專利名稱：一種組合式多殼程螺旋折流板管殼式換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在石油化工、能源動力、冶金、制冷、海水淡化等工業(yè)領(lǐng)域中使用的管殼式換熱器，特別涉及一種組合式多殼程螺旋折流板管殼式換熱器。
背景技術(shù)：
換熱器是石油化工、能源動力、冶金、制冷、海水淡化等工業(yè)中一種重要的單元設(shè)備，管殼式換熱器的應(yīng)用最廣泛。在管殼式換熱器中，折流板的作用除了支撐換熱管束外，更重要的是改變殼程流體的流動方向，從而強化傳熱。
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管束，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，且容易積垢；③折流板與殼體壁面之間及換熱管與折流板之間存在著漏流，旁流及漏流降低了有效橫掠管束的質(zhì)量流量，降低了殼側(cè)的換熱效率；④流體高速橫掠換熱管束，會誘導(dǎo)換熱管的振動，縮短了換熱器的壽命。
螺旋折流板換熱器是將折流板布置成螺旋面，使換熱器中的殼側(cè)流體呈螺旋狀流動，以實現(xiàn)有效地降低殼側(cè)的流動阻力及強化傳熱的目的。現(xiàn)有的螺旋折流板換熱器有兩類，一類是采用兩塊或者多塊扇形平板組成近似螺旋曲面的非連續(xù)螺旋折流板換熱器，非連續(xù)螺旋折流板為連續(xù)搭接式(見專利99241930.1)或者交錯螺旋式(見專利200320106763.1)，另一類是采用連續(xù)螺旋曲面的連續(xù)螺旋折流板換熱器(見專利200510043033.5)。研究表明，在相同管程布置、相同殼程流量的情況下，現(xiàn)有的單殼程螺旋折流板換熱器的最大特征是相同殼程壓降下的換熱能力強，其流動阻力比傳統(tǒng)的弓形折流板換熱器的低，但同時換熱能力也低，往往達不到用戶的要求。為了提高殼側(cè)換熱效率，已有專利提出了帶連續(xù)折流板的多殼程螺旋折流板管殼式換熱器(見專利200610041949.1)。多殼程的螺旋管殼式換熱器在相同管程數(shù)、相同流量下殼程流體流速比單殼程結(jié)構(gòu)的高，因此換熱系數(shù)也較高，從而達到提高換熱效率的目的。
非連續(xù)螺旋折流板由若干塊扇形或橢圓形的平板相互搭接形成，優(yōu)點是加工簡單，中心一般采用中心桿定位，中心桿所占的體積小，缺點是漏流較大，影響換熱。連續(xù)螺旋折流板為多個周期的完全連續(xù)螺旋折流板搭接而成，每個周期為一塊連續(xù)的螺旋曲面板，使得流動更接近螺旋型，優(yōu)點是可以降低阻力和減少漏流，換熱效果較好，缺點是在螺距較大時，靠近中軸線處的螺旋面變得陡峭，此處連續(xù)螺旋面的加工較為困難，一般采用中心管來適應(yīng)螺旋面內(nèi)側(cè)螺旋結(jié)構(gòu)，但中心管的位置上無法布置換熱管，相對減少了換熱器的有效換熱面積，并占用了換熱器的體積，降低了換熱器的緊湊度?，F(xiàn)有的螺旋折流板換熱器無法同時具備連續(xù)螺旋折流板和非連續(xù)螺旋折流板的優(yōu)點。
