[發(fā)明專利]一種傳熱管

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210426111.X
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN103791752A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王國清;張利軍;劉俊杰;周先鋒;杜志國;張永剛;張兆斌;周叢
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司北京化工研究院
• 主分類號: F28F1/40
• 分類號: F28F1/40
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇;王鳳桐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種傳熱管，該傳熱管特別適用于加熱爐，尤其是生產(chǎn)乙烯的裂解爐。

背景技術(shù)

傳熱過程的傅立葉定理如下式（1）所示，其中q為傳熱量，A為傳熱面積，k為傳熱系數(shù)，t/y為溫度梯度，

qA=-kdtdy---(1)]]>

以石油化學(xué)工業(yè)中的加熱爐為例，在傳熱面積（由加熱爐的能力決定）和溫度梯度（由爐管材質(zhì)和燃燒器的能力決定）確定的情況下，唯一能夠提高單位面積傳熱量的方法就是提高傳熱系數(shù)。傳熱系數(shù)k是由主流體的熱阻、邊界層的熱阻決定的，按照普蘭特邊界層流動理論，當(dāng)實(shí)際流體沿固體壁面流動時，緊貼在壁面的一層極薄的流體，將附著在壁面不滑脫，即靠近壁面的流體的流速為零，在流體流動主體和壁面之間存在一個流動邊界層，這個邊界層雖然很薄，但實(shí)際情況已經(jīng)證明，它的傳熱阻力卻非常大。熱量通過流動邊界層后，就可以迅速傳遞到主體物流中心，因此，通過某種方式減薄邊界層，將有效地增加傳熱量。

CN1121996A公開了一種生產(chǎn)乙烯的方法，該方法是在裂解爐管中沿爐管的軸向從爐管的入口端到出口端設(shè)置一個或多個區(qū)域或全部區(qū)域管壁內(nèi)表面上的肋片，肋片由沿管的軸向在管壁內(nèi)表面上的螺旋延伸的突起形成，肋片的方向與管的中心線相交并具有適當(dāng)?shù)墓?jié)距。該發(fā)明通過管壁內(nèi)表面上的螺旋形突起來達(dá)到攪動流體的目的，從而達(dá)到更大的紊流，在傳熱的同時盡量降低壓降的損失。該發(fā)明中，肋片為沿管得軸向在管壁表面上螺旋延伸的螺旋突起形成，或各肋片圍繞管中心線在管壁表面上周向衍生的環(huán)形突起。很明顯，隨著爐管使用時間的增加，爐管內(nèi)表的結(jié)焦將會使得螺旋形突起的作用越來越弱，無法延續(xù)傳熱的目的。

CN1711340A公開了一種用于生產(chǎn)乙烯的裂解爐中的裂化管，具有形成在其內(nèi)表面上且相對于管的中心線傾斜的用于攪拌管內(nèi)部流體的翅片，所述的翅片離散布置在一個或者多個螺旋軌跡上。這種結(jié)構(gòu)的爐管能夠抑制爐管的壓力損失，但其傳熱過程的效果同樣也受到損失。

CN1260469A公開了一種能傳熱過程的熱交換管，該熱交換管是采用真空冶煉熔模精鑄技術(shù)制造的扭曲片和圓管集成一體的爐管，其目的是改善傳熱效果，減小結(jié)焦傾向，而且使用性能穩(wěn)定可靠，工作壽命長。該發(fā)明中，扭曲片為強(qiáng)化傳熱元件的內(nèi)徑繞其中心線旋轉(zhuǎn)的同時沿中心線上下平移而經(jīng)過的軌跡曲面。采用上述形狀的扭曲片，在流體通過扭曲片的時候，由于扭曲片的面積較大，流體通過強(qiáng)化傳熱元件的壓降仍較大。對于管式加熱爐而言，壓降越低，更有利于節(jié)約能量。對于裂解爐來說，壓降的降低將有利于裂解反應(yīng)的選擇性的提高，從而提高目的產(chǎn)品如乙烯丙烯的收率。

因此，如何進(jìn)一步在提高傳熱效果的同時降低強(qiáng)化傳熱元件的壓降是強(qiáng)化傳熱元件的重要研究方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的傳熱管在提高傳熱效果的同時引起的壓降仍比較大的缺點(diǎn)，提供一種提高傳熱效果的同時盡最大程度降低流體壓降的傳熱管。

本發(fā)明的發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)，包括扭曲片的傳熱管在流體經(jīng)過時，靠近管中心流體的流線發(fā)生改變的較少，而靠近管壁的流體的流線發(fā)生較大改變，為螺旋形流線，正是該部分螺旋形流線為傳熱過程起到了關(guān)鍵的作用，因此，只需要改變靠近管壁附近的流體的流線的流向，使其產(chǎn)生擾流，就可以有效地傳熱管的傳熱效果。即，當(dāng)扭曲片為傳熱管的內(nèi)徑繞其中心線旋轉(zhuǎn)的同時沿中心線上下平移而經(jīng)過的軌跡曲面時，去除部分扭曲，可以減小扭曲片對流過的流體產(chǎn)生的阻力，從而可以減小壓降損失；同時，存留在管壁附近的扭曲片仍可使流過的流體產(chǎn)生擾流，強(qiáng)化傳熱，從而可以得到兼具較小的壓降損失和較大的傳熱效果的傳熱管。再者，本發(fā)明提供的傳熱管，物流在扭曲片處產(chǎn)生大的擾動，當(dāng)用于毫秒爐中時，很大程度可以減小結(jié)焦。基于此發(fā)現(xiàn)，完成了本發(fā)明。

本發(fā)明提供一種傳熱管10，該傳熱管10中設(shè)置有扭曲片1，其中，該扭曲片1具有沿所述傳熱管10的軸向方向從所述扭曲片的上側(cè)邊至下側(cè)邊貫穿形成的豎孔。

優(yōu)選地，該豎孔呈軸對稱，所述豎孔的中心線與所述傳熱管10的中心線重合。