專利名稱：螺旋環(huán)管翅片管熱交換器及其強(qiáng)化傳熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利是關(guān)于螺旋環(huán)管翅片管熱交換器及其強(qiáng)化傳熱方法，屬于機(jī)械裝備工 程中熱交換專用設(shè)備的高效換熱節(jié)能設(shè)備。具體可用于石油煉制與化工、煤化工、化肥、空 調(diào)、空冷、電力設(shè)施裝備等等的熱交換要求上，包括給介質(zhì)加熱或冷卻等應(yīng)用方式。
背景技術(shù)：
翅片管加熱爐和翅片管空冷器是應(yīng)用廣泛的熱交換器，其制造工藝成熟，安全性 高，加熱爐操作相對(duì)復(fù)雜，在換熱設(shè)備中是關(guān)鍵的節(jié)能設(shè)備。長期以來，人們利用直的翅片 管強(qiáng)化換熱取得了很好的效果，但是螺旋環(huán)管翅片管在換熱設(shè)備中的應(yīng)用基本還是一片空 白。(1)傳統(tǒng)螺旋翅片管熱交換器的結(jié)構(gòu)功能目前，國內(nèi)石油化工等裝置熱交換用螺 旋翅片管都是直管，翅片管的翅片既有在基管上軋制的，也有通過高頻電阻焊把鋼片帶纏 繞焊到基管上的，數(shù)量不等的多根翅片管排在一起，端部通過180°彎頭焊接連通，組成一 組蛇形的盤管作為工業(yè)熱交換器的主要部件。蛇形的盤管沿軸向由若干塊管板支持，兩側(cè) 由耐磨隔熱墻圍起，兩斷由彎頭箱蓋住，形成一個(gè)長方體形的模塊，多個(gè)模塊上下疊在一起 就構(gòu)成一個(gè)熱交換器的對(duì)流段。介質(zhì)在管內(nèi)前后左右來回流動(dòng)，煙氣或空氣在爐管之間從下往上流過，管內(nèi)介質(zhì) 與管外煙氣或空氣通過管壁發(fā)生熱交換。如果管內(nèi)是冷介質(zhì)，管外是強(qiáng)制對(duì)流的煙氣，則組 成一個(gè)加熱爐，翅片起強(qiáng)化換熱作用。如果管內(nèi)是熱介質(zhì)，管外是強(qiáng)制對(duì)流的空氣，則組成 冷卻器而不是加熱爐，但翅片仍起強(qiáng)化換熱作用。(2)傳統(tǒng)螺旋翅片管熱交換器存在的問題由于翅片管端部通過180°彎頭焊接連通，一組盤管的焊縫就特別多，而焊縫是設(shè) 備的薄弱環(huán)節(jié)。由于翅片管是直管，盤管構(gòu)成的加熱爐就是長方體形的，爐管受熱膨脹時(shí)只能沿 長度方向延伸，相連兩爐管的熱膨脹差所引起的熱應(yīng)力主要由兩端的彎頭變形來緩和。由于長方體形的箱形結(jié)構(gòu)，爐體內(nèi)的氣體流動(dòng)存在相對(duì)靜止的死角區(qū)，有明顯的 空間結(jié)構(gòu)損耗。也由于翅片管兩端的彎頭支持在端管板的外端，不直接與爐內(nèi)的煙氣熱交 換，換熱管有明顯的空間結(jié)構(gòu)損耗。流體在管內(nèi)流動(dòng)經(jīng)過兩端的彎頭時(shí)需180°逆轉(zhuǎn)，有明顯的動(dòng)能損耗。由此可見，結(jié)合存在問題進(jìn)行改進(jìn)，延長翅片管及其設(shè)備的壽命以提高經(jīng)濟(jì)效益， 具有很強(qiáng)的工程意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是關(guān)于一種螺旋環(huán)管翅片管熱交換器及其強(qiáng)化傳熱方法，目的在于克服現(xiàn) 有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足。換熱管由基管和翅片組合而成，在表面光滑但管軸中心線成螺旋形、 圓環(huán)形或彎曲管形的鋼管表面組合上螺旋纏繞翅片的管件。一方面，利用環(huán)管表面的翅片表面增大了換熱管外表面的換熱面積，強(qiáng)化殼程傳熱；另一方面，利用環(huán)管表面的翅片對(duì)流經(jīng)其間的氣流進(jìn)行不斷的撓動(dòng)，使換熱管間的氣流始終保持紊流復(fù)雜狀態(tài)，增強(qiáng)氣流在熱 交換器內(nèi)整體混合的湍動(dòng)程度，提高換熱管隙間氣流的邊緣流速，提高殼程的傳熱膜系數(shù)， 強(qiáng)化殼程傳熱。與傳統(tǒng)的直的螺旋翅片管相比，去掉了 180°彎頭及其帶來的組對(duì)焊縫，用 來構(gòu)造加熱爐則爐體可以是圓筒形結(jié)構(gòu)，與方體爐相比其占地面積，抗風(fēng)載能力強(qiáng)。