CN220418198U - 一种耐腐蚀换热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及换热装置技术领域，具体地说，涉及一种耐腐蚀换热装置，包括换热箱，换热箱内设有换热薄膜组件，换热薄膜组件包括若干薄膜件，薄膜件内部从上到下依次设有蒸汽分布区、蒸汽流道区和水汽汇集区，薄膜件的一侧上部设有与蒸汽分布区连通的蒸汽进口，薄膜件的另一侧下部设有与水汽汇集区连通的出水口，还包括用于向换热箱内注入待加热介质的待加热介质输入管和用于将待加热介质抽出喷淋在换热薄膜组件上的喷淋组件，本实用新型采用高分子聚合物薄膜作为传热材料，替代传统的耐腐蚀金属合金材料或导热性能较差的非金属材料作为传热原件，实现了在高腐蚀性工况下良好的传热效率和低廉的造价成本。

Description

一种耐腐蚀换热装置

技术领域

本实用新型涉及换热装置技术领域，具体地说，涉及一种耐腐蚀换热装置。

背景技术

在工业生产过程中，一些腐蚀性介质(如稀盐酸、稀硫酸、氢氧化钠溶液)根据生产工艺要求，一般需要进行加热操作，即通过外部热源将腐蚀性介质的温度提升至目标温度。为避免加热热源介质与被加热的腐蚀性介质的接触，一般采用间壁式换热器(如列管式换热器、板式换热器等)作为加热设备，即通过换热器自身传热壁面将冷源与热源介质进行隔离，使二者不发生直接接触，而是通过传热壁面进行热量传递。由于腐蚀性介质自身的腐蚀性问题，加之换热器一般使用温度较高，加剧了腐蚀性介质对换热器结构的腐蚀风险和腐蚀速率。基于上述情况，一般此类换热器均采用高耐腐蚀性合金材料或非金属石墨材料、非金属塑料材料等；例如：专利号为CN214582634U公开的一种耐腐蚀换热器、专利号为CN201772812U公开的耐腐蚀塑料换热器。而由于高耐腐蚀性合金材料的高昂成本，和非金属石墨材料或非金属塑料材料自身的低导热性能限制，上述材料制作的换热器在应用于蒸汽加热腐蚀性介质的工况时，均存在缺点。

在稀硫酸加热场合一般选用石墨材质换热器作为加热原件；在含氯气或次磷酸盐、二氧化氯等介质的加热场合一般选用哈氏合金换热器作为加热原件；在含氯离子介质的加热场合一般选用奥氏体不锈钢或铁素体-奥氏体不锈钢甚至钛材换热器作为加热元件。

在上述场景中，存在两个问题，其一是非金属材料一般力学性能较差，为保证自身结构刚性，通常需要选用较厚的材料制造传热设备，而非金属材料一般导热系数低于或与金属材料相近，在导热系数不占优势的基础上过厚的传热壁面会导致换热器传热能力的大幅度下降，造成的结果就是需要非金属材料换热器传热面积通常远大于同等工况下的金属材料，造成设备成本过高的问题，而非金属材料一般的加工难度较大，也加剧了设备造价的提升。

其二是在腐蚀工况下选用的金属材料，由于耐腐蚀性能的考虑，一般需要使用铁、镍、铬、钼、钨、钛、钯、锆等金属材料中的一种或几种制造合金材料，而由于原材料成本及制造成本因素，导致一般情况下耐腐蚀性金属材料的价格极为高昂，故迫切的需要一种低成本的适用于耐腐蚀性工况下的高效换热装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种耐腐蚀换热装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种耐腐蚀换热装置，包括换热箱，换热箱内设有换热薄膜组件，换热薄膜组件包括若干薄膜件，薄膜件内部从上到下依次设有蒸汽分布区、蒸汽流道区和水汽汇集区，薄膜件的一侧上部设有与蒸汽分布区连通的蒸汽进口，薄膜件的另一侧下部设有与水汽汇集区连通的出水口，还包括用于向换热箱内注入待加热介质的待加热介质输入管和用于将待加热介质抽出喷淋在换热薄膜组件上的喷淋组件；还包括用于向薄膜件内注入热蒸汽的闪蒸机构，闪蒸机构包括闪蒸罐和蒸汽输出管，蒸汽输出管的一端与闪蒸罐连通，蒸汽输出管的另一端与蒸汽进口连通。

