一种具有阶梯形换热管的换热器制造技术

一种具有阶梯形换热管的换热器，包括第一腔体、第二腔体和第三腔体，第一腔体内设隔板，其两侧设有管程流体进口和管程流体出口；第二腔体两侧设有壳程流体出口及壳程流体入口，第二腔体内设有折流挡板，第二腔体的两端设有管板，管板与折流挡板上均开设有孔，设有凸槽的换热管从孔中贯穿；管程流体从管程流体进口流入，在管板和隔板的作用下流经换热管从管程流体出口流出；壳程流体则是从壳程流体入口流入，在折流挡板的作用下换热后从壳程流体出口流出；流体流经凸槽时，壁面边界层发生分离，形成漩涡，流体流出凸槽后，再汇合起来前行，到下一个凸槽时重复此过程；本实用新型专利技术具有结构简单、换热设备体积小、重量轻、换热效率高及能耗低的优点。

A kind of heat exchanger with stepped heat exchange tube

【技术实现步骤摘要】
一种具有阶梯形换热管的换热器
本技术涉及一种换热器，具体涉及一种具有阶梯形换热管的换热器。
技术介绍
在石化行业中，对原油进行高温裂解时需要极高的温度，裂解后排出的各种废气则会具有很大能量，如果不对这些废气加以利用则会浪费大量能量，因此可以将这些废弃收集起来吸收其中热量，然后通过换热器将能量输送到其它低温设备，由此不仅可以防止废气排入空气造成空气污染，又可以起到节能降耗的作用。换热管作为换热器的核心部件，极大影响了换热器的换热效率，根据强化传热技术，增强换热器效率主要可以通过改变壁面粗糙度、增大换热管换热面积、通过流体旋转使管内发生强制对流等方法。目前，常用的换热管是光管，但是光管表面平滑，光管换热器存在换热效率低、能耗高、设备体积大，质量大等问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本技术提供了一种具有阶梯形换热管的换热器，能够通过改变管壁粗糙度，提升换热管的换热效率，降低单位换热量的换热面积，减小换热设备的体积，具有换热效率高、能耗低、体积小的优点。为了实现上述目的，本技术采用技术方案为：一种具有阶梯形换热管的换热器，包括第一腔体1，所述第一腔体一端密封，第一腔体另一端设置有第一管板2，第一腔体两侧对称设置有第一法兰管11和第二法兰管12，第一腔体1中间设有隔板10将第一腔体1分隔为流体进入腔及流体流出腔；第一管板2的另一侧设有第二腔体4，第二腔体4上设置有膨胀节5，第二腔体4内设置有折流挡板8，第二腔体4一侧靠近第一腔体1的一端设有壳程流体出口9，第二腔体4另一侧远离第一腔体1的一端设有壳程流体进口6，第二腔体4远离第一腔体1的一端还设置有第二管板13，所述第一管板2、第二管板13与折流挡板8上均开设有孔，换热管3从第一管板2、第二管板13与折流挡板8的孔中贯穿；换热管3穿出第二管板13的一端设置有第三腔体7，所述第三腔体7两端分别被第二管板13及封头14封闭；所述换热管3管壁设置有向外凸出的阶梯状凸槽15。所述第一法兰管11管口设有管程流体进口，第二法兰管12管口设有管程流体出口。所述折流挡板8间隔设置于第二腔体4相对的两侧管壁上。所述阶梯状凸槽15围绕换热管3管周等距设置。所述换热管3管径为D，换热管3雷诺数为Re，所述阶梯状凸槽15宽度为s，阶梯状凸槽15深度为e，阶梯状凸槽15间节距为P。所述D＝14mm，Re＝5000～7000，s＝4～10mm，e＝0.8mm～2.2mm，p＝30mm～40mm。本技术的有益效果在于：通过在换热管3上设置一定间距、宽度及深度的阶梯状凸槽15，可以增加流体的湍动程度；当流体流经阶梯状凸槽15时，壁面的边界层发生分离，形成漩涡，流体流出凸槽后，再汇合起来，继续前进，直到下一个阶梯状凸槽15时再重复这一脱离、汇合和继续发展过程，这种使边界层流体不断地发生周期性的脱离、汇合和发展过程，使得边界层传热阻力急剧下降，从而极大强化了传热过程，具有结构简单、换热设备体积小、重量轻、换热效率高及能耗低的优点。附图说明图1是本技术换热器的结构示意图。图2是本技术阶梯型换热管的局部放大图。图3是本技术各参数对换热管综合效果PEC影响的曲线图；其中：图3(a)为阶梯状凸槽宽度对PEC影响曲线图；图3(b)为阶梯状凸槽深度对PEC影响曲线图；图3(c)为阶梯状凸槽节距对PEC影响曲线图；图3(d)为换热管3的雷诺数对PEC影响曲线图。图中：1、第一腔体；管程出口；2、第一管板；3、换热管；4、第二腔体；5、膨胀节；6、壳程流体入口；7、第三腔体；8、折流挡板；9、壳程流体出口；10、隔板；11、第一法兰管；12、第二法兰管；13、第二管板；14、封头；15、阶梯状凸槽。具体实施方式下面结合附图对本技术的结构原理和工作原理做进一步说明。