一種平行四邊形板翅式換熱器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于換熱器領域，尤其涉及一種不同沸點混合介質冷凝使用的換熱器，屬于F28D的換熱器領域。
【背景技術】
[0002]不同沸點混合介質的冷凝是天然氣液化(主要成分為沸點-162°C甲烷、沸點-88 V乙烷、沸點-42°C丙烷等)、空氣分離、混合冷劑制冷、石油或廢塑料裂解、生物質氣生產等行業(yè)的主要工藝過程。為降低工藝過程的煙損失，此類生產工藝希望按照溫度級別逐級冷卻析出不同沸點的組分，同一股制冷劑或產物在不同溫度區(qū)間自身也進行熱量交換，因此要求冷凝設備方便實現多股介質同時換熱。目前能方便實現多股介質同時換熱的設備主要是螺旋纏繞管換熱器和板翅式換熱器兩種。螺旋纏繞管換熱器為管殼結構，承壓較高，應用較廣泛，但難以采取換熱強化措施，換熱系數較低，體積和重量難以縮減。板翅式換熱器隨著近年制造工藝的改進，承壓能力逐漸提高。憑其傳熱系數更高、更緊湊、重量更輕的優(yōu)勢，在天然氣液化等很多場合出現取代纏繞管換熱器的趨勢。
[0003]雖然板翅式換熱器在沸騰與冷凝相變工況下同樣可以提供較高的換熱系數，但現有板翅式換熱器的翅片形式主要是針對單相介質(重點是氣相介質)換熱的機理設計的:平直翅片是擴展了換熱面積和減小了水力直徑；波紋翅片、鋸齒翅片、百葉窗翅片是在擴展面積基礎上擾動流體減薄邊界層；被公認可適用于相變換熱的打孔翅片、片帶翅片在用于冷凝換熱時可以破壞液膜的連續(xù)性，但在高雷諾數工況也被證實效果并不比平直翅片有優(yōu)勢。
[0004]天然氣液化中非共沸多組分混合介質冷凝的熱阻機制與純組分物質冷凝有明顯區(qū)別，理論分析和實驗已證明換熱系數比純組分冷凝明顯降低?，F有對非共沸混合介質冷凝換熱的研究更多集中在含一種不凝氣體的工況，采用低紋槽、人工粗糙度表面等措施減小平均液膜厚度在純組分冷凝時被證實效果突出的措施，在含不凝氣體情況下效果有時不明顯，而天然氣液化、石油裂解行業(yè)的冷凝換熱過程和機理更為復雜，冷凝過程通常包含兩種以上的不凝氣體，換熱情況更加復雜。
[0005]針對上述問題，本發(fā)明提供了一種新的板翅式換熱器，從而解決沸點不同的多組分混合介質的冷凝。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提供了一種新的板翅式換熱器，從而解決沸點不同的多組分混合介質的冷凝，以提高換熱效率，降低流體流動阻力。
[0007]為了實現上述目的，本發(fā)明的技術方案如下:
一種用于非共沸多組分混合物冷凝的板翅式換熱器，所述板翅式換熱器包括互相平行的板片，所述板片之間設置翅片，所述翅片包括傾斜于板片的傾斜部分，其特征在于，在傾斜部分上通過沖壓方式加工突起，從而使傾斜部分兩側的流體通過傾斜部分上沖壓方式形成的孔連通；所述突起從傾斜部分沿著混合物流動方向向外延伸。
[0008]作為優(yōu)選，所述翅片包括水平部分和傾斜部分，所述水平部分與板片平行并且與板片貼在一起，所述傾斜部分與水平部分連接。
[0009]作為優(yōu)選，所述突起為等腰三角形，所述等腰三角形的底邊設置在傾斜部分上，相鄰的板片的距離為H，等腰三角形底邊的長度為h，相鄰的傾斜部分的距離為w，等腰三角形的頂角為b，所述突起的延伸方向與混合物的流動方向的夾角為a，傾斜部分與板片之間的銳角的夾角為c，滿足如下公式:
c6*h/H=cl*Ln(L*sin(a)/ (w*sin(c))+c2,sin (b/2)=c3+c4*sin(a)_c5*(sin(a))2,
其中Ln是對數函數，cl、c2、c3、c4、c5是系數，
0.24<cl<0.25, 0.68〈c2〈0.70，0.87〈c3〈0.88，0.68< c4〈0.70，1.14 <c5<l.15,
6.8〈c6〈7.3 ；
19。 <a〈71。 ，55。 <b〈165。 ，90。 <c〈70。；
10mm<w<15mm, 6mm<H<14mm ；
0.19〈L*sin(a)/w<0.41，0.29〈7*h/H〈0.47 ；
H是以相鄰板片相對的面之間的距離，W是以相鄰的傾斜部分相對的面在沿著板片方向上的距離，L為等腰三角形的頂點到底邊中點的距離。
[0010]作為優(yōu)選，cl=0.245，c2=0.694， c3=0.873，c4=0.691，c5=l.1454，c6=7.03。
[0011]作為優(yōu)選，所述突起的延伸方向與混合物的流動方向的夾角為a，同一個傾斜部分設置多個突起，沿著混合物的流動方向，所述的夾角a越來越小。
[0012]作為優(yōu)選，同一個傾斜部分設置多個突起，多個突起交錯從傾斜部分兩側向外延伸。
[0013]作為優(yōu)選，所述突起延伸的長度為L，同一個傾斜部分設置多個突起，沿著混合物的流動方向，所述的長度L越來越小。
