專利名稱：一種改進型螺旋折流板換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及用于化工、煉油、發(fā)電等行業(yè)工藝流程中的冷換設(shè)備，具體講，涉及所述領(lǐng)域的管殼式螺旋折流換熱器。
背景技術(shù)：
我國現(xiàn)行服役的冷換設(shè)備大多采用50年代國外早期設(shè)計結(jié)構(gòu)，換熱效率較低、阻力降大、易結(jié)垢，停工檢修頻繁。幾十年來，雖作了一些改進，但仍基本保持原設(shè)計思想，仍沿襲傳統(tǒng)的垂直弓板橫向流，尤其是殼程流動方式差，使得冷換設(shè)備K值一直停滯在較低狀態(tài)。
進入七十年代后，隨著石化工行業(yè)技術(shù)發(fā)展，國外冷換設(shè)備技術(shù)也有了顯著的進步。首先在冷換設(shè)備兩個傳熱界面之一的管程采用了螺紋管、異形管、內(nèi)插物等強化傳熱新技術(shù)，使管程傳熱有了較大的突破。但是從間壁傳熱原理上講，傳熱能力相對較差的一側(cè)的傳熱能力，控制著換熱設(shè)備的熱效率，而這一側(cè)往往是殼程。于是美國人首先發(fā)明了折流桿列管式冷換設(shè)備。首先在它的軸向流動方式上，減少了殼程流體的滯流、回流和死區(qū)，提高了Pe值(佩克萊常數(shù))、減少了壓降和污垢沉積，由于桿后的卡門渦街脫落效應(yīng)在傳熱管子表面產(chǎn)生紊流，提高了殼側(cè)膜傳熱系數(shù)。折流桿的夾持作用又抑制了破壞性振動，使冷換設(shè)備大型化成為可能。但是折流桿換熱器不是萬能的，它有著自己的局限性，特別在低Re數(shù)、高粘度介質(zhì)中很難形成有效卡門渦街，達(dá)不到高傳熱效率的要求。
第EL99241930.1號實用新型專利中僅僅是泛泛地提出了管殼式螺旋折流板換熱器，而未曾披露如何進一步提高此種換熱器的熱效率的具體措施和方法，確切講本實用新型便是為進一步提高此種換熱器熱效率而提出的。
此外，對于弓型折流板換熱器而言，由于其折流板和換熱管束垂直，使殼側(cè)形成若干個并列折返通道，介質(zhì)急劇改變流向必然產(chǎn)生嚴(yán)重的壓力損耗，這是此類型換熱器能耗大的主要原因。同時由于流體在兩個折流通道變向過渡區(qū)域取最短路斜向前進，從而形成一個介質(zhì)相對靜止的三角形空間(見圖一)。這一空間為介質(zhì)滯流區(qū)，處于這一區(qū)間的管子表面換熱很差，相當(dāng)于減少了一部分換熱面積。這就是弓形折流板換熱器無法大幅度提高換熱效率的主要原因之一。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述冷換設(shè)備和弓型折流板換熱器而提出的一種改進型螺旋折流板換熱器，特別是針對第EL99241930.1號實用新型專利而提出的具有優(yōu)選角度的螺旋折流板換熱器。術(shù)語“角”意指折流板和垂直于換熱管軸線的垂直線間的夾角。
本實用新型提供的螺旋折流板換熱器的螺旋折流板與垂直于換熱管軸線垂直線間的夾角φ為0°＜φ＜45°或0°＜φ＜25°。
其優(yōu)選技術(shù)方案為在螺旋折流板為4塊時，傾斜φ角的傾斜角度為0°＜φ＜25°；折流板為2塊時，傾斜φ角的傾斜角度為0°＜φ＜45°。
本實用新型提供的螺旋折流板冷換設(shè)備的殼程既不是橫向流(如圖二)，也不是縱向流，而是一種螺旋狀斜向流，該種流動方式能適用包括高粘原油、渣油在內(nèi)的所有介質(zhì)，這種結(jié)構(gòu)顯著地提高了換熱效率，大幅度降低了壓力降，控制了振動造成的破壞，減少了污垢沉積的可能，降低設(shè)備總投資，延長檢修周期，為換熱設(shè)備大型化提供了廣闊的前景。
