CN2864552Y - 螺旋折流板高效换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型针对目前石油、化工、电力行业使用的换热器存在能耗大、容易结垢、换热效率低和检修周期短的问题，公开了一种新型结构的螺旋折流板高效换热器，它包括壳体(1)，壳体(1)上分别设有进口(2)和出口(3)，壳体(1)中的高效换热管束(4)通过折流板(5)固定在壳体(1)中，壳体(1)的二端设有管箱(6)、管箱(7)，其特征是所述的用以进行壳程介质强化传热的折流板(5)为螺旋结构，用以进行管程介质强化传热的高效换热管束(4)的换热管(8)为内波外螺纹管、波纹管、槽道管、螺纹管或高热通量管。实现了冷热介质两个传热界面的强化，换热器的总传热系数大大提高。管内外介质不易沉积结垢，可节省大量检修改造费用。

Description

螺旋折流板高效换热器

技术领域

本实用新型涉及一种石油、化工、电力等行业换热设备，尤其是一种用于液体、气体单相介质换热设备，具体地说是一种螺旋折流板高效换热器。

背景技术

目前，换热设备在石油、化工、电力行业中占有十分重要的地位。以炼油厂为例，换热设备占设备总金属消耗量的20％左右。换热设备既是工艺流程中的主要设备，同时又是企业减少能源消耗、降低生产成本的主要手段。其设备技术水平是炼油厂先进程度的重要标志之一。现在服役的换热器大多采用的还是国外早期的设计结构，换热效率低、阻力降大、容易结垢、停工检修频繁。特别是常减压蒸馏装置渣油冷却系统要求冷却效果高，而现有的渣油冷却器大多为弓型折流板换热器，而弓形折流板换热器经长期使用证明，主要存在如下缺点：

a)能耗大。

弓型折流板在壳体内垂直于换热管束，使壳程形成若干个并列折返通道，介质急剧改变流向必然产生严重的压力损耗，所以弓型折流板换热器的能耗大。

b)壳程容易结垢，降低换热效率

弓型折流板在两个折流通道变向过渡区域，流体取最短斜向前进，于是在折流板与换热器壳程内壁相接处，背向壳程介质流动的方向上形成一个介质相对静止的三角形空间。这一空间为介质滞流区，介质的流动状态对于传热十分不利，处于这一区间的管子表面换热很差，这就相当于减少了一部分换热面积，而且这一区域内，由于介质的流速较低，介质中的杂质很容易在此沉积、结垢，使管子外表面热阻增加，换热器的换热能力进一步被削弱；这就是弓型折流板换热器无法大幅度提高换热效率的主要原因之一。

c)需定期检修清洗，周期短。弓型折流板换热器的运行周期一般为1～2年，致使检修、清洗频繁，装置操作费用增加。

因此，普通弓型折流板换热器已无法满足生产需要，急需一种替代产品来满足日益增长的需求。

发明内容

本实用新型的目的是针对目前石油、化工、电力行业使用的换热器存在能耗大、容易结垢、换热效率低和检修周期短的问题，设计一种新型结构的螺旋折流板高效换热器，其折流板为螺旋结构，用以进行壳程介质强化传热，换热管为内波外螺纹管、波纹管、槽道管、螺纹管及高热通量管等结构，用以进行管程介质强化传热，实现了管、壳程两介质同步强化传热。

本实用新型的技术方案是：

一种螺旋折流板高效换热器，包括壳体1，壳体1上分别设有进口2和出口3，壳体1中的高效换热管束4通过折流板5固定在壳体1中，壳体1的二端设有管箱6、管箱7，其特征是所述的用以进行壳程介质强化传热的折流板5为螺旋结构，用以进行管程介质强化传热的高效换热管束4的换热管8为内波外螺纹管、波纹管、槽道管、螺纹管或高热通量管。

所述的折流板5为连续螺旋结构，螺旋折流板的倾斜角为20～50°。

所述的折流板5为非连续螺旋结构，螺旋折流板的倾斜角为20～50°。

所述的螺旋结构的折流板5上至少设有与换热管束4中的换热管8的数量相等的通孔。

所述的换热管束4中的换热管8包括碳钢、不锈钢、镍铜合金、纯钛或钛合金的管体，在管体的管内壁上设有小波纹，管外壁上设有螺旋状圆弧凹槽。

所述的换热管束4中的换热管8的管内壁沿轴线方向设有直线形或螺旋形的凹槽，该凹槽的截面形状为长方形、正方形或锯齿形，管外壁或为光管或为波纹结构或为螺纹结构。

本实用新型的有益效果：

a)壳程压力损失小、传热系数高

螺旋折流板式换热器和传统弓型折流板换热器唯一的区别就是折流板在壳体中的结构形式的改变。螺旋折流板列管换热器突破了壳程介质“Z”形折返的传统方式，由若干块四分之一壳程横截面的扇形平面板相间连成成螺旋状折流板或将一片或数片板加工成圆环，沿零度方向裁开通过具压制成一个周期的连续螺旋曲面，介质自壳体进口向出口螺旋推进(见图二)。介质在壳体内连续平稳旋转流动，避免了大斜度折返带来的严重压力损失，介质流速就能被提高很多，大的Re值对膜传热系数的提高十分有利；同时由于折流板的螺旋状结构，使得介质流形成一个旋涡，从圆心到半径方向存在较大的速度梯度，这个速度梯度场能在管子表面产生湍流，使边界层减薄，更有利于膜传热系数的提高。

