[发明专利]换热管内外流体介质双螺旋流动壳管式换热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种壳管式换热器，尤其是涉及一种换热管内外流体介质双螺旋流动壳管式换热器。

背景技术

在炼油、化工、环保、能源、电力等工业中，换热器是一种重要的单元设备，通常在化工厂的建设中，换热器约占总投资的10-20％；尤其在炼油厂的建设中，换热器约占全部工艺设备投资的35-40％。其中，管壳式换热器又占世界换热器市场总额的37％。在管壳式换热器中，一种流体在管内流动，另一种流体在壳侧流动，并通过管子进行热量交换。同时，壳侧布置有折流板，折流板为管子提供支撑，同时还使流体按特定的通道流动以改善其传热特性。

传统弓型折流板存在很多问题：①弓型折流板使流体垂直冲击壳体壁面，造成较大的沿程压降；②折流板与壳体壁面相接处产生流动滞止死区，降低了换热效率，且容易结垢；③折流板与壳体壁面之间及换热管与折流板之间存在漏流，使壳侧存在较大的旁路流动，而旁流及漏流降低了有效横掠管束的质量流量，故减小了壳侧的换热效率；④高流速流体横掠换热管束会诱导换热管的振动，缩短了换热器的寿命。

20世纪60年代，已有学者提出了螺旋折流板换热器的思想。螺旋折流板换热器是将折流板布置成近似的螺旋面，使换热器中的壳侧流体呈连续的螺旋状流动，以实现有效地降低壳侧的流动阻力及强化传热的目的。此外，在实现换热器的高效节能问题中开发出新型高效的强化传热元件同样关键，强化传热元件的研究是新型高效换热设备设计制造的基础。因此，合理设计开发新型高效换热器，同时实现壳管式换热壳侧及管侧传热强化，又能有效降低流阻及结垢现象，提高换热器的整体换热性能对于节能降耗具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种换热管内外流体介质双螺旋流动壳管式换热器，其结构简单合理，在强化壳侧及管侧传热、换热性能的同时，又能有效降低流阻及结垢现象。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种换热管内外流体介质双螺旋流动壳管式换热器，由通过左右两端封头进行密封的壳体、设置在壳体侧壁上的壳程进口和壳程出口、分别位于壳体内部两端的封板一和封板二、设置在所述封头上的管程进口和管程出口、设置在壳体内部的折流板以及多个平行安装在封板一和封板二间的换热管组成，所述封板一和封板二上对应开有多个供换热管穿过的通孔；所述换热管包括同心穿套的外管和芯管以及在二者间绕管芯环绕嵌设的内翅片，所述内翅片与外管和芯管之间采用钎焊进行连接，其特征在于：所述折流板为连通壳程进口和壳程出口的螺旋折流板，所述壳程进口、螺旋折流板和壳程出口组成纵向螺旋式的壳侧流通通道，螺旋折流板的外侧边缘与壳体侧壁的内壁之间固定连接，螺旋折流板上对应开有多个供换热管穿过的通孔；

所述内翅片由波纹内翅片板弯曲而成且在外管和芯管之间形成一个纵向螺旋式内翅片管，所述纵向螺旋式内翅片管上分布有多个纵向螺旋式流通通道，所述纵向螺旋式流通通道与管程进口和管程出口连通组成管内流通通道。

所述管程进口和管程出口均位于同一个封头上，所述管内流通通道对应管程进口和管程出口分为两个流通通道，所述两个流通通道与管程进口和管程出口组成一个来回式的双管程管内流通通道。

所述管程进口和管程出口均位于壳体右端的右封头上，所述封板二和右封头之间设置有一隔板，隔板设置在封板二和右封头之间的中心处。

所述隔板与封板二和右封头之间均采用无缝钎焊进行连接。

所述管程进口和管程出口分别位于壳体左右两端的两个封头上，所述管程进口和管程出口与所述纵向螺旋式流通通道组成一个单向式的单管程管内流通通道。

所述螺旋折流板内流通的的介质黏性越大，其螺旋波纹越稀疏。

所述螺旋折流板的螺旋波纹形状为连续周期函数，螺旋折流板为连续螺旋片构成的折流板或由多个螺旋片搭接而成的折流板，螺旋折流板为单螺旋结构、双螺旋结构或多螺旋结构且其与壳程进口和壳程出口相应组成一个单螺旋、双螺旋或多螺旋式的壳侧流通通道。

所述波纹内翅片板波纹的纹路与水平方向间的夹角为α，其中15°≤α≤85°；所述波纹的波纹形状为连续周期函数，其纵向幅高与外管和芯管之间的间距相等；所述内翅片中所流通的介质黏性越大，所述波纹内翅片板的波纹越稀疏，所述波纹的波长λ越大，所述纵向螺旋式流通通道的数量越少，α越大；

所述螺旋折流板内流通的的介质黏性越大，其螺旋波纹越稀疏，所述纵向螺旋式流通通道的数量越少。

所述壳体为圆柱形。