CN202101595U - 一种纵流管壳式换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种纵流管壳式换热器，包括筒体，筒体两侧对称连接有管板，管板外侧依次对称连接有管箱、封头，封头外侧分别连接有管程流体进口和管程流体出口，筒体靠近管程流体出口一端的侧壁对称设置有壳程流体进口和壳程流体出口，筒体内部轴向设置有换热管管束，换热管管束与管板连接，换热管管束一端与管程流体进口连通，另一端与管程流体出口连通，换热管管束由换热管组成，筒体内部轴向间隔设置有折流栅，折流栅内侧连接有折流扁杆，折流扁杆分两组或三组层叠形成网状设置，每组折流扁杆之间平行间隔设置，折流栅内设置有分层隔板预留空间。本实用新型提高了换热器的传热效率、降低流体流动阻力、减小管束振动并降低换热器的运行能耗。

Description

一种纵流管壳式换热器

技术领域

本实用新型属于热交换技术领域，具体地，涉及一种换热器，更具体地，涉及一种纵流管壳式换热器。 

背景技术

换热器广泛应用于化工、化肥、炼油、动力、建筑、食品等工业部门，换热器按结构可分为间壁式换热器和混合式换热器。其中管壳式(又称列管式)换热器是最典型的间壁式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束，管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。为提高管外流体给热系数，通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路，增加流体速度，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。 

然而，传统的管壳式换热器壳程内部均采用折流板(或称挡板)结构，流体在壳程内的流动为横向流动，不仅流体遭受阻力大，而且内部存有大量的传热死区，导致流场及温度场不均匀，造成换热器传热效率低、壳程压降大，使得这类管壳式换热器所需动力及材料消耗多，同时易引起设备的腐蚀和流体诱导振动等问题，设备使用寿命短。因此研究和开发换热效率高、流体阻力小、体积小、重量轻、使用寿命长的新型高效节能换热器，将会产生巨大的经济效益和社会效益。 

为解决上述存在的问题，目前国内主要存在以下几项相关专利。 

申请(专利)号：200810219873.6专利名称：一体式翅片管换热器。该专利公开了一种一体式翅片管换热器，其包括壳体和管束，壳体两端分别设有管箱，壳体侧壁上设有流体进口和流体出口，流体进口处壳内侧装有导流筒，流体进入流体进口经导流筒进行纵向流分配，导流筒与壳体进行焊接连接，靠近流体进口的管箱上设有管束流体出口，靠近流体出口的管箱上设有管束流体进口，管束有若干个间隔排列的折流栅支撑，管束的一端与管箱上的管束流体进口连通，管束的另一端与管箱上的管束流 体出口连通，管束通过管板进行连接。本发明紧凑度高，节省金属耗材，空间体积减小，传热系数大大提高，降低了机械损耗。 

然而该发明提供的折流栅采用折流圆杆为支撑元件，局限应用于换热管为正方形排列的换热器，对于换热管为三角形排列的换热器，在GB151-1999规定的换热管管间距条件(例如Φ25mm的换热管，管间距为32mm，正方形布管，其可通过折流圆杆的最大间隙为7mm，而采用三角形布管时，其可通过折流圆杆的最大间隙仅为2.71mm)下，因此，再按照该发明所提供的布管方式布置折流圆杆并不可行。 

申请(专利)号：200920190359.4专利名称：一种双程分离式热交换器。该专利设计一种双程分离式热交换器，包括热交换筒、管箱和分离器。热交换筒内设置有阻断隔板以及纵向的换热管和横向的折流栅，换热管穿过折流栅的折流杆之间的间隙设置。管箱通过管箱隔板将管箱分隔成隔断的两个空间，分离器通过分离器隔板将分离器分隔成相同的两个空间，管箱和分离器通过换热管连通。该实用新型可防止堵塞，广泛用于含有固体颗粒、流体流速要求高的流体的换热场合，能够达到回收热量、避免堵塞的目的。 

然而，该实用新型提供的折流栅亦采用折流圆杆为支撑元件，同样不适用于换热管为三角形排列的换热器。 

实用新型内容

为解决上述存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种根据不同的换热方式(无相变、有相变冷凝和有相变沸腾传热三种形式)采用不同强化传热管束、根据换热管的不同布管形式选择不同的折流栅、根据壳程需要选择单壳程或双壳程，从而大大提高了现有换热器的传热效率、降低流体流动阻力、减小管束振动、加快壳程平均流速并降低现有换热器的运行能耗和设备投资的纵流管壳式换热器。 

