CN211041902U - 流体流量超大范围波动下的热管换热器结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种流体流量超大范围波动下的热管换热器结构，首先将冷热侧的换热单元进行多模块化设计，根据可能存在的流体流量波动区间将换热单元拆分成多个独立换热模块；每个换热模块之间用隔板完全隔断，每个换热模块内部的换热管束均独立布置；沿冷热流体流动方向的流体进口处，每个模块均单独加装一组流量调节装置，根据流量的波动范围，可适当的选择开启或关闭不同的换热模块；以此保证换热模块始终处于适当的运行条件，使换热器整体可一直保持在最佳工作状态。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种流体流量超大范围波动下的热管换热器结构，尤其涉及一种分离式热管换热器的结构设计。
背景技术
目前在很多行业，尤其是冶金行业，冬夏季的装置生产能力差别很大，从而导致换热器处于非常不稳定的工作状态。当装置生产能力减小时，随之工艺气的温度降低、流量减少，那么换热器的换热面积则过剩，使换热器处于低温腐蚀状态；同时换热器内流速降低，工艺气的大量灰分沉积，严重影响换热器的换热效率。
现有的热管换热器结构包括热管式换热装置的本体和外部连接管路。换热装置分为吸热侧换热器单元和放热侧换热器单元，两者之间通过蒸汽上升管和水回流管连接，管内抽成真空并充装工作介质。放热侧换热器单元相对安装位置高于吸热侧换热器单元。当热工艺气通过吸热侧换热器单元时，热工艺气加热换热器单元管束内的工作介质，使其气化，通过蒸汽上升管进入放热侧换热器单元内，管束内蒸汽被冷工艺气降温凝结成液态水，放出热量，由于重力作用，水通过水回流管流回吸热侧换热器单元内。如此循环往复，将热量从热工艺气带至需要被加热的冷工艺气；上述的传热机理就是常规的分离式热管换热器的传热方式。在实际的工业生产中，当热工艺气和冷工艺气流量由于生产实际需求在一段时期内有较大波动时，例如限产、设备或装置故障或检修时，换热器实际工况参数远低于设计工况；流体流速降低、换热效率下降、积灰及腐蚀情况加剧恶化，原有的换热器结构则无法满足换热器在实际工况条件下的换热要求。
实用新型内容
针对以上现有技术的缺点，本实用新型提出了一种流体流量超大范围波动下的热管换热器工艺结构，不仅结构简单，加工方便，制造成本低，使用寿命长，始终保证流体流量超大范围波动下的换热器始终处于安全高效的工作状态。通过本实用新型的技术方案，可达到在不同流量工况下，通过调节装置，可达到换热器整体始终处于安全合理换热状态的要求。
为了解决以上问题，本实用新型采用了如下技术方案：即本实用新型提供了一种流体流量超大范围波动下的热管换热器结构，括吸热侧换热器单元、放热侧换热器单元、蒸汽上升管、水回流管，吸热侧换热器单元和放热侧换热器单元之间通过蒸汽上升管和水回流管连接，管内抽成真空并充装工作介质；放热侧换热器单元相对安装位置高于吸热侧换热器单元，其特征在于，还包括隔板和调节装置；所述的隔板包括N个隔板I、N个隔板II；所述的调节装置包括N+1个调节装置I、N+1个调节装置II，其中N≥1；所述的N个隔板I安装于吸热侧换热器单元内部，将吸热侧换热器单元完全隔断形成独立的N+1个换热模块；在N+1个换热模块进口处各安装有一组调节装置I，共N+1个调节装置I；所述的N个隔板II安装于放热侧换热器单元内部，将放热侧换热器单元完全隔断形成独立的N+1个换热模块；在N+1个换热模块进口处各安装有一组调节装置II，共N+1个调节装置II。
