专利名称：一种带真空绝热的双股流低温螺旋缠绕管式换热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带真空绝热的双股流低温螺旋缠绕管式换热器，主要应用于气体低温液化分离领域，包括-161°c天然气低温液化、-197°c空气低温液化分离、-197°c低温液氮洗工艺、-70°C低温甲醇洗工艺等气体低温净化、低温液化分离技术领域。
背景技术：
螺旋缠绕管式换热器是一种热交换设备，主要用于低温热质交换过程，以其结构紧凑，单位容积具有较大的传热面积，传热管的热膨胀可自行补偿，容易实现大型化，可减少设备台数等优点成为天然气液化、低温空分、低温甲醇洗等低温净化、液化工艺中的重要设备。由于螺旋缠绕管式换热器大多应用于低温环境，体积较大，一般以传热塔的形式出现，最高可达到七、八十米，一般换热器也在二、三十米，大多以双股流、多股流换热为主，内部管道缠绕复杂，没有相关固定的设计标准，也没有统一的设计方法，随着工艺流程或物性参数的特点有较大差别，因此给螺旋缠绕管式换热器标准化过程带来了障碍。传统的螺旋管式换热器管束缠绕方法很多，存在很多缺点，缠绕过程中不能确保管束内管间距及层间距处处一致，传热效果较差，没有统一的理论计算方法，用于计算机辅助计算过程。另外，由于低温换热器与环境温度有较大差别，环境做为高温热源，持续不断给低温换热器供热，换热器表面接受太阳能辐射、空气对流换热、环境热辐射或管内摩擦热以后，系统内部流体尤其在接受瞬时高热流密度热量加热后会导致严重的漏热现象，导致气液两相流，产生大量的过热蒸气，过热蒸气导致系统压力剧烈变化，给换热器的换热过程造成严重影响并带来很大的安全问题，而一般采用外部毛细材料绝热层绝热的方法很难满足低温工况下换热器与外界进行热交换的问题，换热器内低温流体仍然会产生激烈的相变过程。因此，双股流螺旋缠绕管式换热器要在低温领域得到更好的应用，目前还需要更好地解决以下问题给出双股流螺旋缠绕管式换热器管束缠绕方法的数学模型，有利于缠绕管束的标准化，为传热数值模拟过程做准备；将真空绝热技术应用于螺旋缠绕管式换热器，解决大型螺旋缠绕管式换热器在低温工况下的绝热问题；解决整体塔式带真空绝热的双股流螺旋管式换热器的结构及各主要部件的布局问题。
发明内容
本发明为一种带真空绝热的双股流低温螺旋缠绕管式换热器，应用一种新的螺旋管束缠绕方法，给出了理论缠绕方程；采用真空结构，将真空绝热技术有效应用于双股流螺旋缠绕管式换热器，采用分步加工制造并检测的方法，改变传统真空结构与列管换热器管束结合困难、安装不方便等缺点。本发明的技术解决方案
一种带真空绝热的双股流低温螺旋缠绕管式换热器，包括裙座1、接管2、下管板3、排液管4、下支撑环5、真空接管6、中芯筒7、螺旋盘管8、螺旋盘管上支撑环9、接管10、上外压封头11、接管12、接管13、上内压封头14、排气管15、上管板16、螺旋盘管17、内压壳体18、外压壳体19、珠光砂20、接管21、下内压封头22、下外压封头23、接管M，其特征在于螺旋盘管8管束与螺旋盘管17管束绕中芯筒7层层缠绕，缠绕后的管芯通过下支撑环5与上支撑环9安装于内压壳体18内，管束上出口连接管板16，管束下出口连接管板3 ；中芯筒7顶部与管板16中心连接，底部与管板3中心连接，中间安装下支撑环5与上支撑环9 ；内压壳体18与外压壳体19之间为真空夹层，顶部为壳程进口接管10及排气管15，底部为壳程出口接管21及排液管4，夹层内填充珠光砂20，外压壳体19底部安装真空接管6 ；上外压封头11与上内压封头14之间为真空夹层，上内压封头14中间装有隔板，隔板将上封头空间分割成两个管箱，左管箱连接接管13，右管箱连接接管12，封头14底部与管板16焊接，管板16下边缘与筒体18上边缘焊接；下外压封头23与下内压封头22之间为真空夹层，下外压封头22中间装有隔板，隔板将下封头空间分割成两个管箱，左管箱连接接管M，右管箱连接接管2，封头22上边缘与管板3焊接，管板3上边缘与筒体18下边缘焊接；外压封头 23正下方安装裙座1 ；上封头11与筒体19上边缘焊接，下封头23与筒体19下边缘焊接。
