CN108562179A - 一种螺旋射流套管换热器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋射流套管换热器及其工作方法，所述螺旋射流套管换热器的外管两端分别设外管上端板和外管下端板，将壳程通道的两端进行封闭；靠近外管上端板的外管一侧设壳程出口，靠近外管下端板的外管另一侧设壳程进口；所述内管为螺旋翅片管，其***沿纵向设有螺旋翅片，螺旋翅片的外侧边缘紧贴外管的内壁，在壳程通道中形成螺旋流道；螺旋流道中的内管外壁上设有多个扰流柱，螺旋翅片上设有多个射流孔。本发明所述螺旋射流套管换热器中，内管采用螺旋翅片管，通过螺旋翅片、扰流柱构成扰流元件，形成内管与外管之间的螺旋流道和不规则流动；螺旋翅片上还设有射流孔形成射流，破坏流动边界层，提高传热效果。

Description

一种螺旋射流套管换热器及其工作方法

技术领域

本发明涉及强化换热技术领域，尤其涉及一种螺旋射流套管换热器及其工作方法。

背景技术

目前化工行业中，套管换热器因结构简单、可承载高压而被广泛应用。套管换热器包含内管和外管，高温介质与低温介质通过内管壁传热，达到换热的目的。但是常规的套管换热器的内管与外管均采用光滑直管，两者之间缺少扰流元件，流体稳定缓慢流动，难以破坏流动边界层，导致传热效率不高。

发明内容

本发明提供了一种螺旋射流套管换热器及其工作方法，所述螺旋射流套管换热器的内管采用螺旋翅片管，通过螺旋翅片、扰流柱构成扰流元件，形成内管与外管之间的螺旋流道和不规则流动；螺旋翅片上还设有射流孔形成射流，破坏流动边界层，提高传热效果。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种螺旋射流套管换热器，包括由外管和内管同心套设在一起的换热器本体，外管与内管之间为壳程通道，内管中为管程通道；所述内管的两端延伸至外管对应端面之外，内管的上端为管程进口，内管的下端为管程出口；外管的上端设外管上端板，外管的下端设外管下端板，外管上端板和外管下端板将壳程通道的两端进行封闭；靠近外管上端板的外管一侧设壳程出口，靠近外管下端板的外管另一侧设壳程进口；所述内管为螺旋翅片管，其***沿纵向设有螺旋翅片，螺旋翅片的外侧边缘紧贴外管的内壁，在壳程通道中形成螺旋流道；螺旋流道中的内管外壁上设有多个扰流柱，螺旋翅片上设有多个射流孔。

所述螺旋翅片为等螺距螺旋翅片，扰流柱沿相同的螺旋轨迹均匀设置在相邻螺旋翅片中间，且多个扰流柱沿螺旋方向均匀设置。

所述射流孔在靠近内管一侧的螺旋翅片上开设，且多个射流孔沿螺旋翅片的螺旋方向均匀开设。

所述射流孔为方形通孔、圆形通孔、椭圆形通孔或菱形通孔。

所述扰流柱的伸出端端面紧贴在外管的内壁上，对内管形成支撑。

所述扰流柱与射流孔沿螺旋翅片的螺旋方向间隔设置。

所述一种螺旋射流套管换热器的工作方法，包括：

1)管程介质从内管上端的管程进口进入套管换热器，通过内管的管壁与壳程介质换热后，从内管下端的管程出口离开套管换热器；

2)壳程介质从壳程进口进入套管换热器，通过螺旋翅片增加了与内管的接触面积，壳程介质从螺旋翅片构成的螺旋流道湍流运动，经扰流柱的阻挡扰流作用，促进了壳程介质的湍动程度，壳程介质在扰流柱的阻挡下分开后重新汇合；与螺旋流道上方的射流孔中射流下来的壳程介质混合后，一部分再经螺旋流道的射流孔进行轴向射流运动；另一部分继续在螺旋流道中运动，在下一个扰流柱和射流孔处，重复上述流动过程；

3)螺旋、扰流与射流的混合运动构成多次不规则折流，进一步破坏流动边界层，减小传热阻力，强化传热效果；完成传热后的壳程介质从壳程出口离开套管换热器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)采用螺旋翅片管作为内管，增加了套管换热器的传热面积，能够提高单位质量的传热面积，有效降低套管换热器成本；

2)螺旋翅片在内管和外管之间构成矩形螺旋流道，扰流柱能够阻挡流体规则流动，促进流体强烈扰动，从而减小传热阻力，强化传热；

3)螺旋翅片上设射流孔，可改善流体流路，增加轴向射流，促进流体在螺旋通道中的螺旋与轴向不规则运动，破坏传热边界层，进一步强化传热效果；

4)射流孔与扰流柱间隔布置，有利于流路顺畅运行，达到扰流和射流的作用。

附图说明

图1是本发明所述一种螺旋射流套管换热器的透视图。

图2图1中的A-A视图。

图3是本发明所述内管的结构示意图。

图中：1.壳程进口 2.外管下端板 3.内管 4.螺旋翅片 5.扰流柱 6.外管7.壳程出口 8.外管上端板 9.射流孔 10.管程进口 11.管程出口

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1-图3所示，本发明所述一种螺旋射流套管换热器，包括由外管6和内管3同心套设在一起的换热器本体，外管6与内管3之间为壳程通道，内管3中为管程通道；所述内管3的两端延伸至外管6对应端面之外，内管3的上端为管程进口10，内管3的下端为管程出口11；外管6的上端设外管上端板8，外管6的下端设外管下端板2，外管上端板8和外管下端板2将壳程通道的两端进行封闭；靠近外管上端板8的外管6一侧设壳程出口7，靠近外管下端板2的外管6另一侧设壳程进口1；所述内管3为螺旋翅片管，其***沿纵向设有螺旋翅片4，螺旋翅片4的外侧边缘紧贴外管6的内壁，在壳程通道中形成螺旋流道；螺旋流道中的内管3外壁上设有多个扰流柱5，螺旋翅片4上设有多个射流孔9。

