一种用于非共沸多组分混合物冷凝设置突刺的直角板翅式换热器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于换热器领域，尤其涉及一种不同沸点混合介质冷凝使用的换热器，属于F28D的换热器领域。
【背景技术】
[0002]不同沸点混合介质的冷凝是天然气液化(主要成分为沸点-16 2 °C甲烷、沸点_88°C乙烷、沸点_42°C丙烷等)、空气分离、混合冷剂制冷、石油或废塑料裂解、生物质气生产等行业的主要工艺过程。为降低工艺过程的火用损失，此类生产工艺希望按照温度级别逐级冷却析出不同沸点的组分，同一股制冷剂或产物在不同温度区间自身也进行热量交换，因此要求冷凝设备方便实现多股介质同时换热。目前能方便实现多股介质同时换热的设备主要是螺旋缠绕管换热器和板翅式换热器两种。螺旋缠绕管换热器为管壳结构，承压较高，应用较广泛，但难以采取换热强化措施，换热系数较低，体积和重量难以缩减。板翅式换热器随着近年制造工艺的改进，承压能力逐渐提高。凭其传热系数更高、更紧凑、重量更轻的优势，在天然气液化等很多场合出现取代缠绕管换热器的趋势。
[0003]虽然板翅式换热器在沸腾与冷凝相变工况下同样可以提供较高的换热系数，但现有板翅式换热器的翅片形式主要是针对单相介质(重点是气相介质)换热的机理设计的:平直翅片是扩展了换热面积和减小了水力直径；波纹翅片、锯齿翅片、百叶窗翅片是在扩展面积基础上扰动流体减薄边界层；被公认可适用于相变换热的打孔翅片、片带翅片在用于冷凝换热时可以破坏液膜的连续性，但在高雷诺数工况也被证实效果并不比平直翅片有优势。
[0004]天然气液化中非共沸多组分混合介质冷凝的热阻机制与纯组分物质冷凝有明显区别，理论分析和实验已证明换热系数比纯组分冷凝明显降低。现有对非共沸混合介质冷凝换热的研究更多集中在含一种不凝气体的工况，采用低纹槽、人工粗糙度表面等措施减小平均液膜厚度在纯组分冷凝时被证实效果突出的措施，在含不凝气体情况下效果有时不明显。而天然气液化、石油裂解行业的冷凝换热过程和机理更为复杂，冷凝过程通常包含两种以上的不凝气体，换热情况更加复杂。
[0005]针对上述问题，本实用新型提供了一种新的板翅式换热器，从而解决沸点不同的多组分混合介质的冷凝。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型提供了一种新的板翅式换热器，从而解决沸点不同的多组分混合介质的冷凝，以提高换热效率，降低流体流动阻力。
[0007]为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下:
[0008]—种用于非共沸多组分混合物冷凝的板翅式换热器，所述板翅式换热器包括互相平行的板片，所述板片之间设置翅片，所述翅片包括垂直于板片的垂直部分，其特征在于，在垂直部分上通过冲压方式加工突刺。
[0009]作为优选，所述翅片包括水平部分和垂直部分，所述水平部分与板片平行并且与板片贴在一起，所述垂直部分与水平部分连接。
[0010]作为优选，所述突刺为等腰三角形，所述等腰三角形的底边设置在垂直部分上，并且垂直于板片。
[0011]作为优选，垂直部分设置多排突刺，所述相邻排的突刺为错列分布。
[0012]作为优选，垂直部分上设置多个突刺，所述突刺向垂直部分的不同侧延伸。
[0013]作为优选，垂直部分设置多排突刺，相邻排突刺向垂直部分的不同侧延伸。
[0014]作为优选，垂直部分设置多排突刺，沿着混合物的流动方向，每排突刺之间的距离越来越大。
[0015]作为优选，所述突刺为等腰三角形，所述等腰三角形的底边设置在垂直部分上，并且垂直于板片，相邻的板片的距离为H，等腰三角形底边的长度为h，相邻的垂直部分的距离为w，等腰三角形的顶角为b，所述突刺的延伸方向与混合物的流动方向的夹角为a，L为等腰三角形的顶点到底边中点的距离，满足如下公式:
[0016]7*h/H = cl*Ln(L*sin(a)/w)+c2,
[0017]sin (b/2) = c3+c4*sin (a) _c5* (sin (a))2，
[0018]其中Ln是对数函数，cl、c2、c3、c4、c5是系数，
[0019]0.24<cl<0.25，0.68〈c2〈0.70，0.87〈c3〈0.88，0.68〈c4〈0.70，1.14〈c5〈l.15 ；
[0020]19° <a<71° ，55° <b<165° ；
[0021]10mm〈w〈l 5mm，6mm〈H〈 14mm ;
[0022]0.19〈L*sin (a) /w<0.41，0.29〈7*h/H〈0.47 ；
[0023]H是以相邻板片相对的面之间的距离，W是以相邻的垂直部分相对的面的距离。
[0024]作为优选，cl= 0.2461，c2 = 0.691，
[0025]c3 = 0.875，c4 = 0，6987，c5 = 1.1439。