另外，換熱器殼側(cè)積垢也是急需解決的難題，尤其是流速較低的情況下，一般工業(yè)用管殼式換熱器多采用臥式，水平放置的螺旋折流板管殼式換熱器底部常常存在污垢沉積的問題，嚴重降低換熱效率。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明的目的是提供一種組合式多殼程螺旋折流板管殼式換熱器，外殼程和中殼程采用完全連續(xù)螺旋折流板，內(nèi)螺旋采用非連續(xù)折流板，它既能使外殼程和中殼程流體盡可能地按照螺旋型流動，減少沿程流動阻力，減少漏流，又能充分利用內(nèi)殼程的空間，使加工更加簡便，使換熱器結(jié)構(gòu)更加緊湊。另外，在臥式安裝的管殼式換熱器的完全連續(xù)螺旋折流板靠近殼體底部的位置設(shè)置自防垢孔，可解決污垢沉積問題，提高換熱效率。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種組合式多殼程螺旋折流板管殼式換熱器，包括殼體，在殼體一端設(shè)置管側(cè)進口和管側(cè)出口，換熱管束穿插在折流板上并連接于殼體兩端的兩塊管板上，在殼體內(nèi)同軸設(shè)置第一內(nèi)套管，第一內(nèi)套管外設(shè)置有第二內(nèi)套管，第二內(nèi)套管一端與管板相連接，第一內(nèi)套管一端設(shè)置隔板，殼體和第二內(nèi)套管間為外殼程，第一內(nèi)套管和第二內(nèi)套管間為中殼程，第一內(nèi)套管內(nèi)為內(nèi)殼程，在殼體上安裝有外殼程進口管和內(nèi)殼程出口管，所述的外殼程和中殼程的折流板為多個周期的完全連續(xù)螺旋折流板搭接而成，每個周期為一塊連續(xù)的螺旋曲面板，內(nèi)殼程設(shè)置多塊非連續(xù)折流板。
所述的內(nèi)殼程的非連續(xù)折流板是指非連續(xù)螺旋折流板或者弓形折流板或者圓盤—圓環(huán)折流板或者折流桿或者整圓形折流板。
所述的換熱器內(nèi)僅存在第一內(nèi)套管時形成兩殼程換熱器，存在第一內(nèi)套管、第二內(nèi)套管和多個內(nèi)套管時形成多殼程換熱器。
所述的外殼程進口管和內(nèi)殼程出口管的流體流動方向可以相互變換，對應(yīng)形成外殼程出口管和內(nèi)殼程進口管。
所述的內(nèi)殼程非連續(xù)螺旋折流板為搭接螺旋式或者交錯螺旋式。
所述的完全連續(xù)螺旋折流板和內(nèi)殼程非連續(xù)螺旋折流板呈單螺旋或者多螺旋結(jié)構(gòu)，其螺旋是左手螺旋或者右手螺旋。
所述的折流板設(shè)置有自防垢孔。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明可以降低壓力損失；2、本發(fā)明可以簡化加工工藝；3、本發(fā)明可以提高換熱器的緊湊性；4、本發(fā)明可以提高換熱器自防垢能力，延長清洗污垢的周期，可降低污垢清洗費用，可減少停機清洗污垢的次數(shù)，延長使用壽命，保證生產(chǎn)的順利進行。
本發(fā)明對多殼程螺旋折流板管殼式換熱器的殼側(cè)進行改進，對于三殼程螺旋折流板管殼式換熱器，外殼程和中殼程的折流板為多個周期的完全連續(xù)螺旋折流板搭接而成，每個周期為一塊連續(xù)的螺旋曲面板，內(nèi)殼程的折流板為多塊非連續(xù)折流板，形成組合式多殼程螺旋折流板管殼式換熱器。這種組合式換熱器能采用完全連續(xù)螺旋折流板的殼程區(qū)域形成螺旋型流動，可減少漏流，減少振動，降低壓力損失；同時回避了加工較難的小直徑螺旋面，在內(nèi)殼程安裝非連續(xù)折流板。內(nèi)殼程的非連續(xù)折流板采用非連續(xù)螺旋折流板或者弓形折流板或者圓盤—圓環(huán)折流板或者折流桿或者整圓形折流板，優(yōu)點是可以簡化加工工藝，無需安裝中心管，可以節(jié)省換熱器殼程的換熱空間，可安裝較多數(shù)量的換熱管，提高換熱器的緊湊性。當(dāng)換熱器殼程流體流量較小、內(nèi)殼程的內(nèi)套管直徑較小且殼程長度較短時，在內(nèi)殼程內(nèi)不設(shè)置折流板，僅設(shè)置有換熱管束，流體流動方向平行于換熱管束，其優(yōu)點是可以簡化內(nèi)殼程的加工工藝。
