一种用于自然循环系统的低流阻换热器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种用于自然循环系统的低流动阻力，结构紧凑的管式换热器。
【背景技术】
[0002]现有管壳式换热器一般由传热管、管板、封头、壳体、进出口管嘴等组成。传热管是基本传热元件，隔离冷热流体并传递热量。管板和封头使传热管汇集到进出口管嘴，壳体构成壳侧压力边界。冷热流体分别在管、壳侧流动换热。
[0003]现有管壳式换热器传热管一般采用直管或U型管，管束间距与管板孔间距相同。管嘴与封头(管箱)焊接位置无特殊要求。现有管壳式换热器针对强迫对流换热设计，壳侧流动阻力较大，占空空间大。自然循环系统的换热器要求流动阻力小，自然循环条件下换热器内不存留气体，不能导致自然循环停滞。同时对于核能系统，布置空间有限，要求换热器具有较高的紧凑型，因此一般的管壳式换热器不适用。
[0004]虽然现有技术中也有无壳换热器，如CN104662614A中也公开了一种无壳换热器，但这种无壳换热器仅仅是常规的换热器去掉了外壳，是用于常规有外界动力源的换热场合，其流阻很大。而在自然循环条件下为了尽可能小的影响流动效果，要求换热器的流阻要非常小，因此现有技术中的无壳换热器也完全不适于自然循环条件下。
【发明内容】
[0005]为解决目前换热器不能适用于核能自然循环系统所要求的布置空间有限、低流阻、自然循环条件下换热器内不存留气体等问题，本发明专利提供一种适用于自然循环系统的低流阻紧凑型换热器。该换热器具有非常小的流动阻力，换热器内无局部高点、自然循环条件下不存留气体，并且所需布置空间较常规换热器要小很多。
[0006]本发明所采用的技术方案是:传热管使用小管径管子(D ( 1mm)。将传热管束分为入口收缩区、换热区和出口收缩区，换热区管间距较大(横向管间距PT/D>2，纵向管间距PL/D>2)，收缩区管间距逐渐减小，最终管板处管间距使管板孔桥满足管板强度要求即可(一般P/D>1.25)。通过设置收缩区，可保证管板及管箱(或封头)横截面尺寸不超过管束区横截面尺寸。按照换热管束中换热流体的流向，入口和出口收缩区管束均向下倾斜。管束可顺排或叉排布置，管束在两端的收缩可通过弯管、弯头等方法实现。管束中间设置支撑板，支撑板可为一整体，也可由条状支撑板焊接而成。
[0007]传热管分为换热区和收缩区，换热区管间距大于2倍管径；
[0008]入口收缩区管束向下倾斜，出口收缩区管束向下倾斜，换热区管束水平设置；
[0009]管束传热管在两端向管箱(或封头)汇集，可通过弯管、弯头等方法实现；
[0010]收缩区使管板及管箱尺寸不大于换热区管束的最大尺寸；
[0011]管束中间设置支撑板，支撑板可为一整体，也可有条状支撑板焊接而成；
[0012]进出口管箱(或封头)均有连接管嘴，入口管嘴位于入口管箱顶部，出口管嘴位于出口管箱底部；
[0013]换热器壳侧可设置耐压壳体，也可不设置耐压壳体。
[0014]本发明的有益效果是，与现有管壳式换热器及AP1000余热排出系统C型换热器相比，管束存在换热区和收缩区，换热区管束间距较大，可有效降低壳侧流动阻力，同时收缩区使管箱(封头)尺寸不大于管束横截面积，因此在相同布置空间下可充分利减小换热器。从入口管嘴到出口管嘴，依次经过入口管箱、进口收缩区管束、换热区管束、出口收缩区管束、出口管箱，流体流道一直向下倾斜，便于自然循环的进行，并且管侧自然循环工况时换热器内不会存留气体，不会使自然循环停滞。本发明专利特别适用于自然循环系统且对布置空间有较高要求的场合，如核电领域。
【附图说明】
[0015]图1是按照本发明一种实施方式的换热器的装配图，其中图1a是主视图，图1b是顶视图；
[0016]图2为图1a的A-A截面，显示支撑板及管束布置方式；
[0017]图3为图1a的B-B截面，显示管板及管板孔布置方式。
[0018]其中:1入口管嘴，2入口管箱，3入口管板，4传热管，5支撑板，6出口管板，7出口管箱，8出口管嘴，I入口收缩区管束，II换热区管束，III出口收缩区管束。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0020]图1是按照本发明的一种实施方式的换热器的装配图。本实施方式的换热器包括:入口管箱2、入口管板3、传热管束、入口支撑板、出口支撑板、出口管板6和出口管箱7。传热管束在入口管板3和出口管板6之间连续延伸，包括多根传热管4。为降低流阻，本发明的换热器中，传热管束中的传热管4使用小管径管子(如无特殊说明，本发明中的管径、或换热管的直径等术语按照本领域通常含义，均指管子的外径)。优选的，传热管外径D =10mm。经过大量的精密计算和仿真模拟，申请人发现此数值的管径可以实现传热效果和管、壳侧低流阻的最佳适配。
[0021]图1a和图1b中，传热管束分为入口收缩区1、换热区II和出口收缩区III。入口管箱2和传热管束之间通过入口管板3连接，出口管箱7和传热管束之间通过出口管板6连接。在入口收缩区I和换热区II之间设置有入口支撑板，在换热区和出口收缩区III之间设置有出口支撑板，这样来实现对换热管束的固定，防止因为流体流动带来的振动，延长其使用寿命。
[0022]需要注意的是，本发明该换热器是无壳式换热器，在传热管束外没有承压管壳，如图1a和图1b所示。
[0023]为进一步降低流阻并实现换热器的紧凑性，从而方便用于空间有限的区域，本发明的传热管束并不是一直相互平行的。具体的，如图1a和Ib所示，在入口收缩区传热管束向下倾斜，这样每两根相邻传热管之间的间距在入口收缩区内从入口管板3到入口支撑板逐渐线性增加，即沿着传热管内的流体的流动方向(以下如无特别说明，均按照这一方向进行描述)呈放射状散开；同时，在出口收缩区传热管束也向下倾斜，从而在每两根相邻传热管之间的间距在出口收缩区内从出口支撑板到出口管板6逐渐线性减小，亦即呈放射状收拢；而在换热区II之内，从入口支撑板到出口支撑板，传热管束水平设置且相互平行设置，横向管间距和纵向管间距均大于2倍的传热管的直径。而如上所述，在两个收缩区管间距逐渐减小，最终入口管板处和出口管板处的管间距使管板孔桥满足管板强度要求即可(一般管间距P/管径D>1.25，即横向管间距和纵向管间距均大于1.25倍的传热管的管径)。本发明通过设置收缩区，可保证管板及管箱(或封头)横截面尺寸不超过管束区横截面尺寸，这样整体结构紧凑，便于安装，又通过宽间距换热区的设置来保证了充分的换热效果和较低的流阻。
[0024]优选的，换热区传热管管束间距较大，具体例如可以是横向管间距PT/D = 4，纵向管间距PL/D = 4 ;而两端通过进、出口收缩区分别向进、出口管板汇集，管束间距逐渐减小，管板处管间距