本發(fā)明涉及的是一種低溫換熱領域的技術，具體是一種芯殼分離的繞管式換熱器。

背景技術：

繞管式換熱器是大型陸上天然氣液化工廠和海上天然氣浮式平臺的首選主低溫換熱器，占有率超過90％。它的結構是由數(shù)千根圓管一層層交替纏繞在中心筒上，并由一個殼體密封組成。單個繞管式換熱器的初投資大，可靠的設計方法是通過進行工業(yè)級設備的放大實驗來獲取實驗數(shù)據(jù)，提高設計精度。

繞管式換熱器的放大實驗受場地和費用限制，只能基于相似準則縮小直徑和高度尺寸后進行測試。直接將傳統(tǒng)的大型繞管式換熱器結構應用到繞管式換熱器模型上，會使換熱器芯體的制造加工難以實現(xiàn)，具體存在的問題包括以下三點：

1)傳統(tǒng)的套筒結構不適用于繞管式換熱器模型；大型繞管式換熱器中，布置有一個套筒包裹住最外層的繞管，用于阻擋殼側液體進入殼體和繞管之間的間隙；如圖1所示，套筒在最上方通過翻邊工藝形成漏斗狀，并與殼體焊接成一個整體，將上方流入的殼側液體導流進入繞管區(qū)域換熱；在繞管式換熱器中，套筒和殼體的間距僅為數(shù)個毫米，換熱器內(nèi)內(nèi)沒有足夠的徑向距離用于套筒的翻邊，并且操作空間有限使得套筒焊接困難；

2)傳統(tǒng)的均布裝置不適用于繞管式換熱器模型；大型繞管式換熱器的殼側進口為兩相制冷劑，在入口段布置有均布裝置用于液體均布，氣體則通過均布器和殼體的空隙進入換熱器，并且由于套筒翻邊結構的阻擋，氣液兩相均不會進入殼體和套筒的間隙，避免造成無效換熱；在繞管式換熱器模型中，由于套筒翻邊工藝不可行，均布器的液體流道和氣體流道都需要重新設計，以保證液體均布效果，同時避免流體旁通進入殼體和套筒間隙；

3)傳統(tǒng)的側面管板布置方式不適用于繞管式換熱器模型。大型繞管式換熱器由于在繞管上方布置有均布裝置，繞管是從側面管板伸出；同時大型繞管式換熱器直徑可達5米，由中心筒和殼體組成的環(huán)腔空間很大，繞管有足夠空間能彎折到側面的管板上；而繞管式換熱器模型最小直徑僅為0.1m，環(huán)腔內(nèi)空間不到0.05m，遠小于繞管0.5m的彎曲曲率，直接彎折到側面管板上會造成管子破裂，使繞管式換熱器模型失效。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提出了一種芯殼分離的繞管式換熱器，解決了換熱器小型化后傳統(tǒng)結構難以加工制造的問題，可用于天然氣液化中工業(yè)級換熱設備的放大實驗。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明包括：由外而內(nèi)依次設置的殼體、套筒和中心筒、均布器和環(huán)形密封段，其中：中心筒和殼體之間構成環(huán)腔，凹槽形圓盤結構的均布器和環(huán)形密封段依次嵌套于套筒外部，環(huán)形密封段與均布器底部相連，套筒內(nèi)設有若干繞管，所述的繞管一端直接從均布器底部伸出，另一端通過氣相流通孔從均布器頂部伸出，均布器上設有若干均布的液相流通孔以及若干對稱的氣相流通孔。

所述的氣相流通孔的孔徑大于作為氣體通道的繞管外徑，以通過繞管的同時，剩余空隙供殼側的氣體通過。

所述的均布器為凹槽型且外部具有凸起側壁，使氣體通道與液體均布區(qū)域隔離。

所述的均布器頂部設有導流板，該導流板靠近中心筒處設有兩相制冷劑入口，導流板上設有繞管管孔，以使得繞管通過并到達殼體頂部。

所述的導流板的外緣處設有與均布器的頂部相連的環(huán)狀凸起，以阻擋殼側制冷劑進入均布器、殼體和中心筒圍成的環(huán)腔，導致無效換熱。

所述的環(huán)形密封段為倒置的階梯形結構，其底部嵌套在套筒內(nèi)，以阻隔殼體和中心筒之間的空隙。

技術效果

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明解決了繞管式換熱器模型有限腔體空間內(nèi)的管路布置、套筒布置和均布器布置問題，能夠有效防止管道破裂、液體旁通和氣體泄漏，能夠用于天然氣換熱設備的放大實驗，提高大型繞管式換熱器的設計精度。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)大型繞管式換熱器的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的整體結構示意圖；

