CN207610580U - 一种钛复合换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钛复合换热器，其换热器主体两端依次设管板、管箱筒体和封头，换热器主体内平行设置的多根换热管两端穿设于两管板上两两对称开设的管孔中，封头与相应侧管箱筒体和管板形成管箱内腔，两管箱内腔内均横向间隔设至少一道管程分程隔板，两管箱内腔间相邻的管程分程隔板交错设置；换热器主体内横向交错设至少一道壳程分程隔板将换热器主体内部分成至少两组壳程流道；各壳程流道内交错设多道折流板；换热管由内层钛合金管及外层铜合金套管复合而成；两管板远离换热管一侧、各管程分程隔板外表面、两封头内壁及两管箱筒体内壁均复合钛合金层。本实用新型提供的钛复合换热器具有耐腐蚀性能好、传热效率高且设备安全性能稳定的优点。

Description

一种钛复合换热器

技术领域

本实用新型涉及换热设备技术领域，具体涉及一种钛复合换热器。

背景技术

在工业生产中，为了满足生产需要，常要进行不同方式的热量交换，如，加热、冷却、蒸发和冷凝等，换热器即是用来实现上述热量交换与传递的常用设备，通过将热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要，同时也能提高能源利用率。

换热器作为化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。对于部分在易腐蚀、易锈的环境下使用的换热器，其换热器的换热管需要具有良好的耐腐蚀性能及传热性能，然而，目前国内换热管的材料一般为铜合金或者是不锈钢材料，这两种换热管耐腐蚀性能差，无法满足生产需要。

钛管是一种较为常用的耐腐蚀换热管，因其比强度高、耐腐蚀性强逐渐在舰船等耐腐蚀领域应用越来越广泛，但钛的传热性能很差，约为铜的1/25，而铜合金具有优良的传热性能，传热效率高。因此，可综合二者的优良特性，将两种合金复合作为换热管进行腐蚀性流体的换热。

然而，传统的钛复合板多管程换热器管箱在介质冲击力、以及相邻管箱腔室内压力差的作用下管程分程隔板容易变形，各管程分程隔板一旦变形就容易将管箱法兰与管板之间的焊接密封面拉裂，从而引起具有强烈腐蚀性的介质泄漏，造成极为严重的后果。

发明内容

针对以上技术缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种耐腐蚀性能好、传热效率高且设备安全性能稳定的钛复合换热器。

为解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种钛复合换热器，包括换热器主体，所述换热器主体的两端分别通过管板连接有管箱筒体，两所述管箱筒体的另一端分别设置有封头，两所述管板上对称开设有多个管孔，所述换热器主体内部平行设置有多根换热管，各所述换热管的两个端部穿设于两两对称设置的所述管孔中，两所述封头分别与相应侧的所述管箱筒体和所述管板之间形成一个管箱内腔，其特征在于：

两所述管箱内腔内均横向间隔设置有至少一道管程分程隔板，将两所述管箱内腔分别由上至下分隔成至少两个管箱腔室，各所述管箱腔室分别与对应所述管板上的所述换热管相连通，且一侧的所述管箱内腔与另一侧所述管箱内腔内相邻的所述管程分程隔板间交错设置；

所述换热器主体内部横向交错设置有至少一道壳程分程隔板，各所述壳程分程隔板的一端分别与一侧的所述管板连接，另一端与另一侧的所述管板之间设置有间隙，将所述换热器主体内部分隔成顺次串接的至少两组壳程流道；

各组所述壳程流道的各所述换热管之间均纵向交错设置有多道折流板；

各所述换热管均由内层的钛合金管及外层的铜合金套管复合而成；

两所述管板远离所述换热管一侧的外表面、各所述管程分程隔板的外表面、两所述封头的内壁上及两所述管箱筒体的内壁上均复合有钛合金层。

作为一种改进方案，各所述管程分程隔板的一端均与相应侧的所述封头内壁焊接密封固定，另一端均与相应侧的所述管板连接。

作为一种更进一步地改进方案，两所述封头内壁的上下两端之间均纵向间隔设置有多根支撑杆，各所述支撑杆均穿过相应侧所述管箱内腔内的各所述管程分程隔板，且各所述支撑杆的两端分别固定连接在相应侧所述封头的内壁上。

