组合热管换热器制造技术

一种制冷技术领域的组合热管换热器，包括：箱体、隔板、若干热管和热管固定结构 ，其中：箱体的两端分别对应设有天然气进口管路、制冷剂出口管路以及制冷剂进口管路 、液化天然气出口管路，隔板的一端固定设置于箱体内部一端的天然气进口管路和制冷剂 出口管路之间，隔板的另一端固定设置于箱体内部另一端的制冷剂进口管路和液化天然气 出口管路之间，热管固定结构固定设置于隔板上，热管与热管固定结构相连接并与隔板相 垂直。本发明专利技术集成了热管的高导热性的特点，克服了目前工业中普通换热器材料导热性能 差的缺点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制冷
的装置，具体涉及一种适用于天然气液化流程的组合热 管换热器。
技术介绍
目前，液化天然气(LNG)技术已经成为一门新兴工业正在迅猛发展。液化过程中， 天然气与制冷剂之间的换热效率是决定天然气液化率及能耗的关键因素之一，也直接关系 到LNG产出率及经济性。目前工业中广泛采用的天然气液化流程中，主要采用板翅式换热 器及管壳式换热器，其通道狭小、易堵塞，清洗维修较困难，特别是由于受到其制备材料 ，如钢、铝、铜等导热系数的制约，其换热效率低，所以体积都非常庞大。针对我国存在 大量产气量较小的边际气田的现状，在我国不大可能出现大型基本负荷型液化天然气工厂 ，但却存在对小型液化装置的潜在的较大需求，包括小储量分布偏散的天然气源、油田伴 生天然气(湿气)、煤层天然气(瓦斯)、城市垃圾池天然气(沼气)等的液化回收。开 发小型撬装式天然气液化装置一直是业界关注的热点。热管是一种利用工质的相变蒸发制冷，使热量快速传导的装置。将热管与普通换热器 结合组成热管换热器，其腔内的流形很容易实现纯逆流流动，可以在不改变冷、热流体入 口温度的条件下，增大平均温差，提高传热效果。在两个换热腔体内的热管部分，可以很 方便地实现翅片化，从而提高传热面积，强化传热过程。对于给定热流密度，由于热管传 热强度很大，传热性能优良，从而可以减小传热面积，减少设备体积和重量，多年来，人 们一直在研究如何利用热管技术提高换热器的换热效率。经对现有技术文献检索发现，中国专利申请号CN88217498.3公开的"组合型热管换热 器"，介绍了一种用于回收烟气余热的组合型热管换热器，在结构上采用两组热管束串联 的方式，前一组为气-水换热的敞开型热管束，后一组为气-气换热的密闭型热管束。但其 结构和特点并不适用于低温工况下液化天然气，检索中还发现中国专利申请号 CN95239565.7公开的"电加热内热式组合热管"，其热管束上部相互连通，下部也互相连 通，但该技术一旦热管某处发生破损泄露，则导致整个热管换热器无法正常工作，而液化 天然气对设备安全性要求极高，故难以大规模应用
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种组合热管换热器，将换热流程划分 为多个温区，可大幅提高天然气液化流程中制冷剂与天然气之间的换热效率，简化换热器 结构，减小设备体积，提高能量的利用率，降低工业成本。该换热器集成了热管的高导热 性的特点，克服了目前工业中普通换热器材料导热性能差的缺点。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括箱体、隔板、若干热管和热管固定 结构，其中箱体的两端分别对应设有天然气进口管路、制冷剂出口管路以及制冷剂进口 管路、液化天然气出口管路，隔板的一端固定设置于箱体内部一端的天然气进口管路和制 冷剂出口管路之间，隔板的另一端固定设置于箱体内部另一端的制冷剂进口管路和液化天 然气出口管路之间，热管固定结构固定设置于隔板上，热管与热管固定结构相连接并与隔 板相垂直。所述的箱体为隔热材料制成。所述的隔板为硬质铝平板，该隔板将箱体分割为上腔体和下腔体， 所述的隔板上设有若干通孔，该通孔的内径与热管固定结构相匹配。所述的热管固定结构包括密封圈和连接法兰，其中连接法兰套接于热管外部并固 定设置于隔板上，密封圈固定设置于连接法兰和隔板之间。