一种百叶形折流板固定管板式换热器及加工安装方法与流程

本发明一种百叶形折流板固定管板式换热器及加工安装方法，属于石油化工、能源动力等工业中使用的换热器技术领域，特别涉及一种百叶形折流板固定管板式换热器加工安装方法的技术方案。

背景技术：

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，在化工，石油，食品及其他许多工业生产中占有重要地位。在化工生产中可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器等，应用广泛。其中管壳式换热器居多，具有制造容易，生产成本低，选材范围广，清洗方便，适应性强，处理量大，工作可靠，且能适应高温高压等一系列的优点。但常用的传统弓形折流板管壳式换热器存在诸多问题：(1)其壳侧为“z”字形受限外流，这种流动形式沿程阻力大，所需动力设备功率大；(2)垂直折流板后方易形成流动死区，导致换热效率下降且结垢严重；(3)流体“横掠”管束，诱导换热管束产生震动，缩短其使用寿命。

针对上述问题，近年来提出了一系列新型换热器结构，以降低壳侧流动阻力，增强换热效率，如螺旋折流板换热器、折流杆换热器、帘式换热器及在弓形折流板基础上进行简单改进的换热器结构。

其中螺旋折流板换热器能有效减小流动死区，在传热效果和流动阻力方面有较大改进，但结构和制造安装复杂。折流杆换热器壳侧流体流动方向与管束平行，几乎实现了管程壳程流体的完全逆流，其防震、抗结垢性能好，流动阻力小；但对壳侧流速及管束布置要求严格，在大量推广使用上受到限制。纵现有技术，各种新型换热器都在一定程度上改善了传统换热器的不足，但仍无法取代弓形折流板换热器推广使用。

技术实现要素：

本发明一种百叶形折流板固定管板式换热器及加工安装方法，目的在于：克服传统弓形折流板换热器的不足，提供一种百叶形折流板固定管板式换热器及加工安装方法，本发明可减少换热器壳侧流动死区，降低流动阻力，增强流体湍流度，强化换热，其结构和安装制作简单。

本发明一种百叶形折流板固定管板式换热器加工安装方法，其特征在于由管侧进口管箱1、壳体2、换热管束3、管侧流体进口4、管侧流体出口5、壳侧流体进口6、壳侧流体出口7、管侧出口管箱8、百叶形折流板支撑结构9和管板10组成，其中管侧流体进口4焊接于管侧进口管箱1，管侧流体出口5焊接于管侧出口管箱8上，换热管束3用胀接或焊接的方法固定在换热器两端的管板10上，穿插安装于百叶形折流板支撑结构9中，百叶形折流板支撑结构9在壳程内沿长度方向等距布置，壳侧流体进口6和壳侧流体出口7直接焊接于壳体2上，管板10与壳体连为整体，其延长部分兼作法兰，与管箱1用螺柱和垫片连接，该换热器壳侧百叶形折流板支撑结构9为呈一定倾角的百叶形结构，由折流环11及百叶片12构成(具体结构见附图2)，换热管束3穿插固定于百叶形折流板支撑结构9和位于壳体两侧的管板10上，百叶折流板支撑结构9与换热管束3组装后套入壳体2中。

上述一种百叶形折流板固定管板式换热器加工安装方法，其特征在于所述的百叶形折流板支撑结构9由若干倾斜百叶片组成。每片叶片宽度为壳体直径的20％～25％，所述倾角θ角为10°～80°，其厚度依换热管无支撑跨距和壳体公称直径共同确定，范围是3mm～22mm。

上述一种百叶形折流板固定管板式换热器，其特征在于所述的百叶形折流板9由折流环11与百叶片12组成，在折流环内部依百叶片角度下轨后，将百叶片插于折流环导轨中以确保叶片角度的准确性。

上述一种百叶形折流板固定管板式换热器加工安装方法，其特征在于所述的百叶形折流板叶片开孔形式，孔形为椭圆形，该椭圆形管孔可于换热管处产生小股射流，增加流体扰动提高换热效率。

上述一种百叶形折流板固定管板式换热器，其特征在于所述流体由壳侧流体进口6进入后，流经百叶形折流板支撑结构9，流体流动状态均匀，无相对滞流区，壳侧流动死区小，其传热面积大，使得换热器换热效率高。

上述一种百叶形折流板固定管板式换热器，其特征在于所述管内流体由管侧流体进口4流入，经管侧进口管箱1进入换热管束3中，进行热量交换后进入管侧出口管箱8，通过管侧流体出口5流出；壳侧流体由壳侧流体进口6进入，外掠换热管束3，通过百叶形折流板支撑结构9和换热管束3形成的通道后，由壳侧流体出口7流出。

上述一种百叶形折流板固定管板式换热器加工安装方法，其特征在于所述百叶形折流板支撑结构9由两部分组成：折流环11和若干百叶片12，折流环外径与壳体内径相同，环宽可略厚于百叶片厚度，百叶片加工及折流板组装方法如下：

