专利名称：渐缩流通面积换热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种化工、医药、暖通、纺织等领域的换热设备，尤其是以水蒸汽(或类似水蒸汽的气体)为热媒加热其它介质的管壳式换热器。
迄今为止，以水蒸汽为热媒加热其它介质的换热器的凝结水热量回收问题一直没有较经济合理的解决方法。对中、低压水蒸汽来说，如果将其凝结水从饱和温度冷却到50℃，约能回收20％的热量。但实际上凝结水的热量回收却不尽人意，主要存在以下问题其一，如果在同一台换热器中回收凝结水的热量，水蒸汽走管程，被加热介质走壳程，由于水蒸汽冷凝段与其凝结水冷却段的管程流通面积相同，凝结水的体积较其蒸汽的体积小得多，因而在冷却段换热管内的凝结水流速很低，管内流体膜传热系数小，故换热器冷却段总传热系数小。以水蒸汽加热水为例，其冷却段总传热系数约为300kcal/(m2·h·℃)。这意味着要回收20％的热量需增加约1倍的换热面积，设备投资增大。若水蒸汽走壳程，被加热介质走管程，由于壳程流通面积通常较管程的流通面积大，凝结水的流速更低，因此其热量的回收更不现实。
其二，如果将饱和温度下的凝结水引入另一台换热器使其继续冷却来回收热量，尽管可提高总传热系数，换热面积较上述情况的小，但由于增加了一台换热器及相应阀门管件等，必然增大设备投资及运行检修费用。
另外，对换热过程仅为冷凝传热(被加热介质仅吸收水蒸汽的汽化潜热不吸收凝结水热量)的换热器，由于水蒸汽不断的被冷凝，汽量逐渐减小，而流通通道面积不变，因而其流速降低，传热膜系数也随之降低。
本发明的目的是提供一种渐缩流通面积换热器，使水蒸汽在管程冷凝段后往返程仍保持有较高流速，并显著提高其凝结水在管程冷却段的流速，从而提高总传热系数，节省投资和能源，较经济合理地用单台换热器实现管程水蒸汽(或类似水蒸汽的气体)的冷凝及其凝结水(液)的冷却、壳程介质被加热的换热过程。
本发明的技术解决方案
一种渐缩流通面积换热器，它主要由壳体、管箱、管板、换热管束、分程隔板、折流板、拉杆、定距管及支座等组成，换热管束由多根U形管组成，，管箱上设有水蒸汽进口管和凝结水出口管，管箱内设有分程隔板，壳体上设有被加热介质进口管与被加热介质出口管，壳体内也可设置分程隔板(必要时)，其特征在于换热管束的各U形管的弯曲平面均水平放置，换热管束内的管程水蒸汽冷凝段被分程隔板分隔为流通通道面积不同的双往返程(水蒸汽在U形管中从流入到流出称为1个往返程)或多往返程流通通道，后一往返程通道较前一往返程通道的流通面积为小；管程凝结水冷却段的管箱侧各U形换热管管口之间以单管或多管的出口和进口用围管圈依次相互连接连通，形成冷却段整体的单管或多管凝结水流通通道。
本发明的变流通面积换热器的优点水蒸汽冷凝段后一往返程的流通面积的变小，使水蒸汽在由于冷凝而汽量减小的情况下，在后一往返程仍保持较高的流速；凝结水在冷却段只能在流通面积变小的单管或多管凝结水流通通道内流动，其流速显著提高。采用围管圈连接连通冷却段整体的单管或多管凝结水流通通道，可使换热管排列的间距与常用的管间距一致。通过水蒸汽冷凝段和凝结水冷却段流通面积的变小，可使换热器的总传热系数提高约60％，节省投资约10％～40％，节能约20％，可较经济合理地用单台换热器实现管程水蒸汽(或类似水蒸汽的气体)的冷凝及其凝结水(液)的冷却、壳程介质被加热的工艺过程。
以下结合附图及实施例，对本发明的变流通面积换热器作进一步描述
图1为本发明的结构主视示意图；图2为图1的结构俯视示意图；图3为图1的结构左视B-B剖面示意图；图4为图3的局部放大示意图；图5为图4的C-C剖面示意图。
