CN217424073U - 一种双相钢扭曲管换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于换热器领域，具体地说是一种双相钢扭曲管换热器，壳程筒体的上端连接上管板、下端连接下管板，壳程筒体上具有扩大段，扩大段内部设有斜口导流筒；壳程筒体上分别开设有蒸汽进口、蒸汽出口；壳程筒体内设有管束，换热管为多根，每根换热管均为双相钢材料制成的扭曲管，每根换热管内均为螺旋扭曲流道，相邻换热管的外缘为螺旋线点接触，各换热管由多个预组装板穿过，并通过包裹板包裹成管束，各预组装板之间通过拉杆固定；管程包括与下管板连接的下管箱及与上管板连接的上管箱，上管箱上开设有进料口，下管箱上开设有出料口。本实用新型的管、壳程流体均沿管壁螺旋运动，加强湍流运动，显著提高管内外传热系数，强化传热过程。

Description

一种双相钢扭曲管换热器

技术领域

本实用新型属于换热器领域，具体地说是一种双相钢扭曲管换热器。

背景技术

近二三十年来，化工、石油、轻工等工业得到了迅猛发展，能源紧缺已成为世界性的重大问题之一。因此，要求提供尺寸小、重量轻、换热能力大、成本低的换热设备。其它条件限定时，强化传热效率成了解决此问题的唯一途径，世界各国十分重视传热强化的研究和开发工作。强化传热是一种改善传热性能的技术，可以通过改善和提高热传递的效率，以达到用最经济的设备来传递一定热量的目的。对于换热器的强化传热就是力求使换热器在单位时间、单位传热面积传递的热量能力达到增强的目的。

用强化传热的高效换热管制作的换热器即为强化传热换热器。近年来已研制出多种强化传热的高效换热管，如波纹管、波节管、内插弹簧或扭曲带管等。波纹管、波节管一般管壁较薄，由于震动碰撞等原因，换热管容易破裂，降低了使用安全性；且由于薄壁承压较低，也不适用于高温高压场合下使用。内插弹簧或扭曲带管容易堵塞、压力降过大。目前所开发的几类强化传热的高效换热管应用场合受到一定的限制，不易推广。

对于热交换设备而言，使用最为广泛的是管壳式换热器。目前，管壳式换热器多为折流板支撑结构，由于换热管与折流板接触磨损，长期运行出现腐蚀破损的问题越来越严重。以石化行业常用的换热器为例，长期以来，每年都要发生多起因折流板磨损致使换热管腐蚀破损失效的事件，不得不通过加衬管或堵管进行补救，并严重影响换热器的传热效果。

实用新型内容

为了解决现有换热器存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种双相钢扭曲管换热器。该换热器为压扁比大的扭曲管，采用耐蚀的双相钢材质，无折流板，并设置斜口导流筒；该换热器结构简单、换热效率更高，且换热管内能够实现自清洁，不易沉积固体。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括壳程及管程，所述壳程包括壳程筒体，所述壳程筒体的上端连接上管板、下端连接下管板，所述壳程筒体上具有扩大段，所述扩大段内部设有斜口导流筒；所述壳程筒体上分别开设有蒸汽进口、蒸汽出口；所述壳程筒体内设有管束，所述管束包括换热管、拉杆、包裹板及预组装板，所述换热管为多根，每根所述换热管均为双相钢材料制成的扭曲管，每根所述换热管内均为螺旋扭曲流道，相邻所述换热管的外缘为螺旋线点接触，各所述换热管由多个预组装板穿过，并通过所述包裹板包裹成管束，各所述预组装板之间通过拉杆固定，所述拉杆固接于下管板上；所述管程包括与下管板连接的下管箱及与上管板连接的上管箱，所述上管箱上开设有进料口，所述下管箱上开设有出料口，各所述换热管的上端分别与上管板连接、并与所述上管箱相连通，各所述换热管的下端分别与下管板连接、并与所述下管箱相连通。

