CN212870841U - 一种缠绕管式蒸发器 - Google Patents

Abstract

一种缠绕管式蒸发器，包括螺旋缠绕管、折流板、进液管线、管侧出口管线和回气调节管线，螺旋缠绕管分段设置，折流板设置在相邻两段螺旋缠绕管之间，折流板包括缺口、排气腔和进气混合腔，相邻两段螺旋缠绕管通过缺口连通，排气腔与进气混合腔连通，排气腔与前一段螺旋缠绕管连通，进气混合腔与后一段螺旋缠绕管连通，进液管线分别与首段螺旋缠绕管、各进气混合腔连通，管侧出口管线分别与末段螺旋缠绕管、各排气腔连通，回气调节管线分别与管侧出口管线、各进气混合腔连通。本实用新型的蒸发器可有效调节管程干度处于最高效蒸发换热区域，并消除壳程流动死区，强化壳程流体扰动，最终强化管程换热与壳程传热，并改善蒸发器整体换热均匀性。

Description

一种缠绕管式蒸发器

技术领域

本实用新型涉及换热器技术领域，特别涉及一种缠绕管式蒸发器。

背景技术

缠绕管式蒸发器是石油化工、LNG工艺过程、甲醇生产和精细化工等领域的重要单元设备,而且是一种较高效的换热设备。由于传统的缠绕管式蒸发器，其螺旋缠绕管束是不间断螺旋绕制，而且不同管网间设置导流垫条，壳程难以设置折流板，造成传统缠绕管式蒸发器的流体换热流程较短，在同层管网相邻管间会出现流速滞留区域，尤其垫条与换热管之间区域会造成流动死区，换热效率难以进一步提高，而且蒸发器整体换热不均匀，换热能力存在一定浪费。

因此，有必要做进一步改进。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在提供一种结构简单合理、性能优异、换热效果好、节能环保、制造成本低、易实现、安全可靠、实用性强的缠绕管式蒸发器，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种缠绕管式蒸发器，包括螺旋缠绕管，其特征在于：还包括折流板、进液管线、管侧出口管线和回气调节管线，所述螺旋缠绕管分段设置，折流板设置在相邻两段螺旋缠绕管之间，折流板包括缺口、排气腔和进气混合腔，相邻两段螺旋缠绕管通过缺口连通，排气腔与进气混合腔连通，排气腔与前一段螺旋缠绕管连通，进气混合腔与后一段螺旋缠绕管连通，进液管线分别与首段螺旋缠绕管、各进气混合腔连通，管侧出口管线分别与末段螺旋缠绕管、各排气腔连通，回气调节管线分别与管侧出口管线、各进气混合腔连通。

还包括前管段和后管段，前管段设置在首段螺旋缠绕管的前端，后管段设置在末段螺旋缠绕管的后端，进液管线通过前管段与首段螺旋缠绕管连通，管侧出口管线通过后管段与末段螺旋缠绕管连通。

所述进液管线上位于前管段前侧的位置设置有第一流量计，回气调节管线上沿管内气流方向依次设置有第二流量计和控制阀，管侧出口管线与回气调节管线之间连接有扩压装置。扩压装置用于对后管段出口处的工质进行增压，增压后应满足工质压力P1＞缠绕管式蒸发器管侧进液管线中最大入口压力P2。

所述螺旋缠绕管包括第一外壳、多层螺旋缠绕管段和直管段，螺旋缠绕管段和直管段均设置在第一外壳内，直管段设置在螺旋缠绕管段的两端，包括进口直管段和出口直管段，进气混合腔连接后一段螺旋缠绕管的进口直管段，排气腔连接前一段螺旋缠绕管的出口直管段。

所述折流板包括第二外壳，第一外壳的两侧和第二外壳的两侧均设有法兰，第一外壳和第二外壳通过法兰相间密封连接，构成连续的壳程换热区域。

所述第二外壳内一体设置有隔板，隔板与第二外壳之间分别形成缺口、排气腔和进气混合腔。

所述缺口的横截面积≤第二外壳空腔横截面积的1/3。

所述前管段和首段螺旋缠绕管通过蒸发器一端的管板隔开，后管段和末段螺旋缠绕管通过蒸发器另一端的管板隔开，以将蒸发器分隔成管程和壳程换热区域。

所述排气腔的壳壁上设置有排气口，管侧出口管线与排气口连接，进气混合腔的壳壁上设置有进液口和进气口，进液管线与进液口连接，回气调节管线与进气口连接。

首段螺旋缠绕管的底部设置有壳程入口，末段螺旋缠绕管的顶部设置有壳程出口。

本实用新型的蒸发器有效地克服了普通缠绕管式蒸发器的管程在低干度区域换热效率低下，壳程难以设置折流板，造成传统缠绕管式蒸发器的流体换热流程较短，壳程扰流不充分，而且蒸发器整体换热不均匀，换热能力存在一定浪费的问题；与传统的蒸发器相比，本蒸发器通过分段绕制螺旋缠绕管束，并在不同缠绕管束之间设置中间调控干度折流板以及辅助部件，从而有效调节管程干度处于最高效蒸发换热区域，并消除壳程流动死区，强化壳程流体扰动，最终强化管程换热与壳程传热，节约耗材和能源，并改善蒸发器整体换热均匀性。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中蒸发器的局部剖视结构示意图。

