[發明專利]管殼式換熱器

在審

• 申請號: 201410287039.6
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN105202950A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: 曾力丁;張顯程;張慧
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: F28D7/08
• 分類號: F28D7/08
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 余化鵬

技術領域

本發明涉及換熱器制造技術領域，具體涉及一種用于石化、電力、冶金等行業的管殼式換熱器。

背景技術

管殼式換熱器作為一種傳統的換熱器結構形式，具有結構簡單、制造成本低、維護方便、適用性強、安全性高、選材范圍廣、處理能力大等特點。在管殼式換熱器中，傳統的折流板管殼式換熱器一直占據著主導地位。如圖1所示，該折流板管殼式換熱器包括固定于支座1′上的殼體2′、設于該殼體2′內的換熱管4′、設于該殼體2′兩端的封頭3′和設于該殼體2′與該封頭之間的管板5′，該封頭設有管層流體進口31′和管層流體出口32′，該殼體2′上設有殼層流體進口21′和殼層流體出口22′，該管板5′上設有若干等直徑的圓形的換熱管4′，殼程通過加設弓形折流板6′來達到支撐管束和增強殼程流體擾動。

但該折流板管殼式換熱器存在以下幾個技術問題：

(1)流體在殼程做“Z”型折流運動，流動阻力大，同時在弓形折流板與殼體連接處，流體會形成漩渦而停滯不前，形成約占總換熱面積20～30％的流動“死區7′”，導致換熱面積得不到充分利用，降低了換熱效率，而且還會引起污垢的沉積、結垢和腐蝕；

(2)流體反復橫向掠過管束，又不斷地改變流動方向，流動阻力大，增大了流體輸送功耗；

(3)流體橫向沖刷管束，易引起管束振動，造成管壁與折流板摩擦而穿孔；

(4)換熱管采用圓形換熱管，在管內流速較低的條件下，邊界層熱阻較大，傳熱系數低；而在流速較高的條件下，管內流動阻力較大。

發明內容

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中傳統的折流板管殼式換熱器換熱效率低、流體流動阻力大、管壁與折流板易摩擦而穿孔等缺陷，提供一種管殼式換熱器，該管殼式換熱器結構簡單，殼層傳熱系數高，傳熱效果好，使用壽命長，同時也消除了流動“死區”，降低了換熱管的結垢和腐蝕速率。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題：

一種管殼式換熱器，包括殼體、設于該殼體內的換熱管、設于該殼體兩端的封頭和設于該殼體與該封頭之間的管板，該封頭設有管層流體進口和管層流體出口，該殼體上設有殼層流體進口和殼層流體出口，其特點在于，該換熱管的兩端為圓形直管，其余部分是橫截面為橢圓形的螺旋扭曲管，每根該換熱管沿該殼體的軸向平行設置，且通過兩端的圓形直管分別與相應的管板固定連接組成管束芯體，每四根相鄰的換熱管在管板上成正方形排列；

每根螺旋扭曲管具有相同的扭距、短半軸和長半軸，相鄰兩根該螺旋扭曲管的扭轉方向相反，在與該殼體的軸線垂直的任一平面上，螺旋扭曲管的橫截面的長軸互相平行，且相鄰兩根該換熱管的中心間距為螺旋扭曲管橫截面的長半軸與短半軸之和；

該些螺旋扭曲管每相隔1/4倍扭距相互接觸，形成自支撐結構，在接觸點相鄰兩根螺旋扭曲管的橫截面的長軸互相垂直。

在本方案中，扭距為螺旋扭曲管任一橫截面繞扭曲管軸線旋轉一周經過的長度。螺旋扭曲管每相隔1/4倍扭距相互接觸，形成自支撐結構，在接觸點相鄰兩根螺旋扭曲管的橫截面的長軸互相垂直，且相鄰兩根該螺旋扭曲管的扭轉方向相反，使得換熱器管束排列更為緊湊，在殼層內形成均勻、密集的螺旋流道。因而對管層流體產生強制湍流作用，其傳熱效果好，流阻小，不易結垢，消除管束振動，尤其適合于殼層為高粘度流體和氣相流體以及殼層產生冷凝相變等場合。

另外，螺旋扭曲管的橫截面的長軸互相平行，且相鄰兩根該換熱管的中心間距為螺旋扭曲管橫截面的長半軸與短半軸之和，通過采用這種緊湊的換熱管排列方式，使管層流體和殼層流體流速匹配更為合理，提高殼層流體的湍流程度，從而較大程度地提高殼層換熱系數。

此外，采用相鄰兩螺旋扭曲管長軸與短軸頂點接觸的支撐方式，同時，相鄰兩根該螺旋扭曲管的扭轉方向相反，可明顯縮短換熱管間距，減小殼層流通截面，且對處于兩換熱管之間的殼層流體的擾動方向一致，而使殼層流體形成持續的螺旋流動，更有利于傳熱的進行。

較佳地，該螺旋扭曲管的橫截面的短軸與長軸之比為(0.3-0.7):1。

較佳地，該螺旋扭曲管的管束芯體每相隔0.5-10倍扭距通過捆扎帶整體捆扎。

較佳地，該管板為固定管板或浮頭管板。

較佳地，各該管板上開設有若干用于安裝相應的圓形直管的通孔，該通孔的直徑大于該圓形直管的直徑，且該圓形直管通過焊接或脹接固定于該通孔內。

在符合本領域常識的基礎上，上述各優選條件，可任意組合，即得本發明各較佳實例。

本發明的積極進步效果在于：