[实用新型]一种带多头缠绕翅片管的热交换器

说明书

本实用新型的一种带多头缠绕翅片管的热交换器，包括围成炉膛的炉墙，炉墙包括型钢钢架和钢板，炉膛内设有管板、支架和多头缠绕翅片管，支架固定于炉墙用于支撑管板，管板开有多个支撑孔，多头缠绕翅片管穿过支撑孔，从而使得管板支撑住翅片管。多头缠绕翅片管包括基管和螺旋缠绕在基管外的多条翅片，多条翅片之间相互间隔分布。多头缠绕翅片管在保持较大螺旋角和螺距的同时，能够保障螺旋密度，这样不但具有传统翅片管的较大换热面积，较大的螺旋角还具有对气流的强烈折流作用，较大的翅片螺距还使烟气气流能深入翅片的根部，从而使边界层减薄，提高膜传热系数，还延长了气流在加热炉内的流动路径，更加适用于各种高效节能设备的需要。

技术领域

本实用新型涉及石油炼制、石油化工、煤化工、电力能源工业及其他化工工艺过程对流体介质强化换热的新型多头缠绕翅片管加热炉，属于机械工程装备中的设计及建造技术领域，具体涉及一种带多头缠绕翅片管的热交换器。

背景技术

以翅片管为换热元件的加热炉包括列管式加热炉、套管式加热炉、翅片管空冷器、热管加热炉，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(原油、油料或气体)加热至工艺所需的温度进行炼制、分解或合成。翅片管加热炉专用设备属于高效换热节能设备，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。本说明书仅以加热炉为例，说明多头复合翅片管加热炉及其制造工艺，但是其原理同样适用于其他换热设备。

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，多头缠绕翅片管穿过带孔的管板由管板支持，多头缠绕翅片管两端通过弯头联接，多头缠绕翅片管内流过的是需要加热的油料，多头缠绕翅片管外面在炉膛内垂直从下往上(或水平从左到右、或从右到左)流过的是高温烟气或热风，热量通过管壁传给管内的油料。多头缠绕翅片管是加热炉的关键元件，其换热性能根本上决定整台炉的换热效率，其质量影响加热炉的安全运行。

一般来说，为了充分平衡和利用各种热源，加热炉由图1所示的七组结构相同的模块上下叠装而成。为了提高换热面积，人们发明了翅片管，也就是在普通钢管的外表面螺旋缠绕上钢带，以延伸扩大管外表的面积来提高换热效果，具有较大的使用价值，但也是为了提高换热面积，人们在一段钢管外面尽量缠绕更多的翅片，相邻翅片之间的间隙甚至缩小到3mm，这在使用中存在不科学影响：如果单位管长上的翅片密度很低，换热面积减少，这不利于换热。如果单位管长上的翅片密度增加，一方面，气流要深入翅片根部有一定难度，反而降低换热效果。另一方面，图3所示是一段单头缠绕翅片的换热管产品实物的侧向视图，由图可知，翅片与基管间的螺旋角β很小，肉眼可从前面(纸面)看透到后面(纸背)，翅片左右两侧面对垂直于纸面方向的视线基本无阻碍。这样，烟气气流沿着该方向掠过翅片时基本没有受到阻碍，管外的高温烟气很顺畅，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，对沉积在翅片根部多头缠绕翅片管表面的烟尘没有搅动吹扫作用，增加了热对流的难度，气流与翅片之间的相互作用很微小，热交换也就小。总的是这种排管方法影响了加热炉热效率的进一步提高。

随着石油化工装置的大型化发展，加热炉单炉能力也要提高，按传统观念设计的加热炉炉体庞大，即便是15万吨/年加热炉中的一件模块也已有150吨，长26000mm、宽4200mm、高4000mm，这给产品工场预制造、长距离运输、高空精密吊装带来相应的困难，总体工期和成本也较高。

总之，传统缠绕翅片管存在明显的缺点，以翅片管作为换热管的加热炉大型化发展必须寻求新的技术思路。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，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。

发明内容

针对现有技术存在上述技术问题，本实用新型提供一种带多头缠绕翅片管的热交换器，其具有更大的换热面积，能够对气流产生较大折流作用。