作为一种更进一步地改进方案，各所述支撑杆的外表面均复合有钛合金层。

作为一种改进方案，各所述换热管的外壁上均设置有螺旋翅片。

作为另一种改进方案，各所述换热管的外壁上均设置有多个半圆形凸起。

作为一种进一步地改进方案，所述换热器主体下方连接有两个支撑架，两所述支撑架均包括与所述换热器主体相匹配的圆弧形托架和用于支撑相应所述圆弧形托架的底座。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

由于本实用新型提供的一种钛复合换热器，包括换热器主体，换热器主体的两端分别通过管板连接有管箱筒体，两管箱筒体的另一端分别设置有封头，两管板上对称开设有多个管孔，换热器主体内部平行设置有多根换热管，各换热管的两个端部穿设于两两对称设置的管孔中，两封头分别与相应侧的管箱筒体和管板之间形成一个管箱内腔，两管箱内腔内均横向间隔设置有至少一道管程分程隔板，将两管箱内腔分别由上至下分隔成至少两个管箱腔室，各管箱腔室分别与对应管板上的换热管相连通，且一侧的管箱内腔与另一侧管箱内腔内相邻的管程分程隔板间交错设置；换热器主体内部横向交错设置有至少一道壳程分程隔板，各壳程分程隔板的一端分别与一侧的管板连接，另一端与另一侧的管板之间设置有间隙，将换热器主体内部分隔成顺次串接的至少两组壳程流道；各组壳程流道的各换热管之间均纵向交错设置有多道折流板；各换热管均由内层的钛合金管及外层的铜合金套管复合而成；两管板远离换热管一侧的外表面、各管程分程隔板的外表面、两封头的内壁上及两管箱筒体的内壁上均复合有钛合金层。上述结构使本实用新型较现有技术具有以下技术优势：

一、管程分程隔板将管箱内腔分隔为多个管箱腔室，各管箱腔室分别与对应管板上的换热管相连通，此结构设置使管程内腐蚀性流体在换热器内与壳程内流体的换热时间得到延长，从而提高换热效率；

二、壳程分程隔板的一端与另一侧的管板之间设置有间隙，使来自上一组壳程流道内的壳程流体由间隙流入下一组壳程流道，将换热器内的各换热管分隔成多组壳程流道，可延长壳程流体与管程内流体的换热时间，提高换热效率；

三、各壳程流道的相应换热管之间均纵向交错设置有多道折流板，此结构使壳程内的流体与换热管之间的换热面积增大，进一步提高换热效率；

四、各换热管均包括钛合金管，钛合金管的外层复合有铜合金管，在对具有腐蚀性的流体进行换热时，腐蚀性介质流经管程，与具有耐腐蚀性能的钛合金管侧接触，无腐蚀性的物质流经壳程，与具有高效传热性能的铜合金管侧接触，充分利用了各管材的性能优势，既保证了换热装置的耐腐蚀性能，又保证了换热装置的传热效率，并节省了价格高昂的钛金属材料，充分体现了经济的优越性；

五、两管板远离换热管一侧的外表面、各管程分程隔板位于两管箱内腔的部分的外表面、两封头的内壁上及两管箱筒体的内壁上均复合有钛合金层，由于两封头分别与相应侧的管箱筒体及管板之间形成一个管箱内腔，且各管箱腔室分别与对应管板上的换热管相连通，在腐蚀性流体流经管箱内腔时，各管箱内腔内壁、管箱内腔内的各管程分程隔板以及管板靠近换热管的一侧均与管程内的腐蚀性流体接触，因此，在相应位置复合钛合金层可以有效提高设备的防腐蚀性能。

由于本实用新型提供的一种钛复合换热器，其两封头内壁的上下两端之间均分别间隔设置有多根支撑杆，各支撑杆均穿过相应侧的各管程分程隔板并固定连接在相应侧封头的内壁上，此结构设置可增强管程分程隔板的刚性，有效减小管程分程隔板在受到介质冲击以及相邻管箱腔室内压力差作用下的变形，避免在此条件下存在的腐蚀性流体泄露可能造成的安全隐患，提高设备使用的安全性。

由于本实用新型提供的一种钛复合换热器，其各支撑杆的外表面均复合有钛合金层，由于支撑杆也与管程内腐蚀性流体直接接触，因此，此设置可以有效的提高支撑杆的耐腐蚀性能，进而进一步保证管程分程隔板的刚性。

