專利名稱：一種帶真空絕熱的雙股流低溫螺旋纏繞管式換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶真空絕熱的雙股流低溫螺旋纏繞管式換熱器，主要應(yīng)用于氣體低溫液化分離領(lǐng)域，包括-161°c天然氣低溫液化、-197°c空氣低溫液化分離、-197°c低溫液氮洗工藝、-70°C低溫甲醇洗工藝等氣體低溫凈化、低溫液化分離技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
螺旋纏繞管式換熱器是一種熱交換設(shè)備，主要用于低溫?zé)豳|(zhì)交換過程，以其結(jié)構(gòu)緊湊，單位容積具有較大的傳熱面積，傳熱管的熱膨脹可自行補(bǔ)償，容易實(shí)現(xiàn)大型化，可減少設(shè)備臺數(shù)等優(yōu)點(diǎn)成為天然氣液化、低溫空分、低溫甲醇洗等低溫凈化、液化工藝中的重要設(shè)備。由于螺旋纏繞管式換熱器大多應(yīng)用于低溫環(huán)境，體積較大，一般以傳熱塔的形式出現(xiàn)，最高可達(dá)到七、八十米，一般換熱器也在二、三十米，大多以雙股流、多股流換熱為主，內(nèi)部管道纏繞復(fù)雜，沒有相關(guān)固定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，也沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方法，隨著工藝流程或物性參數(shù)的特點(diǎn)有較大差別，因此給螺旋纏繞管式換熱器標(biāo)準(zhǔn)化過程帶來了障礙。傳統(tǒng)的螺旋管式換熱器管束纏繞方法很多，存在很多缺點(diǎn)，纏繞過程中不能確保管束內(nèi)管間距及層間距處處一致，傳熱效果較差，沒有統(tǒng)一的理論計(jì)算方法，用于計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算過程。另外，由于低溫?fù)Q熱器與環(huán)境溫度有較大差別，環(huán)境做為高溫?zé)嵩?，持續(xù)不斷給低溫?fù)Q熱器供熱，換熱器表面接受太陽能輻射、空氣對流換熱、環(huán)境熱輻射或管內(nèi)摩擦熱以后，系統(tǒng)內(nèi)部流體尤其在接受瞬時(shí)高熱流密度熱量加熱后會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的漏熱現(xiàn)象，導(dǎo)致氣液兩相流，產(chǎn)生大量的過熱蒸氣，過熱蒸氣導(dǎo)致系統(tǒng)壓力劇烈變化，給換熱器的換熱過程造成嚴(yán)重影響并帶來很大的安全問題，而一般采用外部毛細(xì)材料絕熱層絕熱的方法很難滿足低溫工況下?lián)Q熱器與外界進(jìn)行熱交換的問題，換熱器內(nèi)低溫流體仍然會(huì)產(chǎn)生激烈的相變過程。因此，雙股流螺旋纏繞管式換熱器要在低溫領(lǐng)域得到更好的應(yīng)用，目前還需要更好地解決以下問題給出雙股流螺旋纏繞管式換熱器管束纏繞方法的數(shù)學(xué)模型，有利于纏繞管束的標(biāo)準(zhǔn)化，為傳熱數(shù)值模擬過程做準(zhǔn)備；將真空絕熱技術(shù)應(yīng)用于螺旋纏繞管式換熱器，解決大型螺旋纏繞管式換熱器在低溫工況下的絕熱問題；解決整體塔式帶真空絕熱的雙股流螺旋管式換熱器的結(jié)構(gòu)及各主要部件的布局問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為一種帶真空絕熱的雙股流低溫螺旋纏繞管式換熱器，應(yīng)用一種新的螺旋管束纏繞方法，給出了理論纏繞方程；采用真空結(jié)構(gòu)，將真空絕熱技術(shù)有效應(yīng)用于雙股流螺旋纏繞管式換熱器，采用分步加工制造并檢測的方法，改變傳統(tǒng)真空結(jié)構(gòu)與列管換熱器管束結(jié)合困難、安裝不方便等缺點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案
一種帶真空絕熱的雙股流低溫螺旋纏繞管式換熱器，包括裙座1、接管2、下管板3、排液管4、下支撐環(huán)5、真空接管6、中芯筒7、螺旋盤管8、螺旋盤管上支撐環(huán)9、接管10、上外壓封頭11、接管12、接管13、上內(nèi)壓封頭14、排氣管15、上管板16、螺旋盤管17、內(nèi)壓殼體18、外壓殼體19、珠光砂20、接管21、下內(nèi)壓封頭22、下外壓封頭23、接管M，其特征在于螺旋盤管8管束與螺旋盤管17管束繞中芯筒7層層纏繞，纏繞后的管芯通過下支撐環(huán)5與上支撐環(huán)9安裝于內(nèi)壓殼體18內(nèi)，管束上出口連接管板16，管束下出口連接管板3 ；中芯筒7頂部與管板16中心連接，底部與管板3中心連接，中間安裝下支撐環(huán)5與上支撐環(huán)9 ；內(nèi)壓殼體18與外壓殼體19之間為真空夾層，頂部為殼程進(jìn)口接管10及排氣管15，底部為殼程出口接管21及排液管4，夾層內(nèi)填充珠光砂20，外壓殼體19底部安裝真空接管6 ；上外壓封頭11與上內(nèi)壓封頭14之間為真空夾層，上內(nèi)壓封頭14中間裝有隔板，隔板將上封頭空間分割成兩個(gè)管箱，左管箱連接接管13，右管箱連接接管12，封頭14底部與管板16焊接，管板16下邊緣與筒體18上邊緣焊接；下外壓封頭23與下內(nèi)壓封頭22之間為真空夾層，下外壓封頭22中間裝有隔板，隔板將下封頭空間分割成兩個(gè)管箱，左管箱連接接管M，右管箱連接接管2，封頭22上邊緣與管板3焊接，管板3上邊緣與筒體18下邊緣焊接；外壓封頭 23正下方安裝裙座1 ；上封頭11與筒體19上邊緣焊接，下封頭23與筒體19下邊緣焊接。
雙股流低溫螺旋纏繞管式換熱器管束纏繞段內(nèi)任一螺旋管道中心線滿足以下管
道曲線表達(dá)式
權(quán)利要求
1.一種帶真空絕熱的單股流低溫螺旋纏繞管式換熱器，包括裙座(1)、接管(2)、下管板(3)、排液管(4)、下支撐環(huán)(5)、真空接管(6)、中芯筒(7)、螺旋盤管(8)、螺旋盤管上支撐環(huán)(9)、接管(10)、上外壓封頭(11)、接管(12)、接管(13)、上內(nèi)壓封頭(14)、排氣管 (15)、上管板(16)、螺旋盤管(17)、內(nèi)壓殼體(18)、外壓殼體(19)、珠光砂(20)、接管(21)、 下內(nèi)壓封頭(22)、下外壓封頭(23)、接管(24)，其特征在于螺旋盤管(8)管束與螺旋盤管 (17)管束繞中芯筒(7)層層纏繞，纏繞后的管芯通過下支撐環(huán)(5)與上支撐環(huán)(9)安裝于內(nèi)壓殼體(18)內(nèi)，管束上出口連接管板(16)，管束下出口連接管板(3);中芯筒(7)頂部與管板(16)中心連接，底部與管板(3)中心連接，中間安裝下支撐環(huán)(5)與上支撐環(huán)(9);內(nèi)壓殼體(18)與外壓殼體(19)之間為真空夾層，頂部為殼程進(jìn)口接管(10)及排氣管(15)，底部為殼程出口接管(21)及排液管(4)，夾層內(nèi)填充珠光砂(20)，外壓殼體(19)底部安裝真空接管(6);上外壓封頭(11)與上內(nèi)壓封頭(14)之間為真空夾層，上內(nèi)壓封頭(14)中間裝有隔板，隔板將上封頭空間分割成兩個(gè)管箱，左管箱連接接管(13)，右管箱連接接管(12)，封頭 (14)底部與管板(16)焊接，管板(16)下邊緣與筒體(18)上邊緣焊接；下外壓封頭(23)與下內(nèi)壓封頭(22)之間為真空夾層，下外壓封頭(22)中間裝有隔板，隔板將下封頭空間分割成兩個(gè)管箱，左管箱連接接管(24)，右管箱連接接管(2)，封頭(22)上邊緣與管板(3)焊接， 管板(3 )上邊緣與筒體(18 )下邊緣焊接；外壓封頭(23 )正下方安裝裙座(1)；上封頭(11) 與筒體(19 )上邊緣焊接，下封頭(23 )與筒體(19 )下邊緣焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶真空絕熱的單股流低溫螺旋纏繞管式換熱器，其特征在于換熱器管束纏繞段內(nèi)螺旋盤管(17)、螺旋盤管(8)中心線滿足管道曲線表達(dá)式
全文摘要
一種帶真空絕熱的雙股流低溫螺旋纏繞管式換熱器，主要由兩股螺旋纏繞管束與真空殼體組成，應(yīng)用一種新的雙股流螺旋管束理論纏繞方程，建立數(shù)學(xué)模型并將其并用于流場數(shù)值模擬過程，獲得管束纏繞理論計(jì)算方法并設(shè)計(jì)制造雙股流螺旋纏繞管式換熱器；應(yīng)用與螺旋纏繞管束相結(jié)合的真空絕熱技術(shù)，采用上下封頭與管板焊接并由管板承重的內(nèi)壓殼體與外壓殼體形成真空結(jié)構(gòu)，改變傳統(tǒng)真空結(jié)構(gòu)與纏繞管式換熱器結(jié)合困難，制造安裝不便等缺點(diǎn)，可用于-161℃天然氣液化、-197℃空氣分離、-197℃低溫液氮洗、-70℃低溫甲醇洗等領(lǐng)域，本發(fā)明具有低溫?fù)Q熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，單位容積傳熱面積大，熱膨脹可自行補(bǔ)償，容易實(shí)現(xiàn)大型化，換熱設(shè)備臺數(shù)減少等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號F28D7/02GK102455139SQ20111031563
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者丁世文, 吳金群, 龐鳳皎, 張周衛(wèi), 張小衛(wèi), 李建霞, 汪雅紅, 許鳳 申請人:張周衛(wèi)