折流杆式高通量管换热器的制作方法

本实用新型属于压力容器冷换设备技术领域，尤其涉及一种折流杆式高通量管换热器。

背景技术：

在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常用作把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。换热器是化工生产中重要的单元设备，根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%，其重要性可想而知。

传统的换热器由于换热效率低导致整个装置所需的换热器的数量比较庞大，体积、占地面积和空间也比较大，占用整体装置的资金也比较多。由于换热器自身运行介质和结构的多样性，会对设备造成不同的损坏和失效。例如：腐蚀失效、脆性失效、弹性失效、塑性失稳、疲劳失效等。这些失效或失稳会导致换热器爆炸、破裂、泄漏、变形等不同程度的损坏。本换热器是既能通过高通量管强化沸腾传热提高换热器的换热效率，又能通过折流杆的结构有效的降低换热管的振动，延长设备的使用寿命。可以用一台设备代替多台设备，减小设备使用的面积和空间，节约投入资金，最终降低对多设备多环节运行带来的安全隐患。

技术实现要素：

本实用新型就是针对上述问题，提供一种可有效降低换热管的振动、换热效率高的折流杆式高通量管换热器。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，本实用新型包括筒体，筒体下端设置有鞍座，筒体内设置有换热管和竖向折流圈，其结构要点换热管采用外烧结型高通量管式换热管，换热管穿过折流圈；所述折流圈包括支撑圈，支撑圈上设置有换热管支撑限位折流杆 ，支撑圈与筒体内壁固定。

所述筒体两端设置有外导流筒，外导流筒的直径大于筒体的直径，外导流筒通过变径段与筒体筒节连接，外导流筒内设置有内导流筒，内导流筒上半部开设有均匀布置的壳程介质通孔；所述换热管从内导流筒中部穿过。

所述筒体前端外导流筒的前端连接前管箱，筒体后端外导流筒的后端连接后管箱；筒体前端外导流筒上设置有壳程介质出口，筒体后端外导流筒上设置有壳程介质进口，前管箱上设置有管程介质进口，后管箱上设置有管程介质出口；前管箱与后管箱通过换热管相连。

作为一种优选方案，本实用新型所述内导流筒的直径与筒体直径一致。

作为另一种优选方案，本实用新型所述壳程介质通孔的直径为12mm。

作为另一种优选方案，本实用新型所述筒体前端外导流筒与壳程介质出口、筒体后端外导流筒与壳程介质进口、前管箱与管程介质进口、后管箱与管程介质出口均通过法兰连接。

作为另一种优选方案，本实用新型所述外导流筒采用Q345R钢筒。

其次，本实用新型所述折流圈为两个，分别设置在筒体两端；一个折流圈的折流杆由上至下横向均布，另一个折流圈的折流杆由左至右纵向均布。

另外，本实用新型所述折流杆的直径比相邻两个换热管之间的距离小0.5mm。

本实用新型有益效果。

本实用新型涉及到强化沸腾传热换热元件，特别涉及到一种换热器降低流体诱发振动的结构。

本实用新型可提高换热器的换热效率和降低换热器壳程流体诱发振动对换热器的损害。

本实用新型为了提升换热器的换热效率，将传统上采用的光洁表面的换热管改用现用的外烧结型高通量管式换热管。这种外烧结型高通量管是指采用粉末冶金的方法在普通换热管表面烧结一薄层具有特定结构的多孔表面高效换热管。表面多孔层的凹穴与孔隙相互连通，可以显著强化沸腾传热，传热效果可提高20倍以上。这是至今为止换热系数最高的管式传热元件。与光管相比，烧结型表面多孔管具有如下优越性。

