腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器制造技术

本发明专利技术公开了一种腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器。它包括壳体和中心筒；所述中心筒设置于所述壳体的腔体内，形成以环腔；所述环腔内缠绕有若干绕管；所述环腔内设有若干个金属孔板；所述金属孔板竖直设置于所述环腔内，所述绕管穿过所述金属孔板上的通孔；所述金属孔板的一端连接于所述壳体的内壁，另一端连接于所述中心筒的外壁；所述金属孔板与所述壳体的顶部之间的腔体内设有一气液均布器。本发明专利技术通过在腔体内部竖直设置金属孔板，将完整的一个腔体分隔成若干个独立腔体，而各独立腔体内部的冷剂不会流入其他腔体中，因此可以保证进入该独立腔体的壳侧冷剂的液膜与该腔体内部的管内工质充分换热，不会因为船体的倾斜流入其它独立腔体中导致原腔体内部换热失效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器，属于低温换热

技术介绍
缠绕管式换热器是大型海上天然气浮式平台的首选主低温换热器。据统计，90％的大型海上天然气浮式平台采用了缠绕管式换热器。缠绕管式换热器是由多层圆管围绕中心筒缠绕而成，每层绕管之间用金属垫条隔开，通过卡箍与垫条的焊接作用将管束层层固定于中心筒与外部壳体之间的腔体内。管内热介质与腔体内流动的冷介质进行热交换。这种缠绕管式换热器在以下的公开文件中都有所描述：Hausen/Linde，低温技术，1985年第二版，第471-475页；顾安忠，液化天然气技术手册，2012年第一版，第484-485页。在上述公开的文献中，缠绕管式换热器的壳侧均是一个完整的腔体，其中壳侧冷剂能够自由流通。当缠绕管式换热器应用于海上浮式平台时，海上晃荡的倾斜角度会导致壳侧冷剂出现两相分布不均的情况，与倾斜方向一致的绕管外壁有液膜覆盖，是液膜区，另一侧绕管外壁没有液膜覆盖，是蒸干区。这种由海上晃荡时船体倾斜导致的壳侧液膜分配不均的情况在腔体顶部并不明显，但在腔体中部和底部非常明显。研究表明，壳侧的液膜分配不均会造成换热器的性能下降30％，严重情况下会导致整个换热器失效。经过对现有技术的文献检索发现，已出现了对于现有缠绕管式换热器壳侧液膜分配不均的改进设计，如中国专利申请号为200580028572.X，专利名称为“缠绕式换热器”中所述的中壳侧具有分配液体的分配器的缠绕管式换热器。该专利技术所述的缠绕式换热器具有分配外部空间中液体的分配器，有利于减少壳侧腔体顶部入口处的气液分配不均的情况，但并不能解决海上晃荡工况下壳侧腔体中部和底部的气液分配不均的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器，本专利技术通过在现有的缠绕管式换热器的壳侧腔体内部设置竖直的金属孔板代替传统的金属垫片，将整个腔体分隔成若干个独立腔体，各独立腔体之间的冷剂不能自由流通，只能在独立腔体内部向下流动，避免了由海上晃荡引起的壳体内部局部蒸干和局部积液的不良换热工况。本专利技术所提供的腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器，它包括壳体和中心筒；所述中心筒设置于所述壳体的腔体内，形成以环腔；所述环腔内缠绕有若干绕管；所述环腔内设有若干个金属孔板；所述金属孔板竖直设置于所述环腔内，所述绕管穿过所述金属孔板上的通孔；所述金属孔板的一端连接于所述壳体的内壁，另一端连接于所述中心筒的外壁；所述金属孔板与所述壳体的顶部之间的腔体内设有一气液均布器。所述的缠绕管式换热器中，所述金属孔板沿所述中心筒的周向对称布置。所述的缠绕管式换热器中，所述金属孔板的厚度为1mm～3mm，其上设置的通孔的大小由所述绕管的外径决定：孔板上的孔口成线性阵列排布，孔口的横向间距等于各层绕管之间的径向间距，孔口的纵向间距等于同一层相邻绕管之间的轴向间距，从而使所述绕管能够正好穿过各通孔而进行固定。所述的缠绕管式换热器中，所述绕管的外径为5mm～30mm。所述的缠绕管式换热器中，所述金属孔板与所述壳体和所述中心筒均为焊接固定，提高了强度。使用本专利技术缠绕管式换热器时，壳侧冷剂从壳体上部经所述气液均布器流入由竖直设置的所述金属孔板分隔出的各个独立腔体内，自上而下沿着所述绕管外壁降膜流下，最后从该换热器的底部流出；管内流体进入该换热器后沿着各所述绕管内壁，自下而上流动，通过绕管壁面与壳侧的冷剂进行热交换，最后从该换热器顶部流出，实现了流体与冷剂之间的换热。