一种管壳式换热器的设计方法技术

本发明专利技术提供了一种管壳式换热器，壳体内壁半径为R，所述中心换热部件的圆心设置在壳体圆形截面圆心，外围换热部件的圆心距离壳体圆形截面的圆心的距离为S，相邻外围换热部件的圆心分别与圆形截面圆心进行连线，两根连线形成的夹角为A，外围换热部件的加热功率为P2，单个中心换热部件的加热功率为P1。本发明专利技术设计了一种新式结构的换热部件在壳体中的布局图，优化了换热管的参数的最佳关系，从而实现最优的加热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种管壳式换热器的设计方法
本专利技术涉及一种管壳式换热器，尤其涉及一种换热效率高的管壳式换热器。
技术介绍
本专利技术是和青岛科技大学进行合作研发的项目，涉及换热器除垢，在青岛科技大学研发的基础上（申请号2019101874848）将其用于管壳式换热器的新的专利技术。管壳式换热器被广泛应用于化工、石油、制冷、核能和动力等工业，由于世界性的能源危机，为了降低能耗，工业生产中对换热器的需求量也越来越多，对换热器的质量要求也越来越高。近几十年来，虽然紧凑式换热器(板式、板翅式、压焊板式换热器等)、热管式换热器、直接接触式换热器等得到了迅速的发展，但由于管壳式换热器具有高度的可靠性和广泛的适应性，其仍占据产量和用量的统治地位，据相关统计，目前工业装置中管壳式换热器的用量仍占全部换热器用量的70％左右。管壳式换热器结垢后，采取常规的蒸汽清扫、反冲洗等方式对换热器进行清洗，生产实践证明，效果不是很好。只能将换热器的封头拆卸下来，采用物理清理的方式，但采取该种方式进行清洗，操作复杂、耗时长，人力、物力投资较大，对连续化的工业生产带来极大的困难。利用流体诱导传热元件振动实现强化换热是被动强化换热的一种形式，可将换热器内对流体振动诱导的严格防止转变为对振动的有效利用，使传动元件在低流速下的对流换热系数大幅度的提高，并利用振动抑制传热元件表面污垢，减低污垢热阻，实现复合强化传热。在应用中发现，持续性的加热会导致内部流体形成稳定性，即流体不在流动或者流动性很少，或者流量稳定，导致换热管振动性能大大减弱，从而影响换热管的除垢以及加热的效率。因此需要对上述换热器进行改进。同时在应用中发现，通过调整相应的结构参数可以提高换热效率。因此需要对上述换热器进行改进。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中管壳式换热器的不足，提供一种新式结构的电加热管壳式换热器。该管壳式换热器能够实现换热管周期性的频繁性的振动，提高了加热效率，从而实现很好的除垢以及加热效果。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种合理优化间距的管壳式换热器，包括壳体，所述壳体两端分别设置管板，所述壳体内设置换热部件，所述换热部件包括下管箱、上管箱和换热管，换热管与下管箱和上管箱相连通，形成加热流体封闭循环，所述下管箱、上管箱的两端设置在管板的开孔中，电加热器设置在下管箱内；下管箱内填充相变流体；换热管为一个或者多个，每个换热管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为以下管箱为同心圆的圆弧，相邻管束的端部连通，从而使得管束的端部形成管束自由端，其特征在于，下管箱和上管箱沿着壳体长度方向上设置，所述换热管设置为多个，沿着壳体内流体的流动方向，相邻换热管的间距不断变小。作为优选，沿着壳体内流体的流动方向，邻换热管的间距不断变小的幅度不断的增加。作为优选，壳体两端分别设置管板，所述壳体内设置换热部件，所述换热部件包括下管箱、上管箱和换热管。一种管壳式换热器，包括壳体，所述壳体两端分别设置管板，所述壳体内设置换热部件，所述换热部件包括下管箱、上管箱和换热管，换热管与下管箱和上管箱相连通，形成加热流体封闭循环，所述下管箱、上管箱的两端设置在管板的开孔中，电加热器设置在下管箱内；下管箱内填充相变流体；换热管为一个或者多个，每个换热管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为以下管箱为同心圆的圆弧，相邻管束的端部连通，从而使得管束的端部形成管束自由端，其特征在于，所述电加热器设置为多个,每个电加热器独立控制,随着时间的变化,电加热器启动的数量进行周期性变化；在周期的前一段时间内，电加热器的启动数量随着时间逐渐增加，直到全部启动；周期的后一段时间，电加热器的启动数量随着时间逐渐减少，直到全部关闭。作为优选，前一段时间是后一段时间的3倍。作为优选，假设电加热器为m个，则在一个周期内，每隔3/4m个周期的时间，启动一个电加热器，直到3/4个周期时间加热器全部启动，然后再每隔1/4m个周期的时间，关闭一个电加热器，直到一个周期时间内加热器全部关闭。作为优选，每个电加热器加热功率都相同。作为优选，沿着壳体内流体的流动方向，换热管管束的内径不断变大的幅度不断的增加。