換熱器的制作方法

本實用新型涉及一種換熱器，屬于換熱技術領域。

背景技術：

換熱器在幾十年以前已被開發(fā)，并且在許多需要熱傳遞的應用中仍舊是極其有用的。雖然在二十世紀中已經對換熱器的基本設計做出了許多改進，但是仍存在與換熱器在使用過程中包括相關聯(lián)的權衡和設計問題。

與換熱器的使用相關聯(lián)的問題之一是結垢的問題。結垢是指作為工藝流體流動和熱傳遞的過程形成在換熱器的表面上的各種沉淀物和涂料。存在各種類型的結垢，包括腐蝕物、聚合、結晶、焦化、沉降和生物。就腐蝕來說，作為工藝流體和換熱器使用的材料之間的相互作用的結果，換熱器的表面可能被腐蝕。由于各種結垢類型可能相互作用以致引起更多的結垢，使情況更加糟糕。結垢可以導致，對于熱傳遞的附加阻力，因此使關于熱傳遞的性能降低。結垢還引起換熱器中流體通道的過流面積減少，導致流體流過設備時的阻力增加，壓降增大。

商業(yè)過程中常用的換熱器是殼管式熱交換器。在這種類型中，一個流體在大量換熱管的內部流動，而另一個流體通過殼體、遍布換熱管的外部。通常，放置折流板來支撐換熱管并且迫使流體以蜿蜒的方式穿過管束。

結垢可以通過使用更高的流體速率來減少。事實上，一個研究已經表明，結垢超過50％的減少可能是由流體速率的翻倍造成的。已知的是，更高流體速率的使用可以大幅減小或者甚至消除結垢問題。不幸的是，大幅減少結垢所需的足夠高的流體速率在常規(guī)的殼管式換熱器的殼側一般是難以達到的，因為在系統(tǒng)內由于折流板而造成的壓降過大。此外，當殼側流體流動在不同于軸向的方向上時，尤其是當流動為高速率時，流動誘導的換熱管振動可能變?yōu)橐粋€實質性問題，因為各種程度的換熱管損壞可能是由該振動造成的。

與管側流動相關聯(lián)的更高流體速率也可能造成困難。例如，在常規(guī)的殼管式布置中，與管側流動相關聯(lián)的更高流體速率使換熱管的內表面、特別是換熱管入口處腐蝕。在流體速率為例如2.4m/秒時，黃銅管的內表面在從入口開始、延伸到換熱管中15cm或更多的長度上可能會腐蝕。隨著流體速率增大，就受到腐蝕的換熱管的長度和腐蝕發(fā)生的速度兩者而言，問題變糟。

換熱管腐蝕最終可能破壞換熱管和管板接合處的完整性。在極端的情況下，腐蝕可能引起換熱管的穿孔，該穿孔最終導致?lián)Q熱器的殼側流體和管側流體之間混合。

換熱管內表面腐蝕在殼管式換熱器中是會出現泄漏問題的，因為一旦大量腐蝕發(fā)生，就變得有必要更換或修補換熱管。因為在常規(guī)的殼管式換熱器中，受到腐蝕的換熱管長度的大部分嵌入在管板的內部，所以換熱管的修補和更換是昂貴的并且耗時的。例如，可能有必要切割與兩個管板的內表面相鄰的換熱管、取出管板內部的剩余的件、取出換熱管的中間部分(在兩個管板之間)、然后清潔表面并且安裝新的換熱管。如本領域中已知的，這是一般導致大量過程停機時間的費勁的過程。

除了以上討論的管道腐蝕問題之外，現有的殼管式換熱器還受損于“死區(qū)”和流體滯留區(qū)存在于換熱器的殼側的事實。這些死區(qū)和滯留區(qū)一般導致結垢過多以及傳熱效率降低。存在于常規(guī)的殼管式換熱器中的一個特定的流體滯留區(qū)是管板附近、鄰近殼側流體換熱器的出口接管的區(qū)域。因為流體動態(tài)是已知的，所以趨向于存在位于每個管板和每個接管之間的區(qū)域中的死區(qū)或滯留區(qū)。殼側的流體流動受限的這個區(qū)域可以在管板的區(qū)域中引起明顯的結垢問題，因為該區(qū)域中的速率是不存在的或者非常低的。如本領域中已知的，與上述問題相同的問題也存在于與入口接管相鄰的區(qū)域內。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是：提供一種換熱器，死區(qū)和滯留區(qū)大幅度地最小化或者消除，并且入口區(qū)域中的換熱管腐蝕通過提供換熱管長度的犧牲部分來解決，以更少的材料更換、更容易地并且以最少的停車時間對換熱管的腐蝕部分進行修補和更換。

本實用新型所述的換熱器，包括殼體和位于殼體內部的換熱管束，殼體兩端的外側分別設置錐形體，錐形體的外側連接管板，管板的外端面連接管程管箱，管程管箱包括管程入口管箱和管程出口管箱，管程入口管箱上設置管程側入口，管程出口管箱上設有管程側出口，換熱管束兩端均安裝在殼體兩端的管板內，其中位于管程入口管箱端的換熱管束端部換熱管露出管板外端面，殼體的錐形體上分別設有殼側入口和殼側出口，殼側入口和管程側出口位于同一端，殼側出口和管程側入口位于同一端。