图2为本实用新型一实施例中折流板的截面图。

图3为本实用新型一实施例中蒸发器高效蒸发区域的原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。

参见图1-图2，本缠绕管式蒸发器，包括螺旋缠绕管1、折流板2、进液管线3、管侧出口管线4和回气调节管线5，螺旋缠绕管1分段设置，折流板2 设置在相邻两段螺旋缠绕管1之间，折流板2包括缺口21、排气腔23和进气混合腔22，相邻两段螺旋缠绕管1通过缺口21连通，排气腔23与进气混合腔 22连通，排气腔23与前一段螺旋缠绕管1连通，进气混合腔22与后一段螺旋缠绕管1连通，进液管线3分别与首段螺旋缠绕管1、各进气混合腔22连通，管侧出口管线4分别与末段螺旋缠绕管1、各排气腔23连通，回气调节管线5 分别与管侧出口管线4、各进气混合腔22连通。

还包括前管段7和后管段8，前管段7设置在首段螺旋缠绕管1的前端，后管段8设置在末段螺旋缠绕管1的后端，进液管线3通过前管段7与首段螺旋缠绕管1连通，管侧出口管线4通过后管段8与末段螺旋缠绕管1连通。

进液管线3上位于前管段7前侧的位置设置有第一流量计31，回气调节管线5上沿管内气流方向依次设置有第二流量计51和控制阀52，管侧出口管线 4与回气调节管线5之间连接有扩压装置41。

螺旋缠绕管1包括第一外壳13、多层螺旋缠绕管段11和直管段12，螺旋缠绕管段11和直管段12均设置在第一外壳13内，直管段12设置在螺旋缠绕管段11的两端，包括进口直管段121和出口直管段122，进气混合腔22连接后一段螺旋缠绕管1的进口直管段121，排气腔23连接前一段螺旋缠绕管1 的出口直管段122。

折流板2包括第二外壳28，第一外壳13的两侧和第二外壳28的两侧均设有法兰9，第一外壳13和第二外壳28通过法兰9相间密封连接，构成连续的壳程换热区域，第一外壳13的法兰9和第二外壳28的法兰9可通过螺钉连接。第一外壳13和第二外壳28的横截面可为圆形、方形或多边形等。

第二外壳28内一体设置有隔板24，隔板24与第二外壳28之间分别形成缺口21、排气腔23和进气混合腔22；隔板24可将缺口21、排气腔23和进气混合腔22隔开，隔板24与第二外壳28一体化设置，使折流板2的加工更方便。

缺口21的横截面积≤第二外壳28空腔横截面积的1/3。

前管段7和首段螺旋缠绕管1通过蒸发器一端的管板6隔开，后管段8和末段螺旋缠绕管1通过蒸发器另一端的管板6隔开，以将蒸发器分隔成管程和壳程换热区域。

排气腔23的壳壁上设置有排气口27，管侧出口管线4与排气口27连接，进气混合腔22的壳壁上设置有进液口26和进气口25，进液管线3与进液口 26连接，回气调节管线5与进气口25连接。

首段螺旋缠绕管1的底部设置有壳程入口14，末段螺旋缠绕管1的顶部设置有壳程出口15。

参见图3，两相区的高效蒸发区域位于干度域中的大致0.7～0.9之间，因此，调节缠绕管式蒸发器管程进口的工质干度，使其位于高效蒸发区域，可获得全程高效蒸发换热。

本缠绕管式蒸发器的工作原理：

管侧：

管程的换热流体从管侧进液管线3通入，经过第一流量计31，然后从前管段7以及折流板2的进液口26进入进气混合腔22；在进气混合腔22预换热运行获得的气态工质经折流板2中的排气腔23的排气口27排出，由管侧出口管线4汇集各段管程出口工质后，流经扩压装置41进行增压，使得增压后的出口气态工质的静压力高于各折流板2的进液口26处的静压力，此时，增压后的出口气态工质，通过回气调节管线5，由控制阀52控制流量，并由第二流量计51测定流量，然后回气调节管线5输送部分高压气态工质从进气口25返回进气混合腔22，此时，回气调节管线5的气态工质与管侧进液管线3的液态工质在进气混合腔22内充分混合，并通过控制阀52调节进气混合腔22的工质干度到达高效蒸发干度区域，随后，通过直管段12进入各分段螺旋缠绕管1 进行高效蒸发换热，并不断重复上述过程。其中，进气混合腔22中混合工质的高效蒸发干度区域控制，由第一流量计31和第二流量计51分别精确测量液、气相工质流量，并由控制阀52精准控制。

