專利名稱：螺旋折流板冷凝器的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實用新型涉及一種冷凝器，具體說是一種螺旋折流板冷凝器。
二背景技術(shù)：
冷凝器是石油化工、化工和冶金、電力等工業(yè)應(yīng)用比較普遍的氣、液熱交換設(shè)備。常規(guī)的冷凝器通常采用弓形折流板結(jié)構(gòu)，壓降較大且存在滯流區(qū)域，能耗大且傳熱效果不佳。此外，當(dāng)氣流以較大的速度沖擊管束時，不可避免地會引起管子的震動，造成冷凝管與管板焊接處的斷裂。
冷凝器與其它換熱器不同的是整個換熱過程始終伴隨著熱介質(zhì)蒸氣的冷凝。當(dāng)飽和蒸氣與溫度較低的換熱管管壁接觸時，蒸氣將放出潛熱，并在管壁外冷凝成液體。蒸氣冷凝分為膜狀冷凝和滴狀冷凝兩種方式，工業(yè)上涉及的大多是膜狀冷凝。
所謂膜狀冷凝即冷凝液潤濕管壁后，在壁面上形成一層完整的液膜。后續(xù)蒸氣冷凝只能在液膜的表面進(jìn)行，也就是說蒸氣冷凝放出的潛熱，須通過液膜才能傳給冷壁面。由于蒸氣冷凝的給熱系數(shù)很大，熱阻很小，液體因?qū)嵯禂?shù)小熱阻又較大，因此管壁外這層液膜就成了冷凝換熱的控制熱阻。正因為如此，目前所有高效冷凝器的開發(fā)無一例外地都圍繞著減薄液膜的厚度進(jìn)行。例如選擇蒸氣和液膜同向流動、采用光滑管、表面鍍膜、高溫噴涂金屬材料等。但上述方法或因效果不夠理想，或因工藝復(fù)雜、成本較高，工業(yè)應(yīng)用并不普遍。為了開發(fā)一種高效的冷凝器，人們不斷地對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，但效果始終不甚理想。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型變常規(guī)的弓形折流板結(jié)構(gòu)為新型的螺旋折流板結(jié)構(gòu)。螺旋折流板換熱器是一種很有應(yīng)用前景的新型列管式換熱器。流體在殼程呈螺旋狀流動，消除了傳統(tǒng)弓形折流板換熱器存在的傳熱滯流區(qū)，較大幅度地降低了壓降，提高了傳熱效率。由于蒸氣呈螺旋狀流動，避免了以往弓形折流板換熱器中流體橫向沖擊管束時所產(chǎn)生的震動。本實用新型將這種螺旋折流板結(jié)構(gòu)引入到常規(guī)的列管式冷凝器，管束由螺旋折流板與倒“V”形阻流板相間連接而成，即所謂的螺旋折流板冷凝器。蒸氣在螺旋折流板間螺旋式向前流動。由于螺旋運動可以看作是圓周運動和軸向運動的合成，蒸氣冷凝后形成的液膜實際上受到蒸氣一種同向的推動力，而且氣速愈大，這種推動力就愈大。在這種推動力的作用下，管壁上流動的液體抵達(dá)換熱管與螺旋折流板的交接處時，便會順折流板而下，從而起到減薄液膜厚度、提高冷凝傳熱速率的作用。
螺旋升角的大小可根據(jù)工藝要求確定。當(dāng)工藝要求限定螺旋折流板冷凝器的螺旋升角較大(即螺距較大)、氣速較低時，上述軸向推動力就顯得作用十分有限。本實用新型發(fā)明的倒“V”形阻流板結(jié)構(gòu)可使部分蒸氣沿“V”形缺口向前湍動，對液膜起著推波助瀾的作用。當(dāng)螺旋升角小于25度時，可采用全封閉式三角形阻流板。
為了盡可能地減少冷凝器管束上液膜的厚度，本實用新型冷凝管的排列采用將常規(guī)的排列旋轉(zhuǎn)一定的角度即旋轉(zhuǎn)排列的方法，以保證冷凝液沿下一排管子的切向流過，液體切向的拽力縮短了液體停留的時間，減薄液膜厚度，減少冷凝傳熱熱阻，提高冷凝傳熱速率。
四

