CN213578852U - 一种紧凑式多级管壳式换热器系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种紧凑式多级管壳式换热器系统，属于流体换热技术领域，包括:多级管壳式换热器，其包括多级换热器，多级所述换热器沿第二介质的流动方向依次通过中间过渡段首尾连接，多级管壳式换热器的出口设有测量第二介质的流量计及温度测量仪；电动水泵，其与多级管壳式换热器的入口连接，所述电动水泵用于向所述多级管壳式换热器内注入第二介质，电动水泵设有测量第二介质的流量计及温度测量仪；控制柜，其包括电源和控制器，电源与所述电动水泵电连接，控制器分别与流量计、温度测量仪和电动水泵电连接。本申请的多级管壳式换热器系统可实现对多个用户、多种介质的冷却，节省单独为各用户设置换热器、泵和管路附件等的空间浪费和冗余投资。

Description

一种紧凑式多级管壳式换热器系统

技术领域

本申请涉及流体换热技术领域，特别涉及一种紧凑式多级管壳式换热器系统。

背景技术

管壳式换热器是目前工业应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流板等部件组成，可采用不锈钢、普通碳钢、紫铜或其它有色金属作为材料。操作时，一种流体由一端封头接管进入，经过换热管，从另一端封头的接管流出，称之为管程；另一种流体由壳体的一个接管进入，从壳体上的另一接管流出，称之为壳程。换热管作为冷热流体传热的关键部件，其结构和型式不断优化。

随着新型高效换热管的不断出现，管壳式换热器的应用范围不断扩大。在热力发电、石油化工、海洋平台和船舶动力等领域广泛采用各种管壳式换热器。热源介质包括蒸汽、高温烟气、高温淡水、润滑油等。冷源通常根据应用环境就地取材，常用的冷源介质有空气、河水、海水等。以海洋船舶动力系统为例，其中三种典型的热交换设备有冷凝器、润滑油冷却器、淡水冷却器，其热源介质分别为蒸汽、润滑油和淡水，且热源介质温度各不相同，这三种热交换设备的冷源均可采用海水。

相关技术中，传统的船舶动力系统通常根据用户和介质不同分别设置专用换热器，如对汽轮用户机组设置冷凝器，对润滑冷却装置设置润滑油冷却器，对电源机柜等设置海水-淡水换热器。为保证各换热器正常工作，还应分别配置海水泵、阀门和相应的管路系统。如此一来，导致换热器设备众多、管路系统复杂，不利于减轻船舶整体重量，且占用船舶大量空间。由于换热器设备重量直接影响船舶排水量、航速和操纵性能，而提高换热器空间利用率对于船舶舱室布置尤其重要。

发明内容

本申请实施例提供一种紧凑式多级管壳式换热器系统，以解决相关技术中船舶上使用的换热器设备众多、管路系统复杂，不利于减轻船舶整体重量，且占用船舶大量空间的问题。

本申请实施例提供了一种紧凑式多级管壳式换热器系统，包括:

多级管壳式换热器，其包括多级换热器，多级所述换热器沿第二介质的流动方向依次通过中间过渡段首尾连接，所述多级管壳式换热器的出口设有测量第二介质的流量计及温度测量仪；

电动水泵，所述电动水泵与所述多级管壳式换热器的入口连接，所述电动水泵用于向所述多级管壳式换热器内注入第二介质，所述电动水泵设有测量第二介质的流量计及温度测量仪；

控制柜，其包括电源和控制器，所述电源与所述电动水泵3电连接，所述控制器分别与流量计、温度测量仪和电动水泵电连接。

在一些实施例中：所述换热器的侧壁上设有通入第一介质的第一介质入口及流出第一介质的第一介质出口，所述第一介质入口和第一介质出口连接有输出第一介质的用户机组，所述第一介质入口和第一介质出口均设有与控制器连接用于测量第一介质的流量计及温度测量仪。

在一些实施例中：所述多级管壳式换热器还包括冷却调节器，所述冷却调节器包括从多级管壳式换热器的入口引出用于流通第二介质的旁通主管，所述旁通主管上设有多个分别与所述中间过渡段连通的旁通支管，所述旁通主管与旁通支管之间设有调节第二介质流量的阀门。