所述的热管的外侧设有若干翅片，该翅片与热管轴线相垂直。与现有技术相比，本专利技术将热管换热器应用于天然气液化流程，有效提高了冷量在制 冷剂和天然气之间的传输效率；采用多级组合热管结构，将箱体划分为多个温区，根据每 个温区温度的要求，选取合适的热管工质，使得该温度下的热管能充分发挥其性能，从而 减少能量损失，节约成本。附图说明图l为本专利技术箱体结构剖视图。 图2为热管固定结构图。 图3为实施例工作流程示意图。 具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施 ，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括箱体l、隔板2、若干热管3和热管固定结构4，其中箱 体1的两端分别对应设有天然气进口管路5、制冷剂出口管路6以及制冷剂进口管路7、液化 天然气出口管路8，隔板2的一端固定设置于箱体1内部一端的天然气进口管路5和制冷剂出口管路6之间，隔板2的另一端固定设置于箱体1内部另一端的制冷剂进口管路7和液化天然 气出口管路8之间，热管固定结构4固定设置于隔板2上，热管3与热管固定结构4相连接并 与隔板2相垂直。所述的箱体l为隔热材料制成。所述的隔板2为硬质铝平板，该隔板2将箱体1分割为上腔体9和下腔体10，热管3按照 固定结构4固定在隔板上。所述的热管3的冷凝段处于上腔体9内，蒸发段处于下腔体10内，天然气从管路5进入 ，外掠流过热管3蒸发段后从管路8流出腔体，制冷剂从管路7进入，外掠流过热管3冷凝段 后从管路6流出腔体。所述的隔板2上设有若干通孔11，该通孔11的内径与热管固定结构4相匹配。所述的通孔ll，在隔板上的分布方式为正三角形叉排排列，垂直于气体流动方向的管 间距为80mm;所述的热管固定结构4包括密封圈12和连接法兰13，其中连接法兰13焊接于热管3 外部并固定设置于隔板2上，密封圈12固定设置于连接法兰13和隔板2之间。 所述的热管3的外侧设有若干翅片14，该翅片14与热管3轴线相垂直。 所述的翅片14的厚度为0.5mm，翅片外径为50mm，翅片间距为2mm，采用挤压工艺加工 成型。所述的热管3的规格为4)25mmX1.5 mm的硬质铝管，总长度为4000mm，蒸发段长度为 1990mm，冷凝段长度为1990mm，绝热段长度为20mm。 所述的热管3的中部绝热段焊接连接法兰l 3 。所述的热管3采用正三角叉排方式设置于隔板上，迎风第一排安装30根热管，横向间 距(垂直于气流方向)为80mm，纵向间距69.3mm，按照日处理20万标准立方的天然气的流 程设计，则需安装热管40排，共计1100根热管。所述的热管3，对应不同的温度区域，内部充注有不同的工质，如氨、乙烷、甲烷等如图1所示，制冷剂与天然气分别从箱体两侧的制冷剂进口管路7和天然气进口管路1 ，以逆流状态进入换热空腔内，制冷剂的冷量通过组合热管管束逐级传递给天然气，并将 其液化。箱体内部分为多个工作温区(如I、 II、 III)，工作在每个温区的热管采用不同 热物理特性的工质，使得每个热管换热器能够在其工作温区得到充分利用。如图2和图3所示，基于数值计算和软件模拟，每个温区的热管内部都选用了不同热物理特性的工质，而且在每个温区内，排与排之间热管内部的工质的充注量和压力也可不同 ，目的在于使得在各相应温度下，热管的换热效率都能达到最高，并且更有效的利用冷能此换热器针对日处理20万标准立方的天然气液化流程设计，箱体内部分为3个温区， 然后根据不同热管工质的热物理特性，并综合系统安全性和材料的腐蚀性进行选取 I级温区200 - 300K，热管工质选用氨； II级温区150 - 200K，热管工质选用乙烷； III级温区110 - 150K，热管工质选用甲烷。考虑利用重力使管内液体回流，热管型式采用重力热管，并加缓蚀剂增加热管寿命。箱体规格为高4m，宽2.5m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：巨永林，王刚，
申请(专利权)人：巨永林，王刚，
类型：发明
国别省市：