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CN101706227A - 一种无缺口折流板管壳式换热器 - Google Patents

一种无缺口折流板管壳式换热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无缺口折流板管壳式换热器，将普通弓形折流板换热器壳程的流体由穿过管束的横流改变为沿管束的流动；可以是固定管板式、浮头式和U形管式换热器。该无缺口折流板管壳式换热器包括筒体，筒体上分别开有壳程流体进口和壳程流体出口，筒体上设有固定管板，两管板连有管箱，管箱上分别开有管程流体进口和出口，筒体中有换热管束和折流板，折流板垂直于管轴并由拉杆和定距管沿轴向平行均布固定，拉杆固定在管板上，折流板为无缺口折流板，任何一块折流板的大圆形管孔和小圆形管孔按照常规技术分布，且相邻两折流板大小圆形管孔分布不同，管束穿过一组无缺口折流板的管孔，轴线平行的固定于管板之间。本发明明显减小了压力降，同时，也减小了传热“死区”，提高了传热效率，减缓了管子振动和磨损。

Description

一种无缺口折流板管壳式换热器
技术领域
本发明涉及一种管壳式换热器，具体涉及一种无缺口折流板管壳式换热器，由于采用无缺口折流板，从而将普通弓形折流板换热器壳程的流体由穿过管束的横流改变为沿管束的流动。
背景技术
管壳式换热器具有可靠性高、适应性、设计、制造和使用简单等优点，广泛的应用于石油化工、电力、环保等工业领域。管壳式换热器通常由管箱、管板、壳体、折流板、换热管、拉杆、定距管及工艺接管等组成。其中折流板除在卧式换热器壳体内支撑管束外，还起到使流体按特定的通道流动，提高壳程流体的流速、增加湍流程度、改善传热特性的作用。根据换热器折流板的形状和使流体在换热器壳体中流动通道的形式，现有的换热器折流板有弓形折流板及螺旋折流板，普通的弓形折流板为平板式的，即圆形平板截成缺口弓形，垂直于换热器壳体和换热管轴线平行排放，使流体在壳体内沿轴线形成迂回流动，这种平板式的弓形折流板引起壳程流体流动速度分布不尽合理，“死区”较大，有效流通面积较小，流动阻力大。螺旋折流板是将多块折流板沿壳体轴线布置成近似螺旋面，使换热器壳程流体呈螺旋状连续流动。如中国专利200320106763.1公开的螺旋折流板管壳式换热器，由两块或四块扇形平板拼接成近似螺旋面，这类螺旋折流板虽然使流体流动形式最合理，但是比弓形折流板安装困难，加工成本高，精度难以保证，不利于工业标准化，且由多块扇形平板拼接的螺旋流道存在漏流，增加流体阻力。
发明内容
本发明的目的是针对目前普通弓形折流板换热器存在的技术问题，提供一种无缺口折流板管壳式换热器，将普通弓形折流板换热器壳程的流体由穿过管束的横流改变为沿管束的流动，以降低压力降，减小传热“死区”，提高传热效率，减缓管子振动和磨损。
本发明的无缺口折流板管壳式换热器，包括固定管板式、浮头式和U形管式换热器。
本发明的无缺口折流板管壳式固定管板换热器参见图1，包括筒体3，筒体3上两端分别开有壳程流体进口7和壳程流体出口12，筒体3两端有固定管板2，两管板外侧分别连接两个管箱1，两管箱1上分别开有管程流体进口13和出口8，筒体3中有换热管束6和折流板4和5，折流板垂直于管轴并由拉杆11和定距管10沿轴向平行均布固定，拉杆11固定在管板2上，折流板为无缺口折流板，任何一块折流板的大圆形管孔和小圆形管孔按照常规技术分布，且相邻两折流板大小圆形管孔分布不同，，管束6穿过一组无缺口折流板的管孔，轴线平行的固定于管板之间.本发明的无缺口折流板管壳式换热器工作时，一种流体走管程，另一种流体由壳程流体进口管进入壳体后，从第一块(按流动方向)折流板上的大孔间隙穿过，改变一定方向后进入第二块折流板的大孔间隙，然后再改变一定方向后进入第三块折流板的大孔间隙，依次穿过最后一块折流板后，从壳程流体出口管流出，与管程流体完成热量交换；折流板上的小孔对换热管有支撑作用.