[0014]作為優(yōu)選，所述突起為等腰三角形，所述等腰三角形的底邊設置在傾斜部分上，作為優(yōu)選，底邊與傾斜部分的傾斜角度相同，所述等腰三角形的頂角為b，同一個傾斜部分設置多個突起，沿著混合物的流動方向，所述的頂角b越來越大。
[0015]作為優(yōu)選，所述突起為等腰三角形，所述等腰三角形的底邊設置在傾斜部分上，作為優(yōu)選，底邊與傾斜部分的傾斜角度相同，所述等腰三角形的底邊為S1，同一個傾斜部分設置多個突起，沿著混合物的流動方向，所述的S1越來越小。
[0016]作為優(yōu)選，同一個傾斜部分設置多個突起，相鄰突起的距離為S2，沿著混合物的流動方向，所述的S2越來越大。
[0017]與現有技術相比較，本發(fā)明的板式換熱器及其換熱板片具有如下的優(yōu)點:
1)本發(fā)明首次將沖壓的突起應用到共沸多組分混合物冷凝的板翅式換熱器，克服了長期以來板翅式換熱器換熱效率低的問題，明顯的提高了換熱效率。
[0018]2)—方面可以破壞層流底層，另一方面與“打孔”翅片相比，未因打孔損失換熱面積，而且“刺”和“孔”可以分別在不同高度上擾動流體，強化不同的熱阻環(huán)節(jié)；
3)沖壓“微刺”形成的小孔，借助“微刺”下游壓力場的影響，可實現翅片兩側介質的壓力及質量交換，對粘性底層和液膜的穩(wěn)定性造成破壞，強化換熱；
4)針對非共沸多組分混合物的流體，能夠借助“微刺”實現擴大氣液界面以及氣相邊界層與冷卻壁面的接觸面積并增強擾動；
5)易加工實現，制作難度和成本不會明顯上升；
6)通過大量的實驗，確定了最佳的板翅式換熱器的結構尺寸；
7)通過設計相鄰的板片的距離為H，等腰三角形底邊的長度為h，相鄰的傾斜部分的距離為w，等腰三角形的頂角為b，所述突起的延伸方向與混合物的流動方向的夾角為a等參數沿著流體流動方向的變化，提高了換熱效率或者降低流體壓力。
[0019]8)解決了含有不凝氣體的換熱效率低的問題，大大的節(jié)約了能源。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明一種板翅式換熱器換熱板片結構示意圖；
圖2是本發(fā)明一個板翅單元的結構示意圖；
圖3是本發(fā)明設置突起結構傾斜部分平面的示意圖；
圖4是本發(fā)明設置突起結構傾斜部分平面的另一個示意圖；
圖5是本發(fā)明的三角形突起結構示意圖；
圖6是本發(fā)明三角形突起流道中的切面結構示意圖；
圖7本發(fā)明突起向傾斜部分兩側延伸的結構示意；
圖8傾斜部分突起、孔對壓力及質量交換的影響示意圖。
[0021]附圖標記如下:
1密封件，2流體通道，3板片，4傾斜部分，5水平部分，6突起，7翅片。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0023]本文中，如果沒有特殊說明，涉及公式的，“/”表示除法，“ X ”、表示乘法。
[0024]如圖1所示，一種用于非共沸多組分混合物冷凝的板翅式換熱器，所述板翅式換熱器包括互相平行的板片3，所述相鄰的板片3之間形成流體通道2，所述相鄰的板片3之間設置翅片7。所述翅片7包括傾斜與板片3的傾斜部分4，所述傾斜部分互相平行。在傾斜部分4上通過沖壓方式加工突起6，從而使傾斜部分4兩側的流體通過傾斜部分4上通過沖壓方式形成的孔連通；所述突起6從傾斜部分4向外延伸。
[0025]因為傾斜部分4互相平行，因此相鄰的傾斜部分4與上下板片之間構成了平行四邊形通道。
[0026]通過設置突起6，具有如下的優(yōu)點:
1)一方面可以破壞層流底層，另一方面與“打孔”翅片相比，未因打孔損失換熱面積，而且“刺”和“孔”可以分別在不同高度上擾動流體，強化不同的熱阻環(huán)節(jié)；
2)沖壓“微刺”形成的小孔，借助“微刺”下游壓力場的影響，可實現翅片兩側介質的壓力及質量交換，對粘性底層和液膜的穩(wěn)定性造成破壞，強化換熱，見圖8
3)針對非共沸多組分混合物的流體，能夠借助“微刺”實現擴大氣液界面以及氣相邊界層與冷卻壁面的接觸面積并增強擾動； 4)易加工實現，制作難度和成本不會明顯上升。
[0027]在板翅式換熱器內采取上述措施，能夠極大的提高了非共沸混合介質冷凝換熱簡易又有效的技術。與采取“打孔”翅片相比，能夠提高20 - 30%的換熱效率。
[0028]作為優(yōu)選，所述的突起6與混合物的流動方向所形成的夾角為銳角。
[0029]作為優(yōu)選，如圖2所示，所述的翅片7為傾斜型翅片，所述翅片7包括水平部分5和傾斜部分4，所述水平部分5與板片3平行并且與板片3貼在一起，所述傾斜部分4與水平部分5連接。
[0030]如圖6所示，所述突起6的延伸方向與混合物的流動方向的夾角為a，如圖3所示，沿著混合物的流動方向，同一個傾斜部分4設置多個突起6，沿著混合物的流動方向，所述的夾角a越來越大。
[0031]通過實驗發(fā)現，通過夾角a的逐