[发明专利]反旋向折流翅片管加热炉及其强化传热方法

说明书

1、技术领域

本发明专利是关于石油炼制、石油化工及其他化工工艺过程对流体介质的管式加热炉的一种炉管翅片旋向及翅片管排列方式的新型结构设计建造及强化传热技术，属于机械工程装备中的设计及建造领域。

2、背景技术

(1)传统加热炉的结构设计及功能

加热炉是石油化工中的龙头，包括常压炉、减压炉、制氢炉、重整炉、焦化炉、转化炉及裂解炉等。管式加热炉的作用于是将介质(油料或气体)加热至工艺所需的温度。

炉体的四面由高大的炉墙围成炉膛，炉墙由工字钢等型钢钢架上铺焊钢板，钢板上分布焊接保温钉，在保温钉之间浇铸入隔热和耐磨材料。炉墙上安装的支架支持着管板，炉管穿过带孔的管板由管板支持，炉管可以部分是螺旋翅片管或全部是螺旋翅片管，炉管两端通过弯头联接，炉管内流过的是需要加热的油料，炉管外面在炉膛内垂直从下往上(或水平从左到右、从右到左)流过的是高温烟气或热风，热量通过管壁传给管内的油料。

一般来说，为了充分平衡和利用各种热源，加热炉由附图1所示的7组结构相同的模块上下叠装而成，其中的一组模块如图2所示。

(2)传统加热炉的建造技术及其存在的问题

目前，加热炉的建造方法分为两种，一种是在制造厂制或模块后运到装置现场吊装，另一种是直接在装置现场对炉墙、管板、炉管、弯头等进行安装。无论哪一种方法，炉体结构设计及建造均没有对其中翅片管的翅片旋向排列方式提出技术要求。

实际上，对绝大多数翅片管制造厂来说，在表面光滑的钢管外圆上螺旋缠绕钢带而成的翅片管其钢带的缠绕方向一般时同一个方向的，或者是如图3所示的左旋，或者是如图4所示的右旋，由该厂安装的焊机结构功能而定。

结果是，由同一翅片旋向的翅片管排列在一起时，就组成图5所示同旋向折流翅片管排，管外的高温烟气很顺畅、很容易就流了过去，一方面烟气与翅片的接触换热时间缩短了，另一方面烟气在翅片表面容易形成稳定的层流，对沉积在翅片根部炉管表面的烟尘没有搅动吹扫作用，增加了热对流的难度，总的是这种排管方法影响了加热炉热效率的进一步提高。

由此可见，对石油化工加热炉进行设计及建造技术方面的改进，改变传统的同旋向折流翅片管加热炉为相邻排管反旋向折流翅片管加热炉，可以提高加热炉热效率及经济效益，具有很强的工程和社会经济意义。

3、发明内容

本发明专利是关于一种反旋向折流翅片管加热炉及其强化传热技术，加热炉由炉墙、管板、炉管和弯头箱等主要零部件组成，其中炉管可以部分是螺旋翅片管或全部是螺旋翅片管，但其沿着烟气流向排列的前后(或上下、或左右)相邻的两部分翅片管上的螺旋翅片的旋向是相反的，组成图6所示反旋向折流翅片管排，这种新型排列组合结构的翅片管除了具有传统翅片主要的增大换热面积的功能外，还新增了对管排间流动的烟气的折流作用，利用反旋向翅片的折流功能对流经其间的气流进行不断的挠动，使换热管翅片间的气流始终保持紊流复杂状态，增强气流在热交换器内整体混合的湍动程度，提高换热管隙间气流的边缘流速，以及对沉积在翅片根部炉管表面的烟尘具有搅动吹扫作用，提高壳程的传热膜系数，强化壳程传热。

同时具备增大换热面积和折流烟气等多重功能，与传统加热炉结构相比，新建的反旋向折流翅片管加热炉没有增加材及制造投入就可以提高其热效率，更加适用于各种高效节能设备和热交换设备的需要。

从功能角度看，这里的折流翅片相当于在石油化工装置里大量使用的管壳式换热器的管束折流板，折流板对换热流体的折流作用原理早已应用了上百年，只不过一直广泛应用在流体中的液体介质的折流，应用到气体介质的折流中实在罕见，基本是一片空白。

4、附图说明

图1所示是由7组结构相同的模块上下叠装而成加热炉典型结构示意图。

图2所示是图1中的某一组模块。

图3所示是翅片左旋的一段翅片管。

图4所示是翅片右旋的一段翅片管。

图5所示是翅片同旋向的两段翅片管排，箭头显示烟气直接顺畅地经过了管排，图中的标志1表示从翅片管的任意一端观察翅片的缠绕方向为右旋方向，带箭头的粗虚线标志2表示从两排翅片管流过的烟气流道轨迹是一条直线的，流动较为顺畅。

图6所示是翅片反旋向的两段翅片管排，显示烟气受到反旋向翅片的折流作用才能经过管排。图中的标志3表示从翅片管的任意一端观察翅片的缠绕方向为左旋方向，带箭头的粗虚线标志4表示从两排翅片管流过的烟气流道轨迹是一两次折弯的路线，流动较为困难。

5、具体实施方式

实施例1