一种月形折流板及管壳式换热器的制作方法

本发明涉及换热器的技术领域，特别是涉及一种月形折流板及管壳式换热器。

背景技术：

管壳式换热器又称为列管式换热器或者列管式冷凝器，其适用于化工、石油、医药、食品、轻工、冶金、焦化等行业中的“液——液”、“汽——汽”、“汽——液”热交换的对流传热，以及蒸汽冷凝和液体蒸发等换热冷凝流程，是应用最为广泛的热交换器。

管壳式换热器一般由管束、壳体、管箱、外头盖等主要构件构成，管束是列管式换热器的核心，管束通常由换热管、折流板（或者称为支持板）和管板组成，成排的换热管通过折流板支持，其两端穿进管板的管孔中与管板相连接，在保证换热管与管板的接头的密封性和强度的情况下，即可成为一台管束，管束再与壳体、管箱组成完整的换热器。其中，换热管作为导热元件，与折流板一起决定列管式换热器的传热性能，管箱与壳体则决定列管式换热器的承压能力及操作运行的安全可靠性。这种管壳式换热器的制造工艺成熟，安全性能高，是在换热设备中关键的能耗设备。

传统技术中，普通使用在管束的折流板的结构一般为弓形折流板，或者在弓形折流板的基础上进行改进的圆缺阻液形折流板、环盘形折流板、孔式折流板、折流杆等，这些折流板结构或多或少都存在如下不足之处：(1)由于壳程流体多次改变流动方向，容易在折流板边缘处产生流体分离，从而增大流动阻力；(2)对于弓形折流板，如图1所示，其流通缺口面101为平面，流通缺口面101到壳体103内壁（图1中虚线）的最大尺寸为h，h即为弓形折流板100的用于流体通过的流通缺口102的最大高度，由于弓形折流板100的流通缺口102的中间高度明显大于两侧高度，且过渡不够平缓，使得流经该流通缺口102的流体不够均衡，而且流通缺口102中部的流速较慢，不能有效冲刷弓形折流板100与壳体103之间形成的拐角，导致很多流动滞止死区的存在，这样不仅导致传热效率降低，而且滞止死区的流体容易在壳侧结垢，进而造成热交换效率下降；(3)对于圆缺阻液形折流板，由于圆缺区中流体呈平行于换热管的管轴方向流动，致使传热性能下降；(4)对于环盘形折流板，壳程流体经折流板的多次折流会产生叉流流动，进而将减少传热的平均温差；(5)当壳程的进、出口管距管板较远时，流动停止区会变大，需增设导流筒，还得增加换热管的有效长度；(6)对于折流杆换热器，其在高粘度的介质中很难形成有效的卡门旋涡，进而达不到高传热效率的要求。

针对传统的折流板存在的问题，人们采取的对策是彻底抛弃弓形折流板，采用螺旋扁管自我支持换热管，或采用缠绕管自我支持换热管，或把二维折流板拼成螺旋折流板支持换热管等，这些改进结构的折流板在解决上述部分问题的同时，也带来了使用条件的局限性、结构的复杂性、不易清洗和维修、成本高等新的问题。另外，随着石油化工装置的规模化发展和节能技术指标的完善，壳管式换热器适用的公称直径从2600mm扩大到4000mm，结构尺寸的放大设计并不会天然地带来线性比例增大的工艺效果，反而会放大原有的缺点，例如，在大公称直径的壳管式换热器中，现有的折流板结构（包括传统的折流板和改进后的已有的折流板），其中一部分本身不适用于大公称直径的壳管式换热器，其中另一部分使得其本身存在的上述问题更加突出和严重。因此，针对上述诸多问题和缺陷，研发一种具结构简单、设计技术可靠、制造工艺成熟、结构成本低的折流板和壳管式换热器，其能够提高有效换热面积和换热效率，对稳定生产和经济效益具有重要的工程意义。

技术实现要素：

本发明的目的之一是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种能够消除流动滞止死区、避免壳侧流体结垢、加速热交换的月形折流板。

本发明的目的之二是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种能够有效提高有效换热面积和换热效率的壳管式换热器。

为实现上述目的之一，本发明提供以下技术方案：

提供一种月形折流板其安装于圆筒形的壳体内，包括折流主板，所述折流主板安装于所述壳体的内壁，所述折流主板的边缘面设有内凹的流通缺口面，所述流通缺口面与所述壳体的内壁围成供流体流过的流通缺口。