本發(fā)明所述的換熱器內(nèi)僅存在第一內(nèi)套管時形成兩殼程換熱器，存在第一內(nèi)套管、第二內(nèi)套管和多個內(nèi)套管時形成多殼程換熱器。各個內(nèi)套管直徑的確定應(yīng)保證各個殼程的流體流通面積相近，確保各個殼程內(nèi)流體流速相當(dāng)。對于換熱要求很高、管程數(shù)較多的管殼式換熱器，可采用多殼程結(jié)構(gòu)的螺旋管殼式換熱器來提高換熱效率，降低換熱設(shè)備的成本。
本發(fā)明所述的外殼程進口管和內(nèi)殼程出口管的流體流動方向可以相互變換，形成外殼程出口管和內(nèi)殼程進口管，當(dāng)殼側(cè)進口流體與環(huán)境的溫差比殼側(cè)出口流體與環(huán)境的溫差小時，可使殼側(cè)進口流體先流經(jīng)外殼程，再流經(jīng)內(nèi)殼程，最后流出殼體；當(dāng)殼側(cè)進口流體與環(huán)境的溫差比殼側(cè)出口流體與環(huán)境的溫差大時，可使殼側(cè)進口流體先流經(jīng)內(nèi)殼程，再流經(jīng)外殼程，最后流出殼體。優(yōu)點是可根據(jù)生產(chǎn)工藝需要，靈活地選擇流動形式，保證外殼程流體與環(huán)境的溫差比內(nèi)殼程流體與環(huán)境的溫差小，這樣可以降低保溫材料成本。
本發(fā)明采用非連續(xù)螺旋折流板為搭接螺旋式或者交錯螺旋式。所述的螺旋折流板可根據(jù)過程、工藝設(shè)計的需要采用單螺旋或者多螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋折流板在殼體內(nèi)可根據(jù)安裝設(shè)計的需要采用左手螺旋或者右手螺旋結(jié)構(gòu)。
對于大型的管殼式換熱器，一般均采用臥式布置，即軸線平行于地面，殼側(cè)流體的污垢容易沉積換熱器底部，不易清除，尤其在殼體流速較低的情況下更為嚴重，因此在相鄰兩塊完全連續(xù)螺旋折流板每一個周期的搭接邊、靠近外螺旋線邊緣處可設(shè)置自防垢孔。自防垢孔的形狀可根據(jù)生產(chǎn)工藝，切成三角區(qū)域、扇形區(qū)域、弓形或者矩形區(qū)域。在弓形折流板的圓弧側(cè)也可根據(jù)生產(chǎn)工藝切除一個三角區(qū)域、扇形區(qū)域或者矩形區(qū)域，形成自防垢孔。自防垢孔布置在換熱器殼程的底部。這樣可以防止大量污垢沉積在換熱器底部，提高換熱器的自防垢能力，從而保證換熱器有較穩(wěn)定的換熱效率，延長清洗污垢的周期，降低換熱器的污垢清洗費用，延長設(shè)備使用壽命，保證生產(chǎn)的順利進行。對于殼程流體工質(zhì)較干凈的工況，換熱器可以不設(shè)置自防垢孔。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明多殼程螺旋組合式折流板示意圖；圖4為本發(fā)明多殼程螺旋與弓形組合式折流板示意圖；圖5為本發(fā)明多殼程螺旋與圓盤-圓環(huán)形組合式折流板示意圖；圖6為本發(fā)明殼程流體流動示意圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步詳細說明。
具體實施例方式