由于本实用新型提供的一种钛复合换热器，其换热管的外壁上均设置有螺旋翅片，即该钛复合换热器的换热管为螺旋翅片管，从而提高壳程内流体在壳程内与管内腐蚀性流体的换热面积，提高换热器的换热效率。

由于本实用新型提供的一种钛复合换热器，其换热管的外壁上均设置有多个半圆形凸起，可增大壳程内流体在壳程内与管内腐蚀性流体的换热面积，提高换热器的换热效率。

由于本实用新型提供的一种钛复合换热器，其换热器主体下方连接有两个支撑架，且两所述支撑架均包括与所述换热器主体相匹配的圆弧形托架和用于支撑相应所述圆弧形托架的底座，使圆弧形托架可以完美的契合换热器主体，使设备安装、运行都十分的平稳。

综上所述，本实用新型提供的钛复合换热器解决了现有换热器耐腐蚀性能差、设备性能及使用寿命短、使用纯钛换热管成本高且传热效率低的缺陷，该换热器通过钛、铜合金复合为钛复合换热管作为腐蚀性介质的换热管，结合了钛和铜的特性，使钛复合换热器的换热管耐腐蚀且传热性能优异，通过将管板与管程内腐蚀性流体接触面及封头内壁设置钛合金层提高管板与封头的耐腐蚀性能，通过在换热器两侧的管箱内腔内设置多道管程分程隔板，提高管程与壳程内流体的换热面积，并通过设置支撑杆，有效防止管程分程隔板变形，保证换热器的使用稳定性和使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型实施例一一种钛复合换热器的结构示意图；

图2是图1中换热管的组成结构示意图；

图3是图1中换热管外设置有螺旋翅片的结构示意图；

图4是图1是换热器主体下方设置支撑架的结构示意图；

图5是本实用新型实施例二一种钛复合换热器的结构示意图；

图6是图5中换热管外设置有半圆形凸起的结构示意图；

图中：1.换热器主体，2.管板，3.管箱筒体，4.封头，5.换热管，6.管箱内腔，7.管程分程隔板，8.管箱腔室，9.折流板，10.管程介质入口，11.管程介质出口，12.壳程介质入口，13.壳程介质出口，14.支撑杆，15.钛合金管，16.铜合金管，17.螺旋翅片，18.支撑架，19.圆弧形托架，20.底座，21.半圆形凸起，22.壳程分程隔板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。

实施例一

该实施例用于将冷水冷却具有较高温度的海水。海水作为腐蚀性流体，流经换热器的管程，冷水流经换热器的壳程。

如图1所示，本实用新型提供的一种钛复合换热器，包括换热器主体1，换热器主体1的两端分别通过管板2连接有管箱筒体3，两管箱筒体3的另一端分别设置有封头4，两管板2上对称开设有多个管孔，换热器主体1内部平行设置有多根换热管5，各换热管5的两个端部穿设于两两对称设置的管孔中，两封头4分别与相应侧的管箱筒体3和管板2之间形成一个管箱内腔6。

如图1所示，两管箱内腔6内各横向设置有一道管程分程隔板7，将两管箱内腔6均由上至下分隔成两个管箱腔室8，各管箱腔室8分别与对应管板2上的换热管5相连通，且两个管箱内腔6内的两个管程分程隔板7间交错设置，如图1中所示，左侧的管箱内腔6内的管程分程隔板7位于右侧管箱内腔6内的管程分程隔板7的上方，即位于右侧管箱内腔6内的管程分程隔板7设置于右侧封头4的下部，位于左侧管箱内腔6内的管程分程隔板7设置于左侧封头4的上部，两道管程分程隔板7的一端均与相应侧的封头4内壁焊接密封固定，另一端均穿过相应侧的管板2与另一侧的管板2连接，此结构设置使管程内腐蚀性流体在换热器内的换热时间得到延长，从而提高换热效率。

如图1所示，换热器主体内部横向交错设置有两道壳程分程隔板22，将换热器主体1内部由上至下分隔成顺次串接的三组壳程流道，可延长壳程流体在壳程内的换热时间，提高换热效率，且此两道管程分程隔板7与两道壳程分程隔板22对齐设置。各壳程流道的相应换热管5之间均纵向交错设置有多道折流板9，折流板9可使壳程内的流体与换热管5之间的换热面积增大，进一步提高换热效率。

