CN110455097A - 多股流螺旋缠绕管式高效换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多股流螺旋缠绕管式换热器，包括壳体，壳体的两端分别设有管板，在两个管板之间安装有中心筒，中心筒上按螺旋线形状缠绕多层换热管形成缠绕段，每根换热管的两端分别与管板的管孔相连通，换热管从缠绕段到轴向管板之间为过渡段；在壳体两端分别设有外管箱，在外管箱内设有与外管箱同轴的至少一个内管箱，在轴向管板上形成两个以上布管区域；在外管箱、内管箱上分别设有管程管口用于通入工艺流体；过渡段换热管束上设置至少一组防振支撑组件，每组防振支撑组件包括若干个套管，套管套设在换热管外侧，同组防振支撑组件中相邻套管之间固定连接。本发明可以减小管板尺寸，提高管板利用率，防振性能好，可显著提高换热器的使用寿命。

Description

多股流螺旋缠绕管式高效换热器

技术领域

本发明涉及一种多股流螺旋缠绕管式换热器，特别涉及一种在同一管板上布置有同轴心的两个以上的圆环形布管区域、且在管束的过渡段设有套管型防振支撑装置的多股流螺旋缠绕管式换热器。

背景技术

目前，用于多种介质换热的管壳式换热器多为螺旋缠绕管式换热器。在螺旋缠绕管式换热器中心筒与壳体之间的空间内换热管按螺旋线形状交替缠绕而成其主体部分，相邻两层螺旋状换热管的螺旋方向相反，这一部分称为缠绕段，换热管束从缠绕段到管板之间的部分称为过渡段。

多股流螺旋缠绕管式换热器常用的布管方式有两种：一、采用轴向布管和径向布管相结合的方式(如图1)，轴向管板上布置一种工艺流体的换热管，径向管板上布置其他工艺流体的换热管，径向管束由于离轴向主管板较近，无法将换热管以较大的折弯角度与轴向管板进行连接，使得轴向管板的部分区域无法进行布管(如图2)。二、一块轴向管板和多个管箱相连接的方式(如图3)，在轴向管板上对应管箱设置若干个圆形的布管区域(如图4)。上述两种布管方式导致管板的一部分区域无法进行布管，管板的利用率低。另外，由于采用了径向管板或若干个圆形布管形式，同一工艺流体需分为多个进口和出口，因此，换热器在和工艺管道连接时，还需要考虑管道的汇总问题。

管束过渡段用于连接管板孔和缠绕段，当螺旋缠绕管式换热器直径较小时，过渡段长度较短，可以不考虑过渡段的支撑。随着螺旋缠绕管式换热器应用的大型化(通常DN3000以上称为大型换热器)，直径越来越大，所需要的过渡段长度也在增加，过渡段的防振越发重要。并且，壳程流体的进出口一般位于螺旋缠绕管式换热器的过渡段位置，如果过渡段不能得到很好的支撑，壳程流体的横向冲刷更容易造成过渡段换热管的振动破坏。过渡段换热管的传统固定方法是在螺旋绕管式换热器的过渡段管束的最外圈用钢带或钢板包扎固定，但该方法消除或减小了换热管之间的径向间隙，阻碍了壳程流体的均匀性分布。并且内部换热管之间仍存在较大的间隙，不能很好的解决过渡段换热管的振动问题。另外，换热管在冷热温差作用下会发生轴向伸缩，从而损伤换热管的外表面。

发明内容

本发明的目的是针对现有多股流螺旋缠绕管式换热器管板利用率低、过渡段容易发生振动造成换热管破坏的问题，提供一种采用多层管箱结构在管板上形成同心布管的方式，且在管束的过渡段设有套管型防振支撑装置的多股流螺旋缠绕管式换热器。

本发明的技术方案是：

一种多股流螺旋缠绕管式换热器，包括壳体8，所述的壳体8的两端分别设有轴向管板 3，在两个轴向管板3之间安装有中心筒7，中心筒7上按螺旋线形状缠绕有多层换热管4 形成缠绕段，相邻两层换热管4的螺旋方向相反；每根换热管4的两端分别与对应的轴向管板3上的管孔相连通，换热管从缠绕段到轴向管板之间为过渡段；所述的壳体8上、下部对应过渡段分别设有一个壳程管口11；其特征在于在壳体8两端分别设有外管箱2；在外管箱2内沿轴向管板3设有与外管箱同轴的至少一个内管箱1，在轴向管板3上形成两个以上布管区域，不同布管区域可以走不同的工艺流体，该布管形式可以用于两种以上流体的换热；在所述的外管箱2、内管箱1上分别设有管程管口用于通入工艺流体，工艺流体进入布置在不同布管区域的换热管。