參照圖1所示，本發(fā)明的組合式多殼程螺旋折流板管殼式換熱器，以三殼程螺旋折流板管殼式換熱器為例，該換熱器包括殼體2，管側(cè)進口13，管側(cè)出口12，換熱管束3穿插在折流板上并連接于殼體2兩端的兩塊管板1上，分隔各個殼程的第一內(nèi)套管10和第二內(nèi)套管14，第一內(nèi)套管10一端設(shè)置隔板4，殼體2和第二內(nèi)套管14間為外殼程17，第一內(nèi)套管10和第二內(nèi)套管14間為中殼程18，第一內(nèi)套管10內(nèi)為內(nèi)殼程19，在殼體上安裝有外殼程進口管8和內(nèi)殼程出口管9，外殼程17和中殼程18采用完全連續(xù)螺旋折流板6，內(nèi)殼程19采用非連續(xù)螺旋折流板5，形成組合式多殼程螺旋折流板管殼式換熱器。每一塊完全連續(xù)螺旋折流板6的外螺旋線邊緣設(shè)置有三角形的自防垢孔7，就是在外螺旋線邊緣切除一個三角區(qū)域，并將三角區(qū)域布置在各個殼程的底部。
參照圖2所示，本發(fā)明的組合式多殼程螺旋折流板管殼式換熱器，以三殼程螺旋折流板管殼式換熱器為例，外殼程17和中殼程18采用完全連續(xù)螺旋折流板6，內(nèi)殼程19采用非連續(xù)螺旋折流板5，形成組合式多殼程螺旋折流板管殼式換熱器。每一塊完全連續(xù)螺旋折流板6的外螺旋線邊緣設(shè)置有自防垢孔7，就是在外螺旋線邊緣切除一個三角區(qū)域，并將三角區(qū)域布置在各個殼程的底部。10為第一內(nèi)套管，14為第二內(nèi)套管。2為殼體。
參照圖3所示，外殼程17采用完全連續(xù)螺旋折流板6，內(nèi)殼程19采用非連續(xù)螺旋折流板5。在相鄰兩塊完全連續(xù)螺旋折流板6的搭接邊、靠近外螺旋線邊緣處切除矩形區(qū)域，形成自防垢孔7，并將自防垢孔7布置在殼程的底部。10為第一內(nèi)套管。
參照圖4所示，外殼程17采用完全連續(xù)螺旋折流板6，內(nèi)殼程19可全部安裝弓形折流板11。這種實施方式可簡化加工工藝。每一塊完全連續(xù)螺旋折流板6的外螺旋線邊緣設(shè)置有三角形的自防垢孔7，弓形折流板11設(shè)置有三角形的自防垢孔7。10為第一內(nèi)套管。
參照圖5所示，外殼程17采用完全連續(xù)螺旋折流板6，內(nèi)殼程19可安裝圓盤-圓環(huán)折流板20。這種實施方式可簡化加工工藝。每一塊完全連續(xù)螺旋折流板6的外螺旋線邊緣設(shè)置有三角形的自防垢孔7，每一塊圓盤-圓環(huán)折流板20的圓環(huán)部分設(shè)置有三角形的自防垢孔7。10為第一內(nèi)套管。
參照圖6所示，殼體2和第二內(nèi)套管14間為外殼程17，第一內(nèi)套管10和第二內(nèi)套管14間為中殼程18，第一內(nèi)套管10內(nèi)為內(nèi)殼程19，在殼體上安裝有內(nèi)殼程進口管15和外殼程出口管16，流體由內(nèi)殼程進口管15流進內(nèi)殼程19，再流進中殼程18，然后流進外殼程17，最后由外殼程出口管16流出殼體2。13為管側(cè)進口，12為管側(cè)出口，1為管板。
權(quán)利要求
1.一種組合式多殼程螺旋折流板管殼式換熱器，包括殼體(2)，在殼體(2)一端設(shè)置管側(cè)進口(13)和管側(cè)出口(12)，換熱管束(3)穿插在折流板上并連接于殼體(2)兩端的兩塊管板(1)上，在殼體(2)內(nèi)同軸設(shè)置第一內(nèi)套管(10)，第一內(nèi)套管(10)外設(shè)置有第二內(nèi)套管(14)，第二內(nèi)套管(14)一端與管板(1)相連接，第一內(nèi)套管(10)一端設(shè)置隔板(4)，殼體(2)和第二內(nèi)套管(14)間為外殼程(17)，第一內(nèi)套管(10)和第二內(nèi)套管(14)間為中殼程(18)，第一內(nèi)套管(