圖3為圖2中I區(qū)剖面圖；

圖4為本發(fā)明中均布器的俯視結構示意圖；

圖中：繞管1、殼體2、套筒3、中心筒4、均布器5、導流板6、環(huán)形密封段7、液相流通孔8、氣相流通孔9、兩相制冷劑入口10。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例1

如圖2和圖3所示，本實施例包括設置于殼體內(nèi)的中心筒4、凹槽型的均布器5和環(huán)形密封段7，其中：中心筒4設置在殼體2內(nèi)兩者之間形成環(huán)腔，均布器5嵌套在殼體2內(nèi)并套設在中心筒4上，環(huán)形密封段7嵌套在殼體2內(nèi)且與均布器5底部相連，套筒3設置在環(huán)腔內(nèi)并套設在環(huán)形密封段7上；

如圖3和圖4所示，所述的均布器5的底板靠近邊緣處對稱設有兩個氣相流通孔9，所述均布器5的底板上除氣相流通孔9外均布有若干液相流通孔8。

所述的液相流通孔8的直徑為0.2mm～2mm；所述的氣相流通孔9為橢圓孔，其尺寸大于液相流通孔8。

所述的氣相流通孔9從底部貫穿均布器5的凸起側壁，使氣體通道與液體均布區(qū)域隔離。

所述的套筒3內(nèi)設有兩根繞管1，所述的繞管1的外徑為2mm～20mm；所述的繞管1一端直接從殼體2底部伸出，另一端通過氣相流通孔9從殼體1頂部伸出，所述的氣相流通孔9的尺寸大于繞管外徑。

所述的均布器5頂部設有導流板6，所述的導流板6靠近中心筒4處設有兩相制冷劑入口10，保證殼側入口的液相制冷劑全部進入均布器5凹槽內(nèi)而非進入氣相流通孔9，實現(xiàn)兩相制冷劑的氣液分離；所述的導流板6上設有繞管管孔，以使得繞管1通過并到達殼體2頂部。

優(yōu)選地，所述的導流板6外緣處設有環(huán)狀凸起，與均布器5頂部相連，其作用是阻擋殼側制冷劑進入均布器、殼體和中心筒圍成的環(huán)腔，導致無效換熱。

所述的環(huán)形密封段7為倒置的階梯形結構，底部嵌套在套筒3內(nèi)并通過卡箍固定，阻隔殼體和中心筒之間的空隙。

所述的殼體2的直徑為100mm～500mm，所述的中心筒4的直徑為40mm～200mm。

本裝置使用了分離式的換熱器結構，將套筒3及殼體內(nèi)部的其他結構與殼體2分開，并在套筒3和殼體2之間設置環(huán)形密封結構，用于替代傳統(tǒng)大型換熱器中套筒的翻邊結構，既能防止殼側流體進入套筒3與殼體2的縫隙間造成流體短路，還方便對換熱器模型的芯體進行組裝和拆卸維護，延長繞管使用壽命。

本裝置在工作時，兩股管束流路的不同介質(zhì)從底部進入繞管1和殼側流體換熱，之后通過所屬管路經(jīng)過環(huán)形密封段7、均布器5和導流板6到達殼體2頂部，流出換熱器模型；

同時殼側流體通過殼體2上端側壁的進口和導流板6上的兩相制冷劑入口10進入均布器5內(nèi)，其中：兩相制冷劑液體部分在通過液相流通孔8后進入環(huán)形密封段7與中心筒4之間的環(huán)腔內(nèi)，兩相制冷劑氣體部分通過氣相流通孔9與繞管1之間的空隙后進入環(huán)形密封段7與中心筒4之間的環(huán)腔內(nèi)；氣液兩相流體流經(jīng)繞管1和管束流體換熱，再通過殼體下端側壁的出口流出換熱器模型；

所述的繞管式換熱器模型中管束高壓介質(zhì)和殼側低壓介質(zhì)互不干擾，殼體內(nèi)部密封性良好，無管路破損和泄漏發(fā)生；進行工藝級設備放大實驗時，管速和殼側流體的質(zhì)流密度和實際的大型繞管式換熱器一致，殼側均溫性控制在2℃以內(nèi)，經(jīng)換熱器冷卻后的出液溫度達到零下150℃，可以模擬實際繞管式換熱器的運行情況。