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CN110595233B - 一种管箱耦合u形换热管式多管程换热器 - Google Patents

一种管箱耦合u形换热管式多管程换热器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种管箱耦合U形换热管式多管程换热器，它包括壳体、管板、多组U形换热管和耦合管箱，多组U形换热管的平管端均固定在管板上；耦合管箱包括管箱、两组管程接管、两组出入口流体分配腔、换热管中继分配腔和设置在换热管中继分配腔中的导流装置，出入口流体分配腔分别连通最外侧U形换热管的平管端形成总进口和总出口；多根U形换热管的剩余平管端通过换热管中继分配腔按照流动方向顺次连通，导流装置将换热管中继分配腔分隔成若干等间距且相互连通的流体腔室。该换热器实现了三个或三个以上管程的U形换热管安装，避免使用膨胀节，通过换热管中继分配腔和导流装置，减小流体扰动，使流体的压力损失减少。

Description

一种管箱耦合U形换热管式多管程换热器
技术领域
本发明涉及一种多管程换热器，具体涉及一种管箱耦合U形换热管式多管程换热器。
背景技术
管壳式换热器是工业过程热量传递中应用最为广泛的一种换热器。其适用的操作温度与压力范围较大，制造成本低，清洗方便，处理量大，工作可靠，长期以来，已在设计和加工制造方面积累了许多的经验，管壳式换热器往往成为应用最为广泛的一种换热器。
传统壳管式换热器在设计中，在壳程结构一定、管程流量较小时，为增大换热管束内流体流动速度，往往会采用多管程式结构，U形换热管换热器就是多管程换热器的一种常用形式。
U形管式换热器是指管束由弯管半径不等的U形管组成，且管子两端都固定在同一管板上的换热器。由于每根U形管可自由伸缩，管束与壳体之间不会产生温差应力。
如果管程数为三个或三个以上，且仍采用U形管式换热器时，由于换热器壳程两端均有U形弯头的布置，传统的弓形折流板无法安装在管束中间，导致无法采用U形换热管。
因此，管程数为三个或三个以上的情况下，只能采用普通直换热器，且需配合在管箱中布置分隔板，实现多管程的流体流动。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种能够解决三个或三个以上管程的U形换热管安装，避免使用膨胀节，通过换热管中继分配腔和导流装置，减小流体扰动，使流体的压力损失减少的一种管箱耦合U形换热管式多管程换热器。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种管箱耦合U形换热管式多管程换热器，包括壳体、管板、多组U形换热管和耦合管箱，多组U形换热管顺次平行排列在壳体内，多组U形换热管的平管端均固定在所述管板上，所述耦合管箱用于将多组U形换热管顺次连通；所述耦合管箱包括管箱、两组管程接管、两组出入口流体分配腔、换热管中继分配腔和设置在换热管中继分配腔中的导流装置，两组管程接管和两组出入口流体分配腔分别位于换热管中继分配腔的两侧，所述管程接管连通所述出入口流体分配腔，所述出入口流体分配腔分别连通最外侧U形换热管的平管端形成总进口和总出口；多根U形换热管的剩余平管端通过换热管中继分配腔按照流动方向顺次连通，所述导流装置将所述换热管中继分配腔分隔成若干等间距且相互连通的流体腔室。
基上所述，所述换热管中继分配腔包括至少一个中继腔室，相邻两组U型换热管的相邻平管端连接至同一中继腔室中，所述导流装置设置在所述中继腔室中。
基上所述，所述导流装置为若干导流板，所述导流板的排列方向与多组U形换热管的排列方向垂直，各导流板上开设压力平衡孔，各导流板将中继腔室分割成所述的流体腔室，各流体腔室通过压力平衡孔相互连通。