优选的，所述的外管箱2与轴向管板3固定连接；外管箱2由圆筒或者锥形筒中的一种或两者相结合的复合筒体和封头构成；所述的封头为锥形封头、椭圆形封头或平盖封头。

优选的，所述的内管箱1与轴向管板3固定连接，内管箱1为圆筒或者锥形筒中的一种或两者相结合的复合筒体或内管箱1由圆筒或者锥形筒中的一种或两者相结合的复合筒体和封头构成；所述的封头为锥形封头、椭圆形封头或平盖封头。

进一步优选的，内、外管箱与轴向管板3之间的连接方式为焊接连接或法兰连接。

进一步优选的，所述的复合筒体为圆筒和锥形筒的结合，圆筒的一端与轴向管板固定连接，另一端与锥形筒固定连接。

优选的，所述的外管箱2的管程管口为径向或轴向的管程管口；所述的内管箱1的管程管口为轴向或径向的管程管口。内、外管箱的管程管口可以同时分布在水平方向的不同角度；管程管口与工艺管道连接时，需要考虑管道的汇总问题，一般情况下，内、外管箱的管程管口不能位于竖直方向，但当工艺管道尺寸都较小时可以同时在竖直方向。

作为本发明多股流螺旋缠绕管式换热器的进一步优选技术方案，在过渡段长度较长时，过渡段换热管束上设置套管组装防振装置，所述的套管组装防振装置包括至少一组防振支撑组件10，每组防振支撑组件10包括若干个内表面能与换热管4外表面形成相对支点或接触面的套管5，所述的套管5套设在换热管4外侧，同组防振支撑组件中相邻套管5之间固定连接。

套管5的安装方向与换热管4轴向方向相同；相同轴线位置(即距管板距离相同)处的若干套管5构成一组防振支撑组件。同一组防振支撑组件10的套管5的结构尺寸可以相同，也可以不同。

优选的，同一组防振支撑组件10中相邻两套管5之间通过焊接或焊接以外的其他固定连接方式如捆扎或者螺纹、卡套等进行固定连接。

优选的，所述的套管5的长度一般为15～30mm。所述的套管5为圆管或多边形管；所述的圆管为内表面形状和/或外表面形状为光滑面、波浪形或凹凸槽结构的圆管；所述的多边形管为内表面形状和/或外表面形状为多边形或圆形的多边形管。具体的，如图9所示，所述的套管5为内、外表面形状均为光滑圆形的圆管，或内表面形状为波浪形或其他带凹凸槽结构的形状中的一种、外表面形状为光滑圆形的圆管，或内表面形状为光滑圆形、外表面形状为波浪形或其他带凹凸槽结构的形状中的一种的圆管，或内、外表面形状均为波浪形或带凹凸槽结构的圆管；如图10所示，套管5为内表面形状为圆形、外表面形状为多边形的多边形管，或内表面形状为多边形、外表面为多边形或圆形中的一种的多边形管。只要能保证套管5能够穿入换热管4，并与换热管4外表面很好的接触，起到支撑换热管的作用即可。

进一步优选的，所述的多边形为正六边形。

优选的，所述的防振支撑组件10与中心筒7进行固定连接。进一步优选的，所述的防振支撑组件10的套管5和中心筒7之间通过焊接焊接以外的其他固定连接方式固定连接。

优选的，若最内层换热管4贴在中心筒7上，则最内层管热管4设有的防振支撑组件10与中心筒7进行固定连接，构成上述防振支撑组件10的套管5和中心筒7之间通过焊接或焊接以外的其他固定连接方式如捆扎或者螺纹、卡套等进行固定连接。

所述的焊接是点焊或其他焊接方法。

优选的，近轴向管板3的防振支撑组件10和管板通过刚性构件9进行固定连接，刚性构件9的一端与支撑组件的套管外壁固定连接，另一端与轴向管板3固定连接；相邻两组防振支撑组件10之间通过刚性构件9连接，刚性构件9的两端分别与相邻两组防振支撑组件的套管外壁固定连接。

