一种高效冷冻脱水器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高效冷冻脱水器，整体为立式管壳式换热器结构，该脱水器包括壳体、上封头、下筒体、下封头、管板及换热管束，所述的上封头设在壳体的上端，所述的下筒体及下封头依次设在壳体的下端，所述的管板设有两个，分别设在上封头与壳体的连接处及下筒体与壳体的连接处，所述的换热管束设在壳体内，所述的换热管束由若干换热管构成，换热管的上下两端分别与管板连通，换热管内部空间为管程，换热管外部空间为壳程，所述的换热管为变截面扭曲扁管。与现有技术相比，本发明具有结构简单、传热效果好、使用寿命长等优点。
【专利说明】一种高效冷冻脱水器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种脱水器，尤其是涉及一种高效冷冻脱水器。
【背景技术】
[0002]在电石法PVC (聚氯乙烯)生产中，氯化氢和乙炔混合气中的水会与氯化氢结合形成具有强腐蚀性的盐酸，腐蚀管道和设备(尤其是转化器列管)，严重时会造成转化器泄漏，直接影响系统的生产能力。腐蚀生成的产物FeC13也极易堵塞管道及设备。水分的存在还会造成触媒结块，缩短触媒的使用寿命，增加触媒消耗，并增大转化器的出口阻力，从而增加系统功耗。因此，增强混合气的脱水效果，减少混合气中的水含量对生产十分重要。
[0003]混合气冷冻脱水一般采用_20°C左右的低温盐水进行脱水，通过将混合气的温度降低到(TC以下来达到充分脱除水分的目的。传统的冷冻脱水器采用折流板换热器，壳程介质为冷冻盐水，管程介质为裂解混合气，壳程折流板结构使裂解混合气流动为错流流动，裂解气在换热管内进行冷冻脱水。存在漏流现象，流体流动时存在转折和进出口段涡流的影响区，容易产生流动死区，传热面积利用率低，存在传热效率低，易结垢，流动阻力大，流体横向冲刷管束易诱发振动等缺点
[0004]并且在生产实践中发现，经常会出现以下2个问题:(I)为防止混合气冷冻结冰后将换热管堵死，一般都采用大管径的换热管，结果是靠近换热管管壁的混合气可以有效的冷却到o°c以下，实现冷冻脱水，但换热器管中心部分流出的混合气温度较高，没有有效的与管壁换热，脱水效果较差，尤其是在夏天环境温度较高的时候，问题更加严重；(2)为达到冷冻脱水效果，冷冻盐水流量较大，系统阻力大，耗能高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、传热效果好、使用寿命长的高效冷冻脱水器。
[0006]为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案:一种高效冷冻脱水器，整体为立式管壳式换热器结构，该脱水器包括壳体、上封头、下筒体、下封头、管板及换热管束，所述的上封头设在壳体的上端，所述的下筒体及下封头依次设在壳体的下端，所述的管板设有两个，分别设在上封头与壳体的连接处及下筒体与壳体的连接处，所述的换热管束设在壳体内，所述的换热管束由若干换热管构成，换热管的上下两端分别与管板连通，换热管内部空间为管程，换热管外部空间为壳程，所述的换热管为变截面扭曲扁管。
[0007]所述的换热管分为三段，分别为入口端扭曲扁管段、光滑圆管段及出口端扭曲扁管段。
[0008]所述的扭曲扁管段为由圆形管压成椭圆形管后，沿椭圆形管的轴向按扭矩200?270N.m扭转而成的螺旋状结构。
[0009]换热管的入口端扭曲扁管段:光滑圆管段:出口端扭曲扁管段的长度比为3?5:1 ?2:1 ?2。[0010]相邻的换热管之间通过入口端扭曲扁管段及出口端扭曲扁管段相互接触，形成自支撑结构。
[0011]所述的换热管之间采用三角形或六边形排布。
[0012]所述的壳体的上下两端分别设有壳程出口及壳程入口，所述的下封头及上封头上分别设有管程入口及管程出口。
[0013]所述的壳程入口及管程入口处分别设有防冲板。
[0014]所述的壳体的下端设有放净口，壳体的上端设有排气口。
[0015]所述的上封头上设有温度探头，所述的下封头的下端设有放水口。
[0016]所述的变截面扭曲扁管可采用金属或非金属材料。
[0017]本发明高效冷冻脱水器取消了折流板结构，而采用变截面扭曲扁管，其壳程流体流动为变空间纵向流动。管程为变截面立体结构，其管程流体流动为变空间螺旋流动。