如图1～5所示，本发明主要由壳体11、管箱5、管板4、换热管束12、折流板13、拉杆15、定距管14及支座18组成。换热管束12为多根U形管，U形管弯曲平面水平放置，其上穿有折流板13，折流板13由固定在管板4上的拉杆15、螺母16及定距管14固定其位置。各U形管穿过管板，端部与管板胀接或焊接连接。换热管束12套入壳体11内，法兰9、螺柱7及螺母8将管板4夹持固定，使管箱5与壳体11连接为一体。管箱5上设有水蒸汽进口管6及凝结水出口管1，其内设有分程隔板2、3及19。壳体11上设有被加热介质进口管17及被加热介质出口管10，壳体11与支座18焊接连接。本发明的特征在于管程水蒸汽冷凝段被分程隔板2、3、19分隔为双往返程或多往返程流通道，后一往返程通道水蒸汽进口21的U形管的根数少于前一往返程通道水蒸汽出口20的U形管根数，即后一往返程通道的流通面积小于前一往返程通道的流通面积；与水蒸汽冷凝段U形管的出口24相通的凝结水冷却段保留单个或多个U形管的进口，其余各U形管管口之间以单管或多管的出口和进口依次相互连接连通，形成冷却段整体的单管或多管凝结水流通通道。
本发明中，凝结水冷却段换热管束各U形管形成的单管凝结水流通通道结构为，保留与冷凝段换热管束出口24相通的冷却段换热管束中的一个U形管的进口25，分程隔板另一侧的该U形管的出口与同侧另一U形管的进口相连接连通，同理连接连通其余的U形管，最后在冷却段U形管的进口的另一侧保留一个U形管的出口22，形成一整体的单管凝结水流通通道，图3、4及5所示即为这种结构。
凝结水冷却段换热管束各U形管形成的多管凝结水流通通道结构为，保留与冷凝段换热管束出口24相通的冷却段换热管束中的两个或两个以上的U形管的进口，分程隔板另一侧的该两个或两个以上的U形管的出口，与同侧另两个或两个以上的U形管的进口相连接连通，同理连接连通其余的U形管，最后在冷却段U形管的进口的另一侧保留两个或两个以上的U形管的出口，形成一整体的两个或两个以上的多管凝结水流通通道。
本发明中，水蒸汽冷凝段双往返程流通通道的结构为，水蒸汽冷凝段换热管束U形管的进口23、21和出口20、24，被分程隔板2、3及19分隔形成水蒸汽冷凝段双往返程流通通道，后一往返程水蒸汽进口21的U形管的根数少于前一往返程水蒸汽出口20的U形管根数，即后一往返程的流通面积小于前一往返程的流通面积，图3所示即为这种结构。
水蒸汽冷凝段多往返程流通通道的结构为，水蒸汽冷凝段换热管束U形管的进口和出口，被若干块分程隔板分隔形成水蒸汽冷凝段三个或三个以上往返程流通通道，每一后往返程水蒸汽进口的U形管的根数少于其前一往返程水蒸汽出口的U形管根数，即每一后往返程的流通面积小于其前一往返程的流通面积。
水蒸汽冷凝段采用双往返程或多往返程结构，凝结水冷却段采用单管或多管凝结水流通通道结构，视水蒸汽或凝结水流量的大小及管程压力降的大小而定。这样，不仅水蒸汽在冷凝段能够保持较高的流速，且凝结水在冷却段的流速大为提高，从而使换热器的总传热系数显著提高。
本发明中，凝结水冷却段换热管束中各U形管的进口与出口的连接，可采用薄钢板制作的围管圈20与管板4之间焊接而成的结构连接连通，图4和5所示即为这种结构，也可采用其它连接件连接连通。
