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Patent Searching and Data


Title:
HEAT EXCHANGER STRUCTURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/067223
Kind Code:
A1
Abstract:
A heat exchanger structure comprises a closed shell (1) and multiple heat exchange pipes (3) provided in the shell. The two ends of each heat exchange pipe are limited on a first pipe sheet and a second pipe sheet (13) respectively, and the first pipe sheet and the second pipe sheet are provided in the shell in parallel. Each heat exchange pipe forms a multi-layer helical tube, the layers of the helical tube are successively and mutually sleeved at a spacing, a first air pipe (4) is codirectionally spiraled and coiled in each layer of the helical tube, the pipe wall, facing the bottom of the shell, of each first air pipe is distributed with multiple first gas vents (41), and the gas inlet and the gas outlet of each first gas vent both communicate with the external gas source. By using the heat exchange structure, the fluid in the shell can be completely disturbed from the inside; and even if the fluid medium is dirty and sticky and even the inter-tube spacing and inter-layer spacing are both compact, the fluid medium can also be stirred toward evenness, thereby effectively avoiding that the fluid is deposited in the shell, enhancing the heat transfer efficiency, improving the heat exchange effect, and facilitating the cleaning, purging and maintenance of the device.

Inventors:
ZHANG, Xian'an (Zhenhai Petrochemical Jianan Engineering Co. Ltd, Lianhua Road, Jiaochuan Street, Zhenhai Distric, Ningbo Zhejiang 7, 315207, CN)
WANG, Jianliang (Zhenhai Petrochemical Jianan Engineering Co. Ltd, Lianhua Road, Jiaochuan Street, Zhenhai Distric, Ningbo Zhejiang 7, 315207, CN)
HU, Xingmiao (Zhenhai Petrochemical Jianan Engineering Co. Ltd, Lianhua Road, Jiaochuan Street, Zhenhai Distric, Ningbo Zhejiang 7, 315207, CN)
LIU, Lijiang (Zhenhai Petrochemical Jianan Engineering Co. Ltd, Lianhua Road, Jiaochuan Street, Zhenhai Distric, Ningbo Zhejiang 7, 315207, CN)
WU, Lijun (Zhenhai Petrochemical Jianan Engineering Co. Ltd, Lianhua Road, Jiaochuan Street, Zhenhai Distric, Ningbo Zhejiang 7, 315207, CN)
Application Number:
CN2013/000307
Publication Date:
May 08, 2014
Filing Date:
March 18, 2013
Export Citation:
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Assignee:
ZHENHAI PETROCHEMICAL JIANAN ENGINEERING CO., LTD (Lianhua Road, Jiaochuan Street Zhenhai Distric, Ningbo Zhejiang 7, 315207, CN)
International Classes:
F28D7/02; F28G9/00
Foreign References:
CN102927837A2013-02-13
CN202902937U2013-04-24
CN201724581U2011-01-26
CN1657860A2005-08-24
CN2251125Y1997-04-02
JP2010255925A2010-11-11
JPH09287889A1997-11-04
DE102007038977A12008-02-28
US4893672A1990-01-16
Other References:
WALTER, H.S. ET AL.: "Coiled Tubular Heat Exchangers", PRESSURE VESSEL TECHNOLOGY, vol. 8, no. 4, 1991, pages 73
Attorney, Agent or Firm:
NINGBO CHANNEL PATENT ATTORNEYS OFFICE (17D Sunshine Mansion, 65 South Jiefang RoadNingbo, Zhejiang 0, 315010, CN)
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Claims:
权 利 要 求

1、 一种换热器结构, 包括封闭的壳体 (1)和设置在所述壳体 (1)内的多根换热管 (3), 所述壳体 (1)内平行设置有第一管板和第二管板 (13),各换热管 (3)的两端分别限位在所述 的第一管板和第二管板 (13)上;

其特征在于: 各换热管 (3)构成多层螺旋管, 各层螺旋管依次内外间隔套置, 每层 螺旋管中还同向螺旋盘绕有第一气管 (4), 各所述第一气管 (4)朝向所述壳体 (1)底部的管 壁上分布有多个第一气孔 (41), 各所述第一气管 (4)的进气口和出气口均连通外界气源。

2、 根据权利要求 1所述的换热器结构, 其特征在于: 各层所述螺旋管中还同向螺 旋盘绕有第二气管 (5), 各所述第二气管 (5)朝向所述壳体 (1)顶部的管壁上分布有多个第 二气孔 (51), 各所述第二气管 (5)的进气口和出气口均连通外界气源, 并且第二气管 (5) 与外界气源之间设有阀门。

