壳程均流螺旋支撑纵流式换热器

摘要

本发明公开一种壳程均流螺旋支撑纵流式换热器，包括壳体、均流板、螺旋支撑换热管、定距杆、管箱、管程进出口管及壳程进出口管；所述均流板共有两块，分别安装于壳体内的进出口段，既作为管束支撑，又对壳程进出口段流体产生均布和导流作用，使壳程流体沿管束中心线方向做纵向流动，同时还能减少管束与壳体间的泄漏流；所述螺旋支撑换热管是其外表面缠绕螺旋支撑条的光滑管，换热管之间靠螺旋支撑条相互支撑，同时螺旋支撑条对壳程流体具有扰流作用，以强化壳程流体对流换热，整个换热管束的中间部分不装任何支撑板，以降低壳程流体的流动阻力。换热器壳程进出口管与壳体采用切向设置。该换热器结构简单，可广泛应用于各工业部门。

说明书

技术领域

本发明涉及一种管壳式换热器，尤其涉及一种壳程均流螺旋支撑纵流式换热器。

背景技术

换热器在工业生产过程中是保证生产正常运行、回收余热和节约能源的关键设备，并且在金属消耗、动力消耗和投资方面在整个工程中占有较大份额。在现代化工及石化企业中换热器重量约占设备总重的30～40％，维修工作量占总维修工作量的50％以上。可见，换热器的高效设计和良好运行对工业生产节约资金、能源和空间都十分重要，在能源日趋短缺的今天更具有显著的经济效益和社会效益。

管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适用性、选材广、成本低等优点，在化工、石化、轻工、食品、能源和动力等行业部门广泛应用。随着强化传热技术的发展，管壳式换热器的综合性能不断提高。传统的管壳式换热器采用光滑圆管和单弓型折流板支撑结构，流体在壳程做垂直于管轴向的横向流动，在折流板前后区域存在较大的流动和传热死区，使得换热器的整体换热效率降低、流动阻力增大，并且在大雷诺数下常发生流体诱导振动而导致换热器失效。为了弥补上述缺陷，目前国内外已开发出折流杆、空心环和螺旋折流板等新型管束支撑，以及横纹管、螺旋槽管、波节管、缩放管、螺旋扁管等新型换热管，但这些新型结构都有一定的适应范围和条件。为了充分利用换热器壳程进出口段的换热面积，已设计出外导流筒、内导流筒及变截面导流筒等，但导流筒结构复杂，生产时工作量增加，加工难度增大，且壳程的承压能力有所降低。因此，管壳式换热器的结构和性能有待进一步完善和提高，尤其是充分利用壳程进出口段的换热面积，简化壳程中管束支撑结构，提高壳程的对流换热系数，降低壳程流体流动阻力。

发明内容

本发明的目的是克服传统管壳式换热器的技术缺陷，提供一种结构简单、强化换热效率高、流体流动阻力小的壳程均流螺旋支撑纵流式换热器。

本发明采用如下技术方案：一种壳程均流螺旋支撑纵流式换热器，包括壳体、均流板、螺旋支撑换热管、定距杆、管箱、管程进出口管及壳程进出口管；所述均流板共有两块，分别安装于壳体内的进出口段；所述螺旋支撑换热管是其外表面同向或反向缠绕螺旋支撑条的光滑管，换热管之间靠螺旋支撑条相互支撑。

所述均流板为整圆形孔板，其外径略小于壳体内径1～2mm，采用定距杆固定在壳体内。

不论换热管束采用三角形布管还是正方形布管，均流板的所有槽孔均沿着管心线的同一方向，且槽孔中心线均为水平方向，槽孔的宽度等于换热管外径。

所述螺旋支撑换热管上缠绕的螺旋支撑条，其高度为管间距，其螺旋角设计时可根据壳程流体流量进行调整，一般螺旋角的范围在30～60°。

所述螺旋支撑换热管位于壳程进出口段的部分不装螺旋支撑条，整个换热管束的中间部分不装任何支撑板。

壳程进出口管与壳体采用切向设置，即壳程进出口管的外侧母线均与壳体外壁面相切。

本发明采用上述技术方案后，与现有技术相比具有以下有益效果：一是换热器壳体内的进出口段分别安装一块均流板，对壳程进出口段流体产生均布和导流作用，同时还能减少管束与壳体间的泄漏流；二是均流板的所有槽孔均沿着管中心线同一方向，槽孔中心线为水平方向，槽孔的宽度等于换热管外径，使壳程流体在均流板处从换热管的两侧流过，并沿管束中心线方向做纵向流动，同时均流板对管束还具有支撑作用；三是所述螺旋支撑换热管靠螺旋支撑条相互支撑，螺旋支撑条能使壳程流体沿每根换热管表面做螺旋流动，增强了流体在管壁周围的扰动，能有效强化壳程流体对流换热；四是整个换热管束中间部分不装任何支撑板，能有效降低壳程流体流动阻力；五是壳程进出口管与壳体采用切向设置，有利于壳程进出口段流体混合均匀并与该处换热管充分换热。

附图说明

图1是壳程均流螺旋支撑纵流式换热器结构示意图；

图2是三角形布管时均流板的结构示意图；

图3是正方形布管时均流板的结构示意图；

图4是螺旋支撑换热管的三维结构示意图。

图例说明：1-壳体；2-自支撑换热管；3-均流板；4-定距杆；5-管板；6-管箱；7-壳程进口管；8-壳程出口管；9-管程进口管；10-管程出口管；11-光滑管；12-螺旋支撑条。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明壳程均流螺旋支撑纵流式换热器的实施方式。

壳程均流螺旋支撑纵流式换热器，包括壳体、均流板、螺旋支撑换热管、定距杆、管箱、管程进出口管及壳程进出口管。所述均流板为整圆形孔板，其外径略小于壳体内径1～2mm，均流板的槽孔中心线均为水平方向，槽孔的宽度等于换热管外径；所述螺旋支撑换热管是在光滑管外表面同向或反向缠绕螺旋支撑条，其高度为管间距，其螺旋角设计时可根据壳程流体流量进行调整，一般螺旋角的范围在30～60°；所述螺旋支撑换热管位于壳程进出口段的部分不装螺旋支撑条，以便于安装均流板及与管板联接。壳程进出口管与壳体采用切向设置。

换热器组装时，先用至少四根定距杆把壳程流体进口端的均流板与管板固定，然后将均流板置入壳体内，并把管板与壳体焊接在一起；接着从壳体的另一端由下部往上部一层层穿管，换热管之间靠螺旋支撑条相互支撑，并通过壳程流体出口端的均流板对换热管进行端部支撑；穿管完成后，安装另一块管板，并把换热管一根一根导入该管板，然后把该管板与壳体进行焊接；最后通过法兰连接安装壳体的两端管箱。

上述螺旋支撑换热管也可更换为波节管、缩放管、螺旋扁管等自支撑管，但所有换热管位于壳程进出口段的部分应为光滑直管，以便于安装均流板及与管板联接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。