CN210400120U - 管外具有螺旋t形翅片的螺旋扁管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种管外具有螺旋T形翅片的螺旋扁管，包括螺旋扁平管体，螺旋扁平管体的管外设有连续的螺旋T形翅片，螺旋T形翅片沿螺旋扁平管体的管轴方向呈螺旋状排列，且螺旋扁平管体与螺旋T形翅片之间采用机械滚压一次成型。螺旋T形翅片为二维翅片，其顶面光滑，且螺旋T形翅片的翅根为柱状，螺旋T形翅片的相邻两螺圈与螺旋扁平管体的外表面围合形成螺旋沟槽。本实用新型螺旋T形翅片的设计提高了管外传热系数，破坏了液体或气体在螺旋扁管表面建立的传热与流动边界层的稳定性，减薄流体传热滞留层的厚度；由于螺旋T形翅片和螺旋沟槽的存在，液体在表面张力的作用下能迅速在其表面均匀铺开；同时，螺旋沟槽的存在也为蒸汽的凝结和液体的气化提供了活化核心。
Description
技术领域
本发明涉及石油、化工换热技术领域，特别涉及一种用于原油、重油及渣油等高粘度介质加热、冷却、冷凝和蒸发等过程的管外具有螺旋T形翅片的螺旋扁管。
背景技术
炼油、化工、冶金、建材等高耗能流程工业的能源使用量约占工业总能耗的60％，是工业节能的重点领域。在这些高能耗工业中，换热器传热性能的高低，直接影响着工业系统的能耗水平。
在石油化工等行业存在着大量的高粘度流体，这些高粘度流体在加工过程中通常需要经过加热、冷却、冷凝和蒸发以达到特定的目的。然而，由于流体的粘度大难于被扰动，其传热系数很低。此外，高粘度流体在输送过程中阻力很大，需要消耗大量的动力。因此探索有效强化高粘度传热性能、降低动力损耗的方法便显得异常重要。目前国内炼油年产量7.72亿吨，油换热器面积大约6000万m2，耗材240万吨，油换热器的设备投资约占系统设备投资的30％以上。油换热器传热性能的优劣，直接影响着炼油系统的能耗。采用强化传热技术提高换热器的传热性能，降低设备能耗，这对炼油系统的节能降耗将起重要的作用。
强化传热技术是一种依靠强化过程的传热效率来达到节能目的的新技术。它主要是研究如何采用有效的强化措施以减小设备所需的换热面积，减小设备的体积，从而节省投资和运行费用。管壳式换热器大量地应用于石油化工生产过程中，它具有结构坚固、适应性强、易制造、成本低、处理量大、操作维护方便等优点。但在追求高效换热器的今天，传统管壳式换热器的传热面积较低，传热系数不高，难以满足生产的需求。
螺旋扁管换热器是一种新型高效的换热器，管内流体总体呈螺旋流动，流体在流动过程中产生了垂直与流动方向上的二次流，这种流动增强了流体的径向混合，减薄了流动边界层的厚度，从而强化了传热。与传统的换热器相比，螺旋扁管换热器具有压降小，传热效率高，不易结垢，易清洗，无折流板，无振动，成本低等优点。然而螺旋扁管换热器也存在壳程流速不高，壳侧换热系数低的缺陷。目前大量研究也只针对螺旋扁管内的强化，如在管内设计内螺旋翅片，添加扰流装置等。
中国实用新型专利CN201420227693.3公开了一种间断双向扭曲换热管，包括扭曲段和扭曲段两端的第一直管和第二直管，扭曲段由若干单元组成，相邻两个单元之间设有第三直管，每一单元包括左向扭曲管段、直管段和右向扭曲管段；与本发明结构上有根本的区别。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术壳程流速不高，壳侧换热系数低、只对螺旋管内进行强化的不足，提供一种通过在螺旋扁平管体的管外设置螺旋T形翅片增加换热面积、提高管外传热系数、增强对流体的扰动、减薄流体传热滞留层的厚度、进一步提高管外对流换热膜系数、促进表面液膜均匀分布从而有效提高原油、重油、及渣油等高粘度介质的传热性能的管外具有T形翅片的螺旋扁管。