优选的，喷淋组件包括第二水泵、第二进液管、出液管和喷淋管，第二进液管的一端与第二水泵进水端连接，第二进液管的另一端延伸至换热箱内，喷淋管设于换热箱内并位于换热薄膜组件上方，出液管的一端与第二水泵出水端连接，出液管的另一端延伸至换热箱内与喷淋管连接。

优选的，闪蒸机构还包括进水管、汽水混合器、热蒸汽进管和循环管道，进水管的一端延伸至闪蒸罐内，汽水混合器包括三个端口，闪蒸罐的底部设有漏液管，漏液管与汽水混合器的一个端口连接，热蒸汽进管的一端和循环管道的一端分别与汽水混合器另外两个端口连接，循环管道的另一端与闪蒸罐连通，还包括用于使闪蒸罐内产生负压的负压机构。

优选的，负压机构包括真空泵、不凝气输出管道和排气管，不凝气输出管道的一端延伸至闪蒸罐内部，不凝气输出管道的另一端与真空泵进气端连接，不凝气输出管道上安装有调节阀，排气管的一端与真空泵出气端连接。

优选的，若干薄膜件的蒸汽进口处共同连接有进气管，蒸汽输出管的另一端与进气管连接。

优选的，若干薄膜件的出水口处共同连接有出水管，出水管处连接有连接管，还包括气液分离罐，连接管远离出水管一端延伸至气液分离罐内，气液分离罐的顶部设有排气孔，还包括用于将气液分离罐内蒸汽凝水抽回至闪蒸罐内的抽液组件。

优选的，抽液组件包括第三水泵、下管道和蒸汽凝水回液管，下管道的一端延伸至气液分离罐底部内，下管道的另一端与第三水泵的进水端连接，蒸汽凝水回液管的一端与第三水泵的出水端连接，蒸汽凝水回液管的另一端延伸至循环管道内部。

优选的，还包括第一水泵、第一进液管和排液管，第一进液管的一端延伸至换热箱，第一进液管的另一端与第一水泵进水端连接，排液管的一端与第一水泵出水端连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

该耐腐蚀换热装置，采用高分子聚合物薄膜作为传热材料，替代传统的耐腐蚀金属合金材料或导热性能较差的非金属材料作为传热原件，实现了在高腐蚀性工况下良好的传热效率和低廉的造价成本。

该耐腐蚀换热装置，热蒸汽换热后冷凝成的液态水还会继续再次被抽入至循环管道再进入闪蒸罐内再次利用；将液态水先抽入循环管道，可使液态水在循环管道内进行升温，从而再进入有负压的闪蒸罐内更容易产生闪蒸。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图之一。

图2为本实用新型的整体结构示意图之二。

图3为本实用新型中换热箱的内部结构示意图。

图4为本实用新型中换热薄膜组件的结构示意图。

图5为本实用新型中薄膜件的内部结构示意图。

图6为本实用新型中薄膜件的前视结构示意图。

图7为本实用新型中薄膜件的后视结构示意图。

图中各标号的意义为：1、闪蒸罐；10、进水管；11、汽水混合器；12、热蒸汽进管；13、循环管道；2、换热箱；20、待加热介质输入管；21、第一水泵；22、第一进液管；23、排液管；3、换热薄膜组件；30、薄膜件；300、水汽汇集区；301、蒸汽流道区；302、蒸汽分布区；303、蒸汽进口；304、出水口；31、进气管；32、出水管；33、连接管；34、布液器；40、第二水泵；41、第二进液管；42、出液管；43、喷淋管；5、蒸汽输出管；60、真空泵；61、不凝气输出管道；62、排气管；70、第三水泵；71、气液分离罐；72、下管道；73、上管道；74、蒸汽凝水回液管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实用新型提供一种技术方案：

一种耐腐蚀换热装置，请参阅图1-图7，包括换热箱2，换热箱2内设有换热薄膜组件3，具体的，换热箱2包括顶部和底部开口的壳体，壳体的顶部开口处通过螺栓螺母安装有盖板，壳体的下方通过螺栓螺母安装有集液槽，集液槽具有一定的高度；换热薄膜组件3设于壳体内。

换热薄膜组件3包括若干薄膜件30，薄膜件30内部从上到下依次设有蒸汽分布区302、蒸汽流道区301和水汽汇集区300，薄膜件30的一侧上部设有与蒸汽分布区302连通的蒸汽进口303，薄膜件30的另一侧下部设有与水汽汇集区300连通的出水口304，

