[发明专利]非对称型缩放式横槽管换热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种横槽管换热器，具体涉及一种非对称型缩放式横槽管换热器，属于热交换工艺装备技术领域。

背景技术

自70年代能源危机爆发以来，能源消耗量也随之增加，对传统换热器设备强化研究逐渐兴起，换热器的强化传热就是力求使换热器在单位时间内，单位传热面积传递的热量达到最多，应用强化传热技术的目的是力图以最经济(体积小、重量轻、成本低)的换热器来传递规定的热量，这就要求所研制的换热器，尽可能地节省资金、能源和减少金属消耗及所占的空间。目前管壳式换热器的研究主要集中在两个方面：一是针对壳程，主要对传统管壳式换热器壳程管束的支撑结构进行创新设计，研发新的换热器。例如，弓形折流板支撑、折流杆式支撑、螺旋折流板支撑、空心环网板支撑、旋流网板支撑和管子自支撑等类型；二是针对管程，对传统管壳式换热器的换热元件采取强化措施，用各种异型管替代光管。现在应用较多的是螺旋槽管、横槽管、波节管、波纹管、缩放管、内翅管、菱形翅片管、花瓣形翅片管和表面多孔管等。

横槽管是一种特殊形状的缩放管，是以普通圆管为管呸，通过专用机床对管子的滚轧使得管子的外壁面形成一条条与轴线相垂直的环状槽，而内壁面则成为相应的一个个横向凸棱，形成由光管段和横向环状槽（或凸棱）交替变化的横槽型通道。

横槽管是在1974年由苏联的加里宁最早提出并在化工机械厂生产，上世纪80年代末中国开始进行横槽管的研究，其强化换热的机理是：当流体流经横向凸棱时，在管壁附近形成轴向涡流，这种涡流增加了边界层的扰动，使边界层分离，使边界层减薄，从而有利于热量的传递，当涡流快消失时，流体又经过下一个横向凸棱，这祥不断产生轴向涡流，从而具有连续、稳定的强化作用；另外直线光管段起着积累能量的作用，是不可缺少的，两者互相促进，大大提高了换热系数，因此，根据市场需要，这种高效换热管应用在很多行业中，例如：煤气站汽化、电厂首战、油田输油管道加热、储藏设备制冷、海水热交换等。

虽然流体在管程和壳程流动时横槽管的阻力比光管有一定程度的增加，但是现有横槽管的槽圆弧半径均为对称型，流动死区大，流动阻力较大，而且横槽管外壁面环状槽的开口宽度较窄，使得壳程流体流过环状槽时会在环状槽内积留一部分流体，流动死区大，容易产生结垢，这种结构仍然存在综合传热效率低的问题。

目前为止，传统的横槽管换热器还没有应用在高压的气-汽换热中，比如核电站乏汽和水蒸气之间换热就属于典型的气-汽换热，核电站所用换热器管内流体为高温高压的氦气（温度450℃，压力3MPa），管外流体为高温高压水蒸气（温度280℃，压力7MPa），气-汽换热一般是在高温高压环境下运行，由于横槽管周期性的环状槽，导致局部的应力集中比较大，尤其是管外部压力大于内部压力时，应力集中更为明显，抗压能力较差。传统的横槽管换热器并不适用在气-汽换热中，传统的横槽管仅可以承受温度低于200℃，压力低于1.6MPa的工作环境。

综上，现有的横槽管换热器存在综合换热效率低，无法适用于高温高压的气-汽换热中的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的横槽管换热器存在综合传热效率低以及无法适用于气-汽换热中的问题，进而提供一种非对称型缩放式横槽管换热器。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的非对称型缩放式横槽管换热器包括外壳、冷介质进口管、冷介质出口管、热介质进口管、热介质出口管、两个管板、第一封头、第二封头、水平隔板、多个折流板和多个换热管，外壳的两端内壁上各安装有一个管板，外壳的一侧端面上安装有第一封头，外壳的另一侧端面上安装有第二封头，外壳的顶部设置有热介质进口管，外壳的底部设置有热介质出口管，第一封头内设置有水平隔板，第一封头的顶部设置有冷介质进口管，第一封头的底部设置有冷介质出口管，外壳的内部沿竖向设置有多个折流板，多个换热管水平置于外壳内，换热管两端中的一端穿设在一个管板的管板孔内，另一端穿设在另一个管板的管板孔内；每个换热管均为非对称型缩放式横槽管，所述非对称型缩放式横槽管内侧壁位于去流侧的圆弧面的曲率半径小于非对称型缩放式横槽管内侧壁位于来流侧的圆弧面的曲率半径，非对称型缩放式横槽管上环状槽的开口宽度为6mm至10mm，非对称型缩放式横槽管上环状槽的凸棱高度为0.6mm至1.1mm，非对称型缩放式横槽管的壁厚为2mm至3mm。

本发明的有益效果是：