1.其换热效率是普通换热管的2～3倍。

2.其耗能比普通换热管降低最少25%。

3.临界热负荷比普通光管高50%以上。

4.其排污结垢的效果要远高于普通换热管。

对于高通量管，正是由于其管壁外表面烧结的铁粉（或铜粉），使其表面形成了大量的细小的凸起和凹陷，增大了换热管的换热面积。（其效果相当于动物体的小肠的凸起增大了吸收面积。）而其作用不仅仅是增大换热面积，同时这些凸起和凹陷形成的不均匀的外表面影响了管内液体的流动形式。以往液体在普通换热管内流动时一般就是以沿管径向的流动，而因为这些大面积凸起和凹陷的存在使液体还同时产生了横向、环向的液体流向，这就相当于阻留得作用，延缓了液体的流动速度。管外壁的凸起和凹陷同时也是液体气泡核心形成的中心。这种气泡核心边界面上表面张力的影响，汽泡内的压力与周围介质的压力，保持或大于压力差ΔP，汽泡才能处于平衡状态长大，这个压力差是由液体的过热度来提供的，当介质相同时，ΔP只与R（气泡半径）有关。也就是形成的汽泡越小，所需要的压力差越大，需要提供的过热度也越大，消耗上级设备提供的热能也就越大。在光管表面，由于偶然获得的凹坑、尖角处产生的汽泡的R往往很小，因此需要在较高的过热度下才能产生汽泡。而对于高通量管来说，在多孔层中存在有大量的互相连通的小孔穴，形成了很多泡核中心，这些孔穴能够稳定地截留大量而且直径较大的汽泡核心。这种气泡大大降低了液体沸腾汽化的温度。同时这种泡核在流动中因为压力及冲击作用使液体内及附着在管壁上的重组分物体（杂质）随液体流走，不会粘粘到管壁上。这就是高通量管为什么又节能，又有好的换热效果，同时使用寿命要明显高于普通换热管的原因。能显著地强化沸腾给热，减少所需换热面积一半左右，在大型乙烯和大型芳烃等化工和石化装置中应用前景广阔。

由于换热器换热元件采用外烧结型高通量管，壳程的结构也应按做出调整，采用折流杆代式替传统的折流板式结构，并在壳程内设置内导流筒。其原因有一下几点。

1）外烧结型高通量管的外表面有铁粉或铜粉的烧结层，其外径比光管外径大，导致折流板管孔与换热管的组装间隙过小，不利于换热器换热管组装。

2）在组装换热器换热管时，由于折流板与高通量管的摩擦会导致外烧结层的大面积脱落，从而降低换热效率。

3）可以采用在每个折流板12管孔处增加一个聚四氟乙烯的保护套11，见附图4保护套，其在折流板的管孔上安装，防止高通量管10的外壁烧结层被折流板的管孔磨损，解决烧结层脱落现象，但是需要的成本会增加很多，人工操作起来比较费时。而且这种保护套能够承受的温度也不是很高，在很多大于250℃的工况下，不能使用这种保护套。

4）由于高通量管在设备运行时，会产生大量的沸腾气泡，气泡膨胀到一定的程度后爆破，对设备造成很大的震动。另外，高通量管的烧结层能够一定的改变介质在换热管表面的流向，这也会导致换热器的振动。这些振动是导致设备管头焊缝的出现裂纹或泄露的主要因素。

基于以上原因，将折流板式改为折流杆式，在筒体内增设内导流筒能够显着的改善高通量管给设备带来的振动影响。

折流杆换热器是一种新型高效的传热设备,具有抗振性能强、流动阻力小、不易结垢、传热性能好及表面温度均匀等优点。它不同于常用的垂直弓形板换热器,其换热管子由折流杆组成的折流圈组支承,在上下左右4个方位将管子支撑固定,壳程流体为轴向流动,消除了流体反复横向流过换热管时产生的诱导振动;壳程流动阻力小,流速增加,紊流程度增大,从而强化了传热。另外，也不会对高通量管的烧结层产生组装破坏。

外导流筒结构是在壳体的两端设置两节直径大于筒体直径的筒体，用变径段（类似于半剖的膨胀节）将大直径筒体和壳体筒节连接在一起。大直径筒体内部设置于筒体直径一致的内导流筒，内导流筒上半部开设均匀布置的φ12的小孔，使介质能够从小孔处顺利通过，保证介质的流通面积。外导流筒的结构其作用如下。

