CN209103635U - 套管传热实验装置 - Google Patents

Abstract

一种套管传热实验装置，它包括蒸汽发生器、安全液封、波纹套管式换热器、光滑套管式换热器、扰流套管式换热器、冷凝水储罐、旋涡气泵、风冷器和控制平台，所述波纹套管式换热器的壳程、所述光滑套管式换热器的壳程和所述扰流套管式换热器的壳程上均设有不凝气放空口，各所述不凝气放空口分别连接所述风冷器的进口，所述风冷器的出口连接所述蒸汽发生器的底部进口。该套管传热实验装置具有设计科学、循环再利用、有效处理不凝气、有利于实验数据测量、保证计算准确、方便观察蒸汽冷凝现象的优点。

Description

套管传热实验装置

技术领域

本实用新型涉及化工实验装置领域，具体的说，涉及一种套管传热实验装置。

背景技术

套管式换热器是目前石油化工生产上应用最广的一种换热器。套管式换热器是用两种尺寸不同的标准管连接而成同心圆套管，外面的叫壳程，内部的叫管程；两种不同介质可在壳程和管程内逆向流动(或同向)以达到换热的效果；套管传热实验是化工实验教学中的重要实验，主要目的是研究不同类型的套管式换热器的传热性能。

现有的套管传热实验装置在完成换热后，冷凝液直接排出，不能循环利用，造成水资源浪费，而且在实验过程中，蒸汽中一般含有难以冷凝的不凝气体，现有的套管传热实验装置中的套管式换热器无法对不凝气体进行收集和处理，容易造成套管式换热器的壳程内压力增大，影响蒸汽的流量，并且套管式换热器中蒸汽冷凝的现象难以观察。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、循环再利用、有效处理不凝气、有利于实验数据测量、保证计算准确、方便观察蒸汽冷凝现象的套管传热实验装置。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种套管传热实验装置，它包括蒸汽发生器、安全液封、波纹套管式换热器、光滑套管式换热器、扰流套管式换热器、冷凝水储罐、旋涡气泵、风冷器和控制平台，所述蒸汽发生器的蒸汽出口分别连接所述波纹套管式换热器的壳程进口、所述光滑套管式换热器的壳程进口和所述扰流套管式换热器的壳程进口，所述波纹套管式换热器的壳程出口、所述光滑套管式换热器的壳程出口和所述扰流套管式换热器的壳程出口分别连接所述冷凝水储罐的顶部进口，所述冷凝水储罐的底部出口连接所述蒸汽发生器的底部进口，所述蒸汽发生器的顶部还连接所述安全液封，所述波纹套管式换热器的壳程、所述光滑套管式换热器的壳程和所述扰流套管式换热器的壳程上均设有不凝气放空口，各所述不凝气放空口分别连接所述风冷器的进口，所述风冷器的出口连接所述蒸汽发生器的底部进口，所述旋涡气泵的出口分别连接所述波纹套管式换热器的管程进口、所述光滑套管式换热器的管程进口和所述扰流套管式换热器的管程进口，所述波纹套管式换热器的管程出口、所述光滑套管式换热器的管程出口和所述扰流套管式换热器的管程出口分别连接有排气管，所述旋涡气泵的出口与所述波纹套管式换热器的管程进口之间的管路上安装有第一文丘里流量压差传感器和第一空气进口温度传感器，所述旋涡气泵的出口与所述光滑套管式换热器的管程进口之间的管路上安装有第二文丘里流量压差传感器和第二空气进口温度传感器，所述旋涡气泵的出口与所述扰流套管式换热器的管程进口之间的管路上安装有第三文丘里流量压差传感器和第三空气进口温度传感器，所述波纹套管式换热器的管程出口安装有第一空气出口温度传感器，所述光滑套管式换热器的管程出口安装有第二空气出口温度传感器，所述扰流套管式换热器的管程出口安装有第三空气出口温度传感器，所述波纹套管式换热器的壳程进口、所述光滑套管式换热器的壳程进口和所述扰流套管式换热器的壳程进口均安装有蒸汽进口温度传感器，所述第一文丘里流量压差传感器、所述第一空气进口温度传感器、所述第二文丘里流量压差传感器、所述第二空气进口温度传感器、所述第三文丘里流量压差传感器、所述第三空气进口温度传感器、所述第一空气出口温度传感器、所述第二空气出口温度传感器、所述第三空气出口温度传感器和各所述蒸汽进口温度传感器分别电连接所述控制平台，所述控制平台为一触控一体机，所述控制平台分别控制所述蒸汽发生器、所述旋涡气泵和所述风冷器。