基上所述，所述管程接管和出入口流体分配腔共有四个，两个成一组的设置于换热管中继分配腔的两侧。
基上所述，所述管箱的管程接管一端为平板或凸板。
基上所述，所述管箱为箱型结构。
基上所述，所述管箱的外部边沿设置一圈螺栓孔。
基上所述，它还包括设置于壳体进口端和出口端的导流筒结构。
基上所述，所述导流板为矩形平板或曲面板。
基上所述，所述压力平衡孔为三角形或圆缺形或圆形或正方形。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明采用管板上设置换热管中继分配腔的方式，实现三个或三个以上管程数的多U形换热管的安装，保留U形换热管的优点，降低壳程和管程管板与换热管连接处的应力，避免换热器内大温差时，管束和壳体之间的温差应力，避免使用膨胀节。
进一步的，为解决换热管中继分配腔中流体的扰动问题，在中继腔室中设置导流装置，形成较小的流体腔体，减小流体再整个中继腔室中的扰动，使流体在较小压力损失情况下流入另一个U形换热管。
进一步的，为防止流体直接冲刷换热管束以及充分利用换热管在换热器中的换热，在换热器壳体的壳程进出口处设置导流筒。不仅可以防止进口处高速流体对管束的直接冲击，并且可以使得壳程流体达到较均匀分布，从而使壳程进口段管束的传热面积得到充分利用，同时还起到减少传热死区及防止进口段可能会出现的流体振动的作用。
附图说明
图1是本发明中管箱耦合U形换热管式多管程换热器的结构示意图。
图2是本发明中耦合管箱的结构示意图。
图3是本发明中平板式耦合管箱的结构示意图。
图4是本发明中凸板式耦合管箱的结构示意图。
图5是本发明中箱式耦合管箱的结构示意图。
图6和6-1是本发明中导流筒的结构示意图。
图中：1.壳体；2.管板；3.U形换热管；4.耦合管箱；4-1.管箱；4-2.管程接管；4-3.出入口流体分配腔；4-4. 换热管中继分配腔；4-5. 导流装置；4-6. 压力平衡孔；4-7.流体腔室；10.导流筒。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1-5所示，一种管箱耦合U形换热管式多管程换热器，包括壳体1、管板2、2组U形换热管3和耦合管箱4，2组U形换热管3顺次平行排列在壳体1内，2组U形换热管3的平管端均固定在所述管板2上，所述耦合管箱4用于将多组U形换热管3顺次连通；所述耦合管箱4包括管箱4-1、两组管程接管4-2、两组出入口流体分配腔4-3、换热管中继分配腔4-4和设置在换热管中继分配腔中的导流装置4-5，两组管程接管4-2和两组出入口流体分配腔4-3分别位于换热管中继分配腔4-4的两侧，所述管程接管4-2连通所述出入口流体分配腔4-3，所述出入口流体分配腔4-3分别连通最外侧U形换热管的平管端形成总进口和总出口；多根U形换热管的剩余平管端通过换热管中继分配腔4-4按照流动方向顺次连通，所述导流装置4-5将所述换热管中继分配腔分隔成若干等间距且相互连通的流体腔室。
具体的，如图2所示，所述换热管中继分配腔4-4包括一个中继腔室，相邻两组U型换热管的相邻平管端连接至同一中继腔室中，所述导流装置4-5为若干导流板，所述导流板为矩形平板或曲面板，所述导流板的排列方向与多组U形换热管4-2的排列方向垂直，各导流板上开设压力平衡孔4-6，所述压力平衡孔为三角形或圆缺形或圆形或正方形，各导流板将中继腔室分割成所述的流体腔室4-7，各流体腔室通过压力平衡孔4-6相互连通。
其它实施例中，管程数超过4个时，中继腔室需要两个，两个中继腔室彼此隔离。