螺旋折流板式換熱器和傳統(tǒng)弓型折流板換熱器的區(qū)別是折流板在殼體中形狀和位置的改變。這種改變突破了殼程介質(zhì)“Z”形折返的傳統(tǒng)方式，它由若干塊四分之一或二分之一殼程橫截面的扇形板組裝成螺旋狀折流板，介質(zhì)自殼體進口向出口螺旋推進(見圖二)。介質(zhì)在殼體內(nèi)連續(xù)平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)流動，避免了大斜度折返帶來的嚴(yán)重壓力損失，因為具有低壓力降特點，從而實現(xiàn)了利用通過改變螺旋折流板同換熱管垂直線間角度的辦法來調(diào)整流通截面、提高流速的目的成為可能。大量實驗證明高的膜傳熱系數(shù)來源于大的Re數(shù)，高的流速是提高Re數(shù)的重要條件。而這一條件是傳統(tǒng)弓板所不可能達(dá)到的，因為結(jié)構(gòu)不合理而造成的壓力降成為它不可逾越的障礙。根據(jù)本實用新型設(shè)置的螺旋折流板大幅度提高了介質(zhì)流速，Re數(shù)的增加進一步提高了膜傳熱系數(shù)。同時由于此種折流板是優(yōu)選的螺旋狀結(jié)構(gòu)，使得介質(zhì)流形成一個旋渦，從圓心到半徑方向存在較大的速度梯度，這個速度梯度場能在管子表面產(chǎn)生湍流，使邊界層減薄，更有利于提高膜傳熱系數(shù)。另外，由于連續(xù)的螺旋支撐，減少了管束跨距，提高了管子的固有頻率，避開了流體的激振頻率，從而消除了產(chǎn)生共振的可能性，避免振動引起的破壞，延長設(shè)備運行壽命，降低設(shè)備維修費用。由于流體螺旋運動的有效沖刷作用，可減少污垢沉積，熱阻穩(wěn)定，可使換熱器一直處于高效狀態(tài)運行，達(dá)到節(jié)能目的。
本實用新型提供的螺旋折流板換熱器的綜合性能(單位壓降下的膜傳熱系數(shù))比垂直弓形折流板換熱器高2倍左右；許多工況下的K值可提高0.3-0.5倍。螺旋折流板換熱器以平穩(wěn)的介質(zhì)流態(tài)代替了傳統(tǒng)的的弓形垂直折流板“Z”形折返流態(tài)，壓力損失可大幅減少，最高可達(dá)70％。


圖一是弓形折流板換熱器；圖二是本實用新型的螺旋折流板換熱器。
具體實施方式
本實用新型的技術(shù)方案由下述實施例給出本實用新型中提供的螺旋折流板換熱器的加工制造方式與垂直弓板換熱器相同，但在螺旋折流板為4塊時，螺旋折流板與垂直于換熱器軸線的垂線間的夾角φ為0°＜φ＜25°；螺旋折流板為2塊時，螺旋折流板與垂直于換熱器軸線的垂線間的夾角φ為0°＜φ＜45°，螺旋折流板單體加工方式如下螺旋折流板安裝的空間狀為一如四分之一，二分之一傾斜橢圓，為要在普通鉆床上加工，須制造一能保持這一形位的胎具。故須首先制造胎具，胎具制造后，將多片折流板安裝在胎具上，用普通鉆床加工即可。折流板單件加工后，按照普通弓板換熱器方式組裝。
權(quán)利要求1.一種改進型螺旋折流板換熱器，其特征在于螺旋折流板與垂直換熱管軸線的垂線間的夾角0°＜φ＜45°或0°＜φ＜25°。
2.根據(jù)權(quán)利要求的改進型螺旋折流板換熱器，其特征在于在螺旋折流板與換熱管垂直線呈0°＜φ＜45°傾斜時，所設(shè)折流板數(shù)為兩塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的改進型螺旋折流板換熱器，其特征在于，在改進型5°至25°傾斜時，所設(shè)折流板數(shù)為四塊。
專利摘要本實用新型提供了一種改進型螺旋折流板換熱器。在折流板為兩塊時，折流板和垂直于換熱管軸線的垂線間夾角φ為0°＜φ＜45°；在折流板為四塊時，折流板和垂直于換熱管軸線的垂線間夾角φ為5°＜φ＜25°。具有本實用新型傾斜角度的折流板換熱器較之具有其他傾斜角度的折流板換熱器的效率大為提高，進一步減少了污垢沉積，延長了檢修周期。
文檔編號F28F9/22GK2588314SQ02240238
公開日2003年11月26日 申請日期2002年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月12日
發(fā)明者宋小平, 裴志中 申請人:北京東方億鵬傳熱技術(shù)有限責(zé)任公司