当热工艺气通过吸热侧换热器单元时，热工艺气加热换热器单元管束内的工作介质，使其汽化，通过蒸汽上升管进入放热侧换热器单元内，管束内介质被冷工艺气降温凝结成液态介质，放出热量，由于重力作用，液态介质通过水回流管流回到吸热侧换热器单元内。如此循环往复，将热量从热工艺气带至需要被加热的冷工艺气。为适应热工艺气和冷工艺气流量在一段时期内大范围波动时的工况条件，通过隔板将吸热侧换热器单元和放热侧换热器单元分别拆分成多自独立的换热模块，此时在冷、热工艺气的进口各加装一组调节装置，根据流量的缩减范围，适当的调整调节装置的开启或关闭，选择开启或关闭不同的换热模块；例如：吸热侧换热器单元和放热侧换热器单元各关闭一组调节装置，将冷流体从放热侧换热器单元的其他换热模块通过，热流体从吸热侧换热器单元的其他换热模块通过；确保冷热流体始终有一个合理的流速，管壁温度始终处于露点温度之上的安全区间。同样道理，当冷热流体流量进一步缩减时，可以同时关闭更多组的吸热侧换热器单元和放热侧换热器单元调节装置，将冷流体从放热侧换热器单元的其他换热模块通过，热流体从吸热侧换热器单元的其他换热模块通过；确保冷、热流体始终有一个合理的流速，温度始终处于露点温度之上的安全区间。以实现使整个换热系统始终保持在最佳工作状态。
所述的调节装置采用的是格栅板式电动调节阀的基本原理和运转方式，格栅板式电动调节阀由于其结构特点，不能实现完全切断流体的作用，而在此处的工艺结构中，正好需要的就是这种不会完全切断流体的特性，只是对布置在吸热侧换热器单元或放热侧换热器单元的调节阀的泄漏率(或者称通过率)有一个不同的要求，一般情况下，布置在吸热侧换热器单元的调节阀在全部关闭的状态下，泄漏率要求大于布置在放热侧的调节阀在全部关闭状态下的泄漏率；这个方面的要求是根据分离式热管换热器的传热原理来决定的，布置在吸热侧换热器单元或放热侧换热器单元的调节阀都呈关闭状态时，冷、热流体实际上都有微量的通过，分离式热管换热器的管束实际上仍然处于一个循环传热的状态，如果冷流体通过量过大，按照热管管束的传热机理，这部分管束的管壁温度就会过低，如果管壁温度低于冷流体的露点温度，管束就会面临严重的腐蚀风险；因此，需要调节阀控制吸热侧换热器单元或放热侧换热器单元的泄漏率，确保换热管束任何时候都要处于一个安全的管壁温度区间，因此，在此处可以采用的现有的格栅板式电动调节阀也可以将格栅板式电动调节阀的格栅板进行改进，即格栅板的表面不平整，以实现不完全闭合，例如：格栅板横截面为波浪形、格栅板的表面设有凸起物等。
本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：本实用新型首先将冷热侧的换热单元进行多模块化设计，根据可能存在的流体流量波动区间将换热单元拆分成多个独立换热模块；每个换热模块之间用隔板完全隔断，每个换热模块内部的换热管束均独立布置；沿冷热流体流动方向的流体进口处，每个模块均单独加装一组流量调节装置，根据流量的波动范围，可适当的选择开启或关闭不同的换热模块；以此保证换热模块始终处于适当的运行条件，使换热器整体可一直保持在最佳工作状态。本实用新型可有效满足实际生产中工艺气流量在一段时期内大范围波动的换热问题，可实现换热器的长期高效运行，改善操作条件，优化工艺指标，提高了生产效率；不仅结构简单，加工方便，成本低，减少设备腐蚀，延长设备使用寿命，保护环境，减少大气污染，而且换热器内流速以及阻力波动范围大幅减少。
附图说明
图1为本实用新型的主视图；
图2为本实用新型的俯视图；
图3为本实用新型的牵涉到的热管换热器热管元件传热原理图；
图4为本实用新型的换热器工作原理图。
图5为调节装置的结构示意图。
图6为图5的侧视图。
其中，1为吸热侧换热器单元，1A、1B、1C为换热模块I，2为隔板I，3为蒸汽上升管，4A、4B、4C为调节装置II，5为放热侧换热器单元，5A、5B、5C为换热模块II，6为隔板II，7为水回流管，8A、8B、8C为调节装置I。
具体实施方式
下面对本实用新型做进一步阐述。
如图1至6所示，本实用新型提供了一种流体流量超大范围波动下的热管换热器结构，括吸热侧换热器单元、放热侧换热器单元、蒸汽上升管、水回流管、2个隔板I2、2个隔板II6、3个调节装置I(调节装置I8A、调节装置I8B、调节装置I8C)、3个调节装置II(调节装置II4A、调节装置II4B、调节装置II4C)。吸热侧换热器单元1和放热侧换热器单元5分别安装在热、冷工艺气管道上，两者之间通过蒸汽上升管3和水回流管7连接，调节装置II 4A、4B、4C和调节装置I8A、8B、8C分别安装于放热侧换热器单元5和吸热侧换热器单元1 的进口处。隔板I、隔板II分别安装于吸热侧换热器单元1和放热侧换热器单元5内部。