在现有技术中，筒体3一般安放在鞍座9上。本发明无缺口折流板管壳式固定管板换热器中折流板上大小圆形管孔的分布可以是三角形的，例如图2、图3，也可以是正方形的。折流板小孔直径按换热器标准GB151设计，大孔直径根据换热管直径不同而不同，可比小孔直径大2-8mm。
本发明的无缺口折流板管壳式浮头换热器参见图4，包括筒体5，筒体5两端分别开有壳程流体进口4和壳程流体出口14，筒体5一端通过法兰与固定管板3连接，管板外侧连接管箱1(左管箱)，管箱1上分别开有管程流体进口18和管程流体出口2，筒体5另一端通过浮头法兰11与浮头端管箱10(右管箱)连接，浮头端管箱10内有浮头管板12，浮头管板12由钩圈13和浮头法兰11与浮头盖板连接，筒体5中有换热管束9、折流板6和7和位于筒体5中心的挡管15，折流板垂直于管轴并由拉杆16和定距管8沿轴向平行均布固定，拉杆16固定在管板3上，折流板为无缺口折流板，每块折流板上有大小不同的两种圆形管孔，任何一块折流板的大圆形管孔和小圆形管孔按照常规技术分布，且相邻两折流板大小圆形管孔分布不同，管束9和挡管15穿过一组无缺口折流板的管孔，轴线平行地固定于固定管板3和浮头管板12之间。本发明的无缺口折流板管壳式换热器工作时，一种流体走管程，另一种流体由壳程流体进口管进入壳体后，从第一块(按流动方向)折流板上的大圆形管孔间隙穿过，改变一定方向后进入第二块折流板的大圆形管孔间隙，然后再改变一定方向后进入第三块折流板的大圆形管孔间隙，依次穿过最后一块折流板后，从壳程流体出口管流出，与管程流体完成热量交换；折流板上的小圆形管孔对换热管有支撑作用。
在实际应用中，筒体5一般安放在鞍座17上。本发明无缺口折流板管壳式浮头换热器中折流板上大小圆形管孔的分布可以是三角形的，例如图5、图6，也可以是正方形的，如图8、图9。折流板小圆形管孔直径按换热器标准GB151设计，大圆形管孔直径根据换热管直径不同而不同，可比小圆形管孔直径大2-8mm。
本发明的无缺口折流板管壳式U形管换热器参见图7，包括筒体5，筒体5两端分别开有壳程流体进口4和壳程流体出口9，筒体5一端通过法兰与固定管板3连接，管板外侧连接管箱1，管箱1上分别开有管程流体进口13和出口2，筒体5中有U形管束8和折流板6和7，折流板垂直于管轴并由拉杆12和定距管11沿轴向平行均布固定，拉杆12固定在管板3上，折流板为无缺口折流板，每块折流板上有大小不同的两种圆形管孔，任何一块折流板的大圆形管孔和小圆形管孔按照常规技术分布，且相邻两折流板大小圆形管孔分布不同，管束8穿过一组无缺口折流板的管孔，轴线平行地固定在固定管板3上。本发明的无缺口折流板管壳式换热器工作时，一种流体走管程，另一种流体由壳程流体进口管进入壳体后，从第一块(按流动方向)折流板上的大圆形管孔间隙穿过，改变一定方向后进入第二块折流板的大圆形管孔间隙，然后再改变一定方向后进入第三块折流板的大圆形管孔间隙，依次穿过最后一块折流板后，从壳程流体出口管流出，与管程流体完成热量交换；折流板上的小圆形管孔对换热管有支撑作用。
