三管程列管式换热器的制作方法

本实用新型涉及三管程列管式换热器设计技术领域，尤其涉及用单管程列管式换热器改造成的三管程列管式换热器。

背景技术：

目前，工业上常使用的列管式换热器都是单管程或者是2，4，6偶数型多管程的。优点是设计比较成型，选型迅速方便，使用安全可靠。缺点是，当换热器出现设计误差或者在用的换热器它的实际使用工况与设计工况有差别时，在通过调整工艺参数仍然不能满足生产要求时，只能通过重新设计换热器，更换换热器，达到生产换热目的。但是，面对具体装置，一方面期望改善换热效果，需要通过调整换热器结构参数才得以实现，另一方面，换热器实际的安装使用空间受限，换热器结构参数调整受限，这两者是一对难以解决的矛盾。

双管程或者四管程列管式换热器，尽管是仅通过改变少量换热器结构参数而实现换热效果改善的常用方法，在很多场合普遍适用。如果用它们替代单管程列管式换热器，则需要改变进出管口位置。

另外，在用的或者闲置的单管程列管式换热器，通过换热器计算选型不合适时，很少进一步考虑对它进行多程化的改造设计。主要的原因是由于单管程列管式换热器管板布管固定，分割管程的管箱与固定管板之间的隔板难以布置，隔板与固定管板之间难以实现密封。

技术实现要素：

发明目的

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种采用单管程列管式换热器改造成的三管程列管式换热器，在不改变换热器外形结构参数的基础上，增强换热器的换热效果，满足生产需求。

技术方案

一种三管程列管式换热器，所述列管式换热器是由管程空间和壳程空间两个空间构成的两种流体流动的通道，其特征在于：在管程空间内设置隔板，将管程空间分为三份；隔板将管程空间分割为均匀布置或非均匀布置两种方式；进料端设置在封头端或封头端侧面。

管程空间均匀布置时，列管为正三角形布管方式，均匀三等分换热器管束；管程空间非均匀布置时，列管为正三角形布管方式或正方形布管方式。

进料端设置在封头端是指进料端平行于列管式换热器轴线。

进料端设置在封头端侧面是指进料端垂直于换热器列管轴线。

列管为正三角形布管方式时，换热器两端的管程通过间隔120度的两个隔板分割成两个区域；以换热器轴心为圆心，在换热器两端0度水平面上均固定一个隔板，在换热器的任一端，以该端0度水平面上的隔板为基准，顺时针旋转120度安装该端第二块隔板；另一端以该端0度水平面上的隔板为基准，逆时针旋转120度安装该另一端的第二块隔板；实现等分三管程。

单管程换热器密封槽下方列管通过堵头焊密封，在上方增加隔板密封槽，通过隔板分隔扇形区域，实现三等分管程。

焊密封是指：用堵管连杆堵住在上方增设密封槽的换热器列管，堵管连杆的两端设有堵头，堵头外径比换热器列管内径小0.5mm，堵头高度10mm，堵管连杆与其两端堵头的总长度比换热器列管长度短3~5mm。

管程空间为非均匀布置时，采用一块隔板将换热器一端管程分割成两个圆缺区域，一个是三分之一，一个是三分之二；换热器另一端，在隔板的对称位置，也通过一块隔板，将管程分割成两个圆缺区域，因此，一个是三分之一，另一个是三分之二；从而实现三管程。

优点及效果

本实用新型是一种三管程列管式换热器，具有以下优点：

应用传热理论，在不改变传热面积，换热介质条件下，通过增加管程，增加管程流速的方法，通过提高换热器中较小侧管程流体的对流传热系数，解决传热热阻的主要矛盾，实现增加换热负荷的目的。

拓宽了换热器的设计与选型模式；单管程改成三管程换热器，换热效果明显加强，特别是解决了不调整换热器冷热流体温度，流量，种类，不改变换热器结构参数的同时，达到强化传热的效果，解决工业实际生产应用问题；可以对不适用的闲置的换热器进行合理改造设计，实现废物利用，节省工厂固定资产投资。

附图说明

图1为隔板均匀布置时换热器端部的截面图，图1（a）为一端截面图，图1（b）为另一端截面图。

图2为管程流体的路径图。

图3为隔板非均匀布置时换热器端部的截面图，图3（a）为一端截面图，图3（b）为另一端截面图。

图4为堵管连杆结构示意图，图4（a）为带堵头的连杆，图4（b）为换热器列管，图4（c）为连杆与换热器列管焊接示意图。

图5为隔板密封槽结构示意图，图5（a）为隔板密封槽剖视图，图5（b）为密封槽支撑板平面视图。

图6为三管程换热器管箱结构示意图，图6（a）为管箱剖视图，图6（b）是Y-Y面视图，图6（c）是X-X面视图，图6（d）是隔板平面视图。

附图标记说明：

1、堵头；2、堵管连杆；3、换热器列管；4、隔板密封槽；5、密封槽支撑板；6、辅助连接板；7、隔板支撑；8、隔板拉筋；9、环向隔板；10、纵向隔板；11、纵向隔板与隔板密封槽密封连接部。

