蜂巢型管壳式热交换器制造技术

蜂巢型热交换器主要通过采用具有蜂巢型框架结构的蜂巢型管束［３］提高热交换器的换热效率。蜂巢型管束［３］由倾斜折流板［１１］［１２］、管板［８］、换热管［１４］、定距器［１０］组成。蜂巢型管束［３］使壳程流体在呈立体状的蜂巢型的通道内中流动，受到倾斜折流板［１１］［１２］分割及约束，流体不断地发生分流、旋转、合流，使换热界面不断更新，达到强化传热效果，同时，也很好地解决了普通管壳式热交换器所面对的结垢、换热死区及管束振动等问题。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及石油化工设备领域中一种具有蜂巢型管束的管壳式热交换器，适用于炼油、化工、电力、冶金、采暖等行业各种类型管壳式热交换器。在传统的普通管壳式热交换器中，普遍地采用折流板以支撑管子和改变壳程流体的流动方向和流速，而园缺型折流板又是其中应用最为广泛的一种折流板型式。〖1〗壳程流体在这种传统折流板的作用和引导下，形成以流向垂直于换热管的错流流路为主的流动方式。换热效率主要是通过减小折流板间距，提高壳程流体流速来得到的。在参数相同的情况下，流体压力降与流道长度成正比，与流体流速的平方成正比。〖2〗从而导致传统管壳式热交换器为了提高换热效率，不得不以提高流速，牺牲压降为代价。同时，错流流路容易引发管束的横向振动，造成对换热管的伤害，使热交换器大型化设计受到限制。传统折流板也导致壳程流体存在换热死区，既影响了管壳式热交换器的结构紧凑性，也导致结垢及难于清洗的问题的产生。本技术通过采用具有蜂巢型框架结构的蜂巢型管束，使壳程流体从以错流流路为主转变成为以径向混合流路为主的流态。通过径向混合作用达到强制换热界面更新，提高换热效率的目的。蜂巢型框架结构对壳程流体的剪切、约束，使流体的湍动不再受流速的束缚，流体自身能量的大部分被用于增强流体的湍动效果上。径向混合作用也解决了流体分配不均匀带来的问题，使流体的沿程摩擦阻力和局部阻力降到很低的水平，从而能够在较高的换热效率下保持较低的压降。同时，径向混合作用也消除了换热死区，减少了引发横向振动的诱因，为热交换器的在线清洗提供了方便。针对目前传统管壳式换热器普遍存在的换热效率低、压降高、金属耗量大、易结垢、难清洗及换热管振动等问题，本技术从改变壳程流体基本流态着手，解决了传统管壳式热交换器存在的以上诸多问题。特别是对于传统换热器及折流杆换热器不能很好解决的高粘度，易结垢流体的换热，本技术具有十分良好的使用效果。本技术的特征在于具有蜂巢型结构的蜂巢型管束，结合附图，可以看到蜂巢型管束是由倾斜交错排列的折流板、换热管、定距器组成。在蜂巢型管束中，传统折流板被替换成具有一定倾斜角度的、彼此交错排列的条状倾斜折流板(见附图3)，倾斜折流板的角度及间距由定距器保证，根据不同的工艺需要，可做适当调整；换热管穿过倾斜折流板上的管孔，固定于管板上，构成蜂巢型管束。蜂巢型管束与壳体组成完整地呈立体蜂巢结构的壳程流通空间。进一步地，分以下几个方面，来说明以上结构是如何实现本技术的目的的1．传热性能流体流经具有蜂巢型管束的壳程时，受到倾斜折流板的剪切，在蜂巢型流道空间内被分割成数量众多的小股流体，由于流道空间的约束及延伸作用，被强制改变流动方向，在进入下一个蜂巢单元时，这种作用被进一步地强化，使流体不断地发生分流、旋转、合流等作用。在连续地被分割、剪切及延伸合流的过程中，流体换热界面被一而再，再而三的强制更新。结果是彻底消除了环隙间平行流，热量和温度在径向上得到均匀地分配，这时壳程流体的湍动效果要比传统管壳式热交换器剧烈的多，壳程膜传热系数被大大提高了。同时，由于这种径向混合作用，整个壳程空间的传热十分均匀，消除了传统管壳式热交换器存在的返混及换热死区的问题；径向混合作用也造成壳程流体流向的非单一性，延长了污垢的生成时间，降低了结垢热阻，进一步地提高了热交换器的总传热系数。2．压降分析传统管壳式热交换器的壳程压降，可以发现壳程流体在每快折流板处要做180度折流，这种流向的突变造成流体压力的损失，这部分压降占壳程流体总压降的很大一部分。蜂巢型管壳式热交换器壳程流体的改变是渐进的、均匀的，同时也是多向性的，从而使上述的由于流体折流引发的压力损失降到最小。另一方面，传统管壳式热交换器的壳程流体通道是不均匀的，流通面积的改变引发流速的变化也造成壳程流体的压力损失，蜂巢型结构均匀的流体通道可以完全消除由此引发的压力损失。