其中，各壳程分程隔板22的一端分别与一侧的管板连接，另一端与另一侧的管板之间设置有间隙，使来自上一组壳程流道内的壳程流体由间隙流入下一组壳程流道，延长壳程流体与管程内流体的换热时间，提高换热效率。

如图1所示，位于左侧管箱内腔6的顶端设置有管程介质入口10，位于右侧管箱内腔6的底端设置有管程介质出口11，换热器主体1底端的右侧设置有壳程介质入口12，换热器主体1顶端的左侧设置有壳程介质出口13。因此，温度较高的腐蚀性海水由左侧管箱筒体3顶端流入管箱内腔6，由右侧管箱筒体3底端流出；冷水由换热器主体1底端右侧流入换热器管壳内，由换热器主体1顶端左侧流出。

如图1所示，两封头4内壁的上下两端之间均分别间隔设置有四根支撑杆14，各支撑杆14均穿过相应侧的各管程分程隔板7并固定连接在相应侧封头4的内壁上。此结构设置可增强管程分程隔板7的刚性，有效减小管程分程隔板7在受到介质冲击以及相邻管箱腔室8内压力差作用下的变形，避免在此条件下存在的腐蚀性流体泄露可能造成的安全隐患，提高设备使用的安全性。

如图2所示，各换热管5均包括钛合金管15，钛合金管15的外层复合有铜合金管16，在对具有腐蚀性的流体进行换热时，腐蚀性介质流经管程，与具有耐腐蚀性能的钛合金管15侧接触，无腐蚀性的物质流经壳程，与具有高效传热性能的铜合金管16侧接触，充分利用了各管材的性能优势，既保证了换热装置的耐腐蚀性能，又保证了换热装置的传热效率，并节省了价格高昂的钛金属材料，充分体现了经济的优越性。

如图3所示，各换热管5的外壁上均设置有螺旋翅片17，即该钛复合换热器的换热管5为螺旋翅片17管，从而提高壳程内流体在壳程内与管内腐蚀性流体的换热面积，提高换热器的换热效率。

其中，两管板2均包括碳钢基板，两碳钢基板远离换热管5一侧的外表面各复合有钛合金层。由于各管箱腔室8分别与对应管板2上的换热管5相连通，因此，各管箱腔室8与管程内的腐蚀性流体接触，钛合金层的设置可提高该侧管板2的耐腐蚀性能。各管程分程隔板7位于两管箱内腔6的部分的外表面、两封头4的内壁上及两管箱筒体3的内壁上均复合有钛合金层，由于两封头4分别与相应侧的管箱筒体3及管板2之间形成一个管箱内腔6，腐蚀性流体流经管箱内腔6时，与封头4内壁、管箱筒体3内壁和该侧管板2的外表面直接接触，因此，在相应位置复合钛合金层可以有效提高封头4、管箱筒体3及管程分程隔板7的防腐蚀性能。

如图4所示，换热器主体1下方连接有两个支撑架18，且两支撑架18均包括与换热器主体1相匹配的圆弧形托架19和用于支撑相应圆弧形托架19的底座20，使圆弧形托架19可以完美的契合换热器主体1，使设备安装、运行都十分的平稳。

实施例二

该实施例用于将热水加热具有较低温度的海水。海水作为腐蚀性流体，流经换热器的管程，热水流经换热器的壳程。

如图5所示，位于左侧的管箱内腔6内横向间隔设置有两道管程分程隔板7，将左侧管箱内腔6由上至下分隔成三个管箱腔室8，位于右侧的管箱内横向设置有一道管程分程隔板7，将右侧管箱内腔6由上至下分隔成两个管箱腔室8，其中，左、右两侧管箱内腔6内的管程分程隔板7交错设置。

同时，换热器主体内部横向交错设置有三道壳程分程隔板22，将换热器主体1内部由上至下分隔成顺次串接的四组壳程流道，且此两道管程分程隔板7与两道壳程分程隔板22对齐设置。

如图5所示，位于左侧管箱内腔6的底端设置有管程介质入口10，位于左侧管箱内腔6的顶端设置有管程介质出口11，换热器主体1顶端的左侧设置有壳程介质入口12，换热器主体1底端的左侧设置有壳程介质出口13。因此，海水由左侧底端流入管箱内腔6，由左侧顶端流出；热水由换热器主体1顶端左侧流入换热器管壳内，由换热器主体1底端左侧流出。

