一种管束呈六边形模块化布置的换热器的制作方法

本发明涉及传热管束模块化和紧凑型设计技术领域，特别是涉及一种管束呈六边形模块化布置的换热器。

背景技术：

管套管式换热器的工作原理是：在壳程，流体从入口接管进入壳体，一部分流体进入套管的内管内侧，另一部分流体在套管的外管外侧，在流动过程中与管程流体进行热量交换，最后从壳程出口流出。在管程，流体从管程入口进入，经支管分配到入口管箱，再从入口管箱进入传热套管的环隙中，管程流体在环隙中流动，受到内管和外管的双面换热，换热后的管程流体汇集到出口管箱，最后从管程出口流出。

现有的管套管式换热器管束采用矩形布置，这种布置导致空间利用率低，设备直径较大，外部管道数量多，管束模块扩展能力不强。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有的管套管式换热器管束采用矩形布置，导致空间利用率低，设备直径较大，外部管道数量多，管束模块扩展能力不强的问题，提供一种管束呈六边形模块化布置的换热器。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种管束呈六边形模块化布置的换热器，包括筒体和若干组管束模块；所述若干组管束模块在平面内按照六边形模块化布置在筒体内部。

工作原理：传热管束按六边形模块化布置，相比于矩形模块化布置，设备筒体外径可以设计得更小，空间利用率更高，由于每一组管束模块是独立进行换热，因此可以按照六边形布置规律，增加模块数量来满足不同换热量需求，实现模块化扩展。

进一步地，所述筒体两侧分别设置有壳程出口和壳程入口；所述筒体上端设置有管程集箱，所述管程集箱上端分别设置有管程出口和管程入口；所述筒体内部在平面内按照六边形模块化布置若干组管束模块，每组管束模块之间排列紧密；每组所述管束模块上端均与管程集箱连通，每组所述管束模块下端独立连通一个支管下端；每个所述支管上端与管程入口连通，下端穿过管程集箱伸入筒体内部；所述六边形模块化布置的管束模块外边缘设置有围筒；所述围筒与筒体之间设置有支撑板。

进一步地，所述管程集箱包括上平盖和下平盖，所述上平盖和下平盖连接形成环形空间；所述上平盖上端分别设置有管程出口和管程入口；所述下平盖下端与筒体连接形成容纳空间，所述容纳空间内在平面内按照六边形布置若干组管束模块；每组所述管束模块上端与环形空间连通。

进一步地，所述管程入口位于上平盖上端中部，所述支管穿过管程集箱伸入筒体内部中部。

进一步地，所述管程集箱还包括若干个挡流杆，所述挡流杆上端与下平盖下端连接，所述挡流杆设置在每相邻三个所述管束模块之间。

进一步地，所述围筒由多块板拼接而成，沿着六边形布置的管束模块外轮廓紧密贴合。

进一步地，所述管束模块(4)的数量按照3n×(n+1)的规律进行扩展。

进一步地，每个所述管束模块包括集管、出口管箱、入口管箱、若干个过渡管和若干个传热套管，所述集管上端与管程集箱连通，所述集管下端与出口管箱上端连接，每个所述传热套管上端通过一个过渡管与出口管箱连接，每个所述传热套管下端通过一个过渡管与入口管箱连接，所述入口管箱下端与支管连接。

进一步地，所述传热套管呈六边形布置，数量按照3[n(n+1)-4]的规律进行扩展。

本发明的有益技术效果：

本发明解决了现有的管束模块化布置换热器内部空间利用率低，不能根据不同换热量需求进行模块化扩展，外部管道接口较多。

附图说明

图1为本发明的管束呈六边形模块化布置的换热器主视图；

图2为单个管束模块主视图；

图3为本发明的管束呈六边形模块化布置的换热器横截面示意图；

图4为本发明的管束呈六边形模块化布置的换热器横截面局部放大图；

图5为本发明的管束呈六边形模块化布置管程流体流向示意图；

图6为本发明的管束呈六边形模块化布置壳程流体流向示意图。

图中，1、上平盖；2、下平盖；3、筒体；4、管束模块；5、支撑板；6、围筒；7、壳程出口；8、支管；9、挡流杆；10、壳程入口；11、管程出口；12、管程入口；13、集管；14、出口管箱；15、过渡管；16、传热套管；17、入口管箱。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左端”、“右端”、“上端”、“下端”“上方”、“下方”、“外侧”、“内侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一种管束呈六边形模块化布置的换热器，包括筒体3和若干组管束模块4；所述若干组管束模块4在平面内按照六边形模块化布置在筒体3内部。

传热管束按六边形模块化布置，相比于矩形模块化布置，设备筒体外径可以设计得更小，空间利用率更高，在相同传热效率下，设备高度降低20％，体积可减少30％，重量减少15％，可应用于对安装空间和重量有限制的场合。由于每一组管束模块4是独立进行换热，因此可以按照六边形布置规律，增加模块数量来满足不同换热量需求，实现模块化扩展。

