侧流程板壳式换热板以及多流程可拆卸板壳式换热器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种适用于板壳式换热器的新型换热板以及使用该换热板的板壳式换热器，所述换热板具有两个横向分区，并且借助于板侧折流条在换热板的板侧流道形成两个相通的横向流程或相互隔离的流动区。使用这种换热板可以建造更高效的单流程换热器，以及板侧接管都设置在前端法兰盖上且换热芯体可拆卸的多流程板壳式换热器。这种多流程板壳式换热器方便打开维护和进行机械清洗。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及板壳式换热器，尤其是涉及一种适用于板壳式换热器的具有横向分区的侧流程板壳式换热板以及使用该换热板的多流程可拆卸板壳式换热器。
技术介绍
管壳式换热器(STHE)、板式换热器(PHE)以及板壳式换热器(PSHE)都是本领域技术人员熟知的换热器类型，其中管壳式换热器是以封闭在壳体中管束的壁面作为换热面的间壁式换热器，壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上，进行换热的冷热两种流体分别在管程和壳程内流动，总体上为错流流动，这种换热器结构简单、操作可靠，尤其是能够在高温、高压下使用；板式换热器是由一系列具有波纹形状的金属板片叠装而成的高效换热器，多个换热板片组装在一起形成相互交替的冷热流道，冷热流体通过板片进行热量交换，其流动平行于换热面且多为并流或逆流流动方式，这种换热器具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、使用寿命长等特点。板壳式换热器可以被视为介于上述管壳式换热器和板式换热器之间的一种结构形式，它兼顾了二者的优点：①以板为传热面，传热效能好；冷热介质流道在换热器内部交替布置，产生的湍流和完全逆流型式确保了板片间极高的传热性能，传热系数可以比管壳式换热器高出几倍。②结构紧凑，体积小。③耐温、抗压，最高工作温度可达800℃，最高工作压力可达6.3兆帕，特殊形式的还可以应用于更高的温度和压力。④波纹板面导致较高的表面剪切应力，不易结垢。⑤采用特殊端盖法兰结构的板壳式换热器可以拆开清洗换热通道。板壳式换热器尤其适用于两侧换热介质流量差别较大的工艺场合，壳侧通道由于配置接管的灵活性允许大流量通过，小流量换热介质则进入换热器的板侧通道。如上所述，由于结合了板式和管壳式换热器的优点，板壳式换热器成为在各种工业领域得以广泛使用的高性能换热设备。这种换热器的普及性归因于其许多独特和有利的产品属性，其中包括高传热系数，全焊接结构，无或极少垫片材料，适用于高温、高压、低温、低压各种工况条件以及可根据运行工况准确地选型定制的高度灵活性。图1A是作为现有技术的板壳式换热器的工作原理结构示意图，如图1A所示，典型的板壳式换热器主要包括：用于板侧流体(A流体)进出换热器的接管Ai、Ao，用于壳侧流体(B流体)进出换热器的接管Bi、Bo，换热器壳体C，以及位于换热器壳体C内的换热芯体D，该换热芯体D是由一系列先后组装的冷压成型的圆形换热板组成。进而，如图1A右侧的换热板实物图所示，每块换热板上还开设有两个圆孔F作为板侧流体的出入口，两块相邻的换热板沿周边接触处严密地焊接在一起形成板对E，板对E形成板侧流体的流道，两个板对E之间沿着圆孔F的周边焊接在一起以形成壳侧流体的流道，完全焊接好的圆柱形换热芯体D最后安装在换热器壳体C中，从而形成壳侧流动空间。图1B中更加清楚地显示了用于常规板壳式换热器的圆形换热板的结构细节，如图1B所示，在常规板壳式换热器的换热板的上下两端分别设有用于板侧流体的圆形进口5和圆形出口6，并且在换热板表面设有通过冷压形成的不同形式的波纹2以增强流动紊流和换热系数。如上所述，两块换热板沿周边3焊接在一起形成如图1A中所示的板对E，A流体在板对内流动(也就是形成板侧流道)；相邻板对E之间则沿着圆形进出口5、6的圆孔边缘焊接在一起，以实现板侧流道与壳侧流道之间的密封，B流体在壳体内的板对间流动(也就是形成壳侧流道)。虽然上面的示意图中没有示出，在板壳式换热器壳体的前后端还分别设有前后端盖，它们与换热器壳体焊接在一起以形成承压和密封能力。如果需要具备能够打开以清洗换热通道的能力，可以将前端盖设计为法兰结构，并将前端盖与换热芯体焊接在一起，与换热器壳体之间则通过法兰接管连接在一起。在需要清洗换热通道时，前端盖与换热芯体可以整体从壳体中抽出。另外，换热芯体与壳体之间必须有足够的间隙，以保证壳侧流体在轴向的分布，为了让近乎所有的壳侧流体流过换热芯体，必须在换热芯体与壳体内壁之间安装导流机构，最大程度地减少换热芯体与壳体之间的流动短路。有关专门解决导流密封方面的问题的技术方案，可参见美国专利US8453721B2。与板式换热器的矩形换热板情况相同，构成板壳式换热器的换热芯体的圆形换热板极大地影响到换热器的整体性能和工作状况，一般而言板壳式换热器的性能可以通过以下几种参数的改变来调整和优化其换热性能和流动性能：1)换热板板纹；2)换热板尺寸(直径)；3)板孔尺寸及中心孔间距；4)板数；以及5)冷热流体各自的流程数。需要特别说明的是，在本