3、 根据权利要求 2所述的换热器结构, 其特征在于: 所述第二气管 (5)的开孔率为 2%- 10%, 且均匀分布。

4、根据权利要求 1〜3中任一权利要求所述的换热器结构, 其特征在于: 相邻层的 所述螺旋管的螺旋方向相反。

5、 根据权利要求 4所述的换热器结构, 其特征在于: 所述第一气孔 (41)的开孔率 为 2%- 10%, 且均匀分布。

6、 根据权利要求 5所述的换热器结构, 其特征在于: 每层所述螺旋管中包括有多 根同向螺旋盘绕的换热管 (3)。

7、 根据权利要求 4所述的换热器结构, 其特征在于: 还包括一芯体 (2), 该芯体 (2) 位于所述第一管板和第二管板 (13)之间,且两端分别支承于所述第一管板和第二管板 (13) 上, 上述各层螺旋管以该芯体 (2)为中心螺旋盘绕。

Description:
一种换热器结构

技术领域

本发明涉及化工设备领域, 具体指一种换热器结构。 背景技术

在节能减排和原油劣质化的大背景下,换热器 等冷换设备经受的原料介质一般都较 脏、 较粘, 流经换热器时较脏较粘的介质除了会沉积到换 热器内壁上外, 重要的是会对 介质在换热器内的流动性及流场分布均匀性产 生影响; 如果换热器壳程介质为气、 液两 相且气、 液两相从两个管口分别进入换热器壳程, 那么大粘度的介质势必影响两相介质 均匀混合程度。 混合不均不但会使流体产生偏流, 更会影响换热器的换热效率, 换热效 果无法满足工艺要求, 从而给设备的长周期平稳运行带来隐患。 同时为提高设备的换热 效率, 管束等换热部件的布置都较为紧密, 间距往往都较小, 也会导致换热器壳程流体 混合不均, 影响换热效率。 发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的 现状,提供一种能稳定运行、周期长 且换热效率好、 适用范围广的换热器结构。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为 :该换热器结构,包括封闭的壳体和 设置在所述壳体内的多根换热管, 所述壳体内平行设置有第一管板和第二管板, 各换热 管的两端分别限位在所述的第一管板和第二管 板上;

其特征在于: 各所述换热管构成多层螺旋管, 各层螺旋管依次内外间隔套置, 每层 螺旋管中还同向螺旋盘绕有第一气管,各所述 第一气管朝向所述壳体底部的管壁上分布 有多个第一气孔, 各所述第一气管的进气口和出气口均连通外界 气源。

作为改进,可以在各层所述螺旋管中同向螺旋 盘绕有第二气管,各所述第二气管朝 向所述壳体顶部的管壁上分布有多个第二气孔 ,各所述第二气管的进气口和出气口均连 通外界气源, 并且第二气管与外界气源之间设有阔门。 该结构能够在系统压降或热端温 差有明显上升时选择性开启, 达到强化扰动的效果。

较好的, 所述第二气管的开孔率为 2%-10%, 且均匀分布, 此时具有铰好的扰动效 果。

为了保证换热效果, 相邻层的所述螺旋管的螺旋方向相反。

确认本 上述各方案中, 优选的是, 所述第一气孔的开孔率为 2%-10%且均匀分布, 同理这 样的开孔结构, 具有较好的扰动效果。

根据换热需要, 每层所述螺旋管中可以包括有多根同向螺旋盘 绕的换热管, 当然, 每层螺旋管也可以只用一根换热管螺旋盘绕。

还可以包括一芯体,该芯体位于所述第一管板 和第二管板之间,且两端分别支承于 所述第一管板和第二管板上, 上述各层螺旋管以该芯体为中心螺旋盘绕, 使各层螺旋管 绕制后更加稳定, 并方便安装。

与现有技术相比,本发明在壳体内设置了第一 气管,其能够从内部对壳程内的流体 进行在线扰动, 并且第一气管布置于整个螺旋管束内部, 覆盖面积大, 工艺气从各个气 孔内呈三维立体、网状形态喷出,对壳程流体 进行全方位的扰动, 即使在流体介质较脏、 较粘乃至管间距、 层间距都很紧密的情况下, 都能够使流体介质混合不断趋于均匀, 有 效避免了流体在壳体内的沉积, 提高传热效率, 改善了换热效果; 尤其是在壳程内的换 热介质为两相混合介质时, 其对换热介质能够起到进一步混匀的作用, 避免产生偏流, 有效保证了设备的长周期平稳运行。

同时,本发明所提供的两根气管还可以在设备 停工维修时作为吹扫管使用,吹扫效 果好, 有效降低设备堵塞失效的可能性, 配合设备底部的杂质沉降空间及人孔使用可清 除以往普通吹扫结构无法清除的杂质, 尤其适合用于不可拆卸换热器设备内的清洗、 吹 扫和维修。

而换热管采用螺旋内外套置的结构, 能确保各种粘度的物料充分、均匀混合, 混合 效果好, 可进一步提高换热效率。 附图说明

图 1为本发明实施例装配结构的平面示意图;

图 2为本发明实施例中第一 (第二) 气管的平面结构示意图。 具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描 述。

如图 1和图 2所示,本实施例以立式换热器为例进行说明 本发明的技术同样适用 于卧式换热器。 该换热器结构包括:

壳体 1, 为封闭结构, 包括直立的筒体 11和设置在筒体 11两端的上封头 (图中未 示出)、 下封头 12组成, 壳体 1 内筒体 11的两端还设有相互平行的第一管板 (图中未 示出)和第二管板 13, 壳体 1上设有管程入口 (图中未示出)、 管程出口 14, 壳程气相 入口 15、 壳程液相入口 16、 壳程出口 (图中未示出)和排凝口 17, 该排凝口 17在停车 检修时可作为检修人孔; 壳体 1上还设有气体入口 18和气体出口 (图中未示出)。 第一 管板和第二管板 13上设有供下述换热管 3的两端穿插通过的多个管孔。

芯体 2, 位于第一管板和第二管板 13之间, 芯体 2的两端分别支承于第一管板和 第二管板 13上。

换热管 3, 有多根, 这些换热管 3分为多组, 每组可以有一根换热管 3, 也可以有 多根换热管 3, 可以根据实际需要设定。 各组换热管 3以芯体 2为中心螺旋盘绕形成多 层内外套设依次间隔设置的螺旋管, 本实施例中内外相邻层螺旋管的螺旋方向相反 。 这 些换热管 3的入口端和出口端分别穿过第一管板和第二 板 13上对应的管孔后连通管 程入口和管程出口 14。螺旋管的层数可以根据换热器的规模以及 际需要设定,例如可 以为两层、 五层乃至更多层。

第一气管 4,用于向壳程吹扫气体,在不影响热端温差 前提下,设备运行时常开, 对壳程流体进行扰动, 使流经壳程内的物流形成扰流, 从而改善壳程内流体的混合情况 并阻止壳程流体在壳体 1内的沉积。第一气管 4以芯体 2为中心螺旋盘绕,可以有多根, 其数量与螺旋管的层数相等, 即每层螺旋管中设有一根第一气管 4, 并且第一气管 4与 所在层的换热管 3的螺旋方向相同。第一气管 4朝向壳体 1底部的管壁上均布有多个第 一气孔 41, 图 2中只示出了部分第一气孔 41, 本实施例中每根第一气管 4上第一气孔 41的开孔率为 7%。 开孔率可以根据具体情况具体设定, 例如根据管程内流体成分、 组 成、换热器规模等情况具体设定在 2%-10%之间; 第一气管 4的进气口穿过第二管板 13 连通壳体 1上的气体入口 18,第一气管 4的出气口穿过第一管板连通壳体 1上的气体出 口; 而气体入口 18和气体出口均连通外界气源, 本实施例与工艺气相连通。

第二气管 5, 用于向管程内吹扫气体, 主要是在系统压降增大或热端温差明显上升 时选择性幵启, 与第一气管 4内喷出的气流相配合达到强化扰动的效果。 第二气管 5也 是以芯体 2为中心螺旋盘绕, 可以有多根, 其数量与螺旋管的层数相等, 即每层螺旋管 中设有一根第二气管 5, 并且第二气管 5与所在层的换热管 3的螺旋方向相同。 第二气 管 5朝向壳体 1顶部的管壁上均布有多个第二气孔 51,本实施例中每根第二气管 5上第 二气孔 51的开孔率为 7%。 开孔率可以根据实际情况, 例如壳程内流体组成、 换热器规 模等具体情况具体设定在 2%-10%之间;第二气管 5的进气口穿过第二管板 13连通壳体 1上的气体入口 18, 第二气管 5的出气口穿过第一管板连通壳体 1上的气体出口; 并且 设有控制第二气管 5上的气体通断的阀门 (图中未示出), 用于选择性开启。

该换热器的工作原理如下:

换热器正常工作时, 第一气管 4常开, 工艺气从各第一气孔 41内喷出, 对壳程流 体进行三维立体全方位扰动, 使壳程流体充分混合均匀, 同时降低垢物在各换热管 3表 面以及壳体 1内壁上沉积的可能性, 有效地提高了换热效率, 保证了设备的长周期平稳 运行。 在系统压降增大或热端温差明显上升时,打开 控制第二气管 5的阀门,使工艺气同 时从第一气孔 41和第二气孔 51内喷出, 加强壳程流体的扰动, 使系统压降趋于平稳, 热端温差均衡。

停工状态下, 需要对壳程进行吹扫时, 直接将工艺气或吹扫气体通过第一气孔 41 和第二气孔 51 吹入, 对设备进行吹扫。 而现有技术中的吹扫管通常是设置在换热管 3 的底部, 靠近底部吹扫管的区域吹扫效果较好, 而远离吹扫管的底部则吹扫效果较差, 尤其是无法清除沉积在换热管 3外壁上的垢物。本申请的技术方案则完全避 了这个问 题, 不仅吹扫面积大, 而且吹扫效果好, 同时没有死角, 大大降低了由于换热管 3外结 垢堵塞所导致的换热管 3束失效的可能性。 配合检修人孔使用, 可清除普通吹扫结构无 法清除的杂质。

停工状态下, 当设备需要进行化学清洗时, 可将壳体 1的气体入口 18连接清洗液 管道, 使清洗液通过从第一气孔 41和第二气孔 51喷出, 这样可提高清洗液的流速, 加 强化学清洗的效果。