一种高效螺旋折流板管壳式换热器及换热方法技术

本发明专利技术公开了一种高效螺旋折流板管壳式换热器及换热方法，包括一个壳体及设置在壳体上的壳侧进口管和壳侧出口管，紧靠壳体两侧的管板一和管板二、左封头和右封头，左封头上设置管侧进口管，右封头上设置管侧出口管，壳体内有一根中心管、多根换热管并固定于左右两个管板上，开有射流孔的连续螺旋折流板固定于中心管上，并与换热管相互配合组成使流体纵向流动的射流孔，壳侧流体的流动为绕折流板的螺旋流与通过射流孔的纵向流而组成的交叉流。本发明专利技术可以显著提升管壳式换热器壳侧的综合换热性能，减少换热器壳侧污垢沉积，使换热器更加高效、紧凑。

【技术实现步骤摘要】
一种高效螺旋折流板管壳式换热器及换热方法
本专利技术涉及管式换热器
，特别是涉及一种高效螺旋折流板管壳式换热器及换热方法。
技术介绍
管壳式换热器作为实现工艺流程的一种重要设备，广泛应用于石油冶炼、能源、化工等各种不同的工业领域，通常占设备总投资的35～40％。管壳式换热器是一种间壁式换热器，冷、热两种流体分别位于换热管束壁面两侧，热量由热流体通过管束壁面传输给冷流体。壳侧布置有折流板，折流板为管束提供支撑，同时使壳侧流体按照特定通道流动来改善壳侧流体的传热特性。这种换热器结构简单、造价低、易于清洗水垢，能在高温、高压下使用。传统弓形折流板管壳式换热器由于其固有缺点：壳侧流动反复缩、放，并且多次以90°转折性改变流动方向，导致高压损和高泵功，同时在壳体附近的折流板后方存在流动死区，易结垢，导致局部换热系数降低。所以传统弓形折流板管壳式换热器不能满足现代工业对高效、低阻、可控的要求。近年来，已有学者提出螺旋折流板管壳式换热器，有效解决了弓形折流板管壳式换热器流动死区、壳侧结垢等问题。但是壳侧流体螺旋流动的湍流强度小于“Z”字型流动的湍流强度，使得管壳式换热器的综合换热性能无法充分发挥。同时，现有对壳侧流体换热性能提升的技术均集中于壳侧单一流动的方式，而我们通过实验发现，壳侧流体，特别是连续螺旋折流板管壳式换热器壳侧流体的交叉流动对换热器的综合换热性能有很大提升。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高效螺旋折流板管壳式换热器及换热方法，以解决上述现有技术存在的问题，其为一种结构设计精巧、换热效果好、安全性能高的高效螺旋折流板管壳式换热器及换热方法。连续螺旋折流板上开有射流孔，从而将壳侧流体分为纵向流和螺旋流，两股流体相互掺混，提高了壳侧流体的湍流强度，使得换热器的换热效率得到很大提高。同时，一部分流体通过射流孔纵向冲刷管束，进一步降低了壳侧的流动阻力，使所得到换热器的综合换热性能优于一般的管壳式换热器。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种高效螺旋折流板管壳式换热器，包括壳体，设置于所述壳体两端的管板一和管板二，密封安装于所述管板一外侧的左封头和密封安装于所述管板二外侧的右封头，所述壳体的两侧分别安装有壳侧进口管和壳侧出口管，所述左封头上安装有管侧进口管，所述右封头上安装有管侧出口管，所述壳体中心安装开有射流孔的连续螺旋折流板，所述射流孔周向分布于所述连续螺旋折流板的螺旋板上，各个螺旋板上的射流孔一一相对且同轴心，所述壳体的中心设置有中心管，所述中心管用于固定所述连续螺旋折流板，并固定于所述管板一和所述管板二之间，所述壳体内还轴向设置有多根平行的换热管，所述换热管平行穿过所述连续螺旋折流板的射流孔，并固定于所述管板一和所述管板二上，所述连续螺旋折流板与换热管相互配合形成供流体纵向流动的射流孔。优选地，所述连续螺旋折流板上的射流孔的孔形为折栅形或三角形或方形或多边形或花瓣形。优选地，所述射流孔孔形的内切圆直径D0、外切圆直径D1与射流孔节距Pt之间的关系为：D0<D1<Pt。优选地，所述射流孔的内切圆与所述换热管同轴。优选地，所述换热管除受所述管板一和所述管板二支撑外，还受所述射流孔的内缘凸起支撑。基于上述高效螺旋折流板管壳式换热器，本专利技术还提供了一种高效螺旋折流板管壳式换热器的换热方法，包括以下步骤：1)、管侧流体由管侧进口管流入，经换热管与壳侧流体进行热量交换，最后由管侧出口管流出；2)、流体由壳侧进口管流入壳体，一部分流体沿螺旋折流板以螺旋流动的方式冲刷管束，一部分流体通过开有射流孔的连续螺旋折流板上的射流孔纵向冲刷换热管束，壳侧流体总的流动形式为纵向流与螺旋流组合形成的交叉流，在与管侧流体进行热量交换后由壳侧出口管流出。优选地，由于射流孔开于连续螺旋折流板上，所以射流孔的内缘也为螺旋状，所述一部分流体的纵向流为螺旋纵向流。本专利技术相对于现有技术取得了以下有益技术效果：(1)本专利技术的管壳式换热器相对于一般的管壳式换热器，完全没有流动死区，大大减小了壳侧污垢沉积的概率，从而延长了换热器的使用寿命。