位于管程入口管箱端的換熱管束端部換熱管露出管板外端面，露出的部分為犧牲段。

所述的位于管程出口管箱端的換熱管束端部換熱管和位于管程出口管箱內的管板外端面平齊或伸出1～5mm。

所述的殼體內軸向分布有換熱管支撐板，換熱管支撐板固定在殼體內部，換熱管支撐板上對應換熱管束設置穿過孔。

所述的管程入口管箱和管程出口管箱均設置為圓柱形腔體，管程側入口和管程側出口均水平設置。

所述的殼側入口位于錐形體的底部位置，殼側出口位于錐形體的頂部位置。

所述的錐形體與殼體連接處的直徑小于錐形體與管板連接處的直徑。

換熱器具有包含在換熱器內的多個換熱管，其中每個換熱管延伸出管板的外表面之外預定距離。換熱管的這種方式的延伸允許位于換熱管入口部分附近的長度被用作犧牲段，該犧牲段可以在內表面腐蝕達到有問題的水平的時刻之前被容易地更換。此外，如果換熱管腐蝕在犧牲段中發(fā)生，則從操作的角度來講，這不是那么重要的令人擔心的理由。在該換熱器中，死區(qū)和滯留區(qū)大幅度地最小化或者消除，并且入口區(qū)域中的換熱管腐蝕通過提供換熱管長度的犧牲部分來解決，以更少的材料更換、更容易地并且以最少的停車時間對換熱管的腐蝕部分進行修補和更換。因為根據本實用新型的優(yōu)選實施例對殼側流體利用軸向流動，所以換熱管振動問題大體上被消除。

換熱器可以形成有殼體延伸部分，該殼體延伸部分延伸到換熱器錐形體碰到殼體的位置之外，并且進一步朝向管板的位于殼側出口附近的殼側面延伸。該殼體延伸部分用于迫使殼側流體朝向管板流動以便進一步最小化位于殼側出口和殼側入口附近的區(qū)域中的、管板面中心的表面處的或者其周圍的死區(qū)以及低流體流動或不存在流體流動的區(qū)域。殼體延伸部分還限制和消除殼側腐蝕問題，因為它提供用于殼側流體流動的360度進出路徑，而不是殼側流體直接對著管束流動的構造。

換熱器管板殼側形成有圓錐形延伸部分，該圓錐形延伸部分以管板的殼側面的中心為中心。該圓錐形段用于進一步縮小和消除小的滯留區(qū)，該小的滯留區(qū)將由于前述的錐形體段和殼體延伸部分引起的定向流動而存在于本換熱器中。

標準大小的“現成的”換熱器模塊可以被用來最大化結垢的減少以及使得設計時間可以非常大幅度地縮短。若干個更小的標準大小的換熱器可以被并聯(lián)地或串聯(lián)地或者既并聯(lián)地、又串聯(lián)地用來實現必要的熱傳遞要求。

本實用新型的有益效果是：

結構簡單合理，容易實現，死區(qū)和滯留區(qū)大幅度地最小化或者消除，并且入口區(qū)域中的換熱管腐蝕通過提供換熱管長度的犧牲部分來解決，以更少的材料更換、更容易地并且以最少的停車時間對換熱管的腐蝕部分進行修補和更換。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖中：1、管程側入口；2、管板；3、殼側出口；4、殼體；5、管程側出口；6、管程出口管箱；7、殼側入口；8、換熱管支撐板；9、管程入口管箱；10、換熱管束；11、犧牲段。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步描述：

如圖1所示，本實用新型所述的換熱器，包括殼體4和位于殼體4內部的換熱管束10，殼體4兩端的外側分別設置錐形體，錐形體的外側連接管板2，管板2的外端面連接管程管箱，管程管箱包括管程入口管箱9和管程出口管箱6，管程入口管箱9上設置管程側入口1，管程出口管箱6上設有管程側出口5，換熱管束10兩端均安裝在殼體4兩端的管板2內，其中位于管程入口管箱9端的換熱管束10端部換熱管露出管板2外端面，殼體4的錐形體上分別設有殼側入口7和殼側出口3，殼側入口7和管程側出口5位于同一端，殼側出口3和管程側入口1位于同一端。位于管程出口管箱6端的換熱管束10端部換熱管和位于管程出口管箱6內的管板2外端面平齊或伸出1～5mm。殼體4內軸向分布有換熱管支撐板8，換熱管支撐板8固定在殼體4內部，換熱管支撐板8上對應換熱管束10設置穿過孔。管程入口管箱9和管程出口管箱6均設置為圓柱形腔體，管程側入口1和管程側出口5均水平設置。殼側入口7位于錐形體的底部位置，殼側出口3位于錐形體的頂部位置。錐形體與殼體4連接處的直徑小于錐形體與管板2連接處的直徑。

換熱器具有包含在換熱器內的多個換熱管，其中每個換熱管延伸出管板2的外表面之外預定距離。換熱管的這種方式的延伸允許位于換熱管入口部分附近的長度被用作犧牲段11，該犧牲段11可以在內表面腐蝕達到有問題的水平的時刻之前被容易地更換。此外，如果換熱管腐蝕在犧牲段11中發(fā)生，則從操作的角度來講，這不是那么重要的令人擔心的理由。在該換熱器中，死區(qū)和滯留區(qū)大幅度地最小化或者消除，并且入口區(qū)域中的換熱管腐蝕通過提供換熱管長度的犧牲部分來解決，以更少的材料更換、更容易地并且以最少的停車時間對換熱管的腐蝕部分進行修補和更換。因為根據本實用新型的優(yōu)選實施例對殼側流體利用軸向流動，所以換熱管振動問題大體上被消除。