一种热交换管及其制造方法和应用技术

一种热交换管，包括内置的扭曲片，所述扭曲片沿热交换管的轴向至少部分地设置在该热交换管的内部；该扭曲片与热交换管集成一体。所述扭曲片的扭曲角度在１００～３６０°之间。所述扭曲片的扭曲比在２～３之间。所述扭曲片的厚度与热交换管的管壁的厚度相近；所述扭曲片与热交换管的管壁之间呈圆角过渡。本发明专利技术还提供了一种裂解炉或管式加热炉，其炉管中包括至少一节根据本发明专利技术的热交换管；各节所述热交换管以相互间隔的方式设置在至少一段辐射炉管中；两个相邻的所述热交换管之间的距离至少为５个节距。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种热交换管，该热交换管用于在乙烯裂解炉和其它管式加热炉中改善传热效果。另外，本专利技术还涉及采用这种热交换管的乙烯裂解炉和其它管式加热炉。本专利技术还进一步涉及这种热交换管的制造方法，即采用真空冶炼熔模精铸技术制造扭曲片与热交换圆管集成一体的热交换管。本领域的技术人员都知道，提高乙烯、丙烯等化工产品收率的技术关键包括提高裂解温度和缩短原料在炉管中的停留时间，这要求改善炉管的传热效率。为此，国际上已有厂商采用了螺旋梅花形炉管。从这种螺旋梅花形炉管的横截面看，炉管的内壁上分布着翅片，螺旋梅花形炉管的中心部为空心的。这种炉管结构虽然增加了传热面积，改善了传热效果，但是，在螺旋梅花形炉管内，中心部的物料流速与内壁处的物料流速差别较大，相应的温差也较大，这增加了裂解不充分和产生结焦现象的可能性。近年来，本领域的技术人员也试图在增加传热面积和改善传热效果的同时，使炉管内不同部位的物料流速差别减小，以使相应的温差更均匀，从而更好地进行裂解反应。中国技术CN 87 2 03192 U公开了一种能增强换热效果的装置，其包括换热圆管和扭曲片，该扭曲片由在两个长边上设有凸齿的一矩形片扭曲而成，所述扭曲片插入至换热圆管内，并且所述扭曲片的两端焊接在换热圆管上。该中国技术虽然进一步改善了裂解反应，但是，由于所述扭曲片的中间部分无法焊接在换热圆管的内壁上，而物料在换热圆管内的流速快、冲击力大，因此，这种结构的扭曲片承受着振动激励，很容易损坏，另外，在扭曲片和换热圆管的内壁之间、扭曲片的两个长边上的各凸齿之间会产生小旋涡，这增加了裂解不充分和产生结焦现象的可能性。本专利技术的目的是提供一种热交换管，该热交换管可进一步改善换热效果、减小结焦倾向、使用性能稳定可靠、工作寿命长。本专利技术的另外一个目的是提供一种热交换管，该热交换管的扭曲片表面光滑、管壁致密、尺寸误差小、形状误差也小。本专利技术的进一步的目的是提供一种热交换管的制造方法，以简单、方便、成本低廉地制造热交换管。本专利技术的另外一个目的是提供一种采用这种热交换管的裂解炉，其既可以使物料旋转前进，以强化传热过程，又不导致明显降低物料在热交换管内的流速；既可以提高目的化工产品的产量，又可延长清焦周期。本专利技术的进一步的目的是提供一种采用这种热交换管的管式加热炉，其以低成本改善传热效果，增加物料处理量。根据本专利技术的第一方面，提供了一种热交换管，其包括内置的扭曲片，所述扭曲片沿热交换管的轴向至少部分地设置在该热交换管的内部；该扭曲片与热交换管集成一体。特别是，所述扭曲片的扭曲角度在100～360°之间。特别是，所述扭曲片扭曲180°的轴向长度与热交换管的内径的比值在2～3之间。特别是，所述扭曲片的厚度与热交换管的管壁的厚度相近；所述扭曲片与热交换管的管壁之间呈圆角过渡。特别是，所述热交换管采用真空冶炼熔模精铸技术制成。根据本专利技术的第二方面，提供了一种裂解炉，该裂解炉的辐射炉管中包括至少一节根据本专利技术的热交换管；各节所述热交换管以相互间隔的方式设置在至少一段辐射炉管中；两个相邻的所述热交换管之间的距离至少为5个节距。特别是，所述热交换管沿轴向焊接在辐射炉管中。根据本专利技术的第三方面，提供了一种管式加热炉，该管式加热炉的炉管中包括至少一节根据本专利技术的热交换管；各节所述热交换管以相互间隔的方式设置在至少一段炉管中；所述扭曲片扭曲180°的轴向长度为一节距，两个相邻的所述热交换管之间的距离至少为5个节距。特别是，所述热交换管沿轴向焊接在炉管中。根据本专利技术的第四方面，提供了一种热交换管的制造方法，采用真空冶炼熔模精铸技术，其中，内腔模具分成数个模块，各模块组合成符合扭曲片形状的轮廓。