[0018]本发明脱水器用于电石法PVC生产中的裂解气干燥时，管程走裂解气，壳程走冷冻盐水，保证毒害气体密封在管内。冷冻盐水由壳程入口进入高效冷冻脱水器，从壳程出口流出高效冷冻脱水器，壳程冷冻盐水由于换热管的扭曲扁管段的变空间立体自支撑结构设计，流动形势为纵向变空间流动，有效强化传热，降低压降。裂解气从管程入口进入，先流经扭曲扁管段，使管程流体沿扭曲螺旋线流动，形成非对称扰流，有效破坏边界层，提高传热效率；使管内裂解气中的水分更快的冷冻并在气流离心力作用下迅速甩向管壁。然后进入光滑圆管段，光滑圆管段横截面积最大，有较大的结冰空间，不易堵死，并且由于扭曲扁管段形成的离心力使结冰能有效甩向管壁；另外，由于光滑圆管段横截面积突然增大，气体压力减小，流速降低，在管内的停留时间更长，有利于管壁结冰，实现混合气的冷冻脱水。由于光滑圆管段传热系数低，换热管中心部位的气体与管壁换热较差，所以在换热管的出口端又是扭曲扁管段，提高传热性能，使少量未有效冷却的混合气进一步冷冻脱水，裂解气最后从管程出口流出高效冷冻脱水器。换热管入口端扭曲扁管段的作用相当于预冷器，光滑圆管段及出口端扭曲扁管段为脱水器。其中放水口旨在工作周期结束后，排放脱下来的水；排气口排出壳体内部凝气；放净口旨在工作周期结束后清除冷源介质，温度探头检测上封头内，也就是管程出口处的温度。
[0019]本发明与现有技术相比，具有如下优点:(I)本发明的高效冷冻脱水器省去了传统冷冻脱水器的折流板结构，利用变截面扭曲扁管的几何结构实现换热管的自支撑；
[0020](2)换热管内流体沿螺旋线流动，能形成强烈的扰流，提高传热效率；
[0021 ] (3)换热管内流体螺旋流产生离心力，混合气中的凝结水由于密度大，在气流离心力的作用下，会迅速甩向管壁，凝固成冰；
[0022](4)换热管外流体为变空间纵向流动，流体流动是连续变化，避免了弓形折流板换热器流体由于突然改变流向造成的能量损失，极大的降低流动阻力；
[0023](5)流体与换热管间有一定的螺旋倾角，流体螺旋状的绕过换热管束，实现有效的冲刷，流动阻力小，不存在滞流死区减少污垢的沉积；
[0024](6)换热管连续的螺旋结构和变径部分的支撑减小了管子间的跨距，使得换热管的固有频率避开了流体的激振频率，避免了因共振引起的破损，从而延长了设备的寿命，降低了维修费用，使设备可以长期安全运行，达到了高效节能的目的；
[0025](7)变截面扭曲扁管设计强化了传热效果，使同等负荷传热下，体积可小30%左右，减少了制造成本【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明的结构示意图；
[0027]图2为换热管束的结构示意图。
[0028]图中，I为上封头，2为管板，3为排气口，4为壳体，5为换热管，51为入口端扭曲扁管段，52为光滑圆管段，53为出口端扭曲扁管段，6为壳程入口，7为法兰，8为下筒体，9为下封头，10为放水口，11为防冲板，12为管程入口，13为放净口，14为壳程出口，15为温度探头，16为管程出口。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的内容做进一步详细说明。
[0030]实施例一:
[0031]一种高效冷冻脱水器，如图1所示，整体为立式管壳式换热器结构，该脱水器包括壳体4、上封头1、下筒体8、下封头9、管板2及换热管束，上封头I设在壳体4的上端，下筒体8及下封头9依次设在壳体4的下端，管板2设有两个，分别设在上封头I与壳体4的连接处及下筒体8与壳体4的连接处，换热管束设在壳体4内，换热管束由若干换热管5构成，换热管5的上下两端分别与管板2连通，换热管5内部空间为管程，换热管5外部空间为壳程，换热管5为变截面扭曲扁管。壳体4的上下两端分别设有壳程出口 14及壳程入口6，下封头9及上封头I上分别设有管程入口 12及管程出口 16。壳程入口 6及管程入口 12处分别设有防冲板11。壳体4的下端设有放净口 13，壳体4的上端设有排气口 3。上封头I上设有温度探头15，下封头9的下端设有放水口 10。管板2的两端设有法兰7。
[0032]如图2所示，换热管5分为三段，分别为入口端扭曲扁管段51、中间部分的光滑圆管段52，以及出口端扭曲扁管段53。换热管的入口端扭曲扁管段51:光滑圆管段52:出口端扭曲扁管段53的长度比为3?5:1?2:1?2。其中，入口端扭曲扁管段51及出口端扭曲扁管段53为由圆形管压成椭圆形管后,沿椭圆形管的轴向按扭矩200?270N.ηι扭转而成的螺旋状结构。相邻的换热管5之间通过入口端扭曲扁管段51及出口端扭曲扁管段53相互接触，形成自支撑结构。换热管5之间采用三角形或六边形排布。变截面扭曲扁管可采用金属或非金属材料。图2中，S为扭曲端的截距。
