[发明专利]一种纵流壳程换热器

说明书

技术领域

本发明为一种专门用于液-液介质之间进行热量交换的管壳式换热器，属热工设备技术领域，具体地说，是一种纵流壳程换热器。

背景技术

壳程纵流换热器作为新型管壳式换热器，采用新的管束支撑结构，使壳程介质由传统的横向流动变为纵向流动，避免了传统管壳式换热器壳程由于介质横向冲刷管束而导致的壳程传热系数较低、流动阻力大和流体诱导管束产生振动破坏等缺点和风险。

美国Philips石油公司于20世纪70年代首先开发出折流杆式壳程纵流换热器，显示出优良的传热性能和水力性能。此后，世界各国对该类型换热器进行了深入研究，中国于20世纪80年代初开始了该方面的研究，现已开发出多种高效强化管和新的管束支撑结构，并广泛应用于石油、化工、化肥、动力、冶金、环保、轻工、医药等行业。目前，壳程纵流换热器管束支承方式主要为折流杆支承、空心环支承以及孔板式支承等，其中以Philips折流杆支承和NESTS蛋框式板条折流栅最为出名。这些支撑结构件都有一个共同的特点：管束支撑件（杆、板或环）在同一横截面上与外环连成一个整体，组成单个折流栅。换热管系内部平行布置众多的折流栅须保证换热管的平行度和同心度，以便换热管能够从一端管板穿到另一端管板，故折流栅的制作和定位要求很严格，制造及装配难度大，成本高；且这些折流栅所占空间较大，换热管的布置密度即换热面积受限，影响换热效率。另外，由于换热管束与壳体之间的间隙是无效换热区，而该间隙大于换热管束的管间间隙，故有较大流量的壳程介质流经该间隙，与壳体换热，致使换热效率进一步降低。

发明内容

针对上述问题，本发明对纵流壳程换热器的结构做了改进，提出如下技术方案：

一种纵流壳程换热器，包括前管箱、壳体大筒节、壳体、换热管及回转管箱，在壳体内部空间布置有换热管束，该换热管束具有多根换热管，通过其前部的固定管板和后部的弹性管板组合成束，呈矩阵式排列，任意4根相邻的换热管为一个矩阵单元；在换热管束的外围设有多道沿纵向分布的包圈，将换热管束包裹约束，多根周向分布的拉杆定距管将固定管板和所有的管系包圈12连成管系骨架，以支撑换热管束；壳体内部设有一块纵向隔板，将壳体内部空间划分成两个壳程介质通道；一个为壳程介质来程通道，另一个为壳程介质回程通道；在壳体大筒节上开有壳程介质进口、出口；所述前管箱内设有隔板，将换热管束划分成两半，其中一半为管程介质的来程通道，另一半为管程介质的回程通道，在前管箱上开有管程介质进口、出口；所述支撑构件由芯杆和多个套在芯杆上且离散分布的导流环构成，在换热管束的每一个矩阵单元中心均设有一套支撑构件，其导流环的外周面与矩阵单元的4根换热管相切，其芯杆的一端固定在固定管板上，另一端为自由端，延伸至最后一道管系包圈外侧；所述换热管束的外围设有管系薄包壳，管系薄包壳两端固定在管系包圈上，将壳程介质限制在包壳内部流动。

所述导流环的迎流面是圆锥面，该圆锥面的锥度为30°～45°。

所述导流环配有卡箍，导流环由卡箍纵向限位，固定在芯杆上。

所述导流环用软金属或塑性材料制成。

上述结构的换热器，具有如下有益效果：

由于管束中的支撑构件没有横向连接件，占用壳体截面积很小，换热管中心距可以取得更小，布置得更密，从而增大换热面积，提高壳程介质整体纵流速度。管束内部支撑件为导流环，导流环迎流面加工成圆锥斜面，可减小流动阻力和改变流体方向。壳程介质流经导流环时，因流道截面面积减小，纵向速度提高约2倍，在换热管最小间隙处产生射流，引起流体扰动，从而提高壳程传热系数；导流环采用硬度较小的材料制作，如：软金属或塑性材料，可减小制造装配难度，降低制造成本。管系薄包壳包围在管束的外周，将壳程介质圈闭在内部有效流道内，与壳体隔离，不再与其接触换热，可减少热量损失，降低壳体温度，进一步提高壳程传热系数。

附图说明

图1是本换热器的主视图；

图2是图1的A-A视图；

图3是图2的B-B视图；

图4是图3中局部Ⅱ的放大图；

图5是图1的横截面图；

图6是图5中局部Ⅰ的放大图；

图7是换热管之间支撑构件的结构图。

图中代号含义：