根据换热管束的直径，每组防振支撑组件10配备不同数量的刚性构件，一般每组防振支撑组件10配备2～20个刚性构件9。

优选的，所述的刚性构件9与防振支撑组件10、轴向管板3通过焊接进行固定连接。

优选的，所述的刚性构件9为金属板条，优选为不锈钢金属板条。

本发明所述的换热管4为光滑换热管、内波外螺高效管、麻面管或槽道管。

本发明的有益效果：

本发明通过布置多层管箱在管板上形成多个同圆心的布管区域，分别通入不同的工艺流体，从而合理利用了管板的布管区域，充分利用了管板的面积，在大尺寸绕管换热器的情况下减小了管板的结构尺寸，节约材料，提高了管板的利用率。同时，本发明每股管程流体仅需设置一个进口和一个出口即可，避免了同一股流体设置多个进出管口和多个管口之间的汇总问题。

本发明在过渡段换热管束设置套管型防振支撑装置，防振支撑装置结构简单，容易安装且防振性好，实现了过渡段管束的有效固定，减少换热管的无支撑跨距，同时避免了换热管因冷热温差作用发生轴向伸缩时对换热管外表面的损伤，可显著提高换热器的使用寿命，降低设备成本。

附图说明

图1为轴向布管和径向布管相结合的多股流螺旋缠绕管式换热器；

图2为图1多股流螺旋缠绕管式换热器常用的轴向管板布管示意图；

图3为一块轴向管板和多个管箱相连接的多股流螺旋缠绕管式换热器；

图4为图3多股流螺旋缠绕管式换热器的轴向管板布管示意图；

图5为实施例1多股流螺旋缠绕管式换热器的结构示意图；

图6为实施例1多股流螺旋缠绕管式换热器的轴向管板布管区域示意图；

图7为实施例1多股流螺旋缠绕管式换热器中套管防振支撑装置的俯视图；

图8为图7的侧视图；

图9为实施例2多股流螺旋缠绕管式换热器的结构示意图；

图10为套管组装防振装置中圆形套管的结构示意图；

图11为套管组装防振装置中多边形套管的结构示意图。

图中：1—内管箱，2—外管箱，3—轴向管板，4—换热管，5—套管，6—径向管板，7—中心筒，8—壳体，9—刚性构件，10—防振支撑组件，11—壳程管口，12—内管程管口，13—外管程管口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

如图5-图8所示，一种多股流螺旋缠绕管式换热器，包括壳体8，所述的壳体8的两端分别设有轴向管板3，在两个轴向管板3之间安装有中心筒7，中心筒7上按螺旋线形状缠绕有多层换热管4形成缠绕段，相邻两层换热管4的螺旋方向相反；每根换热管4的两端分别与对应的轴向管板3上的管孔相连通，换热管从缠绕段到轴向管板之间为过渡段；所述的壳体8上、下部对应过渡段分别设有一个壳程管口11；在壳体8两端分别设有外管箱2，外管箱2由圆筒和椭圆形封头构成，外管箱2设有径向外管程管口13；在外管箱2内沿轴向管板3设有与外管箱2同轴的一个呈锥形的内管箱1，从而在轴向管板3上形成两个独立的空间的布管区域，内管箱1设有轴向内管程管口12，内管程管口12伸出外管箱2，往位于外管箱2内的布管区域、内外管箱构成的布管区域内分别通入不同的工艺流体，工艺流体进入布置在不同布管区域的换热管，用于两种管程流体同时和壳程流体进行换热的场合。

过渡段换热管束上设置套管组装防振装置，所述的套管组装防振装置包括两组防振支撑组件10，每组防振支撑组件10包括位于相同轴线位置处的若干个套管5，所述的套管5套设在换热管4外侧，套管5的内表面与换热管4外表面形成相对支点或接触面；同组防振支撑组件10中相邻套管5之间通过点焊固定连接，最内层换热管4套设的一个或几个套管5和中心筒7之间通过点焊固定连接；近轴向管板3的防振支撑组件10和轴向管板3通过刚性构件9进行固定连接；相邻两组防振支撑组件10之间通过刚性构件9连接。

具体的，所述的外管箱2、内管箱1均通过焊接与轴向管板3固定连接。

所述的套管5为图10左上所示的内、外表面形状均为光滑面的圆管，套管的长度15- 30mm，技术人员可以根据实际情况调整套管长度。

每组防振支撑组件10配备2～20个刚性构件9；刚性构件9与防振支撑组件的套管5外壁、轴向管板通过焊接固定连接。所述的刚性构件9为不锈钢板条。

首先，根据过渡段换热管的长度、设备的结构尺寸以及壳程流体的工艺参数确定每端过渡段管束需要安装的防振支撑部件10数目以及安装的位置。然后，当每一根换热管4结束缠绕时在换热管4的两端穿入相应数目的套管5，然后再将换热管4穿入轴向管板3相应的管孔中。在缠绕内层换热管4时，每缠绕完一根换热管4，就将相邻套管5之间进行固定连接。在缠绕其他层换热管4时，每缠绕完一个换热管4，就将穿入的套管5和上一层相邻套管5就行固定连接，同时和相邻的同层套管5之间进行固定连接。