一种管外具有螺旋T形翅片的螺旋扁管，包括螺旋扁平管体。螺旋扁平管体的管外设有连续的螺旋T形翅片，螺旋T形翅片沿螺旋扁平管体的管轴方向呈螺旋状排列，且螺旋扁平管体与螺旋T形翅片之间采用机械滚压一次成型。螺旋扁平管体的两端各设有一个与螺旋扁平管体内部相连通的圆管。螺旋T形翅片为二维翅片，其顶面光滑，且螺旋T形翅片的翅根为柱状，螺旋T形翅片的相邻两螺圈与螺旋扁平管体的外表面围合形成螺旋沟槽。
在其中一个实施例中，所述螺旋T形翅片的顶面宽度为0.5mm～2.0mm，螺旋T形翅片的高度为0.5mm～1.0mm。
在其中一个实施例中，所述螺旋沟槽的宽度为1.0mm～2.0mm。
在其中一个实施例中，所述管外具有螺旋T形翅片的螺旋扁管应用于传热传质设备中，所述传热传质设备为加热器、或冷却器、或冷凝器、或再沸器。
在其中一个实施例中，当传热传质设备为加热器时，所述螺旋T形翅片的顶面宽度为1.0mm,螺旋T形翅片的高度为0.5mm，所述螺旋沟槽的宽度为2.0mm。
在其中一个实施例中，当传热传质设备为冷却器时，所述螺旋T形翅片的顶面宽度为1.0mm,螺旋T形翅片的高度为0.5mm，所述螺旋沟槽的宽度为1.0mm。
在其中一个实施例中，当传热传质设备为冷凝器时，所述螺旋T形翅片的顶面宽度为0.5mm,螺旋T形翅片的高度为1.0mm，所述螺旋沟槽的宽度为1.0mm。
在其中一个实施例中，当传热传质设备为再沸器时，所述螺旋T形翅片的顶面宽度为1.0mm,螺旋T形翅片的高度为1.0mm，所述螺旋沟槽的宽度为2.0mm。
本发明的优点及有益效果：
(1)对于介质的换热过程：本发明螺旋扁平管体的管外具有螺旋T形翅片，提高了换热器的传热传质性能，与普通螺旋扁管相比，本发明可提高外传热系数50％～200％；本发明螺旋T形翅片破坏了液体或气体在螺旋扁平管体表面建立的传热与流动边界层的稳定性，减薄流体传热滞留层的厚度。
(2)对于介质的蒸发和冷凝过程：本发明螺旋T形翅片和螺旋沟槽的设计，增加了人工活化核心，促进了表面液膜的均匀分布，大大提高介质的冷凝和蒸发的传热性能。
(3)本发明螺旋扁平管体与螺旋T形翅片之间采用机械滚压一次成型，结构简单、制造成本低，加工过程中不存在对材料的切削，材料利用率高。
(4)本发明通过采用不同的螺旋T形翅片参数，使本发明能分别适用于不同类型的传热传质设备，如加热器、冷却器、冷凝器、再沸器。
(5)本发明螺旋T形翅片有效地提高传热管的表面积，对换热介质的扰动作用增强，使得在极低雷诺数下流体均可达到充分湍流；同时，由于螺旋T形翅片顶面光滑，介质流动的阻力小、压降低，特别适用于原油、重油及渣油等高粘度介质加热、冷却、冷凝和蒸发等换热过程，可大大提高原油、重油及渣油等高粘度介质的传热性能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中的A-A剖视图。
图3为图1中的B-B剖视图。
图4为图1中的C部分放大图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“设置”在另一个元件，它可以是直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是与另一个元件“相连”，它可以是直接连接到另一个元件，或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