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种纵流管壳式换热器，包括筒体，所述筒体两侧对称连接有管板，所述管板外侧依次对称连接有管箱、封头，所述封头外侧分别连接有管程流体进口和管程流体出口，所述筒体靠近管程流体出口一端的侧壁对称设置有壳程流体进口和壳程流体出口，所述筒体内部轴向设置有换热管管束，所述换热管管束与管板连接，所述换热管管束一端与管程流体进口连通，另一端与管程流体出口连通，所述换热管管束由换热管组成，所述筒体内部轴向间隔设置有折流栅，其特征在于： 

所述折流栅内侧连接有折流扁杆，所述折流扁杆分两组或三组层叠形成网状设置， 每组折流扁杆之间平行间隔设置，所述折流栅内设置有分层隔板预留空间。 

其中，设置折流扁杆的目的在于：对于换热管呈三角形排列的换热器，使用折流扁杆作为换热管的支撑元件，使得具有传热优势的三角形布管形式的纵流换热器得以实现，从而显著提高传热效率。同时，考虑到折流扁杆厚度较薄，按照传统的布管方式支撑换热管，可能会引起因支撑刚度不够而造成管束振动等缺陷，因此，本实用新型采用，所述折流扁杆分两组或三组层叠形成网状设置，以增强每块折流栅的支撑刚度，实现在不同的支撑刚度要求下选用不同形式的折流栅。此外，设置分层隔板预留空间的目的在于使用户可以根据壳程需要选择单壳程或双壳程，在所述分层隔板预留空间内***分层隔板即为纵流双壳程换热器，抽出分层隔板，即为纵流单壳程换热器。 

其中，选用折流栅的目的在于减小流体流动阻力，增强传热效率。 

更优选地，所述筒体内部沿中心轴线设置有分层隔板，所述分层隔板一端与靠近管程流体出口一侧的管板连接。设置分层隔板的目的在于将纵流换热器设置为纵流双壳程换热器，从而提高传热效率。 

更优选地，所述换热管为低翅片换热管。采用低翅片换热管的目的在于使换热器适用于无相变传热，可用于制造气-气、气-液、液-液无相变换热器； 

所述换热管亦可选用螺旋槽换热管，适用于强化有相变冷凝传热，可制造冷凝器；

所述换热管还可选用表面多孔管，适用于强化有相变沸腾传热，可制造蒸发器。 

利用粗糙的传热肋面来促进流体边界层的湍流度，减薄传热滞流底层厚度，从而强化边界层传热，管内管外的传热同时得到了强化。 

更优选地，所述折流栅内可连接有折流圆杆，所述折流圆杆平行间隔设置。设置折流圆杆的目的在于：用于换热管呈正方形布管方式的换热器，从而提高传热效率。 

本实用新型提供了一种根据不同的换热方式(无相变、有相变冷凝和有相变沸腾传热三种形式)采用不同强化传热管束、根据换热管的不同布管形式选择不同的折流栅、根据壳程需要选择单壳程或双壳程，从而大大提高了现有换热器的传热效率、降低流体流动阻力、减小管束振动、加快壳程平均流速并降低现有换热器的运行能耗和设备投资的纵流管壳式换热器。 

附图说明

图1为本实用新型提供的纵流管壳式换热器结构示意图。 

图2为折流栅布示意图。 

图3为换热管呈正方形布管方式的水平支撑式折流栅示意图。 

图4为换热管呈正方形布管方式的竖直支撑式折流栅示意图。 

图5为换热管呈三角形布管方式的六边支撑式折流栅示意图。 

图6为换热管呈三角形布管方式的四边支撑式折流栅示意图。 

图7为低翅片换热管示意图。 

图8为螺旋槽换热管示意图。 

图9为表面多孔管示意图。 

图中，1、筒体  2、管箱  3、管板  4、折流栅  5、分层隔板  6、换热管管束  7、壳程流体进口  8、壳程流体出口  9、封头  10、管程流体进口  11、管程流体出口  12、折流扁杆  13、分层隔板  14、换热管  15、折流圆杆  16、分层隔板预留空间。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。本实施例仅仅是对本实用新型最佳实施方式的描述，并不对本实用新型的范围有任何限制。 

