[發明專利]一種石墨塊孔式換熱器

無效

• 申請號: 201210301239.3
• 申請日: 2012-08-16
• 公開（公告）號: CN103591821A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 高曉紅;孫志欽;黃進煥
• 申請（專利權）人: 中國石油化工集團公司;中石化洛陽工程有限公司
• 主分類號: F28D17/02
• 分類號: F28D17/02;F28F7/02
• 代理公司: 鄭州中民專利代理有限公司 41110
• 代理人: 郭中民

技術領域

本發明屬于領域石油化工換熱器領域，特別涉及一種石墨換熱器。

背景技術

石墨換熱器以其耐腐蝕性能優異，結構比金屬換熱器合理以及石墨材料導熱性能遠高于不銹鋼和碳鋼而在石油化工、冶金、農藥等行業得到了日益廣泛的應用。目前的塊孔石墨換熱器，從結構類型看，主要有圓塊孔式與方塊孔式兩種。

塊孔式石墨換熱器由若干塊沿軸向與徑向開有一些小孔的園柱體或長方體型石墨塊，即換熱塊重迭而成，每兩塊換熱塊之間墊有密封墊圈以保證軸向、徑向兩組流道內的流體互相不滲漏。此外，再配以鋼制外殼、封頭及連接用拉桿，即組成一臺基本完整的圓塊孔式或方塊孔式石墨換熱器。冷熱兩種流體分別流經每一換熱塊的軸向與徑向流道，通過換熱塊進行熱量的交換與傳遞。

目前的塊孔式石墨換熱器的換熱流道一般是通過鉆削加工形成的圓孔直通式流道。這種圓孔直通式流道的特點是加工方便，缺點是傳熱面積較小，傳熱系數較低。

文獻《炭素》1998年02期“變徑流道型塊孔式石墨換熱器的開發與設計”介紹了一種塊孔式石墨換熱器。文中介紹了三種變徑流道型塊孔式石墨換熱器的傳熱計算。其目的是提高流體傳熱系數。但這種變徑流道的缺點是僅能通過提高流體在流道中的湍流性能，并不能提高流道的傳熱面積。因此，其傳熱系數的提高有限。

發明內容

本發明的目的是提供一種帶內擴展表面流道的石墨塊孔式換熱器，以解決現有石墨塊孔式換熱器直通圓孔式流道傳熱面積小，換熱系數低的缺點。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：把塊狀石墨換熱器的流道通過鉆削和拉削的工藝組合加工成帶內擴展表面的流道。這種帶內擴展表面流道的石墨塊孔式換熱器，增加了流道的傳熱面積，提高了對流體的擾動，強化了石墨塊孔式換熱器的傳熱性能。

本發明的帶內擴展表面流道的石墨塊孔式換熱器主要有：出口過渡段、上封頭、連接拉桿、塊孔石墨傳熱單元、密封墊片、進口過渡段、下封頭、密封環和橫向拉桿組成。所述上封頭和塊孔石墨傳熱單元的頂面之間布置有密封墊片，下封頭和塊孔石墨傳熱單元的底面之間也布置有密封墊片，上、下封頭和塊孔石墨傳熱單元通過連接拉桿連接在一起，形成上下連通的傳熱通道。出口過渡段與塊孔石墨傳熱單元的左面之間設置有密封環，進口過渡段與塊孔石墨傳熱單元之間也設置有密封環。出口過渡段、塊孔石墨傳熱單元以及進口過渡段之間通過橫向拉桿連接在一起，形成左右連通的傳熱通道。這樣當石墨塊孔式換熱器內一種介質左右流動時，就可以與上下流動的另一種介質進行熱交換。

本發明的帶擴展內表面的石墨塊孔式換熱器，其進一步特征在于：所述塊孔石墨傳熱單元是一個長方體石墨塊，在石墨塊上加工有若干排相互垂直間距一定的橫向和縱向通孔，根據換熱介質情況，所述通孔為帶內擴展表面流道的孔或部分通孔為光滑圓孔，部分通孔為帶內擴展表面流道的孔。

本發明的帶擴展內表面的石墨塊孔式換熱器，其進一步特征在于：當所述石墨換熱器一側為液體，一側為氣體時，可在氣體側選用帶內擴展表面流道的通孔，；當石墨換熱器兩側均為氣體時，可選用兩側都帶內擴展表面流道的通孔。

當通孔為光滑圓孔時，孔徑d1一般為15～30mm，排間距L1一般為40～70mm，孔間距L2為20～35mm。當通孔為帶內擴展表面流道的孔時，孔徑d2一般為15～30mm，孔間距L4為20～35mm，排間距L3一般為40～70mm。

帶內擴展表面流道的孔的加工工藝為：首先加工出長方體石墨塊，然后在長方體石墨塊的面上鉆出直徑為d3的通孔，d3一般為8～20mm；然后用專用拉刀在直徑為d3的通孔內拉削成為帶內擴展表面流道的直徑為d2的通孔。專用拉刀如附圖6所示，它由夾頭、拉桿和逐級擴大的刀齒組成。一般拉桿的長度C2是石墨塊孔的長度L+20mm，刀齒的厚度C3一般是8～15mm；齒間距C4一般為15～40mm；第一齒的外徑Φ1通常是d3+0.4mm～d3+1mm，下一個刀齒的外徑是Φ1+0.4mm～Φ1+1mm；最后一個刀齒的外徑Φ2與d2相等。拉削時，先把專用拉刀穿入已鉆好的孔中，然后夾緊拉刀，通過拉刀的逐級拉削，使石墨塊孔流道的內擴展面最終形成。

帶內擴展表面流道的通孔的直徑d2一般為15～30mm，直徑為d3的通孔與加工后帶內擴展表面的通孔的擴展面的角度θ一般為8～16°，擴展面的數量n一般為4～12個，可提高傳熱面積1.5～4倍。

本發明的帶擴展內表面的石墨塊孔式換熱器，其進一步特征在于：所述密封環一般為聚四氟乙烯板或聚四氟乙烯膨脹帶。