基上所述，所述波纹套管式换热器的管程进口端管壁上、所述光滑套管式换热器的管程进口端管壁上和所述扰流套管式换热器的管程进口端管壁上分别安装有进口截面温度传感器，所述波纹套管式换热器的管程出口端管壁上、所述光滑套管式换热器的管程出口端管壁上和所述扰流套管式换热器的管程出口端管壁上分别安装有出口截面温度传感器，所述蒸汽发生器的顶部还安装有蒸汽发生器压力传感器和蒸汽发生器温度传感器，所述旋涡气泵的出口还安装有气泵出口压力传感器和气泵出口温度传感器，各所述进口截面温度传感器、各所述出口截面温度传感器、所述蒸汽发生器压力传感器、所述蒸汽发生器温度传感器、所述气泵出口压力传感器和所述气泵出口温度传感器分别电连接所述控制平台。

基上所述，所述旋涡气泵的出口与所述波纹套管式换热器的管程进口之间的管路上还安装有第一空气进口阀，所述旋涡气泵的出口与所述光滑套管式换热器的管程进口之间的管路上还安装有第二空气进口阀，所述旋涡气泵的出口与所述扰流套管式换热器的管程进口之间的管路上还安装有第三空气进口阀，所述蒸汽发生器的蒸汽出口与所述波纹套管式换热器的壳程进口、所述光滑套管式换热器的壳程进口和所述扰流套管式换热器的壳程进口之间的管路上分别安装有蒸汽进口阀，所述波纹套管式换热器的壳程出口、所述光滑套管式换热器的壳程出口和所述扰流套管式换热器的壳程出口与所述冷凝水储罐的顶部进口之间的管路上分别安装有冷凝液排出阀，各不凝气放空口与所述风冷器的进口之间的管路上分别安装有不凝气排出阀。

基上所述，所述蒸汽发生器的顶部还安装有进水阀，所述蒸汽发生器的底部还安装有第一排水阀，所述安全液封的底部安装有第二排水阀，所述冷凝水储罐的底部安装有第三排水阀。

基上所述，所述波纹套管式换热器的管程、所述光滑套管式换热器的管程和所述扰流套管式换热器的管程均为紫铜管，所述波纹套管式换热器的壳程、所述光滑套管式换热器的壳程和所述扰流套管式换热器的壳程均为不锈钢管，所述波纹套管式换热器的壳程、所述光滑套管式换热器的壳程和所述扰流套管式换热器的壳程分别通过法兰安装有视镜，所述视镜上安装有照明灯，所述控制平台控制连接所述照明灯的开关。

本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型的所述冷凝水储罐的底部出口连接所述蒸汽发生器，换热完成后，蒸汽冷凝成水进入所述冷凝水储罐后，回流至所述蒸汽发生器，使冷凝水得到循环利用，避免水资源浪费；所述波纹套管式换热器的壳程、所述光滑套管式换热器的壳程和所述扰流套管式换热器的壳程上均设有不凝气放空口，则蒸汽在所述波纹套管式换热器的壳程、所述光滑套管式换热器的壳程和所述扰流套管式换热器的壳程内与管程中的空气进行换热冷凝时，不凝气体从各所述不凝气放空口排出，进入所述风冷器中进一步冷却，形成冷凝液体后回流至所述蒸汽发生器内，再循环利用，使各套管式换热器的壳程内压力保持稳定，保证蒸汽的流量稳定，有利于套管传热实验数据的测量，保证实验数据的计算结果与理论数据的误差较小。

