[实用新型]内花纹管热交换器

说明书

1、技术领域

本实用新型是关于一种内花纹管热交换器，属于机械装备工程中列管式热交换专用设备的高效换热节能设备。具体可用于石油炼制与化工、煤化工、化肥、空调、空冷、电力设施装备等等的热交换要求上，包括给介质加热或冷却等应用方式。

2、背景技术

列管式管壳换热器、加热炉和空冷器是应用广泛的热交换器，一般由管束与壳体、管箱等组成，换热器制造工艺成熟，安全性高，在换热设备中是关键的能耗设备。长期以来，人们利用无缝直管以及由其作为基管进一步制作的高效换热管强化换热取得了很好的效果，包括螺纹管、螺旋管、翅片管、波节管、表面多孔管等，但是利用有缝管内表面上的花式纹路来制作高效换热管并应用到换热设备中基本还是一片空白。

这里说的有缝管，不是说钢管上有裂缝，而是说钢管上有焊缝，有缝管是由钢带卷合拢成圆而对其接口焊接而得。

(1)传统高效换热管热交换器的结构功能

列管式热交换器的换热管表面是光滑的话，在某些条件下流体介质容易在光滑表面形成层流，影响介质与管壁表面的换热效果。

目前，国内石油化工等装置热交换用的列管式高效换热管都是无缝直管，以无缝直管作为基管的高效换热管强化换热取得了很好的效果，在基管外表面进一步加工，通过模具滚压可制作出螺纹管、螺旋管、波节管，通过工装组焊可制作出高频焊缠绕翅片管，通过工装轧制可制作出铝翅片管，通过涂料烧结可制作出表面多孔管等，成排的高效换热管通过支持板支持，两端穿进管板的管孔中与管板相连接，保证接头的密封性和强度，即可成为一台管束，通过管束与管箱的隔板组合，可以把换热管分成几个流程，以便介质在换热管内来回流动，延长换热路程，增加换热时间，充分与管外的壳程介质换热。管束与壳体、管箱等组装起来即构成如图1所示的一台列管式换热器。

如果管内是冷介质，管外是强制对流的烟气，则组成一个加热炉。如果管内是热介质，管外是强制对流的空气，则组成冷却器而不是加热炉，但均是热交换器的一种。

(2)传统高效换热管热交换器存在的问题

由于传统高效换热管是以无缝直管作为基管进行加工，一般是在其外表面加工花纹，只能强化管外表面与热交换器壳程介质的换热效果，无法强化管内表面与管程介质的换热效果。本来，任何一根内外表面光滑的钢管的外表面积就大于内表面积(100t/r)％，这里t和r分别是换热管的壁厚和内孔半径，对于广泛使用的截面规格为φ25×2.5的换热管，外表面积就大于内表面积25％，也就是说，即便不对管外表面进行换热强化，管外表面的换热效果也比管内表面的换热效果好(当然，还与管内外的介质种类、流态等有关)。由此可见，管内表面换热效果的提高已成为管外表面换热效果起作用的前提之一，管内表面的换热效果已成管束换热效率的瓶颈和制约因素。

其二，带内螺纹的无缝管已有生产应用，但是由于管内空间窄，在无缝管内加工各种花纹特别困难，目前，带内花纹的无缝管的花纹样式十分单调。

其三，实践经验表明，在管外表面加工花纹的过程管外径的精度控制有难度，直径尺寸偏差会影响其与中间支持板管孔、两端管板管孔的配合精度。如果直径偏小，管子与管孔间的间隙太大，管子在壳程介质冲击下易振动损坏，更严重的是影响管头的密封性。如果直径偏大，管子与管孔间没有间隙，管子穿不进管孔，与支持板、管板无法装配成管束。

再有，以无缝直管作为基管进行再加工，增加了工序和成本。有缝钢管在国内换热器上的应用已有近二十年的历史，GB151-1999《管壳式换热器》的“附录C换热管用奥氏体不锈钢焊接钢管”，是在GB/T 12771-1991《流体输送用不锈钢焊接管件》的基础上，增加了用于换热管的技术要求而制订的。有缝钢管成形后再在其外表面加工花纹的过程可能会对纵焊缝有不良影响，因此很少在成形后的有缝管外表面加工花纹。

由此可见，结合传统高效换热管存在的问题进行改进，具有很强的工程意义。

3、发明内容