根据本专利技术的热交换管的技术方案，当物料在所述热交换管内流经扭曲片的表面时，该扭曲片强迫物料从原来的柱塞流动状态改变成旋转前进状态，热交换管内的物料产生横向流动，对热交换管的管壁形成强烈的冲刷，使热阻大的边界层流层的厚度减薄，从而改善换热效果。换热效果的改善又使热交换管的内壁温度下降，结焦倾向减小，这将进一步改善换热效果。根据本专利技术的热交换管的物料通道内各处都是光滑过渡的曲面，没有使物料可能产生死区的部位。因此，结焦倾向减小，换热效果好。根据本专利技术的热交换管的扭曲片与该热交换管集成一体，这种结构的扭曲片不容易损坏。因此，该热交换管使用性能稳定可靠、工作寿命长。根据本专利技术的热交换管采用真空冶炼熔模精铸技术制成，因此，可使得扭曲片表面光滑、管壁致密、尺寸误差小、形状误差也小。由于热交换管内腔的表面光洁度高，因此对物料的流动阻力小，而且可防止局部产生涡流，减小结焦倾向。另外，根据本专利技术的热交换管采用真空冶炼熔模精铸技术制成，因此，可以简单、方便、成本低廉地制造热交换管。由于根据本专利技术的热交换管采用铸造技术制成，因此具有可焊性，可方便地通过焊接方法连接在炉管中，因此，可以简单、方便、成本低廉地安装根据本专利技术的热交换管。根据本专利技术，在裂解炉的原有的圆形辐射炉管上分段地设置带扭曲片的热交换管。由于仅在辐射炉管的某个部位或几个部位设置带扭曲片的热交换管，在辐射炉管的整个管程中，带扭曲片的热交换管的总长度只占整个管程的很小一部分。因此，物料的阻力不会有大的增加。因此，采用这种热交换管的裂解炉，其既可以使物料旋转前进，以强化传热过程，又不导致明显降低物料在热交换管内的流速。在本专利技术的热交换管的扭曲片作用下，热交换管内的物料产生横向流动，对热交换管的管壁形成强烈的冲刷，使热阻大的边界层流层的厚度减薄，从而减小了管壁对物料流动的阻力，可适当地提高物料的前进速度。在本专利技术中，热交换管采用了扭曲片，虽然物料的阻力有增加的趋势，但由此带来的负面影响比由于换热效果的改善带来的正面影响要小得多。由于靠近管壁的物料的温度降低了，热交换管内腔的表面减小结焦倾向，因此，采用本专利技术的热交换管既可以提高化工产品的产量，又可延长清焦周期。加入根据本专利技术的带扭曲片的热交换管后，由于裂解炉的辐射炉管的内壁温度下降，该裂解炉的辐射炉管的使用寿命可以提高。同理，采用这种热交换管的管式加热炉，可以低成本改善传热效果，并且还可增加物料处理量。下面结合附图对本专利技术的推荐实施例进行详细说明，以使本专利技术的上述目的和优点以及其它目的和优点更加容易被理解，所述附图包括附图说明图1是根据本专利技术的数种带扭曲片的热交换管的实物透视照片；图2是根据本专利技术的一种带扭曲片的热交换管的实物解剖后的照片；图3是根据本专利技术的带扭曲片的热交换管的侧视图，其中标明了B-B、C-C、D-D剖面的位置；图4是在如图3中沿箭头A或箭头E看的端面图；图5是在如图3中沿B-B线的截面图；图6是在如图3中沿C-C线的截面图；图7是在如图3中沿D-D线的截面图；和图8示出了裂解炉的辐射炉管中或管式加热炉的炉管中各节热交换管的一个布局实施例的示意图。图1和图2是根据本专利技术的带扭曲片的热交换管的数个实施例的实物照片，由此可概括地了解本专利技术的带扭曲片的热交换管。图3至图7更详细地示出了根据本专利技术的带扭曲片的热交换管的一个实施例。根据本专利技术的该实施例，从如图4所示的横截面可以看出，带扭曲片的热交换管10包括管壁部分1和扭曲片部分2，该扭曲片部分2与热交换管的管壁部分1集成一体。扭曲片部分2沿热交换管10的直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热交换管，包括内置的扭曲片，其特征在于：所述扭曲片沿热交换管的轴向至少部分地设置在该热交换管的内部；该扭曲片与热交换管集成一体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱耀宵，郑志，曾清泉，宁秀珍，楼琅洪，许适群，王国清，白清举，
申请(专利权)人：中国石油化工集团公司，中国科学院金属研究所，中国石油化工集团公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]