参见图1、图2，一种具有阶梯形换热管的换热器，包括第一腔体1，所述第一腔体一端密封，第一腔体另一端设置有第一管板2，第一腔体两侧对称设置有第一法兰管11和第二法兰管12，所述第一法兰管11管口设有管程流体进口，第二法兰管12管口设有管程流体出口；第一腔体1中间设有隔板10将第一腔体1分隔为流体进入腔及流体流出腔；隔板10的一端与第一腔体1密封端相连接，隔板10的另一端与第一管板2的一侧相连接，第一管板2的另一侧设有第二腔体4，第二腔体4上设置有膨胀节5，第二腔体4内设置有折流挡板8，第二腔体4一侧靠近第一腔体1的一端设有壳程流体出口9，第二腔体4另一侧远离第一腔体1的一端设有壳程流体进口6，第二腔体4远离第一腔体1的一端还设置有第二管板13，所述第一管板2、第二管板13与折流挡板8上均开设有孔，换热管3从第一管板2、第二管板13与折流挡板8的孔中贯穿；换热管3穿出第二管板13的一端设置有第三腔体7，所述第三腔体7两端分别被第二管板13及封头14封闭；所述换热管3管壁设置有阶梯状凸槽15。所述折流挡板8根据换热需要间隔设置于第二腔体相对的两侧管壁上。所述膨胀节5为环形膨胀节，防止换热器因热胀冷缩换热器水平方向长度变化。所述阶梯状凸槽15的凸槽向外，以降低流体流动阻力。所述阶梯状凸槽15围绕换热管3管周等距设置。所述换热管3管径为D，换热管3雷诺数为Re，所述阶梯状凸槽15宽度为s，阶梯状凸槽15深度为e，阶梯状凸槽15间节距为P。所述D＝14mm，Re＝5000～7000，s＝4～10mm，e＝0.8mm～2.2mm，p＝30mm～40mm。所述Re为管径D，管长和进口流体流速的函数，其中管径D为定值。本技术的工作原理为：换热器在工作时，管程流体从管程流体进口流入，在第一管板2和隔板10的作用下从换热器流体流入腔的换热管中流到换热器的另一端，并在第二管板13和封头14的作用下从换热管中流到隔板10另一侧的流体流出腔，然后从管程流体出口流出；壳程流体则是从壳程流体入口6流入，在折流挡板9的作用下多次与换热管3进行换热后从壳程流体出口9流出；当流体流经凸槽时，壁面的边界层发生分离，形成漩涡，流体流出凸槽后，再汇合起来，继续前进，直到下一个凸槽时再重复这一脱离、汇合和继续发展过程，正是这种使边界层流体不断地发生周期性的脱离、汇合和发展过程，使得边界层传热阻力急剧下降，从而极大强化了传热过程，而阶梯结构的存在可以进一步增加流体的湍动程度，使传热强化进一步加强。换热管的管径D是换热管的重要结构尺寸之一，换热管的管径大小决定了换热管内流体的雷诺数大小；换热管阶梯槽宽度s、阶梯槽深度、阶梯槽节距是阶梯槽的重要结构参数，如图3所示为各个参数对换热管的综合评价系数PEC的影响，PEC是综合评价换热管换热效果的一个系数，PEC大于0则换热效果有提升；由于过渡段流体流动较复杂，模拟误差大，无法对过渡区进行模拟，经过对湍流段的模拟发现随着Re增大换热效果降低，当Re＝7000时换热效果最佳；阶梯槽宽度越大，流体在阶梯槽内湍流程度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有阶梯形换热管的换热器，包括第一腔体(1)，其特征在于：所述第一腔体一端密封，第一腔体另一端设置有第一管板(2)，第一腔体两侧对称设置有第一法兰管(11)和第二法兰管(12)，第一腔体(1)中间设有隔板(10)将第一腔体(1)分隔为流体进入腔及流体流出腔；第一管板(2)的另一侧设有第二腔体(4)，第二腔体(4)上设置有膨胀节(5)，第二腔体(4)内设置有折流挡板(8)，第二腔体(4)一侧靠近第一腔体(1)的一端设有壳程流体出口(9)，第二腔体(4)另一侧远离第一腔体(1)的一端设有壳程流体进口(6)，第二腔体(4)远离第一腔体(1)的一端还设置有第二管板(13)，所述第一管板(2)、第二管板(13)与折流挡板(8)上均开设有孔，换热管(3)从第一管板(2)、第二管板(13)与折流挡板(8)的孔中贯穿；换热管(3)穿出第二管板(13)的一端设置有第三腔体(7)，所述第三腔体(7)两端分别被第二管板(13)及封头(14)封闭；所述换热管(3)管壁设置有向外凸出的阶梯状凸槽(15)。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有阶梯形换热管的换热器，包括第一腔体(1)，其特征在于：所述第一腔体一端密封，第一腔体另一端设置有第一管板(2)，第一腔体两侧对称设置有第一法兰管(11)和第二法兰管(12)，第一腔体(1)中间设有隔板(10)将第一腔体(1)分隔为流体进入腔及流体流出腔；第一管板(2)的另一侧设有第二腔体(4)，第二腔体(4)上设置有膨胀节(5)，第二腔体(4)内设置有折流挡板(8)，第二腔体(4)一侧靠近第一腔体(1)的一端设有壳程流体出口(9)，第二腔体(4)另一侧远离第一腔体(1)的一端设有壳程流体进口(6)，第二腔体(4)远离第一腔体(1)的一端还设置有第二管板(13)，所述第一管板(2)、第二管板(13)与折流挡板(8)上均开设有孔，换热管(3)从第一管板(2)、第二管板(13)与折流挡板(8)的孔中贯穿；换热管(3)穿出第二管板(13)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周三平，任少雄，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61