双股流低温螺旋缠绕管式换热器管束缠绕段内任一螺旋管道中心线满足以下管
道曲线表达式
权利要求
1.一种带真空绝热的单股流低温螺旋缠绕管式换热器，包括裙座(1)、接管(2)、下管板(3)、排液管(4)、下支撑环(5)、真空接管(6)、中芯筒(7)、螺旋盘管(8)、螺旋盘管上支撑环(9)、接管(10)、上外压封头(11)、接管(12)、接管(13)、上内压封头(14)、排气管 (15)、上管板(16)、螺旋盘管(17)、内压壳体(18)、外压壳体(19)、珠光砂(20)、接管(21)、 下内压封头(22)、下外压封头(23)、接管(24)，其特征在于螺旋盘管(8)管束与螺旋盘管 (17)管束绕中芯筒(7)层层缠绕，缠绕后的管芯通过下支撑环(5)与上支撑环(9)安装于内压壳体(18)内，管束上出口连接管板(16)，管束下出口连接管板(3);中芯筒(7)顶部与管板(16)中心连接，底部与管板(3)中心连接，中间安装下支撑环(5)与上支撑环(9);内压壳体(18)与外压壳体(19)之间为真空夹层，顶部为壳程进口接管(10)及排气管(15)，底部为壳程出口接管(21)及排液管(4)，夹层内填充珠光砂(20)，外压壳体(19)底部安装真空接管(6);上外压封头(11)与上内压封头(14)之间为真空夹层，上内压封头(14)中间装有隔板，隔板将上封头空间分割成两个管箱，左管箱连接接管(13)，右管箱连接接管(12)，封头 (14)底部与管板(16)焊接，管板(16)下边缘与筒体(18)上边缘焊接；下外压封头(23)与下内压封头(22)之间为真空夹层，下外压封头(22)中间装有隔板，隔板将下封头空间分割成两个管箱，左管箱连接接管(24)，右管箱连接接管(2)，封头(22)上边缘与管板(3)焊接， 管板(3 )上边缘与筒体(18 )下边缘焊接；外压封头(23 )正下方安装裙座(1)；上封头(11) 与筒体(19 )上边缘焊接，下封头(23 )与筒体(19 )下边缘焊接。
2.根据权利要求1所述的一种带真空绝热的单股流低温螺旋缠绕管式换热器，其特征在于换热器管束缠绕段内螺旋盘管(17)、螺旋盘管(8)中心线满足管道曲线表达式
全文摘要
一种带真空绝热的双股流低温螺旋缠绕管式换热器，主要由两股螺旋缠绕管束与真空壳体组成，应用一种新的双股流螺旋管束理论缠绕方程，建立数学模型并将其并用于流场数值模拟过程，获得管束缠绕理论计算方法并设计制造双股流螺旋缠绕管式换热器；应用与螺旋缠绕管束相结合的真空绝热技术，采用上下封头与管板焊接并由管板承重的内压壳体与外压壳体形成真空结构，改变传统真空结构与缠绕管式换热器结合困难，制造安装不便等缺点，可用于-161℃天然气液化、-197℃空气分离、-197℃低温液氮洗、-70℃低温甲醇洗等领域，本发明具有低温换热效率高，结构紧凑，单位容积传热面积大，热膨胀可自行补偿，容易实现大型化，换热设备台数减少等优点。
文档编号F28D7/02GK102455139SQ20111031563
公开日2012年5月16日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者丁世文, 吴金群, 庞凤皎, 张周卫, 张小卫, 李建霞, 汪雅红, 许凤 申请人:张周卫