在现有技术中，筒体5一般安放在鞍座10上。本发明无缺口折流板管壳式U形管换热器中折流板上大小圆形管孔的分布可以是三角形的，例如图5、图6，也可以是正方形的，如图8、图9。折流板小圆形管孔直径按换热器标准GB151设计，大圆形管孔直径根据换热管直径不同而不同，比小圆形管孔直径大2-8mm。
本发明的效果：本发明将普通弓形折流板换热器壳程的流体由穿过管束的横流改变为沿管束的流动，明显减小了压力降，同时，也减小了传热“死区”，提高了传热效率，减缓了管子振动和磨损。对于同样换热介质、同样规格和型式的换热器，本发明提供的无缺口折流板管壳式换热器比普通的弓形折流板换热器壳程压力降下降25-35％，单位压力降的换热效率提高20-30％，同时保持了弓形折流板加工、安装方便，适宜标准化，成本低的优势。
附图说明
图1无缺口折流板管壳式固定管板换热器结构图
图1中，1为管箱，2为管板，3为筒体，4和5为折流板，6为换热管束，7为壳程流体进口，8为管程流体出口，9为鞍座，10为定距管，11为拉杆，12为壳程流体出口，13为管程流体进口。
图2无缺口折流板管壳式固定管板换热器中某一块折流板上大小不同的两种圆形管孔三角形排列分布示意图
图3无缺口折流板管壳式固定管板换热器中相邻折流板上大小不同的两种圆形管孔三角形排列分布示意图
图4无缺口折流板管壳式浮头换热器结构图
图4中，1为左管箱，2为管程流体出口，3为管板，4为壳程流体进口，5为筒体，6和7为折流板，8为定距管，9为换热管，10为右管箱，11为浮头法兰，12为浮头管板，13为钩圈，14为壳程流体出口，15为挡管，16为拉杆，17为鞍座，18为管程流体进口。
图5无缺口折流板管壳式浮头或U形管换热器中某一块折流板上大小不同的两种圆形管孔三角形排列的分布示意图
图6无缺口折流板管壳式浮头或U形管换热器中相邻折流板上大小不同的两种圆形管孔三角形排列分布示意图
图7无缺口折流板管壳式U形管换热器结构图
图7中，1为管箱，2为管程流体出口，3为管板，4为壳程流体进口，5为筒体，6和7为折流板，8为换热管，9为壳程流体出口，10为鞍座，11为定距管，12为拉杆，13为管程流体进口。
图8无缺口折流板管壳式浮头或U形管换热器中某一块折流板上大小不同的两种圆形管孔正方形排列的分布示意图
图9无缺口折流板管壳式浮头或U形管换热器中相邻折流板上大小不同的两种圆形管孔正方形排列分布示意图
具体实施方式：
下面用实施例对本发明进一步说明。但本发明不限于以下实施例。
实施例1
本发明无缺口折流板管壳式固定管板换热器参见图1，包括：安放在鞍座9上的筒体3，筒体上两端侧面分别开有壳程流体进口7和壳程流体出口12，筒体两端有固定管板2，两管板外侧分别连接两个管箱1，两管箱上分别开有管程流体进口13和出口8，筒体中有换热管束6，管束穿过一组无缺口折流板4和5的管孔，轴线平行的固定于管板之间，折流板由拉杆11和定距管10沿轴向均布固定.折流板上管孔的分布是三角形的，换热介质管程流体为水，进口温度为20℃，壳程流体为C6油，进口温度为120℃.筒体内径为800mm；换热管为φ25×2，根数为490，穿过8个无缺口折流板，折流板厚度为10mm，相邻两圆孔中心连线距离为32mm，小圆形管孔直径为25.8mm，大圆形管孔直径为29.8mm，折流板间距为660mm.换热后C6油温度下降到80℃.