闪蒸产生的热蒸汽从蒸汽进口303进入到每个薄膜件30内部，热蒸汽先进入蒸汽分布区302，然后流至蒸汽流道区301内与待加热的介质进行换热，换热后热蒸汽冷凝成水从出水口304流出，当然出水口304处也会有少量的冷蒸汽流出。

需要补充的是，薄膜件30包括两层薄膜，两层薄膜的四周使用热压烫印方法进行密封，且在顶部和底部侧面预留一道出口，在顶部预留的出口即为蒸汽进口303，在底部预留的出口即为出水口304，两层薄膜封闭的中空内部区域划分为蒸汽分布区302、蒸汽流道区301和水汽汇集区300三部分，蒸汽分布区302和水汽汇集区300中烫印若干原点将两侧薄膜连接，采用点状强化连接，蒸汽流道区301使用波浪型的形状将两层薄膜连接，波浪型的形状的空气流道，可以强化空气湍流效果强化传热能力。

具体的，每个薄膜件30的顶部均粘接有悬吊支杆，还通过多个拱形箍将悬吊支杆绑住，使悬吊支杆与薄膜件30的顶部稳定连接，还包括支撑框架，支撑框架与悬吊支杆固定连接，可以将支撑框架通过螺栓安装在壳体的内壁上，从而可将整个换热薄膜组件3悬吊在换热箱的壳体内部。

进一步的，本实用新型中的薄膜件30可选用聚碳酸酯膜(PC膜)、聚醚醚酮膜(PEEK膜)、聚苯砜膜(PPSU膜)、聚四氟乙烯膜(PTFE膜)中的任何一种，换热薄膜厚度一般可选15-100μm。

上述材料设置的薄膜件30具有很好的耐腐蚀性和耐高温性，当待加热介质为腐蚀性物质，或待加热介质中含有腐蚀离子的情况下，薄膜件30也不会被腐蚀损坏。

使用高分子聚合物薄膜件30作为传热材料，替代传统的耐腐蚀金属合金材料或导热性能较差的非金属材料作为传热原件，实现了在高腐蚀性工况下良好的传热效率和低廉的造价成本。

还包括用于向薄膜件30内注入热蒸汽的闪蒸机构，闪蒸机构包括闪蒸罐1和蒸汽输出管5，蒸汽输出管5的一端与闪蒸罐1连通，蒸汽输出管5的另一端与蒸汽进口303连通。

若干薄膜件30的蒸汽进口303处共同连接有进气管31，蒸汽输出管5的另一端与进气管31连接；若干薄膜件30的出水口304处共同连接有出水管32，出水管32处连接有连接管33；进气管31和出水管32的端面可与薄膜件30粘接固定，根据实际需要也可以设置密封件将蒸汽进口303和出水口304的连接处密封住，进气管31和出水管32远离薄膜件的一端均延伸至换热箱外。

还包括用于向换热箱2内注入待加热介质的待加热介质输入管20和用于将待加热介质抽出喷淋在换热薄膜组件3上的喷淋组件；待加热介质输入管20的一端延伸至换热箱2内，具体的待加热介质输入管20的一端延伸至换热箱2的集液槽内，通过待加热介质输入管20可将待加热介质注入换热箱2的集液槽内；喷淋组件将待加热介质抽出喷淋在换热薄膜组件3上，由于换热薄膜组件3内通入热蒸汽，这样热蒸汽可与待加热介质进行热交换。

具体的，喷淋组件包括第二水泵40、第二进液管41、出液管42和喷淋管43，第二进液管41的一端与第二水泵40进水端连接，第二进液管41的另一端延伸至换热箱2的集液槽内，喷淋管43设于换热箱2内并位于换热薄膜组件3上方，出液管42的一端与第二水泵40出水端连接，出液管42的另一端延伸至换热箱2内与喷淋管43连接，喷淋管43的另一端封闭，喷淋管43的底部设有多个喷淋口。

待加热介质被抽出喷淋在换热薄膜组件3上可与换热薄膜组件3内部通过的热蒸汽进行换热，从而可使待加热介质升温，热蒸汽冷凝成水，由于热蒸汽是一直向换热薄膜组件3内通入，所以换热薄膜组件3内始终有热蒸汽，这样如果待加热介质没有加热到需要的温度时，可以继续抽出再次进行换热操作；当然可以根据实际需要在出液管42上安装温度传感器，温度传感器的检测头延伸至出液管42内用来检测待加热介质的温度，直到待加热介质加热到需要的温度时，停止对待加热介质的换热。