在一些实施例中：所述阀门为电控阀门，所述阀门与所述控制器电连接。

在一些实施例中：所述换热器包括筒体及位于所述筒体内的换热器管束，所述筒体为空心圆柱体结构，所述换热器管束位于所述筒体内，相邻的两级换热器内的第一介质相互密封，相邻的两级换热器内的第二介质通过换热器管束和中间过渡段连通。

在一些实施例中：所述换热器管束包括固定管板和换热管，所述固定管板设有两块，所述换热管设有多根，所述固定管板上开设有多个穿入所述换热管的定位孔，两块所述固定管板位于所述换热管的两端，所述换热管的外壁与固定管板密封连接，所述固定管板的外壁与所述筒体的内壁密封连接。

在一些实施例中：所述中间过渡段为中空圆柱体结构，所述中间过渡段的两端分别设有法兰，所述中间过渡段通过法兰与相邻的两级换热器螺栓连接。

在一些实施例中：所述多级管壳式换热器的入口设有通入第二介质的第一封盖，所述多级管壳式换热器的出口设有流出第二介质的第二封盖，所述第一封盖上设有通入第二介质的第二介质进口，所述第二封盖上设有流出第二介质的第二介质出口。

在一些实施例中：电动水泵为变频水泵，所述控制柜还包括变频器，所述控制器通过变频器与电动水泵电连接。

在一些实施例中：所述控制器为可编程控制器。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种紧凑式多级管壳式换热器系统，由于本申请的多级管壳式换热器系统设置了多级管壳式换热器，其包括多级换热器，多级换热器沿第二介质的流动方向依次通过中间过渡段首尾连接，多级管壳式换热器的出口设有测量第二介质的流量计及温度测量仪；电动水泵，电动水泵与多级管壳式换热器的入口连接，电动水泵用于向所述多级管壳式换热器内注入第二介质，电动水泵设有测量第二介质的流量计及温度测量仪；控制柜，其包括电源和控制器，电源与所述水泵电连接，制器分别与流量计、温度测量仪和水泵电连接。

因此，本申请的多级管壳式换热器系统将多级换热器沿第二介质的流动方向依次通过中间过渡段首尾连接组成多级管壳式换热器，该多级管壳式换热器可实现对多个用户、多种介质的冷却，节省单独为各用户设置换热器、泵和管路附件等的空间浪费和冗余投资。同时在多级管壳式换热器的进、出口均设有测量第二介质的流量计及温度测量仪，控制器能够根据第二介质在多级管壳式换热器的进、出口温度和对应温度下物理性质，由总热负荷计算所需要第二介质流量，调节电动水泵转速使系统的第二介质流量达到系统需求值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的结构示意图；

图2为本申请实施例的多级管壳式换热器与冷却调节器的结构示意图。

附图标记：

1、多级管壳式换热器；11、换热器；12、中间过渡段；13、第一介质入口；14、第一介质出口；15、第一封盖；16、第二封盖；17、第二介质进口；18、第二介质出口；

2、冷却调节器；21、旁通主管；22、旁通支管；23、阀门；

3、电动水泵；4、控制柜；5、用户机组。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种紧凑式多级管壳式换热器系统，其能解决相关技术中船舶上使用的换热器设备众多、管路系统复杂，不利于减轻船舶整体重量，且占用船舶大量空间的问题。

参见图1和图2所示，本申请实施例提供了一种紧凑式多级管壳式换热器系统，包括:

多级管壳式换热器1，该多级管壳式换热器1包括多级换热器11，换热器11的数量根据实际需要设定，本实施例以两级换热器11(即前级换热器和后级换热器)为例进行说明。两级换热器11沿第二介质的流动方向依次通过中间过渡段12首尾连接，在多级管壳式换热器1的出口设有测量第二介质的流量计及温度测量仪(图中未画出)。