[0033]本发明高效冷冻脱水器取消了折流板结构，而采用变截面扭曲扁管，其壳程流体流动为变空间纵向流动。管程为变截面立体结构，其管程流体流动为变空间螺旋流动。
[0034]本发明脱水器用于电石法PVC生产中的裂解气干燥时，管程走裂解气，壳程走冷冻盐水，保证毒害气体密封在管内。冷冻盐水由壳程入口 6进入高效冷冻脱水器，从壳程出口 14流出高效冷冻脱水器，壳程冷冻盐水由于换热管5的入口端扭曲扁管段51及出口端扭曲扁管段53的变空间立体自支撑结构设计，流动形势为纵向变空间流动，有效强化传热，降低压降。裂解气从管程入口 12进入，先流经入口端扭曲扁管段51，使管程流体沿扭曲螺旋线流动，形成非对称扰流，有效破坏边界层，提高传热效率；使管内裂解气中的水分更快的冷冻并在气流离心力作用下迅速甩向管壁。然后进入光滑圆管段52，光滑圆管段52的横截面积最大，有较大的结冰空间，不易堵死，并且由于入口端扭曲扁管段51形成的离心力使结冰能有效甩向管壁；另外，由于光滑圆管段52横截面积突然增大，气体压力减小，流速降低，在管内的停留时间更长，有利于管壁结冰，实现混合气的冷冻脱水。由于光滑圆管段52传热系数低，换热管5中心部位的气体与管壁换热较差，所以在换热管5又设有出口端扭曲扁管段53，提高传热性能，使少量未有效冷却的混合气进一步冷冻脱水，裂解气最后从管程出口 16流出高效冷冻脱水器。换热管5入口端扭曲扁管段51的作用相当于预冷器，光滑圆管段52及出口端扭曲扁管段53为脱水器。其中放水口 10旨在工作周期结束后，排放脱下来的水；排气口 3排出壳体内部凝气；放净口 13旨在工作周期结束后清除冷源介质，温度探头15检测上封头I内，也就是管程出口 16处的温度。
[0035]上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
【权利要求】
1.一种高效冷冻脱水器，整体为立式管壳式换热器结构，该脱水器包括壳体(4)、上封头(I)、下筒体(8)、下封头(9)、管板(2)及换热管束，上封头(I)设在壳体(4)的上端，下筒体(8)及下封头(9)依次设在壳体(4)的下端，管板(2)设有两个，分别位于上封头(I)与壳体(4)的连接处及下筒体(9)与壳体(4)的连接处，换热管束设在壳体(4)内，所述换热管束由若干换热管(5)构成，换热管(5)的上下两端分别与管板(2)连通，换热管(5)内部空间为管程，换热管(5)外部空间为壳程，其特征在于，所述换热管(5)为变截面扭曲扁管。
2.根据权利要求1所述的一种高效冷冻脱水器，其特征在于:所述换热管(5)分为三段，分别为入口端扭曲扁管段(51)、中间部分的光滑圆管段(52)及出口端扭曲扁管段(53)。
3.根据权利要求2所述的一种高效冷冻脱水器，其特征在于:所述扭曲扁管段(51)为由圆形管压成椭圆形管后，沿椭圆形管的轴向按扭矩200?270N.m扭转而成的螺旋状结构。
4.根据权利要求2所述的一种高效冷冻脱水器，其特征在于:换热管(5)的入口端扭曲扁管段(51):光滑圆管段(52):出口端扭曲扁管段(53)的长度比为3?5:1?2:1?2。
5.根据权利要求2所述的一种高效冷冻脱水器，其特征在于:相邻的换热管(5)之间通过入口端扭曲扁管段(51)及出口端扭曲扁管段(53)相互接触，形成自支撑结构。
6.根据权利要求1所述的一种高效冷冻脱水器，其特征在于:所述换热管(5)之间采用三角形或六边形排布。
7.根据权利要求1所述的一种高效冷冻脱水器，其特征在于:所述壳体(4)的上下两端分别设有壳程出口(14)及壳程入口(60)，所述下封头(9)及上封头(I)上分别设有管程入口(12)及管程出口(16)。
8.根据权利要求7所述的一种高效冷冻脱水器，其特征在于:所述壳程出口(14)及壳程入口(60)处分别设有防冲板(11)。
9.根据权利要求1所述的一种高效冷冻脱水器，其特征在于:所述壳体(4)的下端设有放净口( 13 )，壳体(4 )的上端设有排气口( 3 )。
10.根据权利要求1所述的一种高效冷冻脱水器，其特征在于:所述上封头(I)上设有温度探头(15)，所述下封头(9 )的下端设有放水口( 10 )。
【文档编号】F28F1/00GK103471414SQ201310430893
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】朱冬生, 安冬旭 申请人:中国科学院广州能源研究所