整段螺 旋環(huán)管翅片管均可置于圓筒爐墻內(nèi)而提高了結(jié)構(gòu)有效利用率；螺旋圓等彎管自身的結(jié)構(gòu)柔 性可改善熱膨脹應(yīng)力的受力狀況；管內(nèi)流體順暢流動(dòng)而損耗較少的動(dòng)能，并且更耐磨損和 防沖蝕，從而延長螺旋環(huán)管翅片管及其設(shè)備產(chǎn)品的壽命。直的翅片管已在各種煉油、化工、化肥、空冷等熱交換器中廣泛長久地應(yīng)用，并且 產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。近幾年來，隨著原油劣質(zhì)化及能源危機(jī)，國家加強(qiáng)對(duì)節(jié)能減排的管 理，企業(yè)在挖潛增效中對(duì)高效換熱新技術(shù)及其應(yīng)用非常重視，這為該項(xiàng)專利技術(shù)的應(yīng)用提 供了很好的條件。


圖1是U形管箱式爐，是石油煉制及其他化工裝置中常見的爐型(在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH/ T 3036-2003《一般煉油裝置用火焰加熱爐》中圖1典型的加熱爐爐型示意圖中排在第一 位)，圖中的序號(hào)1標(biāo)記即指該爐的爐管中有一段采用了圖5所示的彎管形式；圖2是螺旋管圓筒爐，也是石油煉制及其他化工裝置中常見的爐型(在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SH/T3036-2003《一般煉油裝置用火焰加熱爐》中圖1典型的加熱爐爐型示意圖中排在第二 位)，圖中的序號(hào)1標(biāo)記即指該爐的爐管采用了圖3所示的盤管形式；圖3是由鋼管基管彎卷成形的一組盤管；圖4是繞制的一段螺旋翅片；圖5是一段螺旋翅片與一段盤管的組合結(jié)構(gòu)，是本發(fā)明專利的精神實(shí)質(zhì)的實(shí)物體 現(xiàn)之一種。圖6是一段傳統(tǒng)的直的螺旋翅片管，以方便圖5的比較。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明專利作進(jìn)一步的說明，但是本發(fā)明專利的實(shí)施 方式不限于此。實(shí)施例1如圖3所示，把一條直的鋼管在專用工裝設(shè)備上卷制成盤管作為基管，卷制過程 要控制卷制彎曲后的盤管其橫截面的橢圓度不大于2 %，卷制后按設(shè)計(jì)要求對(duì)盤管進(jìn)行耐 壓試驗(yàn)，如有氣孔、砂眼或其他泄漏的缺陷，應(yīng)修補(bǔ)合格。在一根外徑與基管相同的圓鋼或 鋼管上纏繞卷制螺旋翅片，卷后取下螺旋翅片，如圖4所示；如圖5所示，把一段盤管套進(jìn)一 卷螺旋翅片中，通過稍為反螺旋使翅片卷的內(nèi)徑增大，可以輕易地套上盤管，當(dāng)套進(jìn)去后， 通過順著螺旋方向用力旋緊可使翅片卷的內(nèi)徑收縮，緊密地箍在盤管上，此時(shí)要把翅片卷 的兩端與盤管點(diǎn)焊牢，即可利用電阻焊把翅片卷與盤管之間的接觸面逐段焊牢，形成組合 一體的螺旋環(huán)管翅片管結(jié)構(gòu)。把螺旋環(huán)管翅片管裝到熱交換器(加熱爐、空冷器或)，即構(gòu) 建成新型高效的熱交換設(shè)備。
實(shí)施例2本實(shí)施例除以下技術(shù)特征外，其他同實(shí)施例1 當(dāng)翅片卷兩端與盤管點(diǎn)焊牢之后，在兩者之間的接觸間隙鋪上焊料，利用釬焊技術(shù)代體電阻焊把翅片卷與盤管之間的接觸面焊牢。實(shí)施例3把一根直的翅片管直接通過火焰局部加熱，在彎模上煨彎，加熱部位是翅片管在 彎曲中需要拉伸變形的外側(cè)。該方法適用于基管管徑較小、翅片較密且翅片高較矮的翅片管。上述實(shí)施例為本發(fā)明專利較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明專利的實(shí)施方式并不受上述 實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明專利的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