进一步的，所述波纹套管式换热器的壳程两端、所述光滑套管式换热器的壳程两端和所述扰流套管式换热器的壳程两端分别通过法兰安装有视镜，所述视镜上安装有照明灯，通过所述视镜及所述照明灯能够方便观察各套管式换热器的壳程中蒸汽冷凝现象，有利于传热实验教学中对蒸发冷凝过程的认识。

其具有设计科学、循环再利用、有效处理不凝气、有利于实验数据测量、保证计算准确、方便观察蒸汽冷凝现象的优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：1.蒸汽发生器；2.安全液封；3.波纹套管式换热器；4.光滑套管式换热器；5.扰流套管式换热器；6.冷凝水储罐；7.旋涡气泵；8.风冷器；9.第一文丘里流量压差传感器；10.第一空气进口温度传感器；11.第二文丘里流量压差传感器；12.第二空气进口温度传感器；13.第三文丘里流量压差传感器；14.第三空气进口温度传感器；15.第一空气出口温度传感器；16.第二空气出口温度传感器；17.第三空气出口温度传感器；18.蒸汽进口温度传感器；19. 进口截面温度传感器；20. 出口截面温度传感器；21. 蒸汽发生器压力传感器；22. 蒸汽发生器温度传感器；23. 第一空气进口阀；24. 第二空气进口阀；25. 第三空气进口阀；26.蒸汽进口阀；27.冷凝液排出阀；28.不凝气排出阀；29.进水阀；30.第一排水阀；31.第二排水阀；32.第三排水阀；33.气泵出口压力传感器；34.气泵出口温度传感器。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，一种套管传热实验装置，它包括蒸汽发生器1、安全液封2、波纹套管式换热器3、光滑套管式换热器4、扰流套管式换热器5、冷凝水储罐6、旋涡气泵7、风冷器8和控制平台，所述蒸汽发生器1的蒸汽出口分别连接所述波纹套管式换热器3的壳程进口、所述光滑套管式换热器4的壳程进口和所述扰流套管式换热器5的壳程进口，所述波纹套管式换热器3的壳程出口、所述光滑套管式换热器4的壳程出口和所述扰流套管式换热器5的壳程出口分别连接所述冷凝水储罐6的顶部进口，所述冷凝水储罐6的底部出口连接所述蒸汽发生器1的底部进口，所述蒸汽发生器1的顶部还连接所述安全液封2，所述波纹套管式换热器3的壳程、所述光滑套管式换热器4的壳程和所述扰流套管式换热器5的壳程上均设有不凝气放空口，各所述不凝气放空口分别连接所述风冷器8的进口，所述风冷器8的出口连接所述蒸汽发生器1的底部进口，所述旋涡气泵7的出口分别连接所述波纹套管式换热器3的管程进口、所述光滑套管式换热器4的管程进口和所述扰流套管式换热器5的管程进口，所述波纹套管式换热器3的管程出口、所述光滑套管式换热器4的管程出口和所述扰流套管式换热器5的管程出口分别连接有排气管，所述旋涡气泵7的出口与所述波纹套管式换热器3的管程进口之间的管路上安装有第一文丘里流量压差传感器9和第一空气进口温度传感器10，所述旋涡气泵7的出口与所述光滑套管式换热器4的管程进口之间的管路上安装有第二文丘里流量压差传感器11和第二空气进口温度传感器12，所述旋涡气泵7的出口与所述扰流套管式换热器5的管程进口之间的管路上安装有第三文丘里流量压差传感器13和第三空气进口温度传感器14，所述波纹套管式换热器3的管程出口安装有第一空气出口温度传感器15，所述光滑套管式换热器4的管程出口安装有第二空气出口温度传感器16，所述扰流套管式换热器5的管程出口安装有第三空气出口温度传感器17，所述波纹套管式换热器3的壳程进口、所述光滑套管式换热器4的壳程进口和所述扰流套管式换热器5的壳程进口均安装有蒸汽进口温度传感器18，所述第一文丘里流量压差传感器9、所述第一空气进口温度传感器10、所述第二文丘里流量压差传感器11、所述第二空气进口温度传感器12、所述第三文丘里流量压差传感器13、所述第三空气进口温度传感器14、所述第一空气出口温度传感器15、所述第二空气出口温度传感器16、所述第三空气出口温度传感器17和各所述蒸汽进口温度传感器18分别电连接所述控制平台，所述控制平台为一触控一体机，所述控制平台分别控制所述蒸汽发生器1、所述旋涡气泵7和所述风冷器8。

