[發(fā)明專利]傳熱管外流體多股螺旋流殼管式換熱器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910023897.9
• 申請日: 2009-09-11
• 公開（公告）號: CN101650140A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳峰
• 申請（專利權(quán)）人: 西安石油大學(xué)
• 主分類號: F28D7/16
• 分類號: F28D7/16;F28F1/42;F28F3/02
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所
• 代理人: 譚文琰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種殼管式換熱器，尤其是涉及一種傳熱管外流體多股螺旋流殼管式換熱器。

背景技術(shù)

在煉油、化工、環(huán)保、能源、電力等工業(yè)中，換熱器是一種重要的單元設(shè)備，通常在化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的10-20％；尤其在煉油廠的建設(shè)中，換熱器約占全部工藝設(shè)備投資的35-40％。其中，管殼式換熱器又占世界換熱器市場總額的37％。在管殼式換熱器中，一種流體在管內(nèi)流動，另一種流體在殼側(cè)流動，并通過管子進(jìn)行熱量交換。同時，殼側(cè)布置有折流板，折流板為管子提供支撐，同時還使流體按特定的通道流動以改善其傳熱特性。

傳統(tǒng)弓型折流板存在很多問題：①弓型折流板使流體垂直沖擊殼體壁面，造成較大的沿程壓降；②折流板與殼體壁面相接處產(chǎn)生流動滯止死區(qū)，降低了換熱效率，且容易結(jié)垢；③折流板與殼體壁面之間及傳熱管與折流板之間存在漏流，使殼側(cè)存在較大的旁路流動，而旁流及漏流降低了有效橫掠管束的質(zhì)量流量，故減小了殼側(cè)的換熱效率；④高流速流體橫掠傳熱管束會誘導(dǎo)傳熱管的振動，縮短了換熱器的壽命。

現(xiàn)有的場協(xié)同強(qiáng)化傳熱理論指出，獲得高的對流傳熱系數(shù)的主要途徑有兩種：(1)提高流體速度場和溫度場的均勻性；(2)改變速度矢量和熱流矢量的夾角，使兩矢量的方向盡量一致。因此，當(dāng)速度矢量方向與熱流矢量方向方向相反并在統(tǒng)一直線上時(方向相反時為流體被加熱程度最強(qiáng)；方向相同時為被流體冷卻程度最強(qiáng))，此時的對流傳熱協(xié)同性最好，傳熱系數(shù)最大，即在對流傳熱過程中，流體以一定的方式垂直沖刷或接近垂直沖刷固體壁面時(設(shè)法使得流速矢量與熱流密度矢量在同一直線上)，能夠有效地提高對流傳熱系數(shù)，極端的例子為射流沖擊，具有很強(qiáng)的傳熱效果，但同時流動阻力也達(dá)到了最大。基于場協(xié)同思想，考慮到強(qiáng)化傳熱的同時能夠有效減少流動阻力的增加，應(yīng)當(dāng)設(shè)法找到一種流動方式，實現(xiàn)對流傳熱場協(xié)同的效果最佳。流體的螺旋式運(yùn)動能夠較好地解決以上問題，實現(xiàn)流動以一定的角度周期性地沖刷固體壁面，強(qiáng)化對流傳熱，同時又能夠有效降低其流動阻力的增加。

20世紀(jì)60年代，基于對殼管式換熱器殼側(cè)流體流動形式的改進(jìn)，已有學(xué)者提出了螺旋折流板換熱器的思想。螺旋折流板換熱器是將折流板布置成近似的螺旋面，使換熱器中的殼側(cè)流體呈連續(xù)的螺旋狀流動，以實現(xiàn)有效地降低殼側(cè)的流動阻力及強(qiáng)化傳熱的目的。此外，在實現(xiàn)換熱器的高效節(jié)能問題中開發(fā)出新型高效的強(qiáng)化傳熱元件同樣關(guān)鍵，強(qiáng)化傳熱元件的研究是新型高效換熱設(shè)備設(shè)計制造的基礎(chǔ)。因此，合理設(shè)計開發(fā)新型高效換熱器，同時實現(xiàn)殼管式換熱殼側(cè)及管側(cè)傳熱強(qiáng)化，又能有效降低流阻及結(jié)垢現(xiàn)象，提高換熱器的整體換熱性能對于節(jié)能降耗具有重要意義。

然而，現(xiàn)有的螺旋折流板所采用的大都是不連續(xù)的近似螺旋曲面。非連續(xù)螺旋折流板換熱器的折流板一般是由兩塊至四塊扇形平板組成，結(jié)果往往與真實的螺旋曲面相去甚遠(yuǎn)，兩塊扇形折流板搭接處一般存在三角區(qū)，有嚴(yán)重的漏流問題，導(dǎo)致?lián)Q熱器殼側(cè)流動阻力增加，也影響換熱器的換熱性能。針對以上問題，已有相關(guān)專利給予解決，提出了連續(xù)螺旋折流板換熱器的設(shè)計構(gòu)想，但其加工工藝具有一定的難度，整體式連續(xù)螺旋折流板換熱器的拆卸和清洗同樣具有一定的難度。此外，由于連續(xù)螺旋折流板的導(dǎo)流，殼側(cè)流體進(jìn)行著整體式螺旋運(yùn)動，從而導(dǎo)致其殼側(cè)流體內(nèi)部的相互摻混作用并不強(qiáng)烈，其殼側(cè)流體的對流傳熱還有待于進(jìn)一步改善，因此，有必要設(shè)計一種新型的殼管式換熱器，在保持殼側(cè)流體連續(xù)螺旋式運(yùn)動的基礎(chǔ)上，使其易于拆卸清洗，并為了保證管內(nèi)外流體都具備高效低阻的綜合傳熱特性，管內(nèi)流體也有必要實現(xiàn)縱向螺旋式流動。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種傳熱管外流體多股螺旋流殼管式換熱器，其結(jié)構(gòu)簡單合理且使用操作方便，在優(yōu)化傳熱管內(nèi)外流體的綜合傳熱性能的同時，又能有效降低傳熱管內(nèi)外的流阻及結(jié)垢現(xiàn)象。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種傳熱管外流體多股螺旋流殼管式換熱器，包括通過左右兩端封頭進(jìn)行密封的殼體、設(shè)置在殼體側(cè)壁上的殼程進(jìn)口和殼程出口、分別位于殼體內(nèi)部兩端的兩個管板、設(shè)置在所述封頭上的管程進(jìn)口和管程出口以及由多個平行安裝在兩個管板間的傳熱管組成的傳熱管束，所述管板上開有多個供傳熱管安裝的通孔；所述傳熱管包括同心穿套的外管和芯管以及在二者間繞管芯環(huán)繞嵌設(shè)的內(nèi)翅片，所述傳熱管與管程進(jìn)口和管程出口連通組成管內(nèi)流通通道，其特征在于：所述傳熱管外設(shè)置有縱向螺旋外翅片，所述縱向螺旋外翅片與殼程進(jìn)口和殼程出口連通組成螺旋式殼側(cè)流通通道。

所述多個傳熱管外所設(shè)置的縱向螺旋外翅片為正對排列或交錯排列。