關(guān)于一種螺旋環(huán)管翅片管熱交換器及其強(qiáng)化換熱方法，其關(guān)鍵零部件換熱管由基管和翅片組合而成，在表面光滑但管軸中心線成螺旋形、圓環(huán)形或彎曲管形的鋼管表面組合上螺旋纏繞翅片的管件，與傳統(tǒng)的直的螺旋翅片管相比，可改善熱應(yīng)力受力狀況，管內(nèi)流體順暢流動(dòng)而更耐磨損和防沖蝕，從而延長螺旋環(huán)管翅片管及其設(shè)備產(chǎn)品的壽命。其特征在于換熱管中心線是螺旋形、圓環(huán)形或彎曲的翅片管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種螺旋環(huán)管翅片管熱交換器，其特征是環(huán)管翅片管由基管 和翅片組合而成，兩者的金屬材料可以是相同的，也可以是不同的，既可以是黑色金屬，也 可以是有色金屬或各種合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種螺旋環(huán)管翅片管熱交換器，其特征是環(huán)管翅片管管軸中 心線不是直的，而是螺旋形、圓環(huán)形、彎曲管形或其他非直的基管結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種螺旋環(huán)管翅片管熱交換器，其特征是環(huán)管翅片管由基管 和翅片組合而成，翅片是連續(xù)的螺旋纏繞翅片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種螺旋環(huán)管翅片管熱交換器，其特征是環(huán)管翅片管由基管 和翅片組合而成，翅片的頂部可以是平滑的，也可以是齒狀的或U形決口狀的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種螺旋環(huán)管翅片管熱交換器，其特征是環(huán)管翅片管的基管 和翅片兩者之間的連接可以是外力通過翅片旋緊的方式，也可以是高頻電阻焊接的方式， 或者是填料釬焊的方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種螺旋環(huán)管翅片管熱交換器，其特征是環(huán)管翅片管可由直 的翅片管彎制而成，只要翅片在彎管前套上基管，無論彎管前翅片是否與基管完成連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種螺旋環(huán)管翅片管熱交換器，其特征是環(huán)管翅片管由彎制 后的基管套進(jìn)螺旋翅片，再完成兩者的連接。
9.一種利用權(quán)力要求1 8任一項(xiàng)所述螺旋環(huán)管翅片管熱交換器實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)化換熱方 法，其特征在于利用環(huán)管表面的翅片表面增大了換熱管外表面的換熱面積，強(qiáng)化殼程傳 熱。
10.一種利用權(quán)力要求1 8任一項(xiàng)所述螺旋環(huán)管翅片管熱交換器實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)化換熱方 法，其特征在于利用環(huán)管表面的翅片對(duì)流經(jīng)其間的氣流進(jìn)行不斷的撓動(dòng)，使換熱管間的氣 流始終保持紊流復(fù)雜狀態(tài)，增強(qiáng)氣流在熱交換器內(nèi)整體混合的湍動(dòng)程度，提高換熱管隙間 氣流的邊緣流速，提高殼程的傳熱膜系數(shù)，強(qiáng)化殼程傳熱。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種螺旋環(huán)管翅片管熱交換器及其強(qiáng)化傳熱方法，在表面光滑但管軸中心線成螺旋形、圓環(huán)形或彎曲管形的鋼管表面組合上螺旋纏繞翅片的管件、并通過焊接使兩者緊密連接。利用翅片表面增大了換熱管外表面的換熱面積，利用翅片形狀對(duì)流經(jīng)其間的氣流進(jìn)行不斷的撓動(dòng)，提高氣流的邊緣流速，由這種翅片管建造的熱交換器強(qiáng)化殼程傳熱。比傳統(tǒng)直的翅片管爐可去掉連接彎頭及其焊縫，構(gòu)造圓筒形結(jié)構(gòu)加熱爐，整段螺旋環(huán)管翅片管均可置于圓筒爐墻內(nèi)而提高了空間利用率；螺旋圓等彎管的柔性可改善熱膨脹的受力狀況；管內(nèi)流體順暢流動(dòng)而損耗較少的動(dòng)能，更耐磨損和防沖蝕，延長設(shè)備壽命。
文檔編號(hào)F28D7/02GK101813428SQ20091000276
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者陳孫藝 申請(qǐng)人:茂名重力石化機(jī)械制造有限公司