圖1為螺旋折流板冷凝器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為“V”形阻流板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為冷凝管旋轉(zhuǎn)排列與常規(guī)排列的示意圖。
五具體實施方式
由圖1、圖2可以看出，本實用新型主要由殼體(1)、管板(2)、冷凝管(3)、螺旋折流板(4)、阻流板(5)、定距管(6)等部件構(gòu)成。在殼體(1)上設(shè)有蒸氣入口(7)、不凝氣出口(8)、冷流體入口(9)、冷流體出口(10)以及冷凝液出口(11)、排凈口(12)等。螺旋折流板(4)與阻流板(5)頂角搭接組成螺旋主體。螺旋折流板(4)靠定距管(6)固定，冷凝管(3)從螺旋折流板(4)一一穿過，螺旋折流板(4)與管板(2)一同作為冷凝管束的支撐。
首先，根據(jù)工藝計算的結(jié)果確定螺旋升角當(dāng)螺旋升角較小(這里指小于25度)時，采用常規(guī)的全封閉式三角形阻流板；當(dāng)螺旋升角較大(大于25度)時，采用倒“V”形阻流板。倒“V”形阻流板的開口度，視蒸氣的流速而定。
由蒸氣在水平管外冷凝的Kere計算公式α=0.725(λ3ρ2gγn23doμΔt)14]]>(式中n為垂直列上的管子數(shù))可知α∝n-23.]]>例如n＝5，n-23=0.76,]]>也就是說由于上4排冷凝液的影響，第5排管子的冷凝傳熱系數(shù)較第一列管子減少了24％！如圖3(a)、(b)、(c)、(d)所示，常規(guī)的冷凝管排列不外乎直列(a)和錯列兩種，而錯列又分為等邊三角形錯列(b)和正方形錯列(c)兩種。三種排列由于垂直列上管子的存在，冷凝液從上面各排流到下面各排時，液膜都會逐漸增厚，下面管子的傳熱狀況均要受到影響，而且愈到下排影響愈為嚴(yán)重。為了改善這種狀況，減少垂直列上管子的數(shù)目，減薄下一管排上液膜的厚度，本實用新型采用將(b)種排列旋轉(zhuǎn)一定角度的(d)方式。旋轉(zhuǎn)的最佳角度應(yīng)維持在上排冷凝管軸線的垂面為下排管子的切面。
權(quán)利要求1.一種用于膜狀冷凝的螺旋折流板冷凝器，其特征是管束由螺旋折流板與倒“V”形阻流板相間連接而成，其螺旋升角的大小可根據(jù)工藝要求確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝器，其特征在于當(dāng)螺旋升角小于25度時，可采用常規(guī)全封閉式三角形阻流板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝器，其特征還在于冷凝管采用了同現(xiàn)有冷凝管排列方式不同的旋轉(zhuǎn)排列方式，此種排列方式可促使冷凝液沿下排管子的切向流過。
專利摘要一種可廣泛應(yīng)用于石油化工等領(lǐng)域膜狀冷凝的螺旋折流板冷凝器。該冷凝器利用螺旋折流板特殊的折流形式、倒“V”形阻流板結(jié)構(gòu)及優(yōu)化后的螺旋升角改變蒸氣的流速和流向，減薄作為冷凝過程控制熱阻的液膜的厚度。特殊的冷凝管排列方式，可以減少垂直列上的管子數(shù)目，促使冷凝液沿下排管子的切向流過，從而最大限度地抑制液膜的生成速度，使冷凝傳熱系數(shù)得到最大幅度的提高，冷凝傳熱速率顯著增大。
文檔編號F28D3/00GK2742364SQ20042008745
公開日2005年11月23日 申請日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者陳世醒 申請人:遼寧石油化工大學(xué)