有2排，最后一个管箱区为U形换热管出口管口区，U形换热管出口管口的排数与U形换热管入口管口的排数相同，在至少第二管箱区内U形换热管出口管口和U形换热管入口管口依次上下排列，且以分程隔板为中心与上一管箱区的U形换热管入口管口对称布置，U形换热管分别安装在换热器壳体里，其特征在于在至少第二管箱区内安装有箱形隔板，箱形隔板为矩形的箱体，五面密封，敞开面罩住除第一排和最后一排以外的所有U形换热管管口。

上述技术方案中所述一种卧式U形管换热器，其U形换热管入口管口有2～4排，管箱被分割成3～5个管箱区，箱形隔板罩住的U形换热管管口为第2～6排，再优选为第2～4排。

本实用新型的一个具体实施方式中，所述换热器管程为6程共12排管子，3个分程隔板，焊接在管板上的箱形隔板将第4和第5排换热管连到一起，将第8和第9排换热管连到一起；气相物料自物料入口进入换热器，进入第1、2排换热管，从第3排换热管流出的气液两相物流从第6排流出，从第4排换热管流出的气液两相物流从第5排流出，从第7排换热管流出的气液两相物流从第10排流出，从第8排换热管流出的气液两相物流从第9排流出，从而将气液两相物流均匀分配到第5、第6、第9和第10排换热管内，提高了换热效率。

本实用新型的另一个具体实施方式中，所述换热器管程为4程共8排管子，2个分程隔板，焊接在管板上的箱形隔板将第4和第5排换热管连到一起，气相物料自物料入口进入换热器，进入第1、2排换热管，从第3排换热管流出的气液两相物流从第6排流出，从第4排换热管流出的气液两相物流从第5排流出，从而将气液两相物流均匀分配到第5和第6排换热管内，提高了换热效率。

本实用新型的一个具体实施方式中，所述箱形隔板长度L＝A+50±10mm，其中A为所罩住部分实际布管长度，宽度W＝B，其中B为3、5两排换热管间的距离，或7、9两排换热管间的间距，高度H＞nπd2/4L，其中n为每排换热管的数量，一般为15～35根，d为换热管内径；在另一优选例中，隔板长度L＝A+50mm，

本实用新型的一个具体实施方式中，U形管换热器入口物料为气相物流，出口物料为液相物流；在另一优选例中，入口气相物流为乙烯或丙烯。

本实用新型的一个具体实施方式中，U形管换热器壳程内冷却介质的优选方案为丙烯或液氨；在另一具体实施方式中，U形管换热器壳程内冷却介质的优选方案为冷却水。

本实用新型在实际运行过程中，由于设计出了箱形隔板，保证了换热器的每根换热管内的质量流量分布基本均匀，每根换热管内基本都是两相流，而两项流的换热效率比单项流的换热效率高；另外由于使用了箱形隔板，避免了换热器内底端换热管全部走液相物流，上端换热管走很少的气相物流的问题，均匀分配了每程管束的流量，经本发明人发现，在6管程和4管程U形换热器中，换热系数分别可达440W/m²K和590W/m²K，提高了换热效率，取得了较好的效果。

附图说明

图1为比较例1中传统的换热器。

图2为实施例1中改进后的换热器。

图3为实施例2中改进后的换热器。

图4为箱形隔板的布置图。

图1或图2或图3或图4中，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12分别表示第1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12排换热管，21为管箱，211、212、213和214分别表示第一、二、三和四管箱区，22为分程隔板，23为物料入口，24为管板，25为冷却介质出口，26为U形换热管，27为壳体，28为物料出口，29为箱形隔板，30为冷却介质入口，Ⅰ为气相物流，Ⅱ为液相物流，Ⅲ为气液两相物流。

6管程U形管换热器中，气相物料自物料入口23进入换热器，进入第1、2排换热管，从第3排换热管流出的气液两相物流Ⅲ从第6排流出，从第4排换热管流出的气液两相物流Ⅲ从第5排流出，从第7排换热管流出的气液两相物流从第10排流出，从第8排换热管流出的气液两相物流从第9排流出，从第11和12排换热管流出的液相物流从物料出口28流出。冷却介质从冷却介质入口30进入U形管换热器壳体27，从冷却介质出口25流出。

4管程U形管换热器中，气相物料自物料入口23进入换热器，进入第1、2排换热管，从第3排换热管流出的气液两相物流Ⅲ从第6排流出，从第4排换热管流出的气液两相物流Ⅲ从第5排流出，从第7和8排换热管流出的液相物流从物料出口28流出。冷却介质从冷却介质入口30进入U形管换热器壳体27，从冷却介质出口25流出。

下面通过实施例对本实用新型做进一步阐述。

具体实施方式

【实施例1】

在某大型乙烯项目中，对一传统卧式乙烯冷凝器进行了改进。管程为6管程，走工艺物料乙烯，乙烯在冷凝的过程中，由于冷却介质液体丙烯的传热效果，不断发生相变，到物料出口28处完全变成液态。使用本实用新型的换热器，100％气相乙烯从物料入口23进入第一管箱区211，进入第1、2排换热管，从第3排换热管流出的气液两相物流从第6排流出，从第4排换热管流出的气液两相物流从第5排流出，从第7排换热管流出的气液两相物流从第10排流出，从第8排换热管流出的气液两相物流从第9排流出，由于在第二管箱区212和第三管箱区213内设置了箱形隔板29，将第4和第5排换热管连到一起，将第8和第9排换热管连到一起，使得第5、第6、第9和第10排换热管内都走气液两相物流Ⅲ，从而保证了每排换热管内均为气液两相流，使得流体分布均匀，提高传热效率，传热系数可达到440W/m²K。第四管箱区214内的第11和12排换热管流出的乙烯为100％液相乙烯，从物料出口28流出，返回乙烯储罐。