电动水泵3，该电动水泵3优选为变频水泵，该电动水泵3与多级管壳式换热器1的入口连接，电动水泵3用于向多级管壳式换热器1内注入第二介质，第二介质为冷介质，本实施例的第二介质为海水或淡水，电动水泵3抽取第二介质注入多级管壳式换热器1内。在电动水泵3上设有用于测量第二介质的流量计及温度测量仪(图中未画出)。

控制柜4，该控制柜4包括电源、变频器和控制器，电源为市电或发电机组供电，控制器优选为可编程控制器。电源与电动水泵3电连接，控制器可通过变频器控制电动水泵的运行状态，控制器可通过变频器控制控制电动水泵的转速和启停。控制器分别与流量计、温度测量仪、流量计和电动水泵3电连接。

本申请的多级管壳式换热器系统将多级换热器11沿第二介质的流动方向依次通过中间过渡段12首尾连接组成多级管壳式换热器1，该多级管壳式换热器1可实现对多个用户、多种介质的冷却，节省单独为各用户设置换热器、泵和管路附件等的空间浪费和冗余投资。同时在多级管壳式换热器1的进、出口均设有测量第二介质的流量计及温度测量仪，控制器能够根据第二介质在多级管壳式换热器1的进、出口温度和对应温度下物理性质，由总热负荷计算所需要第二介质流量，控制器通过变频器调节电动水泵3转速使系统的第二介质流量达到系统需求值。

在一些可选实施例中：参见图2所示，本申请实施例提供了一种紧凑式多级管壳式换热器系统，该多级管壳式换热器系统的换热器11的侧壁上设有通入第一介质的第一介质入口13及流出第一介质的第一介质出口14。第一介质入口13和第一介质出口14连接有输出第一介质的用户机组5，在第一介质入口13和第一介质出口14均设有与控制器连接的用于测量第一介质的流量计及温度测量仪。

第一介质为热介质，第二介质为冷介质，第一介质从第一介质入口13进入换热器11内与换热器11内的第二介质进行热交换，第二介质对第一介质冷却降温后，冷却后的第一介质从第一介质出口14流出。第二介质进入前级换热器11后首先与前级换热器11内的第一介质热交换，然后进入中间过渡段12，第二介质从中间过渡段12流出后进入后级换热器11内与后级换热器11内的第一介质热交换，最后第二介质从后级换热器11流出。

控制器根据第一介质入口13和第一介质出口14中第一介质的温度和对应温度下物理性质适应地调节第二介质的流量和流速，确保第二介质与第一介质热交换后，第一介质的温度和流量能够达到用户机组5的使用需求。

在一些可选实施例中：参见图2所示，本申请实施例提供了一种紧凑式多级管壳式换热器系统，该多级管壳式换热器系统的多级管壳式换热器1还包括冷却调节器2，该冷却调节器2包括从多级管壳式换热器1的入口引出用于流通第二介质的旁通主管21，旁通主管21上设有与中间过渡段12连通的旁通支管22，旁通主管21与旁通支管22之间设有调节第二介质流量的阀门23。阀门23为电控阀门，阀门23与控制器电连接，控制器可通过第一介质入口13和第一介质出口14中第一介质的温度和对应温度下物理性质适应地调节阀门23的开度，以使第一介质出口14中第一介质的温度和流速达到设定范围。

冷却调节器2用于适应变工况或不同使用环境下，前、后级用户机组5热负荷比例变化情况。具体地，当前级换热器11的用户机组5负荷较低时，可通过增大旁通主管21与旁通支管22之间的阀门23开度，使一部分第二介质不通过前级换热器11而直接用于冷却后级换热器11内的第一介质，因而可以带走更多的热负荷，使多级管壳式换热器1具有更高的换热效率和更宽的适用范围。

一般地，前级换热器11的冷却负荷较低，适用于流速较慢的第一介质，如润滑油、淡水等介质，由于其粘度较高或流量较小，因而被冷却第一介质的换热系数较低，可充分利用前级换热器11入口温度较低的第二介质，通过较大的传热温差来提高换热效率。

