[发明专利]一种组合式单壳程连续螺旋折流板管壳式换热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种在石油化工、能源、电力、冶金、制冷、海水淡化等工业中使用的管壳式换热器，特别涉及一种组合式单壳程连续螺旋折流板管壳式换热器。

背景技术

管壳式换热器是石油化工、能源、电力、冶金、制冷、海水淡化等工业领域中广泛使用的一种重要的单元设备。由于制造工艺成熟，安全性高，在换热设备占有的比例最大，尤其在高温、高压、有毒等苛刻场合，列管换热设备具有较大的优势。在管壳式换热器中，冷热两种流体，一种流体在管内流动，另一种流体在壳侧流动，并通过换热管壁进行热量交换。为满足支撑换热管束和改善换热的目的，通常采用在壳侧设置折流板以改变壳侧流体流动方向和增加流体扰流度。

传统单弓形折流板由于加工简单和安装方便被广泛采用，但是存在很多问题：①单弓形折流板使流体垂直冲击壳体壁面，造成较大的沿程压降，增大动力设备负荷；②折流板与壳体壁面相接处产生流动滞止死区，导致流体的停留时间分布很宽，降低了换热效率，且容易结垢；③折流板与壳体壁面之间及折流板与换热管束之间存在漏流，使壳侧存在较大的旁路流动，漏流及旁流降低了有效的横掠管束的质量流量，降低了换热效率；④高流速的流体横掠换热管束，会诱导管束振动，缩短了换热器的寿命。

为此，又出现了三弓板、四弓板等多种强化壳程换热的方法，但由于定距管的数量增多，传热面积损失较大，换热面积没有得到充分利用，本质上也没有改变流体的“之”字型流路，导致流动阻力很大。

20世纪60年代，已有学者提出了螺旋折流板换热器的思想。这种思想在换热器壳程引入纵向柱塞流，有效降低流动阻力，减少管子外表面结垢，减小流体诱导振动。现有的螺旋折流板换热器主要有两类，一类是采用两块或者多块扇形平板组成近似螺旋曲面的非连续螺旋折流板换热器，非连续螺旋折流板为连续搭接式或者交错搭接式，另一类是采用连续螺旋曲面的连续螺旋折流板换热器。

非连续螺旋折流板(见专利99241930.1和专利200320106763.1)组成的近似螺旋曲面与理想的连续螺旋曲面往往相去甚远，两块扇形折流板搭接处一般存在三角区，有严重的漏流问题，接近换热器壳体轴线区域仍存在短路现象，造成螺旋“之”字流，影响换热器的换热性能。连续螺旋折流板换热器(见专利200510043033.5)由于存在中心管，降低了换热器的紧凑度，向大流量操作是它的瓶颈。组合式多壳程螺旋折流板换热器(见专利200610041949.1)将壳侧分为多个壳程，流体依次串联通过各个壳程，虽然能够强化换热，但由于流体在壳程经过多个转折而压损大幅度增加，另外由于要在壳程内插入圆筒分程隔板，导致制造、装配工艺复杂。并行组合式多壳程螺旋折流板管壳式换热器(见专利200910021347.3)利用导流板和圆筒分程隔板，将壳侧分为并行式两壳程或者多壳程，虽然能够减少壳侧压力损失，但是存在不同壳程流体流量分配不均匀，可能导致某个壳程流体流动不充分，影响换热器整体换热性能。复杂流场螺旋折流板换热器及其减阻强化传热方法(见专利200610033075.5)利用内、外螺旋折流板结构的导流作用，改善流体在壳体内壁附近及折流板背风侧的流动状态，强化壳体中心处与中心外围区域的混合，但内外折流板均采用扇形块搭接而成，在两块折流板搭接处依然存在三角漏流区，在接近换热器壳体轴线区域依然存在短路现象，造成螺旋“之”字流，从而影响换热器性能。组合螺旋折流板管壳式换热器(见专利200710017395.6)中心区域采用非连续螺旋折流板，每块内螺旋折流板紧贴外螺旋折流板的内螺旋线，内、外折流板严格的配合关系导致装配困难，同时内螺旋依然存在三角漏流区，壳体轴线区域存在短路现象。

管壳式换热器，最外侧管束与壳体内壁之间还存在较大间隙，此处旁流严重降低了流体横掠管束的有效质量流量，降低了换热效率。

另外，一般工业用管壳式换热器多采用卧式，常常存在污垢沉积问题，尤其当壳侧流速较低且流体是容易结垢的介质时，大量污垢沉积在换热器底部，无法清除，严重影响换热效率。

发明内容