管壳式换热器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及换热器制造技术领域，具体涉及一种用于石化、电力、冶金等行业的管 壳式换热器。
【背景技术】
[0002] 管壳式换热器作为一种传统的换热器结构形式，具有结构简单、制造成本低、维护 方便、适用性强、安全性高、选材范围广、处理能力大等特点。在管壳式换热器中，传统的折 流板管壳式换热器一直占据着主导地位。如图1所示，该折流板管壳式换热器包括固定于 支座1'上的壳体2'、设于该壳体2'内的换热管4'、设于该壳体2'两端的封头3'和 设于该壳体2'与该封头之间的管板5'，该封头设有管层流体进口 31'和管层流体出口 32'，该壳体2'上设有壳层流体进口 21'和壳层流体出口 22'，该管板5'上设有若干等 直径的圆形的换热管4'，壳程通过加设弓形折流板6'来达到支撑管束和增强壳程流体 扰动。
[0003] 但该折流板管壳式换热器存在W下几个技术问题：
[0004] (1)流体在壳程做"Z"型折流运动，流动阻力大，同时在弓形折流板与壳体连接 处，流体会形成縱润而停滞不前，形成约占总换热面积20~30%的流动"死区7'"，导致换 热面积得不到充分利用，降低了换热效率，而且还会引起污垢的沉积、结垢和腐蚀；
[0005] (2)流体反复横向掠过管束，又不断地改变流动方向，流动阻力大，增大了流体输 送功耗；
[000引 做流体横向冲刷管束，易引起管束振动，造成管壁与折流板摩擦而穿孔；
[0007] (4)换热管采用圆形换热管，在管内流速较低的条件下，边界层热阻较大，传热系 数低；而在流速较高的条件下，管内流动阻力较大。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中传统的折流板管壳式换热器换 热效率低、流体流动阻力大、管壁与折流板易摩擦而穿孔等缺陷，提供一种管壳式换热器， 该管壳式换热器结构简单，壳层传热系数高，传热效果好，使用寿命长，同时也消除了流动 "死区"，降低了换热管的结垢和腐蚀速率。
[0009] 本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0010] -种管壳式换热器，包括壳体、设于该壳体内的换热管、设于该壳体两端的封头和 设于该壳体与该封头之间的管板，该封头设有管层流体进口和管层流体出口，该壳体上设 有壳层流体进口和壳层流体出口，其特点在于，该换热管的两端为圆形直管，其余部分是横 截面为楠圆形的螺旋扭曲管，每根该换热管沿该壳体的轴向平行设置，且通过两端的圆形 直管分别与相应的管板固定连接组成管束芯体，每四根相邻的换热管在管板上成正方形排 列；
[0011] 每根螺旋扭曲管具有相同的扭距、短半轴和长半轴，相邻两根该螺旋扭曲管的扭 转方向相反，在与该壳体的轴线垂直的任一平面上，螺旋扭曲管的横截面的长轴互相平行， 且相邻两根该换热管的中必间距为螺旋扭曲管横截面的长半轴与短半轴之和；
[0012] 该些螺旋扭曲管每相隔1/4倍扭距相互接触，形成自支撑结构，在接触点相邻两 根螺旋扭曲管的横截面的长轴互相垂直。
[0013]在本方案中，扭距为螺旋扭曲管任一横截面绕扭曲管轴线旋转一周经过的长度。 螺旋扭曲管每相隔1/4倍扭距相互接触，形成自支撑结构，在接触点相邻两根螺旋扭曲管 的横截面的长轴互相垂直，且相邻两根该螺旋扭曲管的扭转方向相反，使得换热器管束排 列更为紧凑，在壳层内形成均匀、密集的螺旋流道。因而对管层流体产生强制瑞流作用，其 传热效果好，流阻小，不易结垢，消除管束振动，尤其适合于壳层为高粘度流体和气相流体 W及壳层产生冷凝相变等场合。
[0014]另外，螺旋扭曲管的横截面的长轴互相平行，且相邻两根该换热管的中必间距为 螺旋扭曲管横截面的长半轴与短半轴之和，通过采用送种紧凑的换热管排列方式，使管层 流体和壳层流体流速匹配更为合理，提高壳层流体的瑞流程度，从而较大程度地提高壳层 换热系数。
[0015] 此外，采用相邻两螺旋扭曲管长轴与短轴顶点接触的支撑方式，同时，相邻两根该 螺旋扭曲管的扭转方向相反，可明显缩短换热管间距，减小壳层流通截面，且对处于两换热 管之间的壳层流体的扰动方向一致，而使壳层流体形成持续的螺旋流动，更有利于传热的 进行。
[0016]较佳地，该螺旋扭曲管的横截面的短轴与长轴之比为（0. 3-0. 7) :1。
[0017]较佳地，该螺旋扭曲管的管束芯体每相隔0. 5-10倍扭距通过捆扎带整体捆扎。
[0018]较佳地，该管板为固定管板或浮头管板。