实施例2

在实施例1多股流螺旋缠绕管式换热器的基础上，调整内管箱1、外管箱2的形状。如图9所示，外管箱2由圆筒和锥形封头构成，外管箱2顶部设有轴向的外管程管口13；内管箱1由圆筒和椭圆形封头构成，内管箱1置于外管箱2内，内管箱1设有径向的内管程管口12，径向管程管口穿出外管箱2侧壁。外管箱2与内管箱1同轴从而在轴向管板3上形成两个独立的空间的布管区域，往位于外管箱2内的布管区域、内外管箱构成的布管区域内分别通入不同的工艺流体，工艺流体进入布置在不同布管区域的换热管，用于两种管程流体同时和壳程流体进行换热的场合。

Claims (10)

1.一种多股流螺旋缠绕管式换热器，包括壳体(8)，所述的壳体(8)的两端分别设有轴向管板(3)，在两个轴向管板(3)之间安装有中心筒(7)，中心筒(7)上按螺旋线形状缠绕有多层换热管(4)形成缠绕段，相邻两层换热管(4)的螺旋方向相反；每根换热管(4)的两端分别与轴向管板(3)上的管孔相连通，换热管束从缠绕段到管板之间为过渡段；所述的壳体(8)上、下部对应过渡段分别设有一个壳程管口；其特征在于在壳体(8)两端分别设有外管箱(2)；在外管箱(2)内设有与外管箱同轴的至少一个内管箱(1)，在轴向管板(3)上形成两个以上布管区域；在所述的外管箱(2)、内管箱(1)上分别设有管程管口用于通入工艺流体。

2.根据权利要求1所述的多股流螺旋缠绕管式换热器，其特征在于所述的外管箱(2)与轴向管板(3)固定连接；所述的内管箱(1)与轴向管板(3)固定连接。

3.根据权利要求1所述的多股流螺旋缠绕管式换热器，其特征在于外管箱(2)由圆筒或者锥形筒中的一种或两者相结合的复合筒体和封头构成；内管箱(1)为圆筒或者锥形筒中的一种或两者相结合的复合筒体或内管箱(1)由圆筒或者锥形筒中的一种或两者相结合的复合筒体和封头构成。

4.根据权利要求3所述的多股流螺旋缠绕管式换热器，其特征在于所述的封头为锥形封头、椭圆形封头或平盖封头。

5.根据权利要求1或2所述的多股流螺旋缠绕管式换热器，其特征在于内、外管箱与轴向管板(3)之间的连接方式为焊接连接或法兰连接。

6.根据权利要求1所述的多股流螺旋缠绕管式换热器，其特征在于所述的外管箱(2)的管程管口为径向或轴向的管程管口；所述的内管箱(1)的管程管口为轴向或径向的管程管口。

7.根据权利要求1所述的多股流螺旋缠绕管式换热器，其特征在于过渡段换热管束上设置套管组装防振装置，所述的套管组装防振装置包括至少一组防振支撑组件(10)，每组防振支撑组件(10)包括若干个内表面能与换热管(4)外表面形成相对支点或接触面的套管(5)，所述的套管(5)套设在换热管(4)外侧，同组防振支撑组件中相邻套管(5)之间固定连接。

8.根据权利要求7所述的多股流螺旋缠绕管式换热器，其特征在于所述的套管(5)为圆管或多边形管；套管(5)的长度为15～30mm；同一组防振支撑组件中相邻两套管(5)之间通过焊接进行固定连接。

9.根据权利要求7所述的带有套管组装防振支撑的绕管式换热器，其特征在于近轴向管板(3)的防振支撑组件(10)和轴向管板(3)通过刚性构件(9)进行固定连接；相邻两组防振支撑组件(10)之间通过刚性构件(9)连接；每组防振支撑组件(10)配备2～20个刚性构件(9)。

10.根据权利要求1所述的带有套管组装防振支撑的绕管式换热器，其特征在于所述的换热管(4)为光滑换热管、内波外螺管、麻面管或槽道管。