第二介质经前级换热器11具有一定温升后冷却后级换热器11内的第一介质，因此建议后级换热器11用户传热系数较高，尤其推荐用于冷凝蒸汽。由于蒸汽冷凝为相变传热，换热系数较高，且通常蒸汽温度远高于第二介质温度，冷凝过程中温度变化较小，第二介质经前级换热器11被加热对后级换热器11换热过程影响较小，仍能获得较高的整体换热系数。

在一些可选实施例中：本申请实施例提供了一种紧凑式多级管壳式换热器系统，该多级管壳式换热器系统的换热器11包括筒体及位于筒体内的换热器管束(图中未画出)，筒体为空心圆柱体结构，换热器管束位于筒体内。换热器管束用于流通第二介质，筒体用于通入第一介质，换热器管束在筒体内对通入筒体内的第一介质进行热交换。

相邻的两级换热器11内的第一介质相互密封，相邻的两级换热器11内的第二介质通过换热器管束和中间过渡段12连通。相邻的两级换热器11内的第一介质相互密封用于防止不同类型的第一介质相互干涉，保证不同类型的第一介质分别在独立的空间内与第二介质热交换。相邻的两级换热器11内的第二介质通过换热器管束和中间过渡段12连通，用于实现不同级的换热器11能够共用第二介质，节省管路铺设，结构更加紧凑，降低使用成本。

中间过渡段12为中空圆柱体结构，中间过渡段12的两端分别设有法兰，中间过渡段12通过法兰与相邻的两级换热器11螺栓连接。中间过渡段12作为相邻的两极换热器11的过渡段，其用于实现向相邻的两极换热器11之间通入第二介质，相邻的两极换热器11内的换热器管束均与中间过渡段12连通。

在一些可选实施例中：本申请实施例提供了一种紧凑式多级管壳式换热器系统，该多级管壳式换热器系统的换热器管束(图中未画出)包括固定管板和换热管，固定管板设有两块，换热管设有多根，固定管板上开设有多个穿入换热管的定位孔。两块固定管板位于多根换热管的两端，换热管的外壁与固定管板之间密封连接，确保换热管与固定管板之间的密封性能，固定管板的外壁与筒体的内壁密封连接，确保固定管板与筒体之间的密封性能。

换热管的外壁与固定管板之间密封连接，固定管板的外壁与筒体的内壁密封连接，以使换热器管束与筒体组成封闭的腔体结构。可避免第一介质在换热器11内与换热器管束内的第二介质热交换时相互泄漏，同时可避免换热器11内的第一介质与相邻的换热器11内的第一介质混合。

在一些可选实施例中：参见图2所示，本申请实施例提供了一种紧凑式多级管壳式换热器系统，该多级管壳式换热器系统的多级管壳式换热器1的入口设有通入第二介质的第一封盖15，多级管壳式换热器1的出口设有流出第二介质的第二封盖16，在第一封盖15上设有通入第二介质的第二介质进口17，在第二封盖16上设有流出第二介质的第二介质出口18。第二介质进口17用于接入电动水泵3，第二介质出口18用于连接排水管。

工作原理

本申请实施例提供了一种紧凑式多级管壳式换热器系统，由于本申请的多级管壳式换热器系统设置了多级管壳式换热器1，其包括多级换热器11，多级换热器11沿第二介质的流动方向依次通过中间过渡段12首尾连接，多级管壳式换热器1的出口设有测量第二介质的流量计及温度测量仪；电动水泵3，电动水泵3与多级管壳式换热器1的入口连接，电动水泵3用于向多级管壳式换热器1内注入第二介质，电动水泵3设有测量第二介质的流量计及温度测量仪；控制柜4，其包括电源和控制器，电源与水泵电连接，制器分别与流量计、温度测量仪和水泵电连接。