具体实施方式

基于换热器强化传热理论，可通过增加管程来提高换热器的总传热系数。

在物料流量及换热介质温度已经受到限制，在不改变换热器面积时，为提高换热效果，通常可通过增加对流传热系数较小侧的流体的速度来增强换热器换热效果，特别是在壳程流体的对流传热系数远远大于管程流体的对流传热系数，管程流体速度不太高的情况下，可通过增加管程的方法，提高管程流体的流速，提高管程流体的对流传热系数，从而大幅提高换热器的总传热系数。

本实用新型采用三管程列管换热器代替换热面积、列管数目相同的单管程列管换热器，确实能够在一定范围内增强换热效果，目前工业上还没有或少有三管程列管式换热器设计使用实例。

列管式换热器是由两个空间构成的两种流体流动的通道。管程构成了管内流动的空间，管和壳之间的区域构成了壳程空间，两种流体在各种的空间内不直接接触流动，由于流体温度不同，实现换热。

所说的三管程是指，通过在管程空间加入隔板，流体不是一次通过所有管，而是管程空间被分成三份，举个例子，如果有90根管，流体一次流过30根管，然后再流过另外30根管，最后再流过30根管，这即为三管程。

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

本实用新型是一种三管程列管式换热器，如图1、图2和图3中所示，所述列管式换热器是由管程空间和壳程空间两个空间构成的两种流体流动的通道，其特征在于：在管程空间内设置隔板，将管程空间分为三份；根据隔板设置方式将管程空间分割为均匀布置或非均匀布置两种方式；进料端设置在封头端或封头端侧面。

管程空间均匀布置时，列管为正三角形布管方式，均匀三等分换热器管束；管程空间非均匀布置时，列管为正三角形布管方式或正方形布管方式。如图1相邻的3个列管的圆心连接起来是正三角形；如图3相邻的4个列管的圆心连接起来是正方形。

进料端设置在封头端是指进料端平行于列管式换热器轴线。

进料端设置在封头端侧面是指进料端垂直于换热器列管轴线。

如图1所示，列管为正三角形布管方式时，换热器两端的管程通过间隔120度的两个隔板分割成两个区域；以换热器轴心为圆心，在换热器两端0度水平面上均固定一个隔板，在换热器的任一端，以该端0度水平面上的隔板为基准，顺时针旋转120度安装该端第二块隔板；另一端以该端0度水平面上的隔板为基准，逆时针旋转120度安装该另一端的第二块隔板；实现等分三管程。

多管程换热器均设有隔板和隔板密封槽，是在固定换热器列管的管板上设置密封槽。当列管式换热器为多管程换热器时，在管板上预留出设计隔板密封槽的位置。改造单管程换热器为三管程换热器时，由于原先的管板上方没有密封槽，也没有设置密封槽的位置，因此必须把占据密封槽位置的列管堵上，焊接上铁板，再在铁板上焊接上密封槽，这样就可以固定隔板，分割管程。将单管程换热器改造成三管程换热器，是将单管程换热器密封槽下方列管通过堵头焊密封，在上方增加隔板密封槽，通过隔板分隔扇形区域，实现三等分管程。

单管程换热器密封槽下方列管通过堵头焊密封，在上方增加隔板密封槽，通过隔板分隔扇形区域，实现三等分管程。

如图4所示，焊密封是指：用堵管连杆2堵住在上方增设密封槽的换热器列管，堵管连杆2的两端设有堵头1，堵头1外径比换热器列管3内径小0.5mm，堵头高度10mm，堵管连杆2与其两端堵头的总长度比换热器列管长度短3~5mm。

堵头1是增设的，换热器列管3是待改造的换热器原有的，但由于需要给出增设密封槽的位置，因此需要把列管用堵头堵上，用堵头把列管两端密封焊住。

如图3所示，管程空间为非均匀布置时，采用一块隔板将换热器一端管程分割成两个圆缺区域，一个大约是三分之一，一个大约是三分之二；换热器另一端，在隔板的对称位置，也通过一块隔板，将管程分割成两个圆缺区域，因此，一个大约也是三分之一，另一个大约也是三分之二；从而实现三管程。