壳侧：

壳程流体通过壳程入口14进入螺旋缠绕管1内进行壳程换热，通过折流板2反复折流(从缺口21进入折流板2)，随后通过壳程出口15排出蒸发器；壳程流体通过折流板2后，流速加快，扰动强化，而且由于流体流动既有纵向，又有横向，有效消除流动死区，并有效改善蒸发器空间换热的均匀性，最终有效提升换热效率。

上述仅列出了单流程实施例的具体工作过程，依照本实用新型原理，可发展出更多不同流程的实施例，其工作过程类似，本实用新型不一一列出。

上述为本实用新型的优选方案，显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本领域的技术人员应该了解本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种缠绕管式蒸发器，包括螺旋缠绕管(1)，其特征在于：还包括折流板(2)、进液管线(3)、管侧出口管线(4)和回气调节管线(5)，所述螺旋缠绕管(1)分段设置，折流板(2)设置在相邻两段螺旋缠绕管(1)之间，折流板(2)包括缺口(21)、排气腔(23)和进气混合腔(22)，相邻两段螺旋缠绕管(1)通过缺口(21)连通，排气腔(23)与进气混合腔(22)连通，排气腔(23)与前一段螺旋缠绕管(1)连通，进气混合腔(22)与后一段螺旋缠绕管(1)连通，进液管线(3)分别与首段螺旋缠绕管(1)、各进气混合腔(22)连通，管侧出口管线(4)分别与末段螺旋缠绕管(1)、各排气腔(23)连通，回气调节管线(5)分别与管侧出口管线(4)、各进气混合腔(22)连通。

2.根据权利要求1所述缠绕管式蒸发器，其特征在于：还包括前管段(7)和后管段(8)，前管段(7)设置在首段螺旋缠绕管(1)的前端，后管段(8)设置在末段螺旋缠绕管(1)的后端，进液管线(3)通过前管段(7)与首段螺旋缠绕管(1)连通，管侧出口管线(4)通过后管段(8)与末段螺旋缠绕管(1)连通。

3.根据权利要求2所述缠绕管式蒸发器，其特征在于：所述进液管线(3)上位于前管段(7)前侧的位置设置有第一流量计(31)，回气调节管线(5)上沿管内气流方向依次设置有第二流量计(51)和控制阀(52)，管侧出口管线(4)与回气调节管线(5)之间连接有扩压装置(41)。

4.根据权利要求1所述缠绕管式蒸发器，其特征在于：所述螺旋缠绕管(1)包括第一外壳(13)、多层螺旋缠绕管段(11)和直管段(12)，螺旋缠绕管段(11)和直管段(12)均设置在第一外壳(13)内，直管段(12)设置在螺旋缠绕管段(11)的两端，包括进口直管段(121)和出口直管段(122)，进气混合腔(22)连接后一段螺旋缠绕管(1)的进口直管段(121)，排气腔(23)连接前一段螺旋缠绕管(1)的出口直管段(122)。

5.根据权利要求4所述缠绕管式蒸发器，其特征在于：所述折流板(2)包括第二外壳(28)，第一外壳(13)的两侧和第二外壳(28)的两侧均设有法兰(9)，第一外壳(13)和第二外壳(28)通过法兰(9)相间密封连接，构成连续的壳程换热区域。

6.根据权利要求5所述缠绕管式蒸发器，其特征在于：所述第二外壳(28)内一体设置有隔板(24)，隔板(24)与第二外壳(28)之间分别形成缺口(21)、排气腔(23)和进气混合腔(22)。

7.根据权利要求6所述缠绕管式蒸发器，其特征在于：所述缺口(21)的横截面积≤第二外壳(28)空腔横截面积的1/3。

8.根据权利要求2所述缠绕管式蒸发器，其特征在于：所述前管段(7)和首段螺旋缠绕管(1)通过蒸发器一端的管板(6)隔开，后管段(8)和末段螺旋缠绕管(1)通过蒸发器另一端的管板(6)隔开，以将蒸发器分隔成管程和壳程换热区域。

9.根据权利要求5所述缠绕管式蒸发器，其特征在于：所述排气腔(23)的壳壁上设置有排气口(27)，管侧出口管线(4)与排气口(27)连接，进气混合腔(22)的壳壁上设置有进液口(26)和进气口(25)，进液管线(3)与进液口(26)连接，回气调节管线(5)与进气口(25)连接。

10.根据权利要求1-9任一项所述缠绕管式蒸发器，其特征在于：首段螺旋缠绕管(1)的底部设置有壳程入口(14)，末段螺旋缠绕管(1)的顶部设置有壳程出口(15)。

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