本实用新型中纵流管壳式换热器的连接方式如下： 

如图1所示，筒体1两侧对称连接有管板3，所述管板3外侧依次对称连接有管箱2、封头9，所述封头9外侧分别连接有管程流体进口10和管程流体出口11，所述筒体1靠近管程流体出口11一端的侧壁对称设置有壳程流体进口7和壳程流体出口8，所述筒体1内部轴向设置有换热管管束6，所述换热管管束6与管板3连接，所述换热管管束6一端与管程流体进口10连通，另一端与管程流体出口11连通，所述筒体1内部轴向间隔设置有折流栅4，所述筒体1内部沿中心轴线设置有分层隔板13，所述分层隔板13一端与靠近管程流体出口11一侧的管板3连接。 

如图2所示，所述折流栅4内侧连接有折流扁杆12，所述折流扁杆12分两组(见图6)或三组(见图5)层叠形成网状设置，每组折流扁杆12平行间隔设置，所述折流栅4内还设置有分层隔板预留空间16，所述分层隔板13穿过分层隔板预留空间16。 

本实用新型针对不同管径下三角形布管形式提出了对应不同形式的折流扁杆式折流栅4，对于换热管14外径在12mm以下时，采用六边支撑式折流栅4(见图5)，其折流扁杆12以不同的倾斜度分三组布置在相邻的三个平面内，呈网状设置，每组折流扁杆12平行间隔设置；对于换热管14外径在14mm以上时，采用四边支撑式折流栅4(见图6)，其折流扁杆12以不同的倾斜度分两组布置在相邻的两个平面内，呈网状设置，同样，每组折流扁杆12平行间隔设置。 

如果换热管14呈正方形布管方式的折流栅4，其折流圆杆15可为水平间隔设置 (见图3)或竖直间隔设置(见图4)。 

采用折流扁杆12或折流圆杆15对换热管14提供支撑，使换热器壳程流体由横向流动变为平行(纵向)流动，这不仅大大减少了传热死区，而且大幅度减少了流体因多次反复折流而损失的壳程压力降，能以较低的流体输送功获取较高的传热膜系数。 

同时，换热管14可采用低翅片换热管(见图7)以适用于无相变传热，可用于制造气-气、气-液、液-液无相变换热器； 

所述换热管14亦可选用螺旋槽换热管(见图8)，适用于强化有相变冷凝传热，可制造冷凝器； 

所述换热管14还可选用表面多孔管(见图9)，适用于强化有相变沸腾传热，可制造蒸发器。 

利用粗糙的传热肋面来促进流体边界层的湍流度，减薄传热滞流底层厚度，从而强化边界层传热，管内管外的传热同时得到了强化。 

如上提供的一种纵流管壳式换热器，流体流动方向呈纵向流动，即与换热管管束6平行，并强化壳程传热，提高传热膜系数30％；减小壳侧阻力降35％；改善壳侧传热综合性能，使(αo/ΔP)提高50％；设备重量减轻约40％；耐腐蚀、使用寿命长。 

Claims (6)

1.一种纵流管壳式换热器，包括筒体(1)，所述筒体(1)两侧对称连接有管板(3)，所述管板(3)外侧依次对称连接有管箱(2)、封头(9)，所述封头(9)外侧分别连接有管程流体进口(10)和管程流体出口(11)，所述筒体(1)靠近管程流体出口(11)一端的侧壁对称设置有壳程流体进口(7)和壳程流体出口(8)，所述筒体(1)内部轴向设置有换热管管束(6)，所述换热管管束(6)与管板(3)连接，所述换热管管束(6)一端与管程流体进口(10)连通，另一端与管程流体出口(11)连通，所述换热管管束(6)由换热管(14)组成，所述筒体(1)内部轴向间隔设置有折流栅(4)，其特征在于：

所述折流栅(4)内侧连接有折流扁杆(12)，

所述折流扁杆(12)分两组或三组层叠形成网状设置，每组折流扁杆(12)之间平行间隔设置，

所述折流栅(4)内设置有分层隔板预留空间(17)。

2.根据权利要求1所述的一种纵流管壳式换热器，其特征在于：所述筒体(1)内部沿中心轴线设置有分层隔板(13)，所述分层隔板(13)一端与靠近管程流体出口(11)一侧的管板(3)连接。

3.根据权利要求1所述的一种纵流管壳式换热器，其特征在于：所述换热管(14)为低翅片换热管。

4.根据权利要求1所述的一种纵流管壳式换热器，其特征在于：所述换热管(14)为螺旋槽换热管。

5.据权利要求1所述的一种纵流管壳式换热器，其特征在于：所述换热管(14)为表面多孔管。

6.根据权利要求1所述的一种纵流管壳式换热器，其特征在于：所述折流栅(4)内可连接有折流圆杆(15)，所述折流圆杆(15)平行间隔设置。

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