还包括第一水泵21、第一进液管22和排液管23，第一进液管22的一端延伸至换热箱2的集液槽内，第一进液管22的另一端与第一水泵21进水端连接，排液管23的一端与第一水泵21出水端连接；当待加热介质加热到需要的温度时，停止对待加热介质的换热；此时启动第一水泵21可将换热箱2内换热后的待加热介质抽出；然后可继续从待加热介质输入管20向换热箱2的集液槽内注入新的待加热介质。

为了使待加热介质均匀地漏出喷淋在薄膜件30上，喷淋管与换热薄膜组件之间设有布液器34，布液器34可通过螺栓安装在支撑框架的顶部，布液器34可将喷淋的待加热介质均匀地漏到换热薄膜组件上，从而使换热更均匀，提高了换热效率，可使待加热介质得到更好的加热效果。

在相邻两个薄膜件30之间设有间隙，间隙用于使待加热介质从两个薄膜件30之间通过，可以使待加热介质与薄膜件30的两侧都可以接触，提高换热效果，增强待加热介质的加热效果。

间隙位于薄膜件30的蒸汽进口303和出水口304处均设有用于连接相邻两个薄膜件30的连接块。

薄膜件30的蒸汽进口303和出水口304内均粘接有支撑框。

闪蒸机构还包括进水管10、汽水混合器11、热蒸汽进管12和循环管道13，进水管10的一端延伸至闪蒸罐1内，从进水管10可向闪蒸罐1内注入液态水；汽水混合器11包括三个端口，闪蒸罐1的底部设有漏液管，漏液管的顶端延伸至闪蒸罐1内，漏液管的底端与汽水混合器11的一个端口连接，热蒸汽进管12的一端和循环管道13的一端分别与汽水混合器11另外两个端口连接，循环管道13的另一端与闪蒸罐1连通；

从进水管10可向闪蒸罐1内注入一定量的液态水；从热蒸汽进管12内通入高温蒸汽(本实用新型优选150摄氏度)，在高温蒸汽与闪蒸罐1底部的水均进入汽水混合器11内，使高温蒸汽与液态水充分融合，利用高温蒸汽提高液态水的温度，由于持续通入高温蒸汽可推动液态水从汽液混合器107流入循环管道最后提升温度后的液态水会进入闪蒸罐1内，提高温度后的液态水在闪蒸罐1的负压环境下发生沸腾汽化，产生大量温度低于100℃的水蒸气，闪蒸的热水蒸气会从蒸汽输出管5进入薄膜件30内。

还包括用于使闪蒸罐1内产生负压的负压机构。

负压机构包括真空泵60、不凝气输出管道61和排气管62，不凝气输出管道61的一端延伸至闪蒸罐1内部，不凝气输出管道61的另一端与真空泵60进气端连接，不凝气输出管道61上安装有调节阀，排气管62的一端与真空泵60出气端连接，打开不凝气输出管道61上的调节阀，启动真空泵60工作，可使闪蒸罐1内产生负压。

还包括气液分离罐71，连接管33远离出水管32一端延伸至气液分离罐71内，气液分离罐71的顶部设有排气孔，还包括上管道73，上管道73的一端与排气孔连接并与气液分离罐71内部连通，上管道73的另一端与不凝气输出管道61一侧连接并与不凝气输出管道61内部连通，在上管道73上可安装调节阀，还包括用于将气液分离罐71内蒸汽凝水抽回至闪蒸罐1内的抽液组件。

当真空泵工作时，打开上管道73上的调节阀可将气液分离罐71内气体抽出。

闪蒸的热蒸汽经过换热后冷凝成液体水从连接管33流入气液分离罐71内，最后再通过抽液组件抽回至闪蒸罐1内再次进行加热闪蒸。

抽液组件包括第三水泵70、下管道72和蒸汽凝水回液管74，下管道72的一端延伸至气液分离罐71底部内，下管道72的另一端与第三水泵70的进水端连接，蒸汽凝水回液管74的一端与第三水泵70的出水端连接，蒸汽凝水回液管74的另一端延伸至循环管道13内部。

启动第三水泵70可将气液分离罐71内的水抽入至闪蒸罐1内。

需要补充的是，闪蒸罐1内的底部通过多个支撑脚支撑，当然，本实用新型中的水泵、真空泵均可根据实际需要进行安装在合适位置；此外，本实用新型中的进水管、热蒸汽进管、待加热介质输入管、排液管上均可安装调节阀，用于控制管道的闭合或开通。