与普通弓形折流板固定管板换热器相比，壳程压力降下降25％，单位压力降的换热效率提高23％。
上述无缺口折流板管壳式固定管板换热器的大小圆形管孔也可以呈正方形排布，小圆形管孔直径为25.8mm，大圆形管孔直径为27.8mm或33.8mm。
实施列2
本发明的无缺口折流板管壳式浮头换热器参见图4，包括：安放在鞍座17上的筒体5，筒体5两端分别开有壳程流体进口4和壳程流体出口14，筒体5一端通过法兰与固定管板3连接，管板外侧连接管箱1(左管箱)，管箱1上分别开有管程流体进口18和出口13，筒体5另一端通过法兰与浮头端管箱10(右管箱)连接，浮头端管箱10内有浮头管板12，浮头管板12由钩圈13和浮头法兰11与浮头盖板连接，筒体5中有换热管束9、折流板6和7和位于筒体5中心的挡管15，折流板垂直于管轴并由拉杆16和定距管8沿轴向平行均布固定，拉杆16固定在管板3上，折流板6和7为无缺口折流板，每块折流板上有大小不同的两种圆形管孔，任何一块折流板的大小圆形管孔分布和相邻折流板不同，管束9和挡管15穿过一组无缺口折流板6和7的管孔，轴线平行地固定于固定管板3和浮头管板12之间。折流板上大小圆形管孔的分布是三角形的，换热介质管程流体为循环油浆，进口温度为318℃，壳程流体为脱氧水，进口温度为200℃。筒体内径为1600mm；换热管为φ25×2.5，根数为1248，穿过7个无缺口折流板，折流板厚度为10mm，相邻两圆形管孔中心连线距离为32mm，小圆形管孔直径为25.8mm，大圆形管孔直径为31.8mm，折流板间距为1000mm。换热后循环油浆温度下降到260℃。
与同样结构的普通弓形折流板浮头换热器相比，壳程压力降下降30％，单位压力降的换热效率提高26％。
上述无缺口折流板管壳式浮头换热器的大小圆形管孔也可以呈正方形排布，小圆形管孔直径为25.8mm，大圆形管孔直径为27.8mm或33.8mm。
实施例3
本发明的无缺口折流板管壳式U形管换热器参见图7，包括：安放在鞍座10上的筒体5，筒体5两端分别开有壳程流体进口4和壳程流体出口9，筒体5一端通过法兰与固定管板3连接，管板外侧连接管箱1(左管箱)，管箱1上分别开有管程流体进口13和出口2，筒体5中有U形管束8和折流板6和7，折流板垂直于管轴并由拉杆12和定距管11沿轴向平行均布固定，拉杆12固定在管板3上，折流板6和7为无缺口折流板，每块折流板上有大小不同的两种圆形管孔，任何一块折流板的大小圆形管孔分布和相邻折流板不同，管束8穿过一组无缺口折流板6和7的管孔，轴线平行地固定在固定管板3上.折流板上大小圆形管孔的分布是正方形的，换热介质管程流体为循环水，进口温度为30℃，壳程流体为异丙苯、酚、乙苯、AMS，进口温度为110℃.筒体内径为450mm；换热管为φ25×2.5，根数为60，穿过46个无缺口折流板，折流板厚度为5mm，相邻两圆形管孔中心连线距离为32mm，小圆形管孔直径φ25.8mm，大圆形管孔直径φ33.8mm，折流板间距为100mm.换热壳程流体温度下降到40℃.