进一步地，参见图1，一种管束呈六边形模块化布置的换热器，包括筒体3和若干组管束模块4；所述筒体3两侧分别设置有壳程出口7和壳程入口10；所述筒体3上端设置有管程集箱，所述管程集箱上端分别设置有管程出口11和管程入口12；所述筒体3内部在平面内按照六边形模块化布置若干组管束模块4，每组管束模块4之间排列紧密；每组所述管束模块4上端均与管程集箱连通，每组所述管束模块4下端分别独立连通一个支管8下端；每个所述支管8上端与管程入口12连通，下端穿过管程集箱伸入筒体3内部；所述六边形模块化布置的管束模块4外边缘设置有围筒6；所述围筒6与筒体3之间设置有支撑板5。

管程入口11和管程出口12采用集成一体化设计，只设置一个管程入口12和管程出口11，这种结构减少了外部管道数量，减少管道焊缝，提高了设备的安全性和可靠性，节省外部空间；围筒6将壳程流体分隔成上升通道和下降通道；支撑板5既起到支撑连接作用，同时其位于壳程入口10和壳层出口7之间，将壳程流体分隔为热侧和冷侧；在管程入口12设置支管8，每一根支管8对应每一组管束模块4，可以将管程流体均匀地分配到每一个管束模块4中，使每一个管束模块4形成独立的换热单元。

工作原理：在壳程，壳程流体从壳程入口10进入壳体，由于围筒6和支撑板5的阻挡，壳程流体先向上流动，越过围筒6上沿后向下流经管束模块4，与管程流体进行热量交换，壳程流体到达筒体3底部再向上进入围筒6和筒体3形成的环隙，最后从壳程出口7流出。在管程，管程流体从管程入口12进入，经支管8均匀分配到管束模块4内，管束模块4内的流体向上流动，全部管束模块4中的流体汇集到管程集箱后进入管程出口11。

进一步地，所述管程集箱包括上平盖1和下平盖2，所述上平盖1和下平盖2连接形成环形空间；所述上平盖1上端分别设置有管程出口11和管程入口12；所述下平盖2下端与筒体3连接形成容纳空间，所述容纳空间内在平面内按照六边形布置若干组管束模块4；所述下平盖2中部设置有若干个呈六边形布置的通孔，支管8下端从通孔穿过伸入筒体3内部，每个所述管束模块4上端通过一个通孔与环形空间连通。

进一步地，所述管程入口12位于上平盖1上端中部，所述支管8穿过管程集箱伸入筒体3内部中部，所述支管8不会占用额外的空间，结构紧凑。

进一步地，所述管程集箱还包括若干个挡流杆9，所述挡流杆9上端与下平盖2下端连接，所述挡流杆9设置在每相邻三个所述管束模块4之间的间隙。

在筒体3内设置围筒6和挡流杆9，在筒体3内形成壳程流体通道，这种结构有益于让流体充分地与传热套管接触，尽可能多的穿过管束区，增加流体流速，进而增加换热效率。

进一步地，每个所述管束模块4包括集管13、出口管箱14、若干个过渡管15、若干个传热套管16和入口管箱17，所述集管13上端与下平盖2上的通孔连通，所述集管13下端与出口管箱14上端连接，每个所述传热套管16上端通过一个过渡管15与出口管箱14连接，每个所述传热套管16下端通过一个过渡管15与入口管箱17连接，所述入口管箱17下端与支管8连接。

入口管箱17将支管8进入的流体汇集，然后再分配到过渡管15进入传热套管16中，管程流体在套管中换热进入出口管箱14，在通过集管13汇集后进入管程集箱。

进一步地，所述围筒6由多块板拼接而成，沿着六边形布置的管束模块4外轮廓紧密贴合，将壳程流体分隔成上升段流体和下降段流体。

进一步地，所述传热套管16呈六边形布置，数量可以按照3[n(n+1)-4]的规律进行扩展，每组管束模块4可以形成独立的换热单元，一组失效不影响其他管束模块4工作。

进一步地，所述管束模块4的数量可以按照3n×(n+1)的规律进行扩展，由于每一组管束模块4是独立进行换热，因此可以按照六边形布置规律，增加模块数量来满足不同换热量需求。

进一步地，所述支管8与所述管束模块4的数量一一对应，也可以进行数量扩展。

上述筒体3是指一种压力容器壳；壳程入口10是指流体进入壳程筒体3的结构；壳程出口7是指流体流出壳程筒体3的结构；围筒6是指沿管束模块4外边缘紧密包围的一种结构；支撑板5是指一种设置在围筒6与壳程筒体3之间的一层平板，其作用一是支撑围筒，使围筒与筒体相连，二是将壳程流体阻隔成热侧和冷侧，所述管程入口具体是指管程流体流入支管的结构；支管8是指管程流体流入入口管箱17的结构；入口管箱17是指管程流体流入过渡管15的结构；过渡管15是指管程流体流入传热套管16环隙的结构；传热套管16是指一种冷热流体流通的双层管道，其外管是外壁带筋的直管，内管是螺旋管，所述外管外侧和内管内侧同时与壳程流体接触，所述外管和内管之间的环隙空间充满管程流体，热流体和冷流体通过这种套管结构实现高效换热；出口管箱14是指管程流体经换热后流入集管13的结构；集管13是指流体流入管程集箱的结构；管程集箱是指将管程流体汇集的结构；挡流杆9是指占位壳程空隙的结构，其上端与管程集箱连接，其作用是阻挡壳程流体从管束模块4的间隙流过；管程出口11是指管程流体流出管程集箱的结构。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。