本申请的多级管壳式换热器系统将多级换热器11沿第二介质的流动方向依次通过中间过渡段12首尾连接组成多级管壳式换热器1，该多级管壳式换热器1可实现对多个用户、多种介质的冷却，节省单独为各用户设置换热器、泵和管路附件等的空间浪费和冗余投资。同时在多级管壳式换热器1的进、出口均设有测量第二介质的流量计及温度测量仪，控制器能够根据第二介质在多级管壳式换热器1的进、出口温度和对应温度下物理性质，由总热负荷计算所需要第二介质流量，调节电动水泵3转速使系统的第二介质流量达到系统需求值。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种紧凑式多级管壳式换热器系统，其特征在于，包括:

多级管壳式换热器(1)，其包括多级换热器(11)，多级所述换热器(11)沿第二介质的流动方向依次通过中间过渡段(12)首尾连接，所述多级管壳式换热器(1)的出口设有测量第二介质的流量计及温度测量仪；

电动水泵(3)，所述电动水泵(3)与所述多级管壳式换热器(1)的入口连接，所述电动水泵(3)用于向所述多级管壳式换热器(1)内注入第二介质，所述电动水泵(3)设有测量第二介质的流量计及温度测量仪；

控制柜(4)，其包括电源和控制器，所述电源与所述电动水泵(3)电连接，所述控制器分别与流量计、温度测量仪和电动水泵(3)电连接。

2.如权利要求1所述的一种紧凑式多级管壳式换热器系统，其特征在于：

所述换热器(11)的侧壁上设有通入第一介质的第一介质入口(13)及流出第一介质的第一介质出口(14)，所述第一介质入口(13)和第一介质出口(14)连接有输出第一介质的用户机组(5)，所述第一介质入口(13)和第一介质出口(14)均设有与控制器连接用于测量第一介质的流量计及温度测量仪。

3.如权利要求1所述的一种紧凑式多级管壳式换热器系统，其特征在于：

所述多级管壳式换热器(1)还包括冷却调节器(2)，所述冷却调节器(2)包括从多级管壳式换热器(1)的入口引出用于流通第二介质的旁通主管(21)，所述旁通主管(21)上设有多个分别与所述中间过渡段(12)连通的旁通支管(22)，所述旁通主管(21)与旁通支管(22)之间设有调节第二介质流量的阀门(23)。

4.如权利要求3所述的一种紧凑式多级管壳式换热器系统，其特征在于：

所述阀门(23)为电控阀门，所述阀门(23)与所述控制器电连接。

5.如权利要求1所述的一种紧凑式多级管壳式换热器系统，其特征在于：

所述换热器(11)包括筒体及位于所述筒体内的换热器管束，所述筒体为空心圆柱体结构，所述换热器管束位于所述筒体内，相邻的两级换热器(11)内的第一介质相互密封，相邻的两级换热器(11)内的第二介质通过换热器管束和中间过渡段(12)连通。

6.如权利要求5所述的一种紧凑式多级管壳式换热器系统，其特征在于：

所述换热器管束包括固定管板和换热管，所述固定管板设有两块，所述换热管设有多根，所述固定管板上开设有多个穿入所述换热管的定位孔，两块所述固定管板位于所述换热管的两端，所述换热管的外壁与固定管板密封连接，所述固定管板的外壁与所述筒体的内壁密封连接。

7.如权利要求1所述的一种紧凑式多级管壳式换热器系统，其特征在于：

所述中间过渡段(12)为中空圆柱体结构，所述中间过渡段(12)的两端分别设有法兰，所述中间过渡段(12)通过法兰与相邻的两级换热器(11)螺栓连接。

8.如权利要求1所述的一种紧凑式多级管壳式换热器系统，其特征在于：

所述多级管壳式换热器的入口设有通入第二介质的第一封盖(15)，所述多级管壳式换热器的出口设有流出第二介质的第二封盖(16)，所述第一封盖(15)上设有通入第二介质的第二介质进口(17)，所述第二封盖(16)上设有流出第二介质的第二介质出口(18)。

9.如权利要求1所述的一种紧凑式多级管壳式换热器系统，其特征在于：

电动水泵为变频水泵，所述控制柜还包括变频器，所述控制器通过变频器与电动水泵电连接。

10.如权利要求1所述的一种紧凑式多级管壳式换热器系统，其特征在于：

所述控制器为可编程控制器。

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