[0026]作为优选，所述突刺的延伸方向与混合物的流动方向的夹角为a，同一个垂直部分设置多个突刺，沿着混合物的流动方向，所述的夹角a越来越小。
[0027]作为优选，同一个垂直部分设置多个突刺，多个突刺交错从垂直部分两侧向外延伸。
[0028]作为优选，所述突刺延伸的长度为L，同一个垂直部分设置多个突刺，沿着混合物的流动方向，所述的长度L越来越小。
[0029]作为优选，所述突刺为等腰三角形，所述等腰三角形的底边设置在垂直部分上，并且垂直于板片，所述等腰三角形的顶角为b，同一个垂直部分设置多个突刺，沿着混合物的流动方向，所述的顶角b越来越大。
[0030]作为优选，所述突刺为等腰三角形，所述等腰三角形的底边设置在垂直部分上，并且垂直于板片，所述等腰三角形的底边为S1，同一个垂直部分设置多个突刺，沿着混合物的流动方向，所述的S1越来越小。
[0031]作为优选，同一个垂直部分设置多个突刺，相邻突刺的距离为S2，沿着混合物的流动方向，所述的S2越来越大。
[0032]与现有技术相比较，本实用新型的板式换热器及其换热板片具有如下的优点:
[0033]1)本实用新型首次将冲压的突刺应用到共沸多组分混合物冷凝的板翅式换热器，克服了长期以来板翅式换热器换热效率低的问题，明显的提高了换热效率。
[0034]2) 一方面可以破坏层流底层，另一方面与“打孔”翅片相比，未因打孔损失换热面积，而且“刺”和“孔”可以分别在不同高度上扰动流体，强化不同的热阻环节；
[0035]3)冲压“微刺”形成的小孔，借助“微刺”下游压力场的影响，可实现翅片两侧介质的压力及质量交换，对粘性底层和液膜的稳定性造成破坏，强化换热；
[0036]4)针对非共沸多组分混合物的流体，能够借助“微刺”实现扩大气液界面以及气相边界层与冷却壁面的接触面积并增强扰动；
[0037]5)易加工实现，制作难度和成本不会明显上升；
[0038]6)通过大量的实验，确定了最佳的板翅式换热器的结构尺寸；
[0039]7)通过设计相邻的板片的距离为H，等腰三角形底边的长度为h，相邻的倾斜部分的距离为w，等腰三角形的顶角为b，所述突刺的延伸方向与混合物的流动方向的夹角为a等参数沿着流体流动方向的变化，提高了换热效率或者降低流体压力。
[0040]8)解决了含有不凝气体的换热效率低的问题，大大的节约了能源。
【附图说明】
[0041]图1是本实用新型一种板翅式换热器换热板片结构示意图；
[0042]图2是本实用新型一个板翅单元的结构示意图；
[0043]图3是本实用新型设置突刺结构垂直部分平面的示意图；
[0044]图4是本实用新型设置突刺结构垂直部分平面的另一个示意图；
[0045]图5是本实用新型的三角形突刺结构示意图；
[0046]图6是本实用新型三角形突刺流道中的切面结构示意图；
[0047]图7本实用新型突刺向垂直部分两侧延伸的结构示意；
[0048]图8垂直部分突刺、孔对压力及质量交换的影响示意图。
[0049]附图标记如下:
[0050]1密封件，2流体通道，3板片，4垂直部分，5水平部分，6突刺，7翅片。
【具体实施方式】
[0051]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做详细的说明。
[0052]本文中，如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“ X ”、表示乘法。
[0053]如图1所示，一种用于非共沸多组分混合物冷凝的板翅式换热器，所述板翅式换热器包括互相平行的板片3，所述相邻的板片3之间形成流体通道2，所述相邻的板片3之间设置翅片7。所述翅片7包括垂直与板片3的垂直部分4，在垂直部分4上通过冲压方式加工突刺6，从而使垂直部分4两侧的流体通过垂直部分4上通过冲压方式形成的孔连通；所述突刺6从垂直部分4向外延伸。
[0054]通过设置突刺6，具有如下的优点:
[0055]1) 一方面可以破坏层流底层，另一方面与“打孔”翅片相比，未因打孔损失换热面积，而且“刺”和“孔”可以分别在不同高度上扰动流体，强化不同的热阻环节；
[0056]2)冲压“微刺”形成的小孔，借助“微刺”下游压力场的影响，可实现翅片两侧介质的压力及质量交换，对粘性底层和液膜的稳定性造成破坏；
[0057]3)针对非共沸多组分混合物的流体，能够借助“微刺”实现扩大气液界面以及气相边界层与冷却壁面的接触面积并增强扰动；
[0058]4)易加工实现，制作难度和成本不会明显上升。
[0059]在板翅式换热器内采取上述措施，能够极大的提高了非共沸混合介质冷凝换热简易又有效的技术。与采取“打孔”翅片相比，能够提高20 - 30%的换热效率。
[0060]作为优选，所述的突刺6与混合物的流动方向所形成的夹角为锐角，如图8所示。
[0061]作为优选，如图2所示，所述的翅片7为直角型翅片，所述翅片7包括水平部分5和垂直部分4，所述水平部分5与板片3平行并且与板片3贴在