其中：所述壳程筒体包括壳程上筒体及壳程下筒体，所述壳程下筒体的下端与下管板相连，所述壳程下筒体的上端连接于所述扩大段的下端，所述壳程上筒体的下端与扩大段的上端相连，所述壳程上筒体的上端与上管板连接。

所述壳程上筒体上开设有壳程排气口，所述蒸汽出口开设于壳程下筒体靠近下端的位置，所述壳程下筒体上还开设有壳程放净口；所述壳程下筒体上设有耳式支座。

所述扩大段位于壳程筒体的上端，所述扩大段包括膨胀节及扩大段筒体，所述扩大段筒体的上下两端分别通过膨胀节与壳程筒体相连，所述斜口导流筒固接于膨胀节上；所述蒸汽进口开设于扩大段筒体上，与所述斜口导流筒相对。

所述斜口导流筒的外侧面上沿圆周方向均匀设有多个支撑板，每个所述支撑板分别与斜口导流筒的外侧面及扩大段筒体的内表面固接。

所述上管箱内部设有避免进液直接冲刷换热管的防冲板，所述防冲板位于进料口的下方，所述防冲板的中间为圆形板，所述圆形板的底面固接有筋板，所述筋板与上管箱的内表面固接。

所述换热管的上下两端为圆管，上下两端的所述圆管分别由上管板、下管板穿出，并分别与所述上管板、下管板固接；上下两端所述圆管之间的换热管的横截面为椭圆形。

所述预组装板分为上下设置的上预组装板及下预组装板，所述上预组装板位于扩大段与上管板之间，所述下预组装板位于下管板、蒸汽出口的上方；所述上预组装板、下预组装板上分别开设有未穿换热管的通孔，由所述蒸汽进口进入的蒸汽经上预组装板上的通孔流动至上预组装板和上管板之间，与所述上预组装板和上管板之间的各换热管内的流体进行换热。

所述下管箱包括下管箱封头、下管箱筒体及下管箱法兰，所述下管箱筒体的上端连接有下管箱法兰、下端连接有下管箱封头，所述下管箱法兰通过紧固件A与下管板连接，所述下管箱法兰与下管板之间安装有下管箱垫片，所述出料口开设于下管箱封头上。

所述上管箱包括上管箱法兰、上管箱筒体及上管箱封头，所述上管箱筒体的上端连接有上管箱封头、下端连接有上管箱法兰，所述上管箱法兰通过紧固件B与上管板连接，所述上管箱法兰与上管板之间安装上管箱垫片，所述进料口开设于上管箱封头上。

本实用新型的优点与积极效果为：

1．本实用新型的换热管采用双相钢扭曲管，双相钢材料耐腐蚀，使用寿命长，成本低；双相钢扭曲管内部的螺旋扭曲流道使管程流体产生以纵向旋转和二次旋流为主要特点的强扰动，使管内流体在温度梯度较大的径向产生混合，使壁面处的温度梯度增大，从而实现强化传热，换热效率更高；换热管压扁比增大，压扁比愈大则螺旋扁管部分气速愈高，用于管程结晶介质时能够实现自清洁，管内不会沉积固体。

2．本实用新型在壳程的扩大段内设置了斜口导流筒，蒸汽进口与斜口导流筒相对，蒸汽进入扩大段筒体时被斜口导流筒缓冲，防止蒸汽直接冲击管束造成设备震动，所切割斜口限定了蒸汽流通通道，增大了蒸汽流速提高了换热效率。

3．本实用新型在壳程内部设置了预组装板，预组装板与上、下管板配钻而成，换热管先通过预组装板固定后更便于穿入上、下管板之中。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型扩大段的结构示意图；