与现有的缠绕管式换热器相比，本专利技术通过在腔体内部竖直设置金属孔板，将完整的一个腔体分隔成若干个独立腔体，而各独立腔体内部的冷剂不会流入其他腔体中，因此可以保证进入该独立腔体的壳侧冷剂的液膜与该腔体内部的管内工质充分换热，不会因为船体的倾斜流入其它独立腔体中导致原腔体内部换热失效。在海上晃荡工况下通过加装金属隔板，液膜区的覆盖率提高至少20％以上，意味着换热器的有效换热面积提高20％，整体换热性能也因此提高20％以上。此外，本专利技术中所有的绕管均需穿过金属孔板固定，金属孔板与中心筒和壳体焊接在一起，能够承受的强度应力较高，适用于海上晃荡工况。附图说明图1为本专利技术腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器的结构示意图。图2为本专利技术腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器(右图)与现有缠绕管式换热器(左图)在海上晃荡工况下应用效果的对比图。图中各标记如下：1绕管、2金属孔板、3中心筒、4壳体、5气液均布器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不局限于以下实施例。如图1所示，为本专利技术的腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器，它包括壳体1和中心筒3，其中中心筒3设置于壳体1的腔体内，形成了一个环腔。在该环腔内缠绕有多条绕管1，用于通入流体。在该环腔内设有多个金属孔板2，其竖直设置于环腔内且沿中心筒3的周向对称布置，并且各层绕管1穿过各金属孔板2上的通孔进行固定。金属孔板2的一端焊接于壳体4的内壁上，另一端焊接于中心筒3的外壁上，增强了其强度。在金属孔板2与壳体4的顶部之间的腔体内设有一个气液均布器5，用于分配冷剂。上述缠绕管式换热器中，绕管1的外径可在5mm～30mm的范围进行调整。上述缠绕管式换热器中，金属孔板2的厚度可在1mm～3mm的范围内调整，而其上设置的通孔的大小由绕管1的外径决定：孔板上的孔口成线性阵列排布，孔口的横向间距等于各层绕管之间的径向间距，孔口的纵向间距等于同一层相邻绕管之间的轴向间距，从而使绕管1能够正好穿过各通孔而进行固定。应用本专利技术缠绕管式换热器时，壳侧冷剂从壳体4上部经气液均布器5流入由竖直金属孔板2分隔出的各个独立腔体内，自上而下沿着绕管1外壁降膜流下，最后从该换热器的底部流出；管内流体进入该换热器后沿着各绕管1内壁，自下而上流动，通过绕管1壁面与壳侧的冷剂进行热交换，最后从该换热器的顶部流出，实现了对流体的换热。本专利技术腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器与现有缠绕管式换热器的应用效果对比示意图如图2所示，其中图2中左图为现有缠绕管式换热器的应用效果示意图，图2中右图为本专利技术缠绕管式换热器的应用效果示意图，对比这两个图可知，本专利技术通过在腔体内部竖直设置金属孔板2，将完整的一个腔体分隔成若干个独立腔体，而各独立腔体内部的冷剂不会流入其他腔体中，因此可以保证进入该独立腔体的壳侧冷剂的液膜与该腔体内部的管内工质充分换热，不会因为船体的倾斜流入其它独立腔体中导致本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器，其特征在于：它包括壳体和中心筒；所述中心筒设置于所述壳体的腔体内，形成以环腔；所述环腔内缠绕有若干绕管；所述环腔内设有若干个金属孔板；所述金属孔板竖直设置于所述环腔内，所述绕管穿过所述金属孔板上的通孔；所述金属孔板的一端连接于所述壳体的内壁，另一端连接于所述中心筒的外壁；所述金属孔板与所述壳体的顶部之间的腔体内设有一气液均布器。

【技术特征摘要】
1.一种腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器，其特征在于：它包括壳体和中
心筒；所述中心筒设置于所述壳体的腔体内，形成以环腔；所述环腔内缠绕有若干绕
管；
所述环腔内设有若干个金属孔板；所述金属孔板竖直设置于所述环腔内，所述绕
管穿过所述金属孔板上的通孔；所述金属孔板的一端连接于所述壳体的内壁，另一端
连接于所述中心筒的外壁；
所述金属孔板与所述壳体的顶部之间的腔体内设有一气液均布器。
2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杰，单彤文，浦晖，密晓光，李恩道，鹿来运，丁国良，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，中海石油气电集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11