本实施例中每排换热管均为22根，材质为09MnD。

冷却介质为液体丙烯，液体丙烯从冷却介质入口30进入换热器壳体27，入口温度为-39℃；气态丙烯从冷却介质出口25流出，出口温度-39℃。

该换热器直径1m，由于换热系数的提高，换热管长度缩短为6.5米长，节约投资大约30％。

两个箱形隔板的尺寸为：L×W×H＝600×115×30，单位mm，材料为09MnNiDR，厚度4mm。

【比较例1】

与【实施例1】同一个大型乙烯项目中，使用一台传统的卧式乙烯冷凝器，管程为6管程，走工艺物料乙烯。除过第二管箱区212和第三管箱区213内没有设置箱形隔板29以外，其余设置均与实施例1相同，且工艺条件也完全相同。乙烯在冷凝的过程中，由于冷却介质液体丙烯的传热效果，不断发生相变，到出口处完全变成液态。在换热过程中存在第5和第9排管子中只走气相物流Ⅰ，第6和第10排换热管内只走液相物流Ⅱ，影响了换热效率，传热系数在300W/m²K左右。该换热器直径1m，要满足工艺传热要求，需换热管9米长。

【实施例2】

某丙烯储罐系统，丙烯储罐项目检修改造时，采用本实用新型的技术，蒸发气压缩后使用一台卧式冷凝器。管程为4管程，走工艺物料丙烯，丙烯在冷凝的过程中，由于冷却介质冷却水的传热效果，丙烯不断发生相变。100％气相丙烯从物料入口23进入第一管箱区211，进入第1、2排换热管，从第3排换热管流出的气液两相物流从第6排流出，从第4排换热管流出的气液两相物流从第5排流出，由于在第二管箱区212内设置了箱形隔板29，将第4和第5排换热管连到一起，使得第5和第6排换热管内都走气液两相物流Ⅲ，从而保证了每排换热管内均为气液两相流，使得流体分布均匀，提高传热效率，传热系数可达到590W/m²K。由于是4管程，所以没有上述实施例1和比较例1中的第三管箱区。第四管箱区214内的第7和8排换热管流出的丙烯为100％液相丙烯，从物料出口28流出，返回丙烯储罐。

本实施例中每排换热管均为18根，材质为09MnD。

冷却介质为液体冷却水，冷却水从冷却介质入口30进入换热器壳体27，入口温度为33℃；冷却水从冷却介质出口25流出，出口温度38℃。

该换热器直径0.8m，由于换热系数的提高，换热管长度缩短为2.2米长，节约投资大约20％。

一个箱形隔板的尺寸为：L×W×H＝650×160×30，单位mm，材料为09MnNiDR，厚度4mm。

【比较例2】

与【实施例2】同样的丙烯储罐系统，蒸发气压缩后使用一台传统的卧式冷凝器，管程为4管程，除过第二管箱区212内没有设置箱形隔板29以外，其余设置均与实施例2相同，且工艺条件也完全相同。丙烯在冷凝的过程中，由于冷却介质冷却水的传热效果，丙烯不断发生相变，到物料出口处完全变成液态。在换热过程中存在第5排管子中只走气相物流，第6排换热管内只走液相物流的情况，影响了换热效率，传热系数在480W/m²K左右。

该换热器直径0.8m，要满足工艺传热要求，需换热管3米长。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用以限定本实用新型的实质技术内容范围，本实用新型的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同，也或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。

Claims

1.一种卧式U形管换热器，包括物料入口、物料出口、冷却介质入口，冷却介质出口、管板、管箱和换热器壳体，物料入口和物料出口分别位于管箱的顶端和底端，冷却介质入口和冷却介质出口分别位于换热器壳体的底端和顶端，管板将管箱和换热器壳体分开，管箱内由分程隔板分割成至少3个管箱区，第一管箱区为U形换热管入口管口区，U形换热管入口管口至少有2排，最后一个管箱区为U形换热管出口管口区，U形换热管出口管口的排数与U形换热管入口管口的排数相同，在至少第二管箱区内U形换热管出口管口和U形换热管入口管口依次上下排列，且以分程隔板为中心与上一管箱区的U形换热管入口管口对称布置，U形换热管分别安装在换热器壳体里，其特征在于在至少第二管箱区内安装有箱形隔板，箱形隔板为矩形的箱体，五面密封，敞开面罩住除第一排和最后一排以外的所有U形换热管管口。

2.根据权利要求1所述一种卧式U形管换热器，其特征在于U形换热管入口管口有2～4排，管箱被分割成3～5个管箱区，箱形隔板罩住的U形换热管管口为第2～6排。

3.根据权利要求1所述一种卧式U形管换热器，其特征在于箱形隔板罩住的U形换热管管口为第2～4排。