图3为本图2的俯视图；

图4为本实用新型换热管的结构示意图；

图5为图4中的A—A剖视图；

图6A为图1中的B—B剖视图；

图6B为图1中的C—C剖视图；

图6C为图1中的D—D剖视图；

图6D为图1中的E—E剖视图；

图7为本实用新型防冲板的主视剖视图；

图8为图7的俯视图；

其中：1为出料口，2为下管箱封头，3为下管箱筒体，4为下管箱垫片，5为紧固件A，6为蒸汽出口，7为换热管，8为拉杆，9为包裹板，10为耳式支座，11为膨胀节，12为斜口导流筒，13为扩大段筒体，14为支撑板，15为预组装板，16为壳程排气口，17为上管箱法兰，18为上管箱筒体，19为上管箱封头，20为进料口，21为防冲板，22为紧固件B，23为上管箱垫片，24为上管板，25为壳程上筒体，26为蒸汽进口，27为壳程下筒体，28为壳程放净口，29为下管板，30为下管箱法兰，31为通孔，32为筋板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1、图4及图5所示，本实用新型包括壳程及管程，壳程包括壳程筒体，壳程筒体的上端连接上管板24、下端连接下管板29，壳程筒体上具有扩大段，扩大段内部设有斜口导流筒12；壳程筒体上分别开设有蒸汽进口26、蒸汽出口6；壳程筒体内设有管束，管束包括换热管7、拉杆8、包裹板9及预组装板15，换热管7为多根，每根换热管7均为双相钢材料制成的扭曲管，每根换热管7内均为螺旋扭曲流道，相邻换热管7的外缘为螺旋线点接触；换热管7的上下两端为圆管，上下两端圆管之间的换热管7的横截面为椭圆形，压扁比（扭曲管横截面长轴与短轴之比）为1:0.5，压扁比愈大则螺旋扁管部分气速愈高，能够实现自清洁，用于管程结晶介质时管内不会沉积固体；各换热管7由多个预组装板15穿过，并通过包裹板9包裹成管束，各预组装板15之间通过拉杆8固定，拉杆8固接于下管板29上；管程包括与下管板29连接的下管箱及与上管板24连接的上管箱，上管箱上开设有进料口20，下管箱上开设有出料口1，各换热管7的上端分别由上管板24穿出，并与上管板24固接，且与上管箱相连通，各换热管7的下端分别由下管板29穿出，并与下管板29固接，且与下管箱相连通。本实施例换热管7的双相钢材料为奥氏体和铁素体。

本实施例的壳程筒体包括壳程上筒体25及壳程下筒体27，壳程下筒体27的下端与下管板29相连，壳程下筒体27的上端连接于扩大段的下端，壳程上筒体25的下端与扩大段的上端相连，壳程上筒体25的上端与上管板24连接。壳程上筒体25上靠近顶端的位置开设有壳程排气口16，蒸汽出口6开设于壳程下筒体27靠近下端的位置，壳程下筒体27上还开设有壳程放净口28；壳程下筒体27的外表面设有耳式支座10。

本实施例的下管箱包括下管箱封头2、下管箱筒体3及下管箱法兰30，下管箱筒体3的上端连接有下管箱法兰30、下端连接有下管箱封头2，下管箱法兰30通过紧固件A5与下管板29连接，下管箱法兰30与下管板29之间安装有下管箱垫片4，出料口1开设于下管箱封头2上。

本实施例的上管箱包括上管箱法兰17、上管箱筒体18及上管箱封头19，上管箱筒体18的上端连接有上管箱封头19、下端连接有上管箱法兰17，上管箱法兰17通过紧固件B22与上管板24连接，上管箱法兰17与上管板24之间安装上管箱垫片23，进料口20开设于上管箱封头19上。

如图1～3所示，本实施例的扩大段位于壳程筒体的上端，用于增加蒸汽进口26的流通面积；扩大段包括膨胀节11及扩大段筒体13，扩大段筒体13的上端通过膨胀节11与壳程上筒体25的下端连接，扩大段筒体13的下端通过膨胀节11与壳程下筒体27的上端相连。本实施例的斜口导流筒12焊接于膨胀节11上，斜口导流筒12的外侧面上沿圆周方向均匀设有多个支撑板14，每个支撑板14分别与斜口导流筒12的外侧面及扩大段筒体13的内表面固接，斜口导流筒12与膨胀节11相焊，并依靠各支撑板14固定于扩大段筒体13上。本实施例的蒸汽进口26开设于扩大段筒体13上，与斜口导流筒12相对。