当热工艺气通过吸热侧换热器单元1时，热工艺气加热换热器单元1管束内的工作介质，使其气化，通过蒸汽上升管3进入放热侧换热器单元5内，管束内介质被冷工艺气降温凝结成液态水，放出热量，由于重力作用，液态介质通过水回流管流7回到吸热侧换热器单元1 内。如此循环往复，将热量从热工艺气带至需要被加热的冷工艺气。
为适应热工艺气和冷工艺气流量在一段时期内大范围波动时的工况条件，将吸热侧换热器单元1和放热侧换热器单元5通过隔板I、隔板II分别拆分成3个各自独立的换热模块：吸热侧换热器单元1拆分为换热模块I1A、1B、1C；放热侧换热器单元5拆分为换热模块II5A、5B、5C；此时在冷、热工艺气的进口各加装一组调节装置II4A、4B、4C；调节装置I8A、 8B、8C，根据流量的缩减范围，适当的调整调节装置I和调节装置II的开启或关闭，选择开启或关闭不同的换热模块；使整个换热系统始终保持在最佳工作状态。例如：将换热模块I 1A和换热模块II5A的换热面积设置成占总换热面积的50％；将换热模块I1B和换热模块II5B 的换热面积设置成占总换热面积的30％；将换热模块I1C和换热模块II5C换热单元的换热面积设置成占总换热面积的20％；当一段时期内的工况流量只有设计值的50％时，通过关闭调节装置II4B、4C和调节装置I8B、8C；仅仅投用换热模块I1A和换热模块II5A，保证使用的换热单元处于一个正常的工况条件。当一段时期内的工况流量只有设计值的70％时，通过关闭调节装置II4B和调节装置I8B；仅仅投用换热模块I1A、1C和换热模块II5A、5C换热单元，保证使用的换热单元的换热面积占总设计换热面积的70％。这样本实施例的技术方案通过调节装置的在线调节，避免了工业生产中因工况大范围波动而导致换热器无法正常工作的状态，提高了生产效率；不仅结构简单，加工方便，成本低，使用寿命长，而且换热器内流速稳定、阻力波动范围小。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种流体流量超大范围波动下的热管换热器结构,包括吸热侧换热器单元、放热侧换热器单元、蒸汽上升管、水回流管,吸热侧换热器单元和放热侧换热器单元之间通过蒸汽上升管和水回流管连接，管内抽成真空并充装工作介质；放热侧换热器单元相对安装位置高于吸热侧换热器单元,其特征在于,还包括隔板和调节装置；所述的隔板包括N个隔板Ⅰ、N个隔板Ⅱ；所述的调节装置包括N+1个调节装置Ⅰ、N+1个调节装置Ⅱ,其中N≥1；
所述的N个隔板Ⅰ安装于吸热侧换热器单元内部，将吸热侧换热器单元完全隔断形成独立的N+1个换热模块Ⅰ；在N+1个换热模块进口处各安装有一组调节装置Ⅰ，共N+1个调节装置Ⅰ；
所述的N个隔板Ⅱ安装于放热侧换热器单元内部，将放热侧换热器单元完全隔断形成独立的N+1个换热模块Ⅱ；在N+1个换热模块进口处各安装有一组调节装置Ⅱ，共N+1个调节装置Ⅱ。
2.根据权利要求1所述的流体流量超大范围波动下的热管换热器结构,其特征在于,所述的调节装置Ⅰ和调节装置Ⅱ采用的是不完全闭合的格栅板式电动调节阀。
3.根据权利要求1所述的流体流量超大范围波动下的热管换热器结构,其特征在于,所述的吸热侧换热器单元和放热侧换热器单元采用分离式热管换热器。
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| CN112611241A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-04-06 | 山东大学 | 一种可调节流动阻力的分离式热管系统及使用方法 |
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2019
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| CN112611241B (zh) * | 2020-12-15 | 2021-11-02 | 山东大学 | 一种可调节流动阻力的分离式热管系统及使用方法 |
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