结构原理：两组管程接管4-2包括进口接管和出口接管，管程流体通过进口接管进入对应的出入口流体分配腔，然后进入U型换热管束的各换热管中去，行走至U形弯管端为一个管程数，经U形弯头转变流动方向，行走至入口端完成第二个管程，并进入管箱的换热管中继分配腔4-4中，通过中继分配后，进入第二个U形换热器的入口端，再经过第二个U形换热器的U形弯管，走完第三、第四个管程，进入出口接管所对应的出入口流体分配腔，最终排出，走完管程，实现多管程U形换热管的流体流动。
上述结构有效解决了多U形换热管在3个或3个以上管程数的情况下无法安装的问题。
在此过程中，为了使换热管中继分配腔4-4中的流体稳定，在中继腔室内设置导流装置4-5，导流装置4-5上开压力平衡孔4-6。
导流装置将中继腔室分割成了较小的流体腔体，减小了流体在整个分配腔中的扰动，使流体在较小压力损失情况下流入另一个U形换热管；导流装置中设置压力平衡孔，压力平衡孔使形成的流体腔室之间具有相同的压力，该压力使进入另一个U形换热管中流体的流量均匀，如果上一管程的流体不均匀，在经过导流装置后会得到纠正，变得均匀，这样能够充分的利用换热面积。
如图3-5所示，所述管箱的类型按照需要可以是平板式或凸板式或箱型结构，所述管箱的外部边沿设置一圈螺栓孔，用于和壳体固定。
如图6和6-1所示，为防止流体直接冲刷换热管束以及充分利用换热管在换热器中的换热，在壳体进口端和出口端设置导流筒10结构。不仅可以防止进口处高速流体对管束的直接冲击，并且可以使得壳程流体达到较均匀分布，从而使壳程进口段管束的传热面积得到充分利用，同时还起到减少传热死区及防止进口段可能会出现的流体振动的作用。导流筒根据其安装位置与壳体的相对位置关系可以分为内导流筒与外导流筒两种结构。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种管箱耦合U形换热管式多管程换热器，其特征在于：包括壳体、管板、多组U形换热管和耦合管箱，多组U形换热管顺次平行排列在壳体内，多组U形换热管的平管端均固定在所述管板上，所述耦合管箱用于将多组U形换热管顺次连通；所述耦合管箱包括管箱、两组管程接管、两组出入口流体分配腔、换热管中继分配腔和设置在换热管中继分配腔中的导流装置，两组管程接管和两组出入口流体分配腔分别位于换热管中继分配腔的两侧，所述管程接管连通所述出入口流体分配腔，所述出入口流体分配腔分别连通最外侧U形换热管的平管端形成总进口和总出口；多根U形换热管的剩余平管端通过换热管中继分配腔按照流动方向顺次连通，所述导流装置将所述换热管中继分配腔分隔成若干等间距且相互连通的流体腔室；所述换热管中继分配腔包括至少一个中继腔室，相邻两组U型换热管的相邻平管端连接至同一中继腔室中，所述导流装置设置在所述中继腔室中；所述导流装置为若干导流板，所述导流板的排列方向与多组U形换热管的排列方向垂直，各导流板上开设压力平衡孔，各导流板将中继腔室分割成所述的流体腔室，各流体腔室通过压力平衡孔相互连通；所述管程接管和出入口流体分配腔共有四个，两个成一组的设置于换热管中继分配腔的两侧，所述管箱的外部边沿设置一圈螺栓孔。
2.根据权利要求1所述的一种管箱耦合U形换热管式多管程换热器，其特征在于：所述管箱的管程接管一端为平板或凸板。
3.根据权利要求1所述的一种管箱耦合U形换热管式多管程换热器，其特征在于：所述管箱为箱型结构。
4.根据权利要求1所述的一种管箱耦合U形换热管式多管程换热器，其特征在于：它还包括设置于壳体进口端和出口端的导流筒结构。
5.根据权利要求2所述的一种管箱耦合U形换热管式多管程换热器，其特征在于：所述导流板为矩形平板或曲面板。
6.根据权利要求2所述的一种管箱耦合U形换热管式多管程换热器，其特征在于：所述压力平衡孔为三角形或圆缺形或圆形或正方形。
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