[发明专利]管壳式换热器

说明书

技术领域

本发明涉及换热器制造技术领域，具体涉及一种用于石化、电力、冶金等行业的管壳式换热器。

背景技术

管壳式换热器作为一种传统的换热器结构形式，具有结构简单、制造成本低、维护方便、适用性强、安全性高、选材范围广、处理能力大等特点。在管壳式换热器中，传统的折流板管壳式换热器一直占据着主导地位。如图1所示，该折流板管壳式换热器包括固定于支座1′上的壳体2′、设于该壳体2′内的换热管4′、设于该壳体2′两端的封头3′和设于该壳体2′与该封头之间的管板5′，该封头设有管层流体进口31′和管层流体出口32′，该壳体2′上设有壳层流体进口21′和壳层流体出口22′，该管板5′上设有若干等直径的圆形的换热管4′，壳程通过加设弓形折流板6′来达到支撑管束和增强壳程流体扰动。

但该折流板管壳式换热器存在以下几个技术问题：

(1)流体在壳程做“Z”型折流运动，流动阻力大，同时在弓形折流板与壳体连接处，流体会形成漩涡而停滞不前，形成约占总换热面积20～30％的流动“死区7′”，导致换热面积得不到充分利用，降低了换热效率，而且还会引起污垢的沉积、结垢和腐蚀；

(2)流体反复横向掠过管束，又不断地改变流动方向，流动阻力大，增大了流体输送功耗；

(3)流体横向冲刷管束，易引起管束振动，造成管壁与折流板摩擦而穿孔；

(4)换热管采用圆形换热管，在管内流速较低的条件下，边界层热阻较大，传热系数低；而在流速较高的条件下，管内流动阻力较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中传统的折流板管壳式换热器换热效率低、流体流动阻力大、管壁与折流板易摩擦而穿孔等缺陷，提供一种管壳式换热器，该管壳式换热器结构简单，壳层传热系数高，传热效果好，使用寿命长，同时也消除了流动“死区”，降低了换热管的结垢和腐蚀速率。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种管壳式换热器，包括壳体、设于该壳体内的换热管、设于该壳体两端的封头和设于该壳体与该封头之间的管板，该封头设有管层流体进口和管层流体出口，该壳体上设有壳层流体进口和壳层流体出口，其特点在于，该换热管的两端为圆形直管，其余部分是横截面为椭圆形的螺旋扭曲管，每根该换热管沿该壳体的轴向平行设置，且通过两端的圆形直管分别与相应的管板固定连接组成管束芯体，每四根相邻的换热管在管板上成正方形排列；

每根螺旋扭曲管具有相同的扭距、短半轴和长半轴，相邻两根该螺旋扭曲管的扭转方向相反，在与该壳体的轴线垂直的任一平面上，螺旋扭曲管的横截面的长轴互相平行，且相邻两根该换热管的中心间距为螺旋扭曲管横截面的长半轴与短半轴之和；

该些螺旋扭曲管每相隔1/4倍扭距相互接触，形成自支撑结构，在接触点相邻两根螺旋扭曲管的横截面的长轴互相垂直。

在本方案中，扭距为螺旋扭曲管任一横截面绕扭曲管轴线旋转一周经过的长度。螺旋扭曲管每相隔1/4倍扭距相互接触，形成自支撑结构，在接触点相邻两根螺旋扭曲管的横截面的长轴互相垂直，且相邻两根该螺旋扭曲管的扭转方向相反，使得换热器管束排列更为紧凑，在壳层内形成均匀、密集的螺旋流道。因而对管层流体产生强制湍流作用，其传热效果好，流阻小，不易结垢，消除管束振动，尤其适合于壳层为高粘度流体和气相流体以及壳层产生冷凝相变等场合。

另外，螺旋扭曲管的横截面的长轴互相平行，且相邻两根该换热管的中心间距为螺旋扭曲管横截面的长半轴与短半轴之和，通过采用这种紧凑的换热管排列方式，使管层流体和壳层流体流速匹配更为合理，提高壳层流体的湍流程度，从而较大程度地提高壳层换热系数。

此外，采用相邻两螺旋扭曲管长轴与短轴顶点接触的支撑方式，同时，相邻两根该螺旋扭曲管的扭转方向相反，可明显缩短换热管间距，减小壳层流通截面，且对处于两换热管之间的壳层流体的扰动方向一致，而使壳层流体形成持续的螺旋流动，更有利于传热的进行。

较佳地，该螺旋扭曲管的横截面的短轴与长轴之比为(0.3-0.7):1。

较佳地，该螺旋扭曲管的管束芯体每相隔0.5-10倍扭距通过捆扎带整体捆扎。

较佳地，该管板为固定管板或浮头管板。

较佳地，各该管板上开设有若干用于安装相应的圆形直管的通孔，该通孔的直径大于该圆形直管的直径，且该圆形直管通过焊接或胀接固定于该通孔内。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：