一种多管程多壳程的压缩机级间冷却器的制作方法

本实用新型涉及换热器技术领域，具体涉及一种多管程多壳程的压缩机级间冷却器。

背景技术：

级间冷却器作为压缩机系统中的重要配套设备，广泛应用在石油化工、空分、冶金、动力等领域。级间冷却器是一台气-水换热器，由传热学理论分析可知，在换热过程中，气、水两侧传热膜系数相差较大，级间冷却器的主要传热阻力集中在气侧。为了强化气侧换热，可采用提高气体流速和管外穿翅片两种方法，但这两种方法的综合性价比并不高。一是为了保证压缩机的效率，对气体侧压降要求严格，在传统直圆管折流板式级间冷却器内，当气侧流速增大时，壳侧流动压降迅速上升，造成压缩机功耗增加，二是在管外穿翅片的方法耗材较多，制造工艺复杂，成本高，而且翅片易松动、腐蚀等问题都影响着级间冷却器的传热性能。另外，由于压缩机排气往往存在气流脉动和不稳现象，当采用气体横向冲刷换热管束时，容易诱导换热管束剧烈振动，噪音大，存在安全隐患。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种多管程多壳程的压缩机级间冷却器。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种多管程多壳程的压缩机级间冷却器，包括筒体，所述筒体上设有冷却水入口、冷却水出口、气体入口和气体出口，所述筒体内部装有冷却芯体，所述冷却水从冷却水入口进入筒体并流经冷却芯体后从冷却水出口流出，所述冷却芯体的两端设置有用于固定冷却芯体位置的管板，所述两个管板将筒体内空间间隔为三个区域，其中两个管板之间的区域为换热区，所述换热区内设有换热平隔板，所述换热平隔板将换热区分隔为上换热区和下换热区，所述换热平隔板上开设有连通上换热区和下换热区的缺口，所述气体入口连接至上换热区或下换热区中的任一区域内，所述气体出口连接至另一区域内。

进一步地，所述筒体内换热区以外的两个区域为第一冷却水流动区和第二冷却水流动区，所述第一冷却水流动区内设有冷却水平隔板，以将第一冷却水流动区分为上腔和下腔，所述冷却水入口连接至上腔或下腔中的任一腔体内，所述冷却水出口连接至另一腔体内。

进一步地，所述冷却芯体一端的管板为固定管板，另一端的管板为滑动管板，所述滑动管板的一端上盖有浮头盖，所述固定管板和筒体之间的区域为第一冷却水流动区，所述浮头盖和滑动管板之间的区域为第二冷却水流动区，所述浮头盖与滑动管板之间亦设有冷却水平隔板，所述滑动管板滑动以连通第二冷却水流动区内腔体。

进一步地，所述冷却芯体包括换热管束和包裹在换热管束中段的导流紧固筒，所述导流紧固筒沿其轴向方向的外壁上设置有多组环形间隔板，所述环形间隔板用于支撑固定导流紧固筒，所述导流紧固筒内还设有换热立隔板，所述环形间隔板、换热平隔板以及换热立隔板将导流紧固筒的内部空间均分为四个腔体。

进一步地，所述固定管板位于换热区的侧面设有轴向延伸的拉杆，所述环形间隔板包括若干环形月牙板，所述环形月牙板上开设有供拉杆穿过的拉杆孔，所述多个环形间隔板与拉杆连接固定。

进一步地，所述换热管束位于导流紧固筒两侧的区域设有用于捆扎换热管束的分程捆扎带，所述导流紧固筒内还设有用于捆扎全部换热管束的整体捆扎带，所述换热平隔板和换热立隔板上开设有多组细缝，所述细缝用于整体捆扎带将全部换热管束进行捆扎。

进一步地，所述换热管束为高比表面管束。

进一步地，所述气体入口处设有防冲挡板。

进一步地，其内部气体与冷却水采用逆流换热的热交换方式。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

(1)采用多壳程和多管程的结构形式，提高了壳程气体和管程冷却水的流速，既可提高换热效率40-60％，又可减少冷却水的消耗量，并可降低水泵功耗20-30％。

(2)将壳程气体由传统的横向冲刷改为纵向流动，降低了气侧阻力，具有更好的“传热-压降”性能，提高压缩机效率，并且消除了引发振动的诱因，进一步采用钢带先分管程捆扎，再整体捆扎的特殊捆扎形式，彻底消除了管束振动风险，提高了压缩机组的安全性。

(3)在筒体内的换热平隔板上，设有换热立隔板，防止壳程流体短路，从而消除了换热器壳程内不利于换热的f流路。

(4)通过控制高比表面管的变形率，使得壳程流通空间变大，管程流通空间变小，让气流更平稳有序，更加匹配气-水换热过程中对管壳程流动空间不同的需求，从而强化传热。

(5)高比表面管壳程空间特殊的螺旋形通道，在离心力的作用下，迫使密度大的冷流体有离开管壁的趋势，而密度小的热流体则贴近管壁，促进流体径向混合，加快高温气体的冷却，进一步强化了气侧传热膜系数，从而提高了级间冷却器的整体换热效率。

