[发明专利]腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器，属于低温换热技术领域。

背景技术

缠绕管式换热器是大型海上天然气浮式平台的首选主低温换热器。据统计，90％的大型海上天然气浮式平台采用了缠绕管式换热器。缠绕管式换热器是由多层圆管围绕中心筒缠绕而成，每层绕管之间用金属垫条隔开，通过卡箍与垫条的焊接作用将管束层层固定于中心筒与外部壳体之间的腔体内。管内热介质与腔体内流动的冷介质进行热交换。这种缠绕管式换热器在以下的公开文件中都有所描述：Hausen/Linde，低温技术，1985年第二版，第471-475页；顾安忠，液化天然气技术手册，2012年第一版，第484-485页。在上述公开的文献中，缠绕管式换热器的壳侧均是一个完整的腔体，其中壳侧冷剂能够自由流通。当缠绕管式换热器应用于海上浮式平台时，海上晃荡的倾斜角度会导致壳侧冷剂出现两相分布不均的情况，与倾斜方向一致的绕管外壁有液膜覆盖，是液膜区，另一侧绕管外壁没有液膜覆盖，是蒸干区。这种由海上晃荡时船体倾斜导致的壳侧液膜分配不均的情况在腔体顶部并不明显，但在腔体中部和底部非常明显。研究表明，壳侧的液膜分配不均会造成换热器的性能下降30％，严重情况下会导致整个换热器失效。

经过对现有技术的文献检索发现，已出现了对于现有缠绕管式换热器壳侧液膜分配不均的改进设计，如中国专利申请号为200580028572.X，专利名称为“缠绕式换热器”中所述的中壳侧具有分配液体的分配器的缠绕管式换热器。该发明所述的缠绕式换热器具有分配外部空间中液体的分配器，有利于减少壳侧腔体顶部入口处的气液分配不均的情况，但并不能解决海上晃荡工况下壳侧腔体中部和底部的气液分配不均的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器，本发明通过在现有的缠绕管式换热器的壳侧腔体内部设置竖直的金属孔板代替传统的金属垫片，将整个腔体分隔成若干个独立腔体，各独立腔体之间的冷剂不能自由流通，只能在独立腔体内部向下流动，避免了由海上晃荡引起的壳体内部局部蒸干和局部积液的不良换热工况。

本发明所提供的腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器，它包括壳体和中心筒；所述中心筒设置于所述壳体的腔体内，形成以环腔；所述环腔内缠绕有若干绕管；

所述环腔内设有若干个金属孔板；所述金属孔板竖直设置于所述环腔内，所述绕管穿过所述金属孔板上的通孔；所述金属孔板的一端连接于所述壳体的内壁，另一端连接于所述中心筒的外壁；

所述金属孔板与所述壳体的顶部之间的腔体内设有一气液均布器。

所述的缠绕管式换热器中，所述金属孔板沿所述中心筒的周向对称布置。

所述的缠绕管式换热器中，所述金属孔板的厚度为1mm～3mm，其上设置的通孔的大小由所述绕管的外径决定：孔板上的孔口成线性阵列排布，孔口的横向间距等于各层绕管之间的径向间距，孔口的纵向间距等于同一层相邻绕管之间的轴向间距，从而使所述绕管能够正好穿过各通孔而进行固定。

所述的缠绕管式换热器中，所述绕管的外径为5mm～30mm。

所述的缠绕管式换热器中，所述金属孔板与所述壳体和所述中心筒均为焊接固定，提高了强度。

使用本发明缠绕管式换热器时，壳侧冷剂从壳体上部经所述气液均布器流入由竖直设置的所述金属孔板分隔出的各个独立腔体内，自上而下沿着所述绕管外壁降膜流下，最后从该换热器的底部流出；管内流体进入该换热器后沿着各所述绕管内壁，自下而上流动，通过绕管壁面与壳侧的冷剂进行热交换，最后从该换热器顶部流出，实现了流体与冷剂之间的换热。

与现有的缠绕管式换热器相比，本发明通过在腔体内部竖直设置金属孔板，将完整的一个腔体分隔成若干个独立腔体，而各独立腔体内部的冷剂不会流入其他腔体中，因此可以保证进入该独立腔体的壳侧冷剂的液膜与该腔体内部的管内工质充分换热，不会因为船体的倾斜流入其它独立腔体中导致原腔体内部换热失效。在海上晃荡工况下通过加装金属隔板，液膜区的覆盖率提高至少20％以上，意味着换热器的有效换热面积提高20％，整体换热性能也因此提高20％以上。此外，本发明中所有的绕管均需穿过金属孔板固定，金属孔板与中心筒和壳体焊接在一起，能够承受的强度应力较高，适用于海上晃荡工况。

附图说明

图1为本发明腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器的结构示意图。

图2为本发明腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器(右图)与现有缠绕管式换热器(左图)在海上晃荡工况下应用效果的对比图。

图中各标记如下：