变径段可以补偿换热管与筒体之间的热膨胀差的作用，是换热管及筒体间的热膨胀应力对管板焊缝的影响化解到最小，保证了设备的使用寿命。

大直径筒体与筒体之间有一定的空间，这部分空间可以增加换热管外表面产生气泡的蒸汽通道，减小蒸汽气泡对换热管的冲击，降低流体秀发振动。

内导流筒可以起到防冲板的作用，避免介质直接冲刷到换热管上，造成对换热管的局部冲蚀。

本发明的效果和益处是既能通过高通量管强化沸腾传热提高换热器的换热效率，又能通过折流杆的结构有效的降低换热管的振动，延长设备的使用寿命。可以用一台设备代替多台设备，减小设备使用的面积和空间，节约投入资金，最终降低对多设备多环节运行带来的安全隐患。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。

附图1是本实用新型折流杆式高通量管换热器结构图。

图中：1后管箱；2内导流筒；3筒体；4鞍座；5折流圈；6外导流筒部分；7前管箱。

附图2-1、2-2是本实用新型内导流筒结构图。

附图3-1、3-2是本实用新型折流圈结构图。

图中：8支撑圈；9折流杆。

附图4是折流板保护套结构图。

图中：10高通量管；11聚四氟乙烯的保护套；12折流板。

具体实施方式

如图所示，本实用新型包括筒体，筒体下端设置有鞍座4，筒体内设置有换热管14和竖向折流圈12，换热管采用外烧结型高通量管式换热管，换热管穿过折流圈；所述折流圈包括支撑圈8，支撑圈上设置有换热管支撑限位折流杆9 ，支撑圈与筒体内壁固定。

所述筒体两端设置有外导流筒6，外导流筒的直径大于筒体的直径，外导流筒通过变径段与筒体筒节连接，外导流筒内设置有内导流筒2，内导流筒上半部开设有均匀布置的壳程介质通孔13；所述换热管从内导流筒中部穿过。

所述筒体前端外导流筒6的前端连接前管箱7，筒体后端外导流筒的后端连接后管箱；筒体前端外导流筒上设置有壳程介质出口，筒体后端外导流筒上设置有壳程介质进口，前管箱上设置有管程介质进口，后管箱上设置有管程介质出口；前管箱与后管箱通过换热管相连。

所述内导流筒的直径与筒体直径一致。

所述壳程介质通孔的直径为12mm。

所述筒体前端外导流筒与壳程介质出口、筒体后端外导流筒与壳程介质进口、前管箱与管程介质进口、后管箱与管程介质出口均通过法兰连接。

所述外导流筒采用Q345R钢筒。

所述折流圈为两个，分别设置在筒体两端；一个折流圈的折流杆由上至下横向均布，另一个折流圈的折流杆由左至右纵向均布。

所述折流杆的直径比相邻两个换热管之间的距离小0.5mm。

图1所示为本发明高通量管折流杆式换热器主体结构示意图。换热器主要是由前（后）管箱7（1）、筒体3、换热管组成。换热器通过鞍座4支撑固定在基础上，各个接口用法兰连接到管道上。管程介质通过N1接口进入管箱，流经换热管后由N2接口流出。壳程介质通过N3接口，经过壳体内部折流圈由N4接口流出。在这个过程中，管程介质和壳程介质通过换热管进行热交换，达到热传递的目的。

图1筒体3外导流筒6可以补偿换热管与筒体之间的热膨胀差的作用，其为一种大波形膨胀节结构、材料为Q345R，它是一种能自由伸缩的弹性补偿元件，以吸收设备由于热胀冷缩而产生的尺寸变化，或补偿设备的轴向、横向和角向位移，故很好的消除了设备高温运行因温度差异与机械振动引起的附加应力。是换热管及筒体间的热膨胀应力对管板焊缝的影响化解到最小，保证了设备的使用寿命。

图2-1、2-2内导流筒可以起到防冲板的作用，避免介质直接冲刷到换热管上，造成对换热管的局部冲蚀。

图3-1、3-2所示为本发明减振部件的主要结构。折流圈是由支撑圈8和折流杆9组成，折流杆9焊接在支撑圈8上。折流圈中的折流杆9承担了换热管及其内部介质的重量，折流杆非像折流板一样完全是刚性承重的支撑方式，而是有一定挠度的支撑，这是由于折流杆自身尺寸的限制而决定的。折流杆的直径尺寸一般比相邻两个换热管之间的距离小0.5mm，往往要比换热管直径小很多。折流杆往往会被换热管自重压的略微弯曲，这样也会降低换热管内介质流经换热管时带来的振动影响。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。