其中，所述折流主板与所述壳体的内壁之间的夹角为a，90°≤a≤135°。

其中，所述流通缺口面为弧形面。

其中，所述流通缺口面为内切于折流主板的边缘的行星圆环面。

其中，所述流通缺口面为角形面。

其中，所述流通缺口面为阶梯形面。

其中，所述流通缺口面包括两个弧形面，两个弧形面拼接呈波浪形面。

为实现上述目的之二，本发明提供以下技术方案：

提供一种管壳式换热器，包括圆筒形的壳体和安装于所述壳体内的折流板，所述折流板为上述的一种月形折流板。

本发明的有益效果：

本发明的月形折流板，其结构包括折流主板，折流主板安装于壳体的内壁，折流主板的边缘面设有内凹的流通缺口面，这使得整个折流板呈月缺形，流通缺口面与壳体的内壁围成供流体流过的流通缺口。相对于现有技术，本发明的流通缺口在其高度方向上，其中部的高度明显增大、两端的高度明显缩小，这样就显著扩大整个流通缺口内的流通高度的差异，这种差异化将强化流体的紊流，进而可强化流体对流板主体与壳体之间拐角处的干扰，进而有效避免低效或者无效的流体滞止死区，还可冲刷拐角处的垢层和杂质，进而达到加速热交换的目的。

本发明的管壳式换热器，其通过采用上述的月形折流板，可强化流体对流板主体与壳体之间拐角处的干扰，进而有效避免低效或者无效的流体滞止死区，进而达到提换热器的有效换热面积和换热效率的目的。

附图说明

图1为现有技术中的弓形折流板的结构示意图。

图1中的附图标记：100-弓形折流板、101-流通缺口面、102-流通缺口。

图2为实施例1的一种月形折流板的结构示意图。

图3为实施例2的一种月形折流板的结构示意图。

图4为实施例3的一种月形折流板的结构示意图。

图5为实施例4的一种月形折流板的结构示意图。

图6为实施例5的一种月形折流板的结构示意图。

图7为月形折流板垂直安装于壳体内的结构示意图。

图2至图7中的附图标记：

1-壳体、11-壳程进口管、12-壳程出口管；

2-折流主板；

3-流通缺口面；

4-管孔；

5-流通缺口。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。

实施例1

实施例1的一种月形折流板，如图2和图7所示，其安装于圆筒形的壳体1内（图2中的圆弧虚线为部分壳体），月形折流板包括折流主板2，折流主板2的边缘设有内凹的流通缺口面3，这使得整个折流板呈月缺形，流通缺口面3与壳体1的内壁围成供流体流过的流通缺口5。本实施例中，流通缺口面3为内凹的弧形面，这使得流通缺口5的上下高度从两端到中间逐渐过渡，并且流通缺口5中部的上下高度由现有技术中的h增大为图2中的h2，流通缺口5两端的上下高度由现有技术中的h减小为图2中的h1，这样就显著扩大整个流通缺口内的流通高低差异，这种差异化将强化流体的紊流，进而可强化流体对流板主体与壳体之间拐角处的干扰，例如能够强化流体对流板主体与壳体1之间拐角处的干扰（图7中的a、b、c、d拐角处），进而有效避免低效或者无效的流体滞止死区，还可冲刷拐角处的垢层和杂质，进而达到加速热交换的目的。另外，流体经折流板导流后，还能够使壳程流道形成流通面积反复缩放循环的宏观流态，这样不仅放能够不断改变流体的流动速度，进而形成紊流，从而在紊流的干扰下可以使热交换加速，提高换热效率，而且动态的缩放流可以冲刷垢层和杂质，减少壳体1的金属壁的热阻。

进一步的，流通缺口面3通过在折流主板2火焰切割成形，再通过砂轮打磨去除火割产生的毛刺，以使得流通缺口面3更加平滑，减少对流体的阻力。

如图7所示，折流主板2与壳体1的内壁之间的夹角为a，90°≤a≤135°，在相邻两个月形折流板之间的间距较小时，折流主板2垂直安装于壳体1的内壁，b=90°；在相邻两个月形折流板之间的间距较大时，将折流主板2倾斜安装于壳体1的内壁，b=135°，倾斜安装折流主板2使得流体可以更加充分地冲刷到折流主板2与壳体1之间所形成的各个拐角处，并且使流通面积反复缩放循环的宏观流态更加明显，进而增加流体的紊流程度，达到进一步加快热交换的目的。