本实施例斜口导流筒12的上端筒口为斜口，即斜口导流筒12的轴向截面顶部一侧高于另一侧；斜口导流筒12的设置对蒸汽有缓冲作用，避免了由蒸汽进口26进入到扩大段内的蒸汽直接作用于各个换热管7，从而导致换热管7强烈地震动，影响换热管7与上管板24、下管板29的连接性能。蒸汽由蒸汽进口26进入后，在斜口导流筒12的作用下，沿斜口导流筒12的外筒壁先充满扩大段，充满的同时会沿斜口向上流动进入到斜口导流筒12内部，然后再向下流动。斜口的设计，提高了蒸汽的流动性。

如图1及图6A～6D所示，本实施例的预组装板15分为上下设置的上预组装板及下预组装板，上预组装板位于扩大段与上管板24之间，下预组装板位于下管板29、蒸汽出口6上方；上预组装板与下预组装板分别焊接在各根拉杆8上，每根拉杆8均固定在下管板29上。上预组装板、下预组装板上分别开设有未穿换热管7的通孔31，本实施例的通孔31为四个，但上管板24上对应的位置是不开孔的，由蒸汽进口26进入的蒸汽经上预组装板上的通孔31流动至上预组装板和上管板24之间，与上预组装板和上管板24之间的各换热管7内的流体进行换热，使换热管7的温度平衡。

如图1、图7及图8所示，本实施例在上管箱筒体18的内部设有避免进液直接冲刷换热管7的防冲板21，防冲板21位于进料口20的下方，防冲板21的中间为圆形板，圆形板的底面固接有筋板32，筋板32与上管箱筒体18的内表面固接。由进料口20进入的液体在气化后会产生颗粒，颗粒会对换热管的管头有磨蚀；设置了防冲板21后，可以避免由进料口20进入的液体直接冲刷换热管7的管头。

本实用新型的工作原理为：

本实用新型壳程的蒸汽进口26处设有斜口导流筒12，蒸汽由蒸汽进口20进入扩大段时被斜口导流筒12缓冲，防止蒸汽直接冲击管束造成设备震动，所切割的斜口限定了蒸汽流通通道，增大了蒸汽流速，提高了换热效率；换热管为双相钢扭曲管，采用双相钢材料耐腐蚀，使用寿命长，成本低；双相钢扭曲管内部的螺旋扭曲流道使管程流体产生以纵向旋转和二次旋流为主要特点的强扰动，使管内流体在温度梯度较大的径向产生混合，使壁面处的温度梯度增大，从而实现强化传热，换热效率更高；换热管的压扁比为1：0.5，大于以往的1:0.6～0.7，压扁比愈大则螺旋扁管部分气速愈高，用于管程结晶介质时能够实现自清洁，管内不会沉积固体；壳程筒体内部设有预组装板15，预组装板15与上、下管板配钻而成，换热管先通过预组装板15固定后更便于穿入上、下管板之中。管程、壳程有流体均沿换热管管壁螺旋运动，加强湍流运动，故而能显著提高换热管内外传热系数，较大程度强化传热过程。

Claims (10)

1.一种双相钢扭曲管换热器，其特征在于：包括壳程及管程，所述壳程包括壳程筒体，所述壳程筒体的上端连接上管板（24）、下端连接下管板（29），所述壳程筒体上具有扩大段，所述扩大段内部设有斜口导流筒（12）；所述壳程筒体上分别开设有蒸汽进口（26）、蒸汽出口（6）；所述壳程筒体内设有管束，所述管束包括换热管（7）、拉杆（8）、包裹板（9）及预组装板（15），所述换热管（7）为多根，每根所述换热管（7）均为双相钢材料制成的扭曲管，每根所述换热管（7）内均为螺旋扭曲流道，相邻所述换热管（7）的外缘为螺旋线点接触，各所述换热管（7）由多个预组装板（15）穿过，并通过所述包裹板（9）包裹成管束，各所述预组装板（15）之间通过拉杆（8）固定，所述拉杆（8）固接于下管板（29）上；所述管程包括与下管板（29）连接的下管箱及与上管板（24）连接的上管箱，所述上管箱上开设有进料口（20），所述下管箱上开设有出料口（1），各所述换热管（7）的上端分别与上管板（24）连接、并与所述上管箱相连通，各所述换热管（7）的下端分别与下管板（29）连接、并与所述下管箱相连通。