请参阅图1至图4，一种管外具有螺旋T形翅片的螺旋扁管，包括螺旋扁平管体2，螺旋扁平管体2的管外设有连续的螺旋T形翅片3，螺旋T形翅片3沿螺旋扁平管体2的管轴方向呈螺旋状排列，且螺旋扁平管体2与螺旋T形翅片3之间采用机械滚压一次成型。螺旋扁平管体2的两端各设有一个与螺旋扁平管体2内部相连通的圆管1。螺旋T形翅片3为二维翅片，其顶面光滑，且螺旋T形翅片3的翅根5为柱状，螺旋T形翅片3的相邻两螺圈与螺旋扁平管体2的外表面围合形成螺旋沟槽4。
本实施例1应用于原油加热器中；其中，螺旋T形翅片3的顶面宽度为1.0mm,螺旋T形翅片3的高度为0.5mm，螺旋沟槽4的宽度为2.0mm。
实施例2
请参阅图1至图4，一种管外具有螺旋T形翅片的螺旋扁管，包括螺旋扁平管体2，螺旋扁平管体2的管外设有连续的螺旋T形翅片3，螺旋T形翅片3沿螺旋扁平管体2的管轴方向呈螺旋状排列，且螺旋扁平管体2与螺旋T形翅片3之间采用机械滚压一次成型。螺旋扁平管体2的两端各设有一个与螺旋扁平管体2内部相连通的圆管1。螺旋T形翅片3为二维翅片，其顶面光滑，且螺旋T形翅片3的翅根5为柱状，螺旋T形翅片3的相邻两螺圈与螺旋扁平管体2的外表面围合形成螺旋沟槽4。
本实施例2应用于原油冷却器中；螺旋T形翅片3的顶面宽度为1.0mm,螺旋T形翅片3的高度为0.5mm，螺旋沟槽4的宽度为1.0mm。
实施例3
请参阅图1至图4，一种管外具有螺旋T形翅片的螺旋扁管，包括螺旋扁平管体2，螺旋扁平管体2的管外设有连续的螺旋T形翅片3，螺旋T形翅片3沿螺旋扁平管体2的管轴方向呈螺旋状排列，且螺旋扁平管体2与螺旋T形翅片3之间采用机械滚压一次成型。螺旋扁平管体2的两端各设有一个与螺旋扁平管体2内部相连通的圆管1。螺旋T形翅片3为二维翅片，其顶面光滑，且螺旋T形翅片3的翅根5为柱状，螺旋T形翅片3的相邻两螺圈与螺旋扁平管体2的外表面围合形成螺旋沟槽4。
本实施例3应用于原油再沸器中；螺旋T形翅片3的顶面宽度为1.0mm,螺旋T形翅片3的高度为1.0mm，螺旋沟槽4的宽度为2.0mm。
实施例4
请参阅图1至图4，一种管外具有螺旋T形翅片的螺旋扁管，包括螺旋扁平管体2，螺旋扁平管体2的管外设有连续的螺旋T形翅片3，螺旋T形翅片3沿螺旋扁平管体2的管轴方向呈螺旋状排列，且螺旋扁平管体2与螺旋T形翅片3之间采用机械滚压一次成型。螺旋扁平管体2的两端各设有一个与螺旋扁平管体2内部相连通的圆管1。螺旋T形翅片3为二维翅片，其顶面光滑，且螺旋T形翅片3的翅根5为柱状，螺旋T形翅片3的相邻两螺圈与螺旋扁平管体2的外表面围合形成螺旋沟槽4。
本实施例4应用于原油冷凝器中；螺旋T形翅片3的顶面宽度为0.5mm,螺旋T形翅片3的高度为1.0mm，螺旋沟槽4的宽度为1.0mm。
本发明的工作原理及其工作过程：
对于介质的换热过程(即本发明应用于加热器或冷却器中时)：
液相或气相介质流经螺旋T形翅片3表面时，一方面，螺旋T形翅片3增加了螺旋扁平管体2的换热面积，提高了管外传热系数；另一方面，螺旋扁平管体2外表面的螺旋T形翅片3和螺旋沟槽4的存在，使得气相或液相流体流过时其滞流底层会产生周期性的扰动和分离流，破坏了流体传热边界层在的稳定性，减薄流体传热滞流层的厚度，进一步提高了本发明的管外对流换热膜系数。
对于介质的冷凝和蒸发过程(即本发明应用于冷凝器和再沸器中时)：
由于螺旋T形翅片3和螺旋沟槽4的存在，液体在表面张力的作用下能迅速在其表面均匀铺开；同时，螺旋沟槽4的存在也为蒸汽的凝结和液体的气化提供了活化核心。因此，对比普通螺旋扁管，换热面积一样时，本发明可以使冷凝器和蒸发器的传热量高于普通螺旋扁管；对应传热量一样多的情况下，本发明可进一步减少传热面积，降低投资成本。