本发明的渐缩流通面积换热器的换热工作过程如下水蒸汽由进口管6进入管箱5后，从被管程分程隔板3和19分隔的冷凝段换热管束的进口23流入U形管中以一定的速度流动，部分水蒸汽被冷凝为凝结水，放出的汽化潜热通过换热管壁传给管外的被加热介质，经一个往返程后剩余的水蒸汽从U形管出口20流出，流入由分程隔板2和19分隔的与U形管出口20相通的冷凝段下一往返程的换热管束的进口21中，由于后一往返程的U形管进口21的数量较前一往返程的U形管出口20的数量少，流通面积小，因而剩余的水蒸汽在后一往返程仍能保持有较高的流速，传热系数也较高。经后一往返程的冷凝传热后，水蒸汽被全部冷凝为凝结水，凝结水从冷凝段后一往返程的换热管束的出口24流出后，流入被分程隔板3和19分隔的与其出口相通的冷却段换热管束的单管或多管进口25，以较高的流速在冷却段的单管或多管流通通道内多次往返流动，通过换热管壁将热量传给管外的被加热介质，最后被冷却到适当的温度，从冷却段换热管束的出口22流出，经出口管1流出换热器。在水蒸汽冷凝和凝结水冷却的同时，被加热介质经进口管17流入壳体11中，多次绕折流板13在换热管束12外流动，横向冲刷换热管束，吸收通过管壁传出的热量，达到被加热的温度后，经出口管10流出换热器。
权利要求
1.一种渐缩流通面积换热器，它主要由壳体、管箱、管板、换热管束、分程隔板、折流板、拉杆、定距管及支座等组成，换热管束由多根U形管组成，，管箱上设有水蒸汽进口管和凝结水出口管，管箱内设有分程隔板，壳体上设有被加热介质进口管与被加热介质出口管，其特征在于换热管束的各U形管的弯曲平面均水平放置，换热管束内的管程水蒸汽冷凝段被分程隔板分隔为流通通道面积不同的双往返程或多往返程流通通道，后一往返程通道较前一往返程通道的流通面积为小；管程凝结水冷却段的管箱侧各U形换热管管口之间以单管或多管的出口和进口用围管圈依次相互连接连通，形成冷却段整体的单管或多管凝结水流通通道。
2.按权利要求1所述的渐缩流通面积换热器，其特征在于管程凝结水冷却段换热管束各U形管形成的单管凝结水流通通道结构为，保留与冷凝段换热管束出口相通的冷却段换热管束中的一个U形管的进口，分程隔板另一侧的该U形管的出口与同侧另一U形管的进口相连接连通，同理连接连通其余的U形管，最后在冷却段U形管的进口的另一侧保留一个U形管的出口，形成一整体的单管凝结水流通通道。
3.按权利要求1所述的渐缩流通面积换热器，其特征在于管程凝结水冷却段换热管束各U形管形成的多管凝结水流通通道结构为，保留与冷凝段换热管束出口相通的冷却段换热管束中的两个或两个以上的U形管的进口，分程隔板另一侧的该两个或两个以上的U形管的出口，与同侧另两个或两个以上的U形管的进口相连接连通，同理连接连通其余的U形管，最后在冷却段U形管的进口的另一侧保留两个或两个以上的U形管的出口，形成一整体的两个或两个以上的多管凝结水流通通道。
4.按权利要求1、或2、或3所述的渐缩流通面积换热器，其特征在于管程冷却段换热管束中各U形管的进口和出口采用薄钢板制成的围管圈与管板焊接的结构连接连通。
5.按权利要求1、或2、或3所述的渐缩流通面积换热器，其特征在于管程水蒸汽冷凝段被分程隔板分隔为双往返程流通通道，各往返程的流通通道面积不同，后一往返程较前一往返程的流通面积为小。
6.按权利要求1、或2、或3所述的渐缩流通面积换热器，其特征在于管程水蒸汽冷凝段被分程隔板分隔多往返程流通通道，各往返程的流通通道面积不同，每一后往返程较其前一往返程的流通面积为小。
全文摘要
本发明涉及一种渐缩流通面积换热设备,它主要由壳体、管箱、管板、换热管束、分程隔板、折流板、拉杆、定距管及支座等组成,换热管束的各U形管的弯曲平面均水平放置,换热管束内的管程水蒸汽冷凝段被分程隔板分隔为流通通道面积不同的双往返程或多往返程流通通道,后一往返程通道较前一往返程通道的流通面积为小;管程凝结水冷却段的管箱侧各U形换热管管口之间以单管或多管的出口和进口用围管圈依次相互连接连通,形成冷却段整体的单管或多管凝结水流通通道。
文档编号F28D5/00GK1284646SQ0011200
公开日2001年2月21日 申请日期2000年1月4日 优先权日1999年8月12日
发明者王兰生 申请人:江苏双良科技有限公司