所述波纹套管式换热器3的管程进口端管壁上、所述光滑套管式换热器4的管程进口端管壁上和所述扰流套管式换热器5的管程进口端管壁上分别安装有进口截面温度传感器19，所述波纹套管式换热器3的管程出口端管壁上、所述光滑套管式换热器4的管程出口端管壁上和所述扰流套管式换热器5的管程出口端管壁上分别安装有出口截面温度传感器20，所述蒸汽发生器1的顶部还安装有蒸汽发生器压力传感器21和蒸汽发生器温度传感器22，所述旋涡气泵7的出口还安装有气泵出口压力传感器33和气泵出口温度传感器33，各所述进口截面温度传感器19、各所述出口截面温度传感器20、所述蒸汽发生器压力传感器21、所述蒸汽发生器温度传感器22、所述气泵出口压力传感器33和所述气泵出口温度传感器33分别电连接所述控制平台。

所述旋涡气泵7的出口与所述波纹套管式换热器3的管程进口之间的管路上还安装有第一空气进口阀23，所述旋涡气泵7的出口与所述光滑套管式换热器4的管程进口之间的管路上还安装有第二空气进口阀24，所述旋涡气泵7的出口与所述扰流套管式换热器5的管程进口之间的管路上还安装有第三空气进口阀25，所述蒸汽发生器1的蒸汽出口与所述波纹套管式换热器3的壳程进口、所述光滑套管式换热器4的壳程进口和所述扰流套管式换热器5的壳程进口之间的管路上分别安装有蒸汽进口阀26，所述波纹套管式换热器3的壳程出口、所述光滑套管式换热器4的壳程出口和所述扰流套管式换热器5的壳程出口与所述冷凝水储罐6的顶部进口之间的管路上分别安装有冷凝液排出阀27，各不凝气放空口与所述风冷器8的进口之间的管路上分别安装有不凝气排出阀28。

所述蒸汽发生器1的顶部还安装有进水阀29，所述蒸汽发生器1的底部还安装有第一排水阀30，所述安全液封2的底部安装有第二排水阀31，所述冷凝水储罐6的底部安装有第三排水阀32。

所述波纹套管式换热器3的管程、所述光滑套管式换热器4的管程和所述扰流套管式换热器5的管程均为紫铜管，所述波纹套管式换热器3的壳程、所述光滑套管式换热器4的壳程和所述扰流套管式换热器5的壳程均为不锈钢管，所述波纹套管式换热器3的壳程、所述光滑套管式换热器4的壳程和所述扰流套管式换热器5的壳程分别通过法兰安装有视镜，所述视镜上安装有照明灯，所述控制平台控制连接所述照明灯的开关。

所述第一空气进口温度传感器10、所述第二空气进口温度传感器12、所述第三空气进口温度传感器14、所述第一空气出口温度传感器15、所述第二空气出口温度传感器16、所述第三空气出口温度传感器17、各所述蒸汽进口温度传感器18、各所述进口截面温度传感器19、各出口截面温度传感器20、所述蒸汽发生器温度传感器22和所述气泵出口温度传感器33均为Pt100热电阻传感器，所述气泵出口压力传感器33的量程为0～50KPa，所述蒸汽发生器压力传感器21的量程为0～10KPa，所述第一文丘里流量压差传感器9、所述第二文丘里流量压差传感器11和所述第三文丘里流量压差传感器13的量程为0～10Kpa。