如图6所示，各换热管5的外壁上均设置有多个半圆形凸起21，用于提高壳程内流体在壳程内与管内腐蚀性流体的换热面积，提高换热器的换热效率。

本实施例的其它结构与实施例一相同。

以上两个实施例以具有腐蚀性的海水作为管程内流体，本实用新型同样适用于具有腐蚀性的气体的换热，具体的管程及壳程介质的出、入口设置、管程分程隔板7及壳程分程隔板22的数量及位置的设置以及折流板9的设置均可根据具体生产需要进行具体的设定，如，当壳程内的热流体为热蒸汽时，由于热蒸汽遇冷部分冷凝成水，汽水混合物中的冷凝水会部分留存，因此，折流板9的数量及壳程流道的数量可适量减少，以免影响换热器的换热效果甚至影响换热器使用寿命。

综上所述，本实用新型提供的钛复合换热器解决了现有换热器耐腐蚀性能差、设备性能及使用寿命短、使用纯钛换热管成本高且传热效率低的缺陷，该换热器通过钛、铜合金复合为钛复合换热管作为腐蚀性介质的换热管，结合了钛和铜的特性，使钛复合换热器的换热管耐腐蚀且传热性能优异，通过将管板与管程内腐蚀性流体接触面及封头内壁设置钛合金层提高管板与封头的耐腐蚀性能，通过在换热器两侧的管箱内腔内设置多道管程分程隔板，提高管程与壳程内流体的换热面积，并通过设置支撑杆，有效防止管程分程隔板变形，保证换热器的使用稳定性和使用寿命。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。因此，在不脱离本实用新型设置构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已全部记载在权利要求书中。

Claims (7)

1.一种钛复合换热器，包括换热器主体，所述换热器主体的两端分别通过管板连接有管箱筒体，两所述管箱筒体的另一端分别设置有封头，两所述管板上对称开设有多个管孔，所述换热器主体内部平行设置有多根换热管，各所述换热管的两个端部穿设于两两对称设置的所述管孔中，两所述封头分别与相应侧的所述管箱筒体和所述管板之间形成一个管箱内腔，其特征在于：

两所述管箱内腔内均横向间隔设置有至少一道管程分程隔板，将两所述管箱内腔分别由上至下分隔成至少两个管箱腔室，各所述管箱腔室分别与对应所述管板上的所述换热管相连通，且一侧的所述管箱内腔与另一侧所述管箱内腔内相邻的所述管程分程隔板间交错设置；

所述换热器主体内部横向交错设置有至少一道壳程分程隔板，各所述壳程分程隔板的一端分别与一侧的所述管板连接，另一端与另一侧的所述管板之间设置有间隙，将所述换热器主体内部分隔成顺次串接的至少两组壳程流道；

各组所述壳程流道的各所述换热管之间均纵向交错设置有多道折流板；

各所述换热管均由内层的钛合金管及外层的铜合金套管复合而成；

两所述管板远离所述换热管一侧的外表面、各所述管程分程隔板的外表面、两所述封头的内壁上及两所述管箱筒体的内壁上均复合有钛合金层。

2.根据权利要求1所述的一种钛复合换热器，其特征在于：各所述管程分程隔板的一端均与相应侧的所述封头内壁焊接密封固定，另一端均与相应侧的所述管板连接。

3.根据权利要求2所述的一种钛复合换热器，其特征在于：两所述封头内壁的上下两端之间均纵向间隔设置有多根支撑杆，各所述支撑杆均穿过相应侧所述管箱内腔内的各所述管程分程隔板，且各所述支撑杆的两端分别固定连接在相应侧所述封头的内壁上。

4.根据权利要求3所述的一种钛复合换热器，其特征在于：各所述支撑杆的外表面均复合有钛合金层。

5.根据权利要求4所述的一种钛复合换热器，其特征在于：各所述换热管的外壁上均设置有螺旋翅片。

6.根据权利要求4所述的一种钛复合换热器，其特征在于：各所述换热管的外壁上均设置有多个半圆形凸起。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种钛复合换热器，其特征在于：所述换热器主体下方连接有两个支撑架，两所述支撑架均包括与所述换热器主体相匹配的圆弧形托架和用于支撑相应所述圆弧形托架的底座。