b)管程传热系数高，总传热系数大大提高

高效换热管束的换热管为内波外螺纹管、波纹管、槽道管、螺纹管及高热通量管等结构，用以进行管程介质强化传热。实现了冷热介质两个传热界面的强化，换热器的总传热系数大大提高。

c)能有效防止振动损坏，有利于设备的大型化。

由于连续的螺旋支撑，减少了管束跨距，提高了管子的固有频率，避开了流体的激振频率，从而消除了产生共振的的可能性，避免了振动引起的破坏，延长了设备运行寿命，降低了设备维修费用。

d)能减少污垢沉积，保持总传热系数稳定，延长清洗周期，一般可延长50％-100％使用周期，减少相应的检修、清洗费用。

流体螺旋运动的有效冲刷作用，可减少污垢沉积，热阻小，可使换热器一直处于高效状态运行，达到节能目的。

e)应用范围广，适合各种介质中使用，特别是在高粘介质，包括高粘度原油、渣油中使用效果更佳。

f)安装、更换方便，与本实用新型的换热器与传统换热器的区别仅在于壳程折流板和换热管结构的改变，管束和壳体配合尺寸均可保持不变，可以自如地插入到原换热器壳体中，不需要更换壳体，更不需要改变配管和安装位置，可节省大量检修改造费用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的螺旋折流板的结构示意图。

图3是本实用新型的部分换热管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1、2、3所示。

一种螺旋折流板高效换热器，包括壳体1，壳体1上分别设有进口2和出口3，壳体1中的高效换热管束4通过折流板5固定在壳体1中，壳体1的二端设有管箱6、管箱7，如图1所示，螺旋形折流板5上设有与换热管束4数量相等的通孔，如图2所示。

具体实施时，折流板5可为连续螺旋结构，也可为非连续螺旋结构。此外，换热管束4中的换热管既可为内波外螺纹管8、波纹管、槽道管、螺纹管及高热通量管等结构高效换热管，它包括碳钢、不锈钢、镍铜合金、纯钛或钛合金的管体，在管体的管内壁上设有小波纹，管外壁上设有螺旋状圆弧凹槽，如图3所示。

本实用新型的螺旋折流板高效换热器突破了壳程介质流横向垂直和管子相切的传统观念。由若干块四分之一壳体横截面的扇形折流板呈螺旋状自进口处向出口处推进，这样介质在整个壳体中连续、平稳、旋转着流动，避免了大角度折返带来的严重压力损失，减少了能耗。同时由于折流板呈螺旋分布使壳体介质流产生漩涡，从圆心到半径方向存在较大速度梯度，这个梯度场能使介质在管子表面产生湍流，使边界层减薄，提高膜传热系数。换热管为内波外螺纹管、波纹管、槽道管、螺纹管及高热通量管等结构，大大提高了介质的紊流强度，不断改变了流体的流速和流动方向，破坏了层流底层，从管壁表面到主流之间的温度梯度被破坏或消除，大大提高了管内外的传热系数，而且在较低流速下，即可达到紊流状态。总传热系数比普通换热器提高2-10倍。

由于管内流体紊流和管外流体螺旋运动，减少了污垢沉积，可使热阻变小，同时可大幅减少停工清洗次数。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同。

Claims (6)

1、一种螺旋折流板高效换热器，包括壳体(1)，壳体(1)上分别设有进口(2)和出口(3)，壳体(1)中的高效换热管束(4)通过折流板(5)固定在壳体(1)中，壳体(1)的二端设有管箱(6)、管箱(7)，其特征是所述的用以进行壳程介质强化传热的折流板(5)为螺旋结构，用以进行管程介质强化传热的高效换热管束(4)的换热管(8)为内波外螺纹管、波纹管、槽道管、螺纹管或高热通量管。

2、根据权利要求1所述的螺旋折流板高效换热器，其特征是所述的折流板(5)为连续螺旋结构，螺旋折流板的倾斜角为20°～50°。

3、根据权利要求1所述的螺旋折流板高效换热器，其特征是所述的折流板(5)为非连续螺旋结构，螺旋折流板的倾斜角为20°～50°。

4、根据权利要求1、2或3所述的螺旋折流板高效换热器，其特征是所述的螺旋结构的折流板(5)上至少设有与换热管束(4)中的换热管(8)的数量相等的通孔。

5、根据权利要求1所述的螺旋折流板高效换热器，其特征是所述的换热管束(4)中的换热管(8)包括碳钢、不锈钢、镍铜合金、纯钛或钛合金的管体，在管体的管内壁上设有小波纹，管外壁上设有螺旋状圆弧凹槽。

6、根据权利要求1所述的螺旋折流板高效换热器，其特征是所述的换热管束(4)中的换热管(8)的管内壁沿轴线方向设有直线形或螺旋形的凹槽，该凹槽的截面形状为长方形、正方形或锯齿形，管外壁或为光管或为波纹结构或为螺纹结构。