本发明的优点及有益效果：
(1)对于介质的换热过程：本发明螺旋扁平管体2的管外具有螺旋T形翅片3，提高了换热器的传热传质性能，与普通螺旋扁管相比，本发明可提高外传热系数50％～200％；本发明螺旋T形翅片3破坏了液体或气体在螺旋扁平管体2表面建立的传热与流动边界层的稳定性，减薄流体传热滞留层的厚度。
(2)对于介质的蒸发和冷凝过程：本发明螺旋T形翅片3和螺旋沟槽4的设计，增加了人工活化核心，促进了表面液膜的均匀分布，大大提高介质的冷凝和蒸发的传热性能。
(3)本发明螺旋扁平管体2与螺旋T形翅片3之间采用机械滚压一次成型，结构简单、制造成本低，加工过程中不存在对材料的切削，材料利用率高。
(4)本发明通过采用不同的螺旋T形翅片3参数，使本发明能分别适用于不同类型的传热传质设备，如加热器、冷却器、冷凝器、再沸器。
(5)本发明螺旋T形翅片3有效地提高传热管的表面积，对换热介质的扰动作用增强，使得在极低雷诺数下流体均可达到充分湍流；同时，由于螺旋T形翅片3顶面光滑，介质流动的阻力小、压降低，特别适用于原油、重油及渣油等高粘度介质加热、冷却、冷凝和蒸发等换热过程，可大大提高原油、重油及渣油等高粘度介质的传热性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种管外具有螺旋T形翅片的螺旋扁管，其特征在于，包括螺旋扁平管体，螺旋扁平管体的管外设有连续的螺旋T形翅片，螺旋T形翅片沿螺旋扁平管体的管轴方向呈螺旋状排列，且螺旋扁平管体与螺旋T形翅片之间采用机械滚压一次成型，螺旋扁平管体的两端各设有一个与螺旋扁平管体内部相连通的圆管，螺旋T形翅片为二维翅片，其顶面光滑，且螺旋T形翅片的翅根为柱状，螺旋T形翅片的相邻两螺圈与螺旋扁平管体的外表面围合形成螺旋沟槽。
2.根据权利要求1所述的管外具有螺旋T形翅片的螺旋扁管，其特征在于，所述螺旋T形翅片的顶面宽度为0.5mm～2.0mm，螺旋T形翅片的高度为0.5mm～1.0mm。
3.根据权利要求1所述的管外具有螺旋T形翅片的螺旋扁管，其特征在于，所述螺旋沟槽的宽度为1.0mm～2.0mm。
4.根据权利要求1至3任一项所述的管外具有螺旋T形翅片的螺旋扁管，其特征在于，所述管外具有螺旋T形翅片的螺旋扁管应用于传热传质设备中，所述传热传质设备为加热器、或冷却器、或冷凝器、或再沸器。
5.根据权利要求4所述的管外具有螺旋T形翅片的螺旋扁管，其特征在于，当传热传质设备为加热器时，所述螺旋T形翅片的顶面宽度为1.0mm,螺旋T形翅片的高度为0.5mm，所述螺旋沟槽的宽度为2.0mm。
6.根据权利要求4所述的管外具有螺旋T形翅片的螺旋扁管，其特征在于，当传热传质设备为冷却器时，所述螺旋T形翅片的顶面宽度为1.0mm,螺旋T形翅片的高度为0.5mm，所述螺旋沟槽的宽度为1.0mm。
7.根据权利要求4所述的管外具有螺旋T形翅片的螺旋扁管，其特征在于，当传热传质设备为冷凝器时，所述螺旋T形翅片的顶面宽度为0.5mm,螺旋T形翅片的高度为1.0mm，所述螺旋沟槽的宽度为1.0mm。
8.根据权利要求4所述的管外具有螺旋T形翅片的螺旋扁管，其特征在于，当传热传质设备为再沸器时，所述螺旋T形翅片的顶面宽度为1.0mm,螺旋T形翅片的高度为1.0mm，所述螺旋沟槽的宽度为2.0mm。
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