[發(fā)明專利]螺旋折流板支撐丁胞管束換熱器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710018994.X
• 申請日: 2007-11-02
• 公開（公告）號: CN101162131A
• 公開（公告）日: 2008-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何雅玲;雷勇剛;李瑞;楚攀
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: F28D7/10
• 分類號: F28D7/10;F28F9/02;F28F9/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 張震國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于換熱強(qiáng)化和換熱器領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于石油化工、能源動力等行業(yè)的螺旋折流板支撐丁胞管束換熱器。

背景技術(shù)

管殼式換熱器是在石油化工、能源動力等行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的一種換熱設(shè)備，約占世界換熱器市場總分額的37％，在石油化工領(lǐng)域高達(dá)70％的份額。管殼式換熱器分為管側(cè)和殼側(cè)兩部分，通過管壁進(jìn)行熱量交換，在其殼側(cè)設(shè)置有折流板來支撐換熱管，并強(qiáng)迫流體改變流動方式從而強(qiáng)化傳熱。工業(yè)中普遍采用的是垂直弓形折流板的結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)形式存在很多弊端，主要表現(xiàn)為：(1)由于流體方向多次改變以及在垂直折流板處的突然轉(zhuǎn)向，引起過高的流動阻力；(2)在折流板背風(fēng)處存在較大的流動死區(qū)，使得無法有效利用傳熱面，降低了換熱效率；(3)對于含有雜質(zhì)的流體，由于流動死區(qū)的存在，極易結(jié)垢，從而縮短使用周期；(4)殼側(cè)強(qiáng)烈的流體橫向沖刷管束，容易誘發(fā)管束振動，致使換熱器失效。

為了克服傳統(tǒng)單弓形螺旋折流板結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，各種新型的殼側(cè)折流板結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。螺旋折流板的結(jié)構(gòu)形式是20世紀(jì)80年代首先由捷克科學(xué)家提出的新型結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)可以有效地降低殼側(cè)壓降。現(xiàn)有的螺旋折流板換熱器為光管和螺旋折流板結(jié)合的形式，該結(jié)構(gòu)形式仍存在有不足之處。對螺旋折流板單周期的數(shù)值模擬的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，螺旋折流板殼側(cè)并非理想的螺旋流動，在兩塊折流板間存在有三角泄漏區(qū)，螺旋角較小時在折流板背風(fēng)處有明顯的流動低速區(qū)。且在具有相同的殼徑、相同的換熱管數(shù)量和布置形式的情況下，螺旋折流板換熱器的阻力大大低于傳統(tǒng)弓形折流板換熱器；相同壓降下的換熱系數(shù)大大高于傳統(tǒng)弓形折流板換熱器；然而，相同的殼側(cè)流量條件下，其換熱系數(shù)低于傳統(tǒng)弓形折流板換熱器。以折流板傾角為20度的光管束螺旋折流板換熱器為例，殼側(cè)換熱系數(shù)在相同壓降下比傳統(tǒng)弓形折流板換熱器提高了30％～60％；而在相同流量下是傳統(tǒng)弓形折流板換熱器的70％。這意味著：光管束螺旋折流板換熱器最大的優(yōu)點(diǎn)是相同殼側(cè)壓降下具有較高的換熱特性，適用于殼程流體流量大的場合。但是，實(shí)際工程應(yīng)用中殼側(cè)流量往往有限，致使換熱器換熱能力下降，不能滿足需求，特別是在原有弓形換熱器的改造工程中，殼側(cè)流量不能很高，且換熱器占地面積也不能太大，光管束螺旋折流板換熱器難以滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種即能夠降低阻力又能夠提高換熱效率，從而實(shí)現(xiàn)換熱器高效低阻目的的螺旋折流板支撐丁胞管束換熱器。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：包括殼體以及設(shè)置在殼體兩側(cè)的前管箱和后管箱，其特點(diǎn)是，前管箱及后管箱與殼體之間分別設(shè)置有前管板及后管板，該前管板及后管板將前管箱、殼體及后管箱分成三個空腔，在前管箱內(nèi)設(shè)置有管箱隔板，在管箱隔板的上、下兩側(cè)分別開設(shè)有管程出口和管程進(jìn)口，殼體的上、下兩側(cè)分別開設(shè)有殼程出口和殼程進(jìn)口，在殼體及后管箱內(nèi)還設(shè)置有丁胞型強(qiáng)化換熱管束，該丁胞型強(qiáng)化換熱管束的兩端分別固定在前、后管板上且分別與前管箱上開設(shè)的管側(cè)進(jìn)口及管側(cè)出口相連通，且在該丁胞型強(qiáng)化換熱管束上還設(shè)置有若干組螺旋折流板。

本發(fā)明的螺旋折流板為1/4扇形折流板，一個螺旋周期由四塊螺旋折流板組成，相鄰兩塊螺旋折流板采用連續(xù)或交錯搭接；丁胞型強(qiáng)化換熱管與殼體的中心軸線平行，兩端分別與前、后管板垂直連接；丁胞型強(qiáng)化換熱管束的丁胞為半球形；殼體內(nèi)設(shè)置有與前、后管板垂直的拉桿，且在拉桿上套裝有定距管，該定距管的兩端分別與螺旋折流板連接；丁胞型強(qiáng)化傳熱管的丁胞高度與直徑之比為0.2-0.5，丁胞間距與管徑比為0.5-1；螺旋折流板的螺旋傾角α為：10°＜α＜50°；前、后管板分別與殼體的端部法蘭盤及前、后管箱的管箱法蘭盤相連接，且在其之間還分別設(shè)置有密封墊。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：本發(fā)明換熱器采用丁胞型強(qiáng)化換熱管，使得換熱管近壁面的邊界層進(jìn)一步減薄，換熱器殼側(cè)和管內(nèi)流體的擾動增強(qiáng)，從而增強(qiáng)了換熱器的換熱。換熱器殼側(cè)采用螺旋折流板，一方面避免了殼側(cè)流體突然轉(zhuǎn)向而引起的較大的形體阻力損失；另一方面流體斜向沖刷管束，減小了殼側(cè)外掠管束的阻力；同時也減小和部分消除了殼側(cè)流動死區(qū)，因此本發(fā)明換熱器殼側(cè)阻力損失大大降低。本發(fā)明換熱器殼側(cè)綜合性能良好，即相同壓降下的殼側(cè)換熱系數(shù)高，同時滿足換熱系數(shù)高、阻力低的特點(diǎn)，是一種高效低阻的高效換熱器。本發(fā)明特別適合于殼側(cè)為高粘性流體、殼側(cè)流量有限，且要求保證具有較高換熱系數(shù)的場合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；