[实用新型]螺旋扭曲椭形截面换热管

说明书

本实用新型涉及一种强化传热换热管，特别是一种非圆截面换热管。

目前，管壳式换热器广泛应用于炼油、化工、动力等需要换热的过程工业领域，尤其在炼油和化工系统装置中占有较大比重，约占石化行业工艺设备总重的30％-40％。为了降低换热设备的重量，减少换热设备的体积，应力求强化传热过程。强化传热大都是通过对流体的扰动来实现的，其扰动的效果决定了换热性能提高的程度。近年来已研制出多种强化传热元件并部分得到应用，如螺纹管、螺旋槽管、管内插入物(扭曲带、弹簧等)、波纹管、波节管等，但同时这些强化传热途径均不同程度存在某些不足，如增大流阻、结焦结垢甚至堵塞、安全性降低以及加工费用增加等，在实际推广应用中受到一定的局限。

本实用新型的目的是要提供一种使换热介质产生旋转流动的螺旋扭曲椭形截面强化传热换热管，它具有强化传热效果好、流阻小、对换热介质适应性强、不易结焦结垢及不易堵塞和安全性好的特点。

本实用新型的目的是这样实现的：

(1)使用若干对中心距可调且两轴线异面交叉的轧辊，将圆形截面换热管轧制成椭形(具有长径和短径的轴对称或近似轴对称图形，如椭圆形、近似椭圆形和长圆形)截面，椭形截面沿换热管轴心线形成螺旋扭曲状。当换热介质在这种具有螺旋通道的换热管中流动时将产生较强的旋转扰动，从而强化传热。这种结构是集螺旋槽(通过轧制成型的管壁对流体产生扰流)和管内插扭曲带(形成的螺旋通道使流体产生强制旋流)对流体扰动的思想于一体，具有比螺旋槽管和管内插扭曲带对流体扰动更好的效果。螺旋扭曲椭形截面换热管的轧制基管可以为圆形光滑截面管、螺纹管和螺旋槽管，因此轧制成型的螺旋扭曲椭形截面换热管也可以为光滑截面管、螺纹管和螺旋槽管，而且还可以通过轧制成型使换热管形成凹凸的管壁面，进一步的提高强化传热的效果。

(2)考虑到与管板的连接方式，管两端仍保持其圆形截面。这种结构的另一作用是换热时使管外流体易于从横向流变为纵向流，减少流体流动阻力。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点。

(1)由于螺旋扭曲椭形截面换热管的管内和管外均使换热介质产生强制旋流，强化了传热过程，特别是对于一些难于传热的粘性介质、易于结焦(除螺纹管外)结垢的介质和不洁净介质的传热具有明显的强化传热效果，如石油炼制工业等，一般传热系数可提高40％以上。螺旋扭曲椭形截面螺纹管适用于管外总热阻为控制热阻的传热场合，或管外结垢比较严重的场合，不适用于固体粉尘含量较高或易于结焦的场合。

(2)由于强制旋流充分冲刷管壁，破坏了结焦结垢的条件，因而在实际运行过程中始终能保持较好的强化传热效果。换热管的螺旋扭曲管壁使流体产生旋流的作用，也使换热介质流动通畅，流阻较小。

(3)由于螺旋扭曲椭形截面换热管采用圆形光滑截面管、螺纹管和螺旋槽管通过扎制成型，扎制变形小，内应力小，具有易于成型和成本低的特点，更重要的是仍保持了原圆形截面管可承受高温高压和可靠的安全性的特点，适合于GB151《钢制管壳式换热器》中对换热管的承压等要求和相应换热器设计制造的技术条件及结构参数要求，因而应用广泛，也易于推广。

本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图给出。

图1是螺旋扭曲椭形截面换热管的结构示意图。

图2是螺旋扭曲椭形截面换热管的扭曲段纵剖截面示例。图中，(a)为标准椭圆形截面，(b)为四相切圆弧形截面，(c)为近似椭圆形截面，(d)为长圆形截面。其中(c)和(d)为(b)的特殊形式，当四相切圆弧与标准椭圆廓形相接近(拟合)时即为近似椭圆形截面，当四相切圆弧中的r=B/2时即为长圆形截面。

见图1、图2，本实用新型的具体结构如下：

螺旋扭曲椭形截面换热管由椭形截面螺旋扭曲段和两端圆形截面直段组成。螺旋扭曲的旋向可以为右旋，也可以为左旋。

螺旋扭曲的椭形截面可以是椭圆形、四相切圆弧形、近似椭圆形和长圆形等具有长径和短径的轴对称或近似轴对称截面，其中以椭圆形或近似椭圆形截面为首选椭形截面。

椭形截面可以为等截面，也可以为均匀变化的变截面，其螺旋节距可以为等节距也可以为不等节距，其中以等节距和等截面易于成型和简化相应换热设备制造工艺而首选。

椭形截面的长短轴径之比为A/B=1.1-2，其中A/B=1.4-1.6为优选值；螺旋节距S与换热管外周长πd之比为S/πd=2-30，其中S/πd=4-8为优选值；管两端圆形截面直段长度L0=50-1000mm，其中L0=200-400mm为优选值。