如图5所示，密封槽支撑板5与辅助连接板6密封焊接。隔板密封槽4上方按多程换热器隔板密封槽标准设计。长度为半径长度，宽度约比换热器列管直径小2~4mm，高度约为30~50mm。图5（a）为隔板密封槽剖视图，图5（b）为密封槽支撑板平面视图。

管程管箱内隔板空间的改造，根据进料位置不同，分为平行于列管轴线和垂直于列管轴线两种形式，下面分别进行介绍：

第一种方式如图6所示，其中7为隔板支撑，8为隔板拉筋，9为环向隔板，10为纵向隔板，11为纵向隔板与隔板密封槽密封连接部。从封头中心以平行于列管轴线的方式进料，是最复杂的一种改造方式。同时，也是最不影响换热器空间布置和配管的一种形式。

其中环向隔板9为240度扇形，环向外侧与管箱壁焊接，在环向方向上，每隔60度增设隔板支撑7，用隔板拉筋8焊接环向隔板9与隔板支撑板7，因此需用五个隔板拉筋和五个隔板支撑板。纵向隔板10上方与环向隔板内侧焊接，下方进入密封槽中。由于换热器自然流通时，内部压力不平衡来自于阻力，因此隔板厚度不需要设计太厚，取6~10mm即可。

第二种方式即从封头侧面以垂直于列管轴线的方式进料。这种方式的改造，与第一种方式的改造相比，不用制作环向隔板，不用制作隔板支撑，不用制作隔板拉筋，仅在封头上焊接间隔120度的两块纵向隔板即可。并且这种方式的改造也可以把单管程换热器改成2管程、4管程等其它形式的多管程换热器。

本实用新型工作原理如下：

在换热器分程设计上，既可以采用扇形三等分换热器列管的方式，实现换热器列管的均匀分程，也可以采用半月板式分程，实现换热器列管的大概分程，前者主要适用于换热器列管以三角形布置排列的这种方式，而后者可以适用任意形的换热器列管布置方式。

对于三管程换热器的设计，可以通过在管箱侧面进料或出料，在封头上设置隔板，在管板上设置隔板密封槽得以实现。

对于单管程列管式换热器改造为三管程换热器，主要需要完成管板上方隔板密封槽的改造以及管程管箱内隔板空间这两方面的改造。为了制作隔板密封槽，改造时需要封堵密封槽下方列管、需要制作密封槽辅助连接板，实现隔板密封。为通过隔板分程，需要制作隔板支撑、隔板拉筋、环向隔板以及纵向隔板。

如图2所示，流体从换热器一端的120度扇形区域A列管流入，在换热器的另一端流出，另外一端连通的是240度扇形区域A’B’，由于流体总是自然的从高压流向低压，因此，流体只能在240度扇形区域A’B’内，寻找到剩余的没有流体的管程B’折返，流入到另一端BC，并在流体压力推动下，再次折返流入到C’。即流体通道为A--A’B’--BC--C’，即管程空间通过两次折返，分别被流体流经了三次，实现等分三管程。

实施例：

生产过程为单管程换热，换热器壳体内径700mm，列管长度2米，规格为25×2mm，根数为318根，正三角形排列，换热面积为47.1m²，换热器材质为不锈钢。换热器管程介质为某有机混合溶液，混合溶液的比热(56℃下2.432kJ/kg·k)，粘度(0.667mPa·s)，导热系数(0.1926w/m·k)，流量约为60000kg/小时，进口温度约为60℃，出口温度约为52~43℃，壳程为冷却水，进口温度为20℃，出口温度约为23~26℃。

经过模拟计算，单管程换热时，管程的对流传热系数为359.7w/m²·k，加上壳程，及污垢热阻，换热器总传热系数为281.8 w/m²·k，换热负荷为435KW。

当将此换热器改造为三管程换热时，换热管根数降低至278根，换热面积减少至42.1m²，管程的对流传热系数为961.6w/m²·k，加上壳程，及污垢热阻，换热器总传热系数为550.3 w/ m²·k，换热负荷为669.7KW。

虽然由于在管板上安置隔板密封槽损失了10.6%换热面积，但是由于管程的对流传热系数增加为原先的2.67倍，换热器总传热系数增加为原先的1.95倍，换热负荷增加为原先的1.54倍，即换热能力增加了54%。因此换热器设计为三管程是有效的，它大大提高了换热能力。

通过在管板上方焊接隔板密封槽，在管箱和封头上焊接环向隔板和纵向隔板及其相应的支撑板，可以实现列管式单管程换热器分程。因此将单管程换热器改造为三管程是可行的。