本实用新型中所有与待加热的腐蚀性介质相接触的设备均可以使用聚四氟乙烯、玻璃钢等非金属材料。

以上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。本行业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仅为本实用新型的优选例，并不用来限制本实用新型，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效物界定。

Claims (8)

1.一种耐腐蚀换热装置，包括换热箱(2)，其特征在于：换热箱(2)内设有换热薄膜组件(3)，换热薄膜组件(3)包括若干薄膜件(30)，薄膜件(30)内部从上到下依次设有蒸汽分布区(302)、蒸汽流道区(301)和水汽汇集区(300)，薄膜件(30)的一侧上部设有与蒸汽分布区(302)连通的蒸汽进口(303)，薄膜件(30)的另一侧下部设有与水汽汇集区(300)连通的出水口(304)，还包括用于向换热箱(2)内注入待加热介质的待加热介质输入管(20)和用于将待加热介质抽出喷淋在换热薄膜组件(3)上的喷淋组件；还包括用于向薄膜件(30)内注入热蒸汽的闪蒸机构，闪蒸机构包括闪蒸罐(1)和蒸汽输出管(5)，蒸汽输出管(5)的一端与闪蒸罐(1)连通，蒸汽输出管(5)的另一端与蒸汽进口(303)连通。

2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀换热装置，其特征在于：喷淋组件包括第二水泵(40)、第二进液管(41)、出液管(42)和喷淋管(43)，第二进液管(41)的一端与第二水泵(40)进水端连接，第二进液管(41)的另一端延伸至换热箱(2)内，喷淋管(43)设于换热箱(2)内并位于换热薄膜组件(3)上方，出液管(42)的一端与第二水泵(40)出水端连接，出液管(42)的另一端延伸至换热箱(2)内与喷淋管(43)连接。

3.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀换热装置，其特征在于：闪蒸机构还包括进水管(10)、汽水混合器(11)、热蒸汽进管(12)和循环管道(13)，进水管(10)的一端延伸至闪蒸罐(1)内，汽水混合器(11)包括三个端口，闪蒸罐(1)的底部设有漏液管，漏液管与汽水混合器(11)的一个端口连接，热蒸汽进管(12)的一端和循环管道(13)的一端分别与汽水混合器(11)另外两个端口连接，循环管道(13)的另一端与闪蒸罐(1)连通，还包括用于使闪蒸罐(1)内产生负压的负压机构。

4.根据权利要求3所述的一种耐腐蚀换热装置，其特征在于：负压机构包括真空泵(60)、不凝气输出管道(61)和排气管(62)，不凝气输出管道(61)的一端延伸至闪蒸罐(1)内部，不凝气输出管道(61)的另一端与真空泵(60)进气端连接，不凝气输出管道(61)上安装有调节阀，排气管(62)的一端与真空泵(60)出气端连接。

5.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀换热装置，其特征在于：若干薄膜件(30)的蒸汽进口(303)处共同连接有进气管(31)，蒸汽输出管(5)的另一端与进气管(31)连接。

6.根据权利要求4所述的一种耐腐蚀换热装置，其特征在于：若干薄膜件(30)的出水口(304)处共同连接有出水管(32)，出水管(32)处连接有连接管(33)，还包括气液分离罐(71)，连接管(33)远离出水管(32)一端延伸至气液分离罐(71)内，气液分离罐(71)的顶部设有排气孔，还包括用于将气液分离罐(71)内蒸汽凝水抽回至闪蒸罐(1)内的抽液组件。

7.根据权利要求6所述的一种耐腐蚀换热装置，其特征在于：抽液组件包括第三水泵(70)、下管道(72)和蒸汽凝水回液管(74)，下管道(72)的一端延伸至气液分离罐(71)底部内，下管道(72)的另一端与第三水泵(70)的进水端连接，蒸汽凝水回液管(74)的一端与第三水泵(70)的出水端连接，蒸汽凝水回液管(74)的另一端延伸至循环管道(13)内部。

8.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀换热装置，其特征在于：还包括第一水泵(21)、第一进液管(22)和排液管(23)，第一进液管(22)的一端延伸至换热箱(2)，第一进液管(22)的另一端与第一水泵(21)进水端连接，排液管(23)的一端与第一水泵(21)出水端连接。