本实施例中，在折流主板2倾斜安装于壳体1时，折流主板2的管孔4都为椭圆形或圆形，以便于换热管安装于月形折流板，并且管孔4均匀排布于折流主板2上。

本实施例的月形折流板不仅可以应用于管壳式换热器，也可应用于浮头式换热器或者固定管板式换热器，还可应用于壳程流体是液体或气体的换热器，且特别适用于大直径、低流速或两者兼具的管壳式换热器。本实施例的月形折流板可适用于液体或气体的换热器。如图7所示，月形折流板垂直安装于壳体1内，壳程流体从左端上部的壳程进口管11进入，沿着虚线和箭头在月形折流板之间流动，最后从右端下部的壳程进口管11离开，在折流辅板3的导流下，流体可以充分冲刷到图7中的a、b、c和d等90°拐角处，避免出现低效或者无效的流动死区，另外，当壳体1的侧部的壳程进口管11和壳程出口管12都距管板较远时，采用上述的月形折流板，就不再需要增设导流筒，即可通过折流辅体引导流体到达管板的背面，进而简化了换热器结构。另外，对于传统的换热器，只需更换其中的管束（管束包括换热管、折流板和管板），即可达到增强了换热器的传热效果，进而提高换热效率，这样使得换热器的技术升级操作简便易行，并且成本投入少且节能效果显著。

实施例2

本发明的一种月形折流板具体实施方式之二，如图3所示，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，流通缺口面3为内切于折流主板的边缘的行星圆环面，这使得流通缺口为一个圆形的流通缺口5，相对于现有技术，圆形的流通缺口5的流通面积明显缩小，这将使得流体聚集在一起通过圆形流通缺口5，进而使得流体的紊流态更加强烈，且流速有明显提高，从而可以缩小或消除折流板与壳体1之间的流动滞止死区。本实施例中，流通缺口5中部的上下高度由现有技术中的h增加为图3中的h。

实施例3

本发明的一种月形折流板具体实施方式之三，如图4所示，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，流通缺口面3包括角形面，角形面和壳体1的内壁围成一个扇形的流通缺口5。流通缺口5中部的上下高度由现有技术中的h增加为图4中的h2，流通缺口5两端的上下高度由现有技术中的h减小为图4中的h1，这导致流通缺口5中部的流通面积加大，进而使得流通缺口5中间和两端的流通面积的差异性扩大，该差异性将导致流体在流通缺口5的中部和两端的流速的差异化，这种差异性将强化流体的紊流，增强流体对流板主体与壳体之间拐角处的干扰，这样能够缩小或消除折流板与壳体1之间的流动滞止死区。

实施例4

本发明的一种月形折流板具体实施方式之四，如图5所示，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，流通缺口面3为阶梯形面，阶梯形面与壳体1的内壁围成流通缺口5。流通缺口5中部的上下高度由现有技术中的h增加为图5中的h2，流通缺口5两端的上下高度由现有技术中的h减小为图5中的h1，这导致流通缺口5中部的流通面积加大，进而使得流通缺口5中间和两端的流通面积的差异性扩大，该差异性将导致流体在流通缺口5的中部和两端的流速的差异化，进而将强化流体的紊流，增强流体对流板主体与壳体之间拐角处的干扰，这样能够缩小或消除折流板与壳体1之间的流动滞止死区。

实施例5

本发明的一种月形折流板具体实施方式之四，如图6所示，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，流通缺口面3包括两个弧形面，两个弧形面拼接呈波浪形面，波浪形面与壳体1的内壁围成流通缺口5。流通缺口5中部的上下高度由现有技术中的h增加为图6中的h2，流通缺口5靠近两端部的上下高度由现有技术中的h减小为图6中的h1。相对于现有技术，本发明的流通缺口5中部的流通面积加大了，流通缺口5中间和两端的流通面积的差异性将扩大，该差异性将导致流体在流通缺口5的中部和两端的流速的差异化，这种差异性将强化流体的紊流，增强流体对流板主体与壳体之间拐角处的干扰，这样能够缩小或消除折流板与壳体1之间的流动滞止死区。

本实施例中，可以按实际需要适当调整流通缺口面3的形状和上下高度，使得月形折流板能够强化非单一均匀混合介质流经流通缺口5的流态，特别是强化流体对流道90°拐角处的干扰，避免形成流动死区及杂质沉积。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。