附图说明

图1为多管程多壳程的压缩机级间冷却器的整体结构示意图；

图2为多管程多壳程的压缩机级间冷却器的换热区部分的内部结构示意图；

图3为a-a截面示意图；

附图标记说明：1、第一冷却水流动区；2、冷却水出口；3、冷却水入口；4、固定管板；5、气体入口；6、气体出口；7、防冲挡板；8、筒体；9、排气口；10、换热平隔板；11、排液口；12、换热管束；13、滑动管板；14、浮头盖；15、第二冷却水流动区；16、支座；17、冷却水平隔板；18、冷却水立挡板；19、拉杆；20、导流紧固筒；21、环形间隔板；22-1、分程捆扎带；22-2、整体捆扎带；23、换热立隔板；24、弹簧片；25、紧固件；26、滑道。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、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实用新型作进一步详细的说明。

实施例

如图1所示，一种多管程多壳程的压缩机级间冷却器，包括筒体8，筒体8的底部设有支座16，筒体8上设有冷却水入口3、冷却水出口2、气体入口5和气体出口6，筒体8内部装有冷却芯体，冷却芯体包括换热管束12和导流紧固筒20，冷却芯体的两端设置有用于固定换热管束12位置的管板，两个管板将筒体8内空间间隔为三个区域，其中两个管板之间的区域为换热区，筒体8内换热区以外的两个区域为第一冷却水流动区1和第二冷却水流动区15，冷却水从冷却水入口3进入筒体8并通过换热管束12流经换热区后从冷却水出口2流出，气体从气体入口5进入换热区并经过换热后从气体出口6处排出。其中，换热管束12为高比表面管束，高比表面管采用正方形排列，换热管依靠相邻换热管凸起段相互多点支撑和阻挡，形成类似网格状的一体化结构。

换热管束12一端的管板为固定管板4，另一端的管板为滑动管板13，滑动管板13的一端上盖有浮头盖14，固定管板4和筒体8之间的区域为第一冷却水流动区1，浮头盖14和滑动管板13之间的区域为第二冷却水流动区15。第一冷却水流动区1内设有冷却水平隔板17和冷却水立挡板18，以将第一冷却水流动区1分为上腔和下腔，浮头盖14与滑动管板13之间亦设有冷却水平隔板17，冷却水入口3连接至上腔或下腔中的任一腔体内，而冷却水出口2连接至另一腔体内。

具体地，当冷却水从第一冷却水流动区1的某一腔体通入至第二冷却水流动区15的时候，水流会给予滑动管板13一个向换热区内部方向的力，并使其滑动，此时由于滑动管板13的滑动，位于第二冷却水流动区15内的冷却水平隔板17便无法继续封闭，从而连通第二冷却水流动区15内腔体，使冷却水流至第一冷却水流动区1的另一腔体内。

如图2和图3所示，换热区主要为导流紧固筒20内部的空间，导流紧固筒20内的中部设有换热平隔板10，换热平隔板10将换热区分隔为上换热区和下换热区，换热平隔板10的长度与导流紧固筒20相等，以留有连通上换热区和下换热区的缺口，换热平隔板10上采用紧固件25和弹簧片24与导流紧固筒20的内壁进行连接，以对上下壳程进行密封，有效防止窜流。

导流紧固筒20沿其轴向方向上设置有多组环形间隔板21，环形间隔板21的作用在于支撑固定导流紧固筒20，换热平隔板10上还焊接有换热立隔板23，换热立隔板23的长度与换热平隔板10一致，构成十字型交叉阻挡，环形间隔板21、换热平隔板10以及换热立隔板23将导流紧固筒20的内部空间均分为四个腔体。环形间隔板21由多个环形月牙板拼接组成，其中两块月牙板上开设有拉杆孔，多组的环形间隔板21则通过穿过拉杆孔的拉杆19进行连接固定，位于下部的月牙板上则开设有两道矩形缺口，与之对应的，在导流紧固筒20相应的地方加设有两条滑道26，以便于月牙板的安装。

为了能有更好的换热效果，本换热器的内部采用逆流换热的热交换方式，具体地，冷却水入口3连通至第一冷却水流动区1的下腔，冷却水出口2连通至第一冷却水流动区1的上腔，气体入口5连通至上换热区，气体出口6连通至下换热区，从而使得气体的流动方向与冷却水的流动方向相反，进而换取更好的换热效果。同时在换热器的顶部设置有排气口9，在换热器的底部设置有排液口11，以便于内部残余的排出。

四个腔体中均设有用于捆扎换热管束12的分程捆扎带22-1，导流紧固筒20内还设有用于捆扎全部换热管束12的整体捆扎带22-2，换热平隔板10和换热立隔板23上开设有多组细缝，细缝的作用在于能便于整体捆扎带22-2将全部换热管束12进行捆扎。这种先分程捆扎，再对所有换热管束12进行整体捆扎的方式，可彻底消除换热管束12的振动隐患。同时在气体入口5的地方焊接固定有防冲挡板7，进一步降低气体通入换热器是对换热管束12的冲击，减少管束的振动。

具体地，高温压缩气体从气体入口5进入并冲击防冲挡板7后，环形进入到换热器的上壳程，进入壳程后的气体受到月牙板的阻挡，进入到导流紧固筒20与换热管束12之间的通道进行冷却，经换热平隔板10的缺口流入到下壳程后，从气体出口6流出。冷却水从冷却水入口3进入，流经换热管束12内部吸收高温气体的热量后，经过往复多个回程，后从冷却水出口2流出。壳程压缩气体和管程冷却水为逆流流动，最大化进行热交换，可节约换热面积30-50％。

上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。