本实用新型的套管传热实验装置的操作步骤如下：

1、实验前准备工作

⑴、检查水位：通过所述蒸汽发生器1的液位计观察所述蒸汽发生器1内水位是否处于液位计的50%—80%，少于50%需要补充蒸馏水；此时需开启所述进水阀29，通过加水口补充蒸馏水；

⑵、检查电源：检查实验装置的外供电源是否正常供电（空开是否闭合等情况）；检查实验装置的控制柜内空开是否闭合（首次操作时需要检查，建议控制柜空开可以长期闭合，不要经常开启控制柜）；

⑶、点击实验装置控制柜上面“总电源”和“控制电源”按钮，打开所述控制平台，即触控一体机，检查触摸屏上温度、压力等测点是否显示正常；是否有坏点或者显示不正常的点；

⑷、检查阀门：启动所述旋涡气泵7前，确保所述第一空气进口阀23、所述第二空气进口阀24和所述第三空气进口阀25处于开启状态；

2、开始实验

启动触摸屏面板上所述蒸汽发生器1的“固定加热”按钮和“可调加热”按钮，同时选择可调加热为“自动”，设置所述蒸汽发生器压力传感器21的压力值为2kPa（建议2kPa），待所述进口截面温度传感器19的温度值≥90℃时，关闭“固定加热”，点击“旋涡气泵”启动所述旋涡气泵7的开关，微调所述第一空气进口阀23、所述第二空气进口阀24和所述第三空气进口阀25的开度，使所述第一文丘里流量压差传感器9、所述第二文丘里流量压差传感器11和所述第三文丘里流量压差传感器13的示数基本一致；当所述进口截面温度传感器19的温度值≥98℃时，调节所述旋涡气泵7的转速，使所述第一文丘里流量压差传感器9、所述第二文丘里流量压差传感器11和所述第三文丘里流量压差传感器13的压差值显示按如下数据记录：0.06KPa、0.12 KPa、0.22 KPa、0.4 KPa、0.8 KPa、1.6 KPa、最大值共7个点，每个数据点稳定约2分钟，点击触摸屏“记录数据”，即可同时记录不同套管换热管的实验数据；

3、实验结束

实验结束时，关闭所述蒸汽发生器1的电加热开关，关闭所述漩涡气泵的电源，关闭实验装置的外供电源；

实验结束如长期不使用，需放净所述蒸汽发生器1和所述安全液封2中的水。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种套管传热实验装置，其特征在于：它包括蒸汽发生器、安全液封、波纹套管式换热器、光滑套管式换热器、扰流套管式换热器、冷凝水储罐、旋涡气泵、风冷器和控制平台，所述蒸汽发生器的蒸汽出口分别连接所述波纹套管式换热器的壳程进口、所述光滑套管式换热器的壳程进口和所述扰流套管式换热器的壳程进口，所述波纹套管式换热器的壳程出口、所述光滑套管式换热器的壳程出口和所述扰流套管式换热器的壳程出口分别连接所述冷凝水储罐的顶部进口，所述冷凝水储罐的底部出口连接所述蒸汽发生器的底部进口，所述蒸汽发生器的顶部还连接所述安全液封，所述波纹套管式换热器的壳程、所述光滑套管式换热器的壳程和所述扰流套管式换热器的壳程上均设有不凝气放空口，各所述不凝气放空口分别连接所述风冷器的进口，所述风冷器的出口连接所述蒸汽发生器的底部进口，所述旋涡气泵的出口分别连接所述波纹套管式换热器的管程进口、所述光滑套管式换热器的管程进口和所述扰流套管式换热器的管程进口，所述波纹套管式换热器的管程出口、所述光滑套管式换热器的管程出口和所述扰流套管式换热器的管程出口分别连接有排气管，所述旋涡气泵的出口与所述波纹套管式换热器的管程进口之间的管路上安装有第一文丘里流量压差传感器和第一空气进口温度传感器，所述旋涡气泵的出口与所述光滑套管式换热器的管程进口之间的管路上安装有第二文丘里流量压差传感器和第二空气进口温度传感器，所述旋涡气泵的出口与所述扰流套管式换热器的管程进口之间的管路上安装有第三文丘里流量压差传感器和第三空气进口温度传感器，所述波纹套管式换热器的管程出口安装有第一空气出口温度传感器，所述光滑套管式换热器的管程出口安装有第二空气出口温度传感器，所述扰流套管式换热器的管程出口安装有第三空气出口温度传感器，所述波纹套管式换热器的壳程进口、所述光滑套管式换热器的壳程进口和所述扰流套管式换热器的壳程进口均安装有蒸汽进口温度传感器，所述第一文丘里流量压差传感器、所述第一空气进口温度传感器、所述第二文丘里流量压差传感器、所述第二空气进口温度传感器、所述第三文丘里流量压差传感器、所述第三空气进口温度传感器、所述第一空气出口温度传感器、所述第二空气出口温度传感器、所述第三空气出口温度传感器和各所述蒸汽进口温度传感器分别电连接所述控制平台，所述控制平台为一触控一体机，所述控制平台分别控制所述蒸汽发生器、所述旋涡气泵和所述风冷器。