所述螺旋翅片4为等螺距螺旋翅片，扰流柱5沿相同的螺旋轨迹均匀设置在相邻螺旋翅片4中间，且多个扰流柱5沿螺旋方向均匀设置。

所述射流孔9在靠近内管3一侧的螺旋翅片4上开设，且多个射流孔9沿螺旋翅片4的螺旋方向均匀开设。

所述射流孔9为方形通孔、圆形通孔、椭圆形通孔或菱形通孔。

所述扰流柱5的伸出端端面紧贴在外管6的内壁上，对内管3形成支撑。

所述扰流柱5与射流孔9沿螺旋翅片4的螺旋方向间隔设置。

所述一种螺旋射流套管换热器的工作方法，包括：

1)管程介质从内管3上端的管程进口10进入套管换热器，通过内管3的管壁与壳程介质换热后，从内管3下端的管程出口11离开套管换热器；

2)壳程介质从壳程进口1进入套管换热器，通过螺旋翅片4增加了与内管3的接触面积，壳程介质从螺旋翅片4构成的螺旋流道湍流运动，经扰流柱5的阻挡扰流作用，促进了壳程介质的湍动程度，壳程介质在扰流柱5的阻挡下分开后重新汇合；与螺旋流道上方的射流孔9中射流下来的壳程介质混合后，一部分再经螺旋流道的射流孔9进行轴向射流运动；另一部分继续在螺旋流道中运动，在下一个扰流柱5和射流孔9处，重复上述流动过程；

3)螺旋、扰流与射流的混合运动构成多次不规则折流，进一步破坏流动边界层，减小传热阻力，强化传热效果；完成传热后的壳程介质从壳程出口7离开套管换热器。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种螺旋射流套管换热器，包括由外管和内管同心套设在一起的换热器本体，外管与内管之间为壳程通道，内管中为管程通道；其特征在于，所述内管的两端延伸至外管对应端面之外，内管的上端为管程进口，内管的下端为管程出口；外管的上端设外管上端板，外管的下端设外管下端板，外管上端板和外管下端板将壳程通道的两端进行封闭；靠近外管上端板的外管一侧设壳程出口，靠近外管下端板的外管另一侧设壳程进口；所述内管为螺旋翅片管，其***沿纵向设有螺旋翅片，螺旋翅片的外侧边缘紧贴外管的内壁，在壳程通道中形成螺旋流道；螺旋流道中的内管外壁上设有多个扰流柱，螺旋翅片上设有多个射流孔。

2.根据权利要求1所述的一种螺旋射流套管换热器，其特征在于，所述螺旋翅片为等螺距螺旋翅片，扰流柱沿相同的螺旋轨迹均匀设置在相邻螺旋翅片中间，且多个扰流柱沿螺旋方向均匀设置。

3.根据权利要求1所述的一种螺旋射流套管换热器，其特征在于，所述射流孔在靠近内管一侧的螺旋翅片上开设，且多个射流孔沿螺旋翅片的螺旋方向均匀开设。

4.根据权利要求1或3所述的一种螺旋射流套管换热器，其特征在于，所述射流孔为方形通孔、圆形通孔、椭圆形通孔或菱形通孔。

5.根据权利要求1所述的一种螺旋射流套管换热器，其特征在于，所述扰流柱的伸出端端面紧贴在外管的内壁上，对内管形成支撑。

6.根据权利要求1所述的一种螺旋射流套管换热器，其特征在于，所述扰流柱与射流孔沿螺旋翅片的螺旋方向间隔设置。

7.如权利要求1所述一种螺旋射流套管换热器的工作方法，其特征在于，包括：

1)管程介质从内管上端的管程进口进入套管换热器，通过内管的管壁与壳程介质换热后，从内管下端的管程出口离开套管换热器；

2)壳程介质从壳程进口进入套管换热器，通过螺旋翅片增加了与内管的接触面积，壳程介质从螺旋翅片构成的螺旋流道湍流运动，经扰流柱的阻挡扰流作用，促进了壳程介质的湍动程度，壳程介质在扰流柱的阻挡下分开后重新汇合；与螺旋流道上方的射流孔中射流下来的壳程介质混合后，一部分再经螺旋流道的射流孔进行轴向射流运动；另一部分继续在螺旋流道中运动，在下一个扰流柱和射流孔处，重复上述流动过程；

3)螺旋、扰流与射流的混合运动构成多次不规则折流，进一步破坏流动边界层，减小传热阻力，强化传热效果；完成传热后的壳程介质从壳程出口离开套管换热器。