10)內(nèi)為內(nèi)殼程(19)，在殼體(2)上安裝有外殼程進口管(8)和內(nèi)殼程出口管(9)，其特征在于，所述的外殼程(17)和中殼程(18)的折流板為多個周期的完全連續(xù)螺旋折流板(6)搭接而成，每個周期為一塊連續(xù)的螺旋曲面板，內(nèi)殼程(19)設(shè)置多塊非連續(xù)折流板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式多殼程螺旋折流板管殼式換熱器，其特征在于，所述的內(nèi)殼程(19)的非連續(xù)折流板為非連續(xù)螺旋折流板(5)或者弓形折流板(11)或者圓盤一圓環(huán)折流板(20)或者折流桿或者整圓形折流板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式多殼程螺旋折流板管殼式換熱器，其特征在于，所述的換熱器內(nèi)僅存在第一內(nèi)套管(10)時形成兩殼程換熱器，存在第一內(nèi)套管(10)、第二內(nèi)套管(14)或者多個內(nèi)套管時形成多殼程換熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式多殼程螺旋折流板管殼式換熱器，其特征在于，所述的外殼程進口管(8)和內(nèi)殼程出口管(9)的流體流動方向可以相互變換，對應(yīng)形成外殼程出口管(16)和內(nèi)殼程進口管(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合式多殼程螺旋折流板管殼式換熱器，其特征在于，所述的內(nèi)殼程非連續(xù)螺旋折流板(5)為搭接螺旋式或者交錯螺旋式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式多殼程螺旋折流板管殼式換熱器，其特征在于，所述的完全連續(xù)螺旋折流板(6)和內(nèi)殼程非連續(xù)螺旋折流板(5)呈單螺旋或者多螺旋結(jié)構(gòu)，其螺旋是左手螺旋或者右手螺旋。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式多殼程螺旋折流板管殼式換熱器，其特征在于，所述的折流板設(shè)置有自防垢孔(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種組合式多殼程螺旋折流板管殼式換熱器，包括殼體，在殼體一端設(shè)置管側(cè)進口和管側(cè)出口，換熱管束穿插在折流板上并連接于殼體兩端的兩塊管板上，在殼體內(nèi)同軸設(shè)置第一內(nèi)套管，第一內(nèi)套管外設(shè)置有第二內(nèi)套管，第二內(nèi)套管一端與管板相連接，第一內(nèi)套管一端設(shè)置隔板，在殼體上安裝有外殼程進口管和內(nèi)殼程出口管。該換熱器外殼程和中殼程采用完全連續(xù)螺旋折流板，內(nèi)殼程采用非連續(xù)螺旋折流板或者弓形折流板或者圓盤－圓環(huán)折流板或者折流桿或者整圓形折流板或者不設(shè)置折流板，各個殼程折流板留有自防垢孔。本發(fā)明簡化加工工藝，降低壓力損失，提高換熱器的緊湊性和換熱器的自防垢能力，降低污垢清洗費用，延長使用壽命，保證生產(chǎn)順利進行。
文檔編號F28D7/00GK101021394SQ200710017478
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月9日
發(fā)明者王秋旺, 陳秋煬, 曾敏, 吳一寧, 高強 申請人:西安交通大學(xué)