本专利技术具有如下优点：1、通过电加热器沿着流体流动方向逐渐启动，可以使得后端加热温度高，形成类似逆流效果，进一步促进流体的流动，增加弹性振动效果。2、本专利技术管壳式换热器在周期内间歇式的换热，能够实现弹性换热管周期性的频繁性的振动，从而实现很好的除垢以及换热效果。3、本专利技术将换热管周期性不断增加加热功率以及降低加热功率，使得加热流体受热后会产生体积不停的处于变化状态中，诱导换热管自由端产生振动，从而强化传热。4、本专利技术设计了一种新式结构的换热部件在壳体中的布局图，可以进一步提高加热效率。5、本专利技术通过大量的实验和数值模拟，优化了换热管的参数的最佳关系，从而实现最优的加热效率。附图说明图1为本专利技术换热部件的俯视图。图2为换热部件的主视图。图3是换热部件间隙式加热的坐标示意图。图4是换热部件周期性增加以及降低加热功率坐标示意图。图5是换热部件周期性增加以及降低加热功率的另一个实施例坐标示意图。图6是换热部件加热功率线性变化的坐标示意图。图7是圆形壳体中设置换热部件的布局示意图。图8是换热管结构示意图。图9是壳体结构示意图。图中：1、换热管，2、下管箱，3、自由端，4、自由端，5、壳程入口接管，6、壳程出口接管，7、自由端，8、上管箱，9、连接点，10、换热部件，11、壳体，12管束，13电加热器，前管板14，支座15，支座16，后管板17，端部18-20。具体实施方式一种管壳式换热器，如图9所示，所述管壳式换热器包括有壳体11、换热部件10、壳程入口接管5和壳程出口接管6；所述换热部件10设置在壳体11中，换热部件固定连接在前管板14、后管板17上；所述的壳程入口接管5和壳程出口接管6均设置在壳体11上；流体从壳程入口接管5进入，经过换热部件进行换热，从壳程出口接管6出去。所述下管箱、上管箱的两端的端部18-20设置在前后管板14、17的开孔中，用于固定。图1展示了换热部件10的俯视图，如图1所示，所述换热部件10包括下管箱2、上管箱8和换热管1，换热管1与下管箱2和上管箱8相连通，流体在下管箱2和上管箱8以及换热管1内进行封闭循环，所述换热部件10内设置电加热器13，所述电加热器13用于加热换热部件10的内流体，然后通过加热的流体来加热壳体内的流体。如图1－2所示，电加热器13设置在下管箱2内；下管箱2内填充相变流体；换热管1为一个或者多个，每个换热管1包括多根圆弧形的管束12，多根圆弧形的管束12的中心线为以下管箱2为同心圆的圆弧，相邻管束12的端部连通，流体在下管箱2和上管箱8之间形成串联流动，从而使得管束的端部形成管束自由端3、4；所述流体是相变流体，汽液相变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管壳式换热器的设计方法，所述换热器包括壳体，所述壳体两端分别设置管板，所述壳体内设置换热部件，所述换热部件包括下管箱、上管箱和换热管，换热管与下管箱和上管箱相连通，形成加热流体封闭循环，所述下管箱、上管箱的两端设置在管板的开孔中，电加热器设置在下管箱内；下管箱内填充相变流体；换热管为一个或者多个，每个换热管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为以下管箱为同心圆的圆弧，相邻管束的端部连通，从而使得管束的端部形成管束自由端，其特征在于：壳体内壁半径为R，所述中心换热部件的圆心设置在壳体圆形截面圆心，外围换热部件的圆心距离壳体圆形截面的圆心的距离为S，相邻外围换热部件的圆心分别与圆形截面圆心进行连线，两根连线形成的夹角为A，外围换热部件的加热功率为P2，单个中心换热部件的加热功率为P1，则满足如下要求：/nP1/P2=a-b*Ln（R/S）；Ln是对数函数；/na,b是系数，其中2.0869<a<2.0875,0.6833<b<0. 6837。/n

【技术特征摘要】
1.一种管壳式换热器的设计方法，所述换热器包括壳体，所述壳体两端分别设置管板，所述壳体内设置换热部件，所述换热部件包括下管箱、上管箱和换热管，换热管与下管箱和上管箱相连通，形成加热流体封闭循环，所述下管箱、上管箱的两端设置在管板的开孔中，电加热器设置在下管箱内；下管箱内填充相变流体；换热管为一个或者多个，每个换热管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为以下管箱为同心圆的圆弧，相邻管束的端部连通，从而使得管束的端部形成管束自由端，其特征在于：壳体内壁半径为R，所述中心换热部件的圆心设置在壳体圆形截面圆心，外围换热部件的圆心距离壳体圆形截面的圆心的距离为S，相邻外围换热部件的圆心分别与圆形截面圆心进行连线，两根连线形成的夹角为A，外围换热部件的加热功率为P2，单个中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冠敏，刘磊，孙晨，于耀，朱玉熙，柏超，魏民，田茂诚，张井志，冷学礼，邱燕，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37