[实用新型]无间隙无折流纯逆流管壳换热器

说明书

本实用新型涉及一种无间隙无折流纯逆流管壳换热器，属于热交换装置。

众所周知，管壳式换热器是一种工业中使用最为普遍的换热设备。这种设备具有生产历史悠久，制造技术成熟，可以耐高温高压，适用范围广的特点。一般来讲，这种换热器的主要部件包括：外壳、封头或管箱、换热管、管板及折流板等。流体的流动通常是管程流体沿管子轴线，壳程流体（除有相变传热外），一般都是由折流板导向成与换热管轴线垂直或近似垂直的方向流动。这种换热器存在两个不足的方面。一是不够紧凑，即单位体积所提供的传热面积小；二是换热管在工作时易产生振动从而导致磨损断裂。

围绕上述不足，许多专家学者做了大量工作，国内目前比较成功的是由华南理工大学钱颂文教授等人发明的折流杆型换热器，这种换热器虽然可以有效的减低换热管的振动，且具有传热系数大，阻力降小的特点，但这种换热器并未能从根本上消除换热管振动的内因。因为无论是折流板型还是折流杆型换热器，其换热管总可简化成一根多支点梁的力学模型。而这种梁只要受到垂直动载荷时，都有产生振动的趋势；另外这种换热器也没有解决管壳式换热器不够紧凑的问题。

本实用新型的任务是要提供一种改进的管壳式换热器，使其能够完全消除换热管振动的内因，并且在单位体积内提供最大的传热面积。

本实用新型的目的是由以下方式实现的：

本实用新型无间隙无折流纯逆流管壳换热器是由壳体〔6〕、管板〔3〕、组合换热管〔1〕、挡流板〔7〕和加强环〔8〕组成，组合换热管〔1〕分为换热段〔5〕和联接段〔4〕，联接段管子〔4〕的外径小于等于换热段管子〔5〕的内径；管板〔3〕上开孔的间距等于换热段管子〔5〕的外径，开孔直径等于联接段管子〔4〕的外径。这样，就使每一组合换热管〔1〕连接在管板〔3〕上后，各管子之间没有间隙且紧密相切，使每一单元的组合换热管〔1〕之间在管外形成了互相封闭且各自独立的通道〔2〕，而这些通道〔2〕便组成了壳程流体的流动通道，并且与管子轴线平行。在管束的弓形区域设置有横向挡流板〔7〕，在管束外设置有加强环〔8〕，也可将二者合并设置。

本实用新型无间隙无折流纯逆流管壳换热器的优点是：能够完全消除换热管的振动，并且体积小，节省材料，传热面积大，流体流动阻力小，适合各种换热管与管板为一次性连接的场合。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1、图2.为组合换热管单元结构示意图；其中：〔1〕为组合换热管，〔2〕为通道；

图3.为组合换热管的结构及与管板连接示意图；其中：〔3〕为管板，〔4〕为联接段管子，〔5〕为换热段管子；

图4.为管壳换热器组装示意图；其中：〔6〕为壳体，〔7〕为挡流板，〔8〕为加强环。

如图3.所示，组合换热管〔1〕分为换热段〔5〕和联接段〔4〕，联接段管子〔4〕的外径小于等于换热段管子〔5〕的内径；管板〔3〕上开孔的间距等于换热段管子〔5〕的外径，开孔直径等于联接段管子〔4〕的外径。换热段管子〔5〕和联接段管子〔4〕套合后进行焊接联接，联接段〔4〕的长度略大于壳程流体进出口管径，经检验合格后，把组合换热管〔1〕的联接段〔4〕一次性连接（焊接）在管板〔3〕上，这样，就使每一组合换热管〔1〕连接在管板〔3〕上后，各管子之间没有间隙且紧密相切，使每一单元的组合换热管〔1〕之间在管外形成了互相封闭且各自独立的通道〔2〕（如附图1.、2.所示），而这些通道〔2〕便组成了壳程流体的流动通道，并且与管子轴线平行，从而在单位体积内提供了最大的传热面积。经比较，这种换热器在同样体积的条件下其传热面积是一般管壳式的二倍以上，即在同样传热面积下，该换热器可以节省大量材料，并且体积较小。在工作时，壳程流体在管外作沿管轴线相平行的纯逆流流动，从而消除了换热管承受垂直载荷的作用，即从根本上解决了管子振动的内因。另外，由于各管子之间无间隙且各管子紧密相切，从而使管子的力学模型由多支点梁变为一连续支承的梁，其刚度大为增加，所以，这种换热器无需设置折流板等支承管子的构件，也排除了传热死区的存在。由于流体作纯逆流流动则壳程流体阻力压降大为降低，同时由传热学理论，对于间壁两侧流体之间的传热，两流体作逆流流动时，传热平均温差最大，也即传热推动力最大，故这种换热器传热效率也是最高的。

如图4.所示，为了防止壳程流体沿不布管区发生短路，在管束的弓形区域设置有横向挡流板〔7〕，并考虑到最外层管子的刚度，在管束外设置有加强环〔8〕，也可将二者合并设置。横向挡流板〔7〕和加强环〔8〕可以用型钢或钢板制做。考虑到安装方便，横向挡流板〔7〕和加强环〔8〕应与壳体〔6〕内壁面保留一定间隙。横向挡流板〔7〕和加强环〔8〕与通常折流板不同之处是在管束固定于管板〔3〕上以后再进行分片组装。