[0019]较佳地，各该管板上开设有若干用于安装相应的圆形直管的通孔，该通孔的直径 大于该圆形直管的直径，且该圆形直管通过焊接或胀接固定于该通孔内。
[0020] 在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实 例。
[0021] 本发明的积极进步效果在于：
[0022] 本发明结构简单，易于维护，提高了壳层传热系数，强化了传热效果，提高了空间 利用效率，提高了使用寿命，同时也消除了流动"死区"，降低了换热管的结垢和腐蚀速率。
【附图说明】
[0023] 图1为现有的折流板管壳式换热器的结构示意图。
[0024] 图2为本发明较佳实施例的管壳式换热器的结构示意图。
[00巧]图3为图2中沿M-M的剖面结构示意图。
[0026] 图4为图2中沿N-N的剖面结构示意图。
[0027]图5为本发明较佳实施例的螺旋扭曲管的结构示意图。
[0028] 图6为本发明较佳实施例的相邻两根螺旋扭曲管的自支撑结构示意图。
[0029]图7为本发明较佳实施例的相邻四根螺旋扭曲管的自支撑结构示意图。
[0030] 图8为一现有的螺旋扭曲管排列方式的结构示意图。
[0031]图9为另一现有的螺旋扭曲管排列方式的结构示意图。
[0032]图10为本发明的螺旋扭曲管排列方式的结构示意图。
[003引 附图标记说明：
[0034] 现有技术：
[0035] 支座；1'
[0036] 壳体；2' 壳层流体进口 ；21' 壳层流体出口 ；22'
[0037] 封头；3' 管层流体进口 ；31' 管层流体出口 ；32'
[003引换热管；4'
[0039] 管板；5'
[0040] 弓形折流板；6'
[00川 死区；7'
[004引本发明：
[0043] 支座；1
[0044] 壳体；2 壳层流体进口 ；21 壳层流体出口 ；22
[0045] 第一封头；3 管层流体进口 ；31
[0046] 第二封头；4 管层流体出口 ；41
[0047] 第一管板；5 [004引第二管板；6
[0049] 换热管；7 圆形直管；71 螺旋扭曲管；72
[0050] 长半轴；a 短半轴；b 扭矩；S
【具体实施方式】
[0051] 下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。
[0052] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖 直"、"水平"、"顶"、"底""内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置 关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具 有特定的方位、W特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0053] 如图2-3所示，本发明管壳式换热器包括支座1、壳体2、设于壳体2内的换热管7， 壳体2的一端设有一第一封头3,另一端设有一第二封头4,壳体2的外壁固定于该支座1 上。该壳体2与第一封头3之间设有一第一管板5,壳体2与第二封头4之间设有第二管板 6。
[0054] 其中，该第一封头3的左端设有管层流体进口 31，第二封头4的右端设有管层流体 出口 41。壳体2的左端上部设有壳层流体进口 21，壳体的右端下部设有壳层流体出口 22。
[0055] 请根据图3-4予W理解，该换热管7的两端为圆形直管71，其余部分是横截面为楠 圆形的螺旋扭曲管72。螺旋扭曲管72可由光滑圆管经冷社加工而成。如图2-3所示，每根 该换热管7沿该壳体的轴向平行设置，且通过两端的圆形直管71分别与第一管板5、第二管 板6固定连接组成管束芯体，每四根相邻的换热管7在第一管板5和第二管板6上成正方 形排列。在本实施例中，该第一管板5和第二管板6为固定管板或浮头管板。
[0056] 请根据图4-7予W理解，每根螺旋扭曲管72具有相同的扭距S、短半轴b和长半轴 曰，且相邻两根该螺旋扭曲管72的扭转方向相反。在与壳体2的轴线垂直的任一平面上，螺 旋扭曲管72的横截面的长轴互相平行，且相邻两根换热管的中必间距为螺旋扭曲管横截 面的长半轴与短半轴之和。在本实施例中，扭距为螺旋扭曲管任一横截面绕扭曲管轴线旋 转一周经过的长度。且通过采用送种紧凑的换热管排列方式，使管层流体和壳层流体流速 匹配更为合理，提高壳层流体的瑞流程度，从而较大程度地提高壳层换热系数。同时，在实 际的使用过程中，通过采用紧凑的布管方式，管间距可显著缩小，因而在相同的布管面积内 可排布更多的换热管，相同的体积内能够获得更多的