中的流程和流道属于彼此相关联但是含义不同的技术术语，以板式换热器为例，流程指板式换热器内一种介质同一流动方向的一组并联流道，而流道指板式换热器内相邻两板片组成的介质流动通道。而在板壳式换热器中存在相同的概念，考虑到其结构上的因素，将流程和流道进一步区分定义为板侧和壳侧。根据上述定义可知图1A所示为板壳式换热器为单流程设计或者单壳程单板程设计。从理论上说，在其它参数保持不变的情况下，通过增加流程数改变可以满足任何高效率工况的需求，尤其是对于低流速或小温差的工业应用而言有时要求多流程设计(multiplepassesdesign)。图2显示的是一个三流程板壳式换热器的工作原理图，如图所示，板壳式换热器是由壳体10、换热芯体11，前端盖18和后端盖19组成。冷流体(壳侧流体，A流体)17从壳侧下端的接管12进入换热器，第一流程向上流动，第二流程时向下流动，第三流程时再次向上流动，然后从壳侧上端的接管13流出换热器。热流体(板侧流体，B流体)16从位于后端盖19的接管14流入，同样地经过三个流程后从位于前端盖18的接管15流出换热器。如图所示，冷热流体在每个流程中流向彼此相反形成逆流，以最大程度地实现换热潜力。尽管有众多优点，现有的常规板壳式换热器仍存在如下一系列技术问题和使用中的不方便性：1)如图1B所示，源于圆形换热板的固有几何特征，与板式换热器的矩形换热板相比较而言，板壳式换热器的板侧流体的流道长宽比较低，大约在1.0左右。因而，对温差比较小的工业应用而言单流程的换热板设计无法有效地传递热量，经常不能达到热力优化，并且同样工况所需要的换热面积相对于可拆卸板式换热器较高，因而明显地增加了换热器的成本。2)同样地源于圆形换热板的固有几何特征，板侧流体在进出口之间的流动本质上是不均匀的。靠近中央区域的流体流程7最短，流速最大；靠近周边区域的流体流程8最长，流速最小，这种流动不均匀性影响了整体换热性能。在国际申请申请WO2012159882A1中公开了通过在进出口之间引进挡流波纹以试图在一定程度上减少这种不均匀性，但这无法从根本上解决在1)中所描述的圆形换热板的流程短这一固有弱点。3)对换热效率要求比较高的应用而言，解决流程短的唯一实际方案是采用多流程设计。现有技术中实现多流程板壳式换热器的方法是通过将换热芯体分成多个分组。在每两个分组之间安装折流板或挡流板，从而迫使板侧流体改变流动方向。同时在壳侧也需要在相应位置安装折流板或挡流板)，以确保板侧与壳侧的流动保持逆流状态。但是如图2所示，板壳式换热器的多流程设计总需要在后端盖19上安装接管14，但是由于承压和密封上的原因，板侧接管必须同时焊接到换热芯体11和后端盖19上，以实现换热芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种侧流程板壳式换热板，作为用于板壳式换热器的侧流程换热板，其特征在于：所述侧流程换热板借助于板侧折流条在其板侧流道形成两个横向分区，其中，所述板侧折流条的长度小于换热板的径向长度，以允许板侧流体在一端相连通的两个横向分区之间流动，所述板侧流体的进出圆孔分别设置在两个横向分区不连通的另一端的两侧。

【技术特征摘要】
1.一种侧流程板壳式换热板，作为用于板壳式换热器的侧流程换热板，其特征在于：所述侧流程换热板借助于板侧折流条在其板侧流道形成两个横向分区，其中，所述板侧折流条的长度小于换热板的径向长度，以允许板侧流体在一端相连通的两个横向分区之间流动，所述板侧流体的进出圆孔分别设置在两个横向分区不连通的另一端的两侧。2.如权利要求1所述的侧流程板壳式换热板，其特征在于：所述侧流程换热板借助于壳侧折流条在其壳侧流道形成两个横向分区，其中，所述壳侧折流条的长度等于换热板的径向长度，以实现壳侧流体与所述板侧流体呈逆流状态的壳侧折流。3.一种侧流程板壳式换热板，作为用于板壳式换热器的隔离区换热板，其特征在于：所述隔离区换热板借助于板侧折流条在其板侧流道形成两个横向分区，其中，所述板侧折流条的长度等于换热板的径向长度，从而在所述板侧流道形成两个相互隔离的横向分区，并分别在所述两个相互隔离的横向分区的上下两端设置一对用于所述板侧流体的进出圆孔。4.如权利要求3所述的侧流程板壳式换热板，其特征在于：所述隔离区换热板借助于壳侧折流条在其壳侧流道形成两个横向分区，其中，所述壳侧折流条的长度等于换热板的径向长度，以实现壳侧流体与所述板侧流体呈逆流状态的壳侧折流。5.如权利要求1至4中任意一项所述的侧流程板壳式换热板，其特征在于：所述换热板为圆形或椭圆形。6.如权利要求5所述的侧流程板壳式换热板，其特征在于：所述换热板可通过几何特征的变化以取得不同的热力性能，具有不同几何特征的所述换热板可以混合配置在同一换热芯体内。7.如权利要求6所述的侧流程板壳式换热...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄兴存，俞伟德，
申请(专利权)人：恒丰工程香港有限公司，
类型：新型
国别省市：中国香港;81