(2)本专利技术的管壳式换热器壳侧流体流动为纵向流与螺旋流组成的交叉流，进一步降低了流体横向冲刷管束的概率，相对于一般的连续螺旋折流板管壳式换热器，进一步降低了管束的振动，换热器的结构稳定性更好。(3)本专利技术的管壳式换热器壳侧流体流动为纵向流与螺旋流组成的交叉流，换热器的综合换热性能提高，使得能源、化工行业大规模使用的管壳式换热器更加高效、紧凑。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术中高效螺旋折流板管壳式换热器的整体结构示意图；图2为本专利技术中高效螺旋折流板管壳式换热器内部的结构示意图；图3为本专利技术中高效螺旋折流板管壳式换热器的折流板的侧视图；图4(a)为本专利技术高效螺旋折流板管壳式换热器的折流板的一种结构示意图；图4(b)为本专利技术高效螺旋折流板管壳式换热器的折流板的另一种结构示意图；图5为当壳侧入口质量流量为0.5kg/s时，传统连续螺旋折流板管壳式换热器的流线图；图6为当壳侧入口质量流量为0.5kg/s时，本专利技术中的高效螺旋折流板管壳式换热器的流线图；图7为换热器综合性能参数h/Δp随壳侧入口质量流量的变化关系图；图8为换热器的效能系数EEC随入口质量流量的变化关系图，对比换热器为传统连续螺旋折流板管壳式换热器；图中：1、管侧进口管；2、左封头；3、管板一；4、壳侧进口管；5、壳体；6、换热管；7、连续螺旋折流板；8、壳侧出口管；9、管板二；10、右封头；11、管侧出口管；12、中心管；13、射流孔。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种高效螺旋折流板管壳式换热器及换热方法，以解决现有技术存在的问题。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本实施例中的高效螺旋折流板管壳式换热器，如图1-8所示，包括壳体5，设置于壳体5两端的管板一3和管板二9，管板一3和管板二9用于固定换热管6和中心管12，密封安装于管板一3外侧的左封头2和密封安装于管板二9外侧的右封头10，壳体5的两侧分别安装有壳侧进口管4和壳侧出口管8，左封头2上安装有管侧进口管1，右封头10上安装有管侧出口管11。如图2所示，壳体5中心安装开有射流孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效螺旋折流板管壳式换热器，其特征在于：包括壳体，设置于所述壳体两端的管板一和管板二，密封安装于所述管板一外侧的左封头和密封安装于所述管板二外侧的右封头，所述壳体的两侧分别安装有壳侧进口管和壳侧出口管，所述左封头上安装有管侧进口管，所述右封头上安装有管侧出口管，所述壳体中心安装开有射流孔的连续螺旋折流板，所述射流孔周向分布于所述连续螺旋折流板的螺旋板上，各个螺旋板上的射流孔一一相对且同轴心，所述壳体的中心设置有中心管，所述中心管用于固定所述连续螺旋折流板，并固定于所述管板一和所述管板二之间，所述壳体内还轴向设置有多根平行的换热管，所述换热管平行穿过所述连续螺旋折流板的射流孔，并固定于所述管板一和所述管板二上，所述连续螺旋折流板与换热管相互配合形成供流体纵向流动的射流孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效螺旋折流板管壳式换热器，其特征在于：包括壳体，设置于所述壳体两端的管板一和管板二，密封安装于所述管板一外侧的左封头和密封安装于所述管板二外侧的右封头，所述壳体的两侧分别安装有壳侧进口管和壳侧出口管，所述左封头上安装有管侧进口管，所述右封头上安装有管侧出口管，所述壳体中心安装开有射流孔的连续螺旋折流板，所述射流孔周向分布于所述连续螺旋折流板的螺旋板上，各个螺旋板上的射流孔一一相对且同轴心，所述壳体的中心设置有中心管，所述中心管用于固定所述连续螺旋折流板，并固定于所述管板一和所述管板二之间，所述壳体内还轴向设置有多根平行的换热管，所述换热管平行穿过所述连续螺旋折流板的射流孔，并固定于所述管板一和所述管板二上，所述连续螺旋折流板与换热管相互配合形成供流体纵向流动的射流孔。


2.根据权利要求1所述的高效螺旋折流板管壳式换热器，其特征在于：所述连续螺旋折流板上的射流孔的孔形为折栅形或三角形或方形或多边形或花瓣形。


3.根据权利要求1所述的高效螺旋折流板管壳式换热器，其特征在于：所述射流孔孔形的内切圆直径D0、外切圆直径D1与射流孔节距Pt...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾敏，郭泽峰，李年祺，王秋旺，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61