与同样结构的普通弓形折流板U形管换热器相比，壳程压力降下降35％，单位压力降的换热效率提高30％。
上述无缺口折流板管壳式U形管换热器的大小圆形管孔也可以呈三角形排布，小圆形管孔直径φ25.8mm，大圆形管孔直径27.8mm或33.8mm。

Claims (9)

1.一种无缺口折流板管壳式换热器，为固定管板换热器，包括包括筒体(3)，筒体3上两端分别开有壳程流体进口(7)和壳程流体出口(12)，筒体(3)两端有固定管板(2)，两固定管板(2)外侧分别连接两个管箱(1)，两管箱(1)上分别开有管程流体进口(13)和出口(8)，筒体(3)中有换热管束(6)和折流板(5)，折流板垂直于管轴并由拉杆(11)和定距管(10)沿轴向平行均布固定，拉杆(11)固定在管板(2)上，其特征在于，折流板为无缺口折流板，每块折流板上设置有大圆形管孔和小圆形管孔，任何一块折流板的大圆形管孔和小圆形管孔按照常规技术分布，且相邻两折流板大小圆形管孔分布不同，管束(6)穿过一组无缺口折流板的管孔，轴线平行的固定于管板(2)之间。
2.按照权利要求1的一种无缺口折流板管壳式换热器，其特征在于折流板小圆形管孔直径按换热器标准GB151设计，大圆形管孔直径根据换热管直径不同而不同，比小圆形管孔直径大2-8mm。
3.按照权利要求1的一种无缺口折流板管壳式换热器，其特征在于，所述大圆形管孔和小圆形管孔的分布为三角形或正方形。
4.一种无缺口折流板管壳式换热器，为浮头换热器，包括筒体(5)，筒体(5)两端分别开有壳程流体进口(4)和壳程流体出口(14)，筒体(5)一端通过浮头法兰(11)与固定管板(3)连接，固定管板(3)外侧连接管箱(1)，管箱(1)上分别开有管程流体进口(18)和管程流体出口(2)，筒体(5)另一端通过浮头法兰(11)与浮头端管箱(10)连接，筒体(5)中有换热管束(9)和折流板(6)，折流板(5)垂直于管轴并由拉杆(16)和定距管(8)沿轴向平行均布固定，拉杆(16)固定在管板(3)上，其特征在于，所述折流板为无缺口折流板，每块折流板上设置有大圆形管孔和小圆形管孔，任何一块折流板的大圆形管孔和小圆形管孔按照常规技术分布，且相邻两折流板大小圆形管孔分布不同，管束(9)穿过一组无缺口折流板的管孔，轴线平行地固定于固定管板(3)和浮头管板(12)之间。
5.按照权利要求3的一种无缺口折流板管壳式换热器，其特征在于折流板小圆形管孔直径按换热器标准GB151设计，大圆形管孔直径根据换热管直径不同而不同，比小圆形管孔直径大2-8mm。
6.按照权利要求4的一种无缺口折流板管壳式换热器，其特征在于，所述大圆形管孔和小圆形管孔的分布为三角形或正方形。
7.一种无缺口折流板管壳式换热器，为U形管换热器，包括筒体(5)，筒体(5)两端分别开有壳程流体进口(4)和壳程流体出口(9)，筒体(5)一端通过法兰与固定管板(3)连接，管板外侧连接管箱(1)，管箱(1)上分别开有管程流体进口(13)和出口(2)，筒体(5)中有U形管束(8)和折流板(6)，折流板(6)垂直于管轴并由拉杆(12)和定距管(11)沿轴向平行均布固定，拉杆(12)固定在管板(3)上，其特征在于，所述折流板为无缺口折流板，每块折流板上设置有大圆形管孔和小圆形管孔，任何一块折流板的大圆形管孔和小圆形管孔按照常规技术分布，且相邻两折流板大小圆形管孔分布不同，管束(8)穿过无缺口折流板的管孔，轴线平行地固定在固定管板(3)上。
8.按照权利要求5的一种无缺口折流板管壳式换热器，其特征在于，所述小圆形管孔直径按换热器标准GB151设计，大圆形管孔直径根据换热管直径不同而不同，比小圆形管孔直径大2-8mm。
9.按照权利要求7的一种无缺口折流板管壳式换热器，其特征在于，所述大圆形管孔和小圆形管孔的分布为三角形或正方形.
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