以上是对壳程流体局部阻力的分析，下面就流体沿程摩擦阻力作进一步分析。在相同的条件下，流体沿程摩擦阻力的决定因素是流体的流速，流速又是由流体的流通面积决定的。在不考虑换热管所占面积的情况下，传统管壳式热交换器的壳程流体流通面积一定是远远小于壳体截面积，否则将失去折流的意义，而蜂巢型管壳式热交换器的壳程流通流通面积可近似地看作等于壳体截面积(蜂巢结构在壳程空间的空隙率为97％-99％)，也就是说，蜂巢型管壳式热交换器的壳程流体流速要远远小于传统管壳式热交换器，流体的压降与流速的平方成正比，流速的任何微小的下降，都将导致压降的大幅度地降低。蜂巢结构将流体自身能量的大部分用于增加流体湍动这一过程中，压力损失主要是由于湍动引发的分子碰撞引起的，而将沿程摩擦阻力和局部阻力大幅度地降低，避免了无谓的能量消耗。3．结垢及清洗在传统换热器中，结垢的生成及成长速度，主要决定于壁温和流速，在低流速时，尤其是用水蒸汽加热过敏性粘稠物料时，流速低，膜系数小，壁温接近水蒸汽温度，结垢增长很快。结果是传热系数急剧下降，压力降激增。蜂巢型热交换器流体的径向分配混合的特点，使流体在壳程内均匀分配混合，在同一截面上，流体在点上的温度可以近似地看做是相同的，即使是在壁温很高的情况下，由于换热界面不断地被强制更新，使得污垢来不及聚结便被转移到新的界面上了，同时，由于流向的非单一性，流体自身保持了一定的去垢作用，也降低了污垢的生成及成长速度。使操作周期成倍的增加。在管壳式热交换器的清洗方面，蜂巢型热交换器的分配混合作用，为换热器清洗带来了前所未有的便利，特别对换热设备在线清洗时，使清洗剂可以轻易地均匀分配混合到换热器的整个壳程空间，节约了清洗剂用量和清洗时间，对于酸性清洗剂，避免了由于分配不均造成的局部腐蚀过量。4．振动及噪音由于壳程流体在蜂巢型结构作用下流向的非单一性，蜂巢型管壳式热交换器不存在因错流流路引发的换热管横向共振，同时，因壳程流体流通面积增大，流体流速下降，进一步减少了引发振动的诱因。对于高速气体或气液两相同时存在的壳程流体，蜂巢型结构的径向混合效果可起到消音的作用。5．经济效益由于传热系数的提高，蜂巢型热交换器壳径比传统换热器可减小5％～15％，当采用螺纹管或管内插混合元件以强化传热时，壳径减小量会更大。重量比普通轻20％～30％，对于中高压及大直径换热器，钢材节约量是非常可观的。壳径减小引发的设备基础投资的下降等，都是蜂巢型热交换器在价格竞争上的十分有利的因素。蜂巢型热交换器传热效率的提高并不是以增加压降为代价。压降比普通热交换器小50％以上，由于压降减小而带来的对管道泵扬程压力等级的降低。壳程流体是在一个模拟于混合器的容器内流动，流体组分在同一截面上分配十分均匀，不存在流动死区，因而结垢现象也大大降低。同时在检修清洗时，由于清洗剂可以快速得到分配，使得在线清洗效果大为提高，减少了设备的维护运行成本。不易结垢延长了设备的使用周期，都是蜂巢型热交换器在竞争上的十分有利的因素。综上所述，本技术提供了一种工艺可行，结构合理，性能优良的热交换器。显然本技术为一种新颖、进步并具有实用性的新设计。以上所述乃是本新型的具体实施例及运用的技术原理，在不偏离本使用新型的原理所作的等效改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本技术的范围内，特此说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于冷热介质换热的蜂巢型管壳式热交换器，该热交换器由蜂巢型管束［３］、壳体［２］、管箱［１］组成，其特征在于在蜂巢型管束［３］中折流板是倾钭彼此交错排列的倾斜折流板［１１］［１２］，并通过定距器［１０］保证倾斜折流板［１１］［１２］的倾斜角度及间距，可根据不同工艺要求调整间距和角度，换热管［１４］穿过倾斜折流板［１１］［１２］上的管孔，固定在两端的管板上，构成一个有蜂巢型管束［３］与壳体［２］、管箱［１］组成的完整呈立体蜂巢型结构壳程流程的管壳式热交换器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚学其，姚宁海，
申请(专利权)人：陆淑敏，
类型：实用新型
国别省市：62[中国|甘肃]