2.根据权利要求1所述的套管传热实验装置，其特征在于：所述波纹套管式换热器的管程进口端管壁上、所述光滑套管式换热器的管程进口端管壁上和所述扰流套管式换热器的管程进口端管壁上分别安装有进口截面温度传感器，所述波纹套管式换热器的管程出口端管壁上、所述光滑套管式换热器的管程出口端管壁上和所述扰流套管式换热器的管程出口端管壁上分别安装有出口截面温度传感器，所述蒸汽发生器的顶部还安装有蒸汽发生器压力传感器和蒸汽发生器温度传感器，所述旋涡气泵的出口还安装有气泵出口压力传感器和气泵出口温度传感器，各所述进口截面温度传感器、各所述出口截面温度传感器、所述蒸汽发生器压力传感器、所述蒸汽发生器温度传感器、所述气泵出口压力传感器和所述气泵出口温度传感器分别电连接所述控制平台。

3.根据权利要求2所述的套管传热实验装置，其特征在于：所述旋涡气泵的出口与所述波纹套管式换热器的管程进口之间的管路上还安装有第一空气进口阀，所述旋涡气泵的出口与所述光滑套管式换热器的管程进口之间的管路上还安装有第二空气进口阀，所述旋涡气泵的出口与所述扰流套管式换热器的管程进口之间的管路上还安装有第三空气进口阀，所述蒸汽发生器的蒸汽出口与所述波纹套管式换热器的壳程进口、所述光滑套管式换热器的壳程进口和所述扰流套管式换热器的壳程进口之间的管路上分别安装有蒸汽进口阀，所述波纹套管式换热器的壳程出口、所述光滑套管式换热器的壳程出口和所述扰流套管式换热器的壳程出口与所述冷凝水储罐的顶部进口之间的管路上分别安装有冷凝液排出阀，各不凝气放空口与所述风冷器的进口之间的管路上分别安装有不凝气排出阀。

4.根据权利要求3所述的套管传热实验装置，其特征在于：所述蒸汽发生器的顶部还安装有进水阀，所述蒸汽发生器的底部还安装有第一排水阀，所述安全液封的底部安装有第二排水阀，所述冷凝水储罐的底部安装有第三排水阀。

5.根据权利要求4所述的套管传热实验装置，其特征在于：所述波纹套管式换热器的管程、所述光滑套管式换热器的管程和所述扰流套管式换热器的管程均为紫铜管，所述波纹套管式换热器的壳程、所述光滑套管式换热器的壳程和所述扰流套管式换热器的壳程均为不锈钢管，所述波纹套管式换热器的壳程、所述光滑套管式换热器的壳程和所述扰流套管式换热器的壳程分别通过法兰安装有视镜，所述视镜上安装有照明灯，所述控制平台控制连接所述照明灯的开关。