2.根据权利要求1所述的双相钢扭曲管换热器，其特征在于：所述壳程筒体包括壳程上筒体（25）及壳程下筒体（27），所述壳程下筒体（27）的下端与下管板（29）相连，所述壳程下筒体（27）的上端连接于所述扩大段的下端，所述壳程上筒体（25）的下端与扩大段的上端相连，所述壳程上筒体（25）的上端与上管板（24）连接。

3.根据权利要求2所述的双相钢扭曲管换热器，其特征在于：所述壳程上筒体（25）上开设有壳程排气口（16），所述蒸汽出口（6）开设于壳程下筒体（27）靠近下端的位置，所述壳程下筒体（27）上还开设有壳程放净口（28）；所述壳程下筒体（27）上设有耳式支座（10）。

4.根据权利要求1所述的双相钢扭曲管换热器，其特征在于：所述扩大段位于壳程筒体的上端，所述扩大段包括膨胀节（11）及扩大段筒体（13），所述扩大段筒体（13）的上下两端分别通过膨胀节（11）与壳程筒体相连，所述斜口导流筒（12）固接于膨胀节（11）上；所述蒸汽进口（26）开设于扩大段筒体（13）上，与所述斜口导流筒（12）相对。

5.根据权利要求4所述的双相钢扭曲管换热器，其特征在于：所述斜口导流筒（12）的外侧面上沿圆周方向均匀设有多个支撑板（14），每个所述支撑板（14）分别与斜口导流筒（12）的外侧面及扩大段筒体（13）的内表面固接。

6.根据权利要求1所述的双相钢扭曲管换热器，其特征在于：所述上管箱内部设有避免进液直接冲刷换热管（7）的防冲板（21），所述防冲板（21）位于进料口（20）的下方，所述防冲板（21）的中间为圆形板，所述圆形板的底面固接有筋板（32），所述筋板（32）与上管箱的内表面固接。

7.根据权利要求1所述的双相钢扭曲管换热器，其特征在于：所述换热管（7）的上下两端为圆管，上下两端的所述圆管分别由上管板（24）、下管板（29）穿出，并分别与所述上管板（24）、下管板（29）固接；上下两端所述圆管之间的换热管（7）的横截面为椭圆形。

8.根据权利要求1所述的双相钢扭曲管换热器，其特征在于：所述预组装板（15）分为上下设置的上预组装板及下预组装板，所述上预组装板位于扩大段与上管板（24）之间，所述下预组装板位于下管板（29）、蒸汽出口（6）的上方；所述上预组装板、下预组装板上分别开设有未穿换热管（7）的通孔（31），由所述蒸汽进口（26）进入的蒸汽经上预组装板上的通孔（31）流动至上预组装板和上管板（24）之间，与所述上预组装板和上管板（24）之间的各换热管（7）内的流体进行换热。

9.根据权利要求1所述的双相钢扭曲管换热器，其特征在于：所述下管箱包括下管箱封头（2）、下管箱筒体（3）及下管箱法兰（30），所述下管箱筒体（3）的上端连接有下管箱法兰（30）、下端连接有下管箱封头（2），所述下管箱法兰（30）通过紧固件A（5）与下管板（29）连接，所述下管箱法兰（30）与下管板（29）之间安装有下管箱垫片（4），所述出料口（1）开设于下管箱封头（2）上。

10.根据权利要求1所述的双相钢扭曲管换热器，其特征在于：所述上管箱包括上管箱法兰（17）、上管箱筒体（18）及上管箱封头（19），所述上管箱筒体（18）的上端连接有上管箱封头（19）、下端连接有上管箱法兰（17），所述上管箱法兰（17）通过紧固件B（22）与上管板（24）连接，所述上管箱法兰（17）与上管板（24）之间安装上管箱垫片（23），所述进料口（20）开设于上管箱封头（19）上。

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