第一步、百叶片12制作方法：

1)取满足强度要求的板材，厚度选取按表1确定，最大无支撑跨距允许限度按表2确定。

表1折流板厚度选取表

表2最大无支撑跨距允许限度

将板材点焊固定，以确保折流板管孔为同心圆，按换热管布置对管孔定位后进行钻孔，孔型椭圆形，长短轴确定如下：

长轴为：

d1＝d/sinθ+2δ

短轴为：

d2＝d，

其中，d为换热管外径，δ为百叶片厚度。

钻孔完成后，标记折流板外圆，车外圆，即加工成圆形板材，其直径大于折流环内径，取：

d3＝d+d′，

其中，d′为折流环环宽，d为折流环外径。

2)对加工后的圆形板材直径进行等分，各等分段长为直径的20％～25％，从各等分点垂直于直径切割，叶片加工完成。

第二步、百叶片插槽的制作方法：

将折流环11直径进行等分，份数与百叶片12份数相同，依等分点做垂直于直径的弦，弦的两端点即为百叶片12插槽加工基点，加工倾角θ为10°～80°，开槽，槽宽s＝δ+2，至此，将百叶片12插入插槽中，于百叶片12中心处与折流环11焊接加固，保证百叶角度的准确性。此处由于折流板存在开缺口与未开缺口两种形式，基于结构灵活性考虑，不论折流板是否具有缺口，均于折流环内加工插槽。

本发明一种百叶形折流板固定管板式换热器及加工安装方法，其优点在于本发明的百叶形折流板固定管板式换热器及百叶形折流板的具体制作安装方法，其制作工艺简单，便于组装，适用范围广，其换热和阻力性能优于传统弓形折流板换热器。可广泛应用于石油化工和能源动力行业，能够取得显著的节能效果，符合高能行业节能减排的需求，具有良好的社会效益和经济效益，并具有广泛的推广应用前景。其流体流动状态及传热特征具有如下优点：

(1)因百叶形折流板支撑结构的存在，使流体分为若干股流过折流板，将壳程流动死区分散，流体流动均匀，该结构可避免流体因受横向阻挡产生的速度剧烈变化和动能损失，其压降较小；折流板处流体速度改变角度小，叶片导流作用明显。与传统弓形折流板换热器相比，其壳侧流动死区小，阻力大大降低，所耗泵功降低，设备抗结垢性能好。

(2)由于流体分布均匀，换热管与流体接触充分，换热面积增加；同时,百叶片对流体扰动形成漩涡尾流，增强流体扰动，局部传热增强，使其较之于弓形折流板换热器换热效率提高。

(3)对其进行流场模拟分析发现，流速与温度梯度的夹角较小，温度场与速度场协同作用良好，传热强化。

(4)该百叶折流板结构对换热管排列要求低，可使用正三角形布置，壳程紧凑程度高，同等换热量下设备尺寸小。

附图说明

图1为本发明的百叶形折流板固定管板式换热器示意图；

图2为本发明的百叶形折流板支撑结构示意图；

图3为本发明的折流环导轨示意图；

图4为本发明的换热管束示意图；

图5为本发明的百叶片示意图；

图6为管箱管板连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施方式1

参见图1所示：本发明的百叶形折流板固定管板式换热器，包括管侧进口管箱1、壳体2、换热管束3、管侧流体进口4，管侧流体出口5，壳侧流体进口6，壳侧流体出口7，管侧出口管箱8，百叶形折流板支撑结构9、管板10。管箱位于换热器两端，管侧流体进口4、管侧流体出口5分别焊接在管侧进口管箱1和管侧出口管箱8上。壳侧流体进口6、壳侧流体出口7焊接在壳体2上，位置如图所示。换热管束3穿插于百叶形折流板支撑结构9中，两端焊接固定在管板10上。百叶形折流板支撑结构9依管轴方向等距焊接于壳体2上。如图所示每片叶片宽度为壳体直径的20％，所述倾角θ角为60°，其厚度依换热管无支撑跨距和壳体公称直径共同确定为8mm。管内流体由管侧流体进口4流经管箱1流向换热管束3后由管侧流体出口5流出。壳侧流体从壳侧流体进口6进入，通过百叶形折流板支撑结构9后由壳侧流体出口管7流出。管内流体与壳侧流体通过换热管完成热量传递。依靠百叶形折流板，壳侧流体流动状态均匀，流动死区小。较之于弓形折流板换热器壳侧压降小，传热效率高。

参照图2、3、5所示：折流环11及若干倾斜叶片12构成百叶形折流板。叶片角度θ，其上管孔孔型为椭圆形，长短轴确定如下：

长轴为：

d1＝d/sinθ+2δ

短轴为：

d2＝d，

其中d为换热管外径，δ为百叶片厚度。叶片与折流环在叶片中点处相连接。该折流板具体制作工艺已于发明中提及。其构造比螺旋折流板简单，又可优化壳侧受限外流，减小流动阻力，增大换热流体与传热面的接触面积，换热器换热效果好，相同换热量下所需泵功小。这种折流板可使用任意的管束布置方式，壳侧构造紧凑，优于折流杆换热器。

参照图3所示：折流环11外径d与壳体内径相同，环宽d′略大于百叶片厚度δ。以图所示叶片中点为中心点下轨，开槽角度θ，槽宽h与叶片厚度相同，深度为0.5d′。叶片插于槽中于叶片中点处固定，后将叶片同折流环焊接。这样既可确保叶片安装角度的准确信又可对折流板进行加固，延长其使用寿命。

参照图4所示：换热管为圆管，换热管外径为d，其值可取表2中所列管径。换热管束布置结构可取正三角形布置及正方形布置。

参照图2、4、5所示：百叶形折流板支撑结构9的换热管穿孔面积略大于换热管束3于倾角θ下的斜切面面积，在壳侧流体流经折流板时可产生小股射流，对流场有扰动作用，有助于提高换热效率。这种钻孔面积同样有助于换热器的穿管安装。

参照图6所示：管板10与壳程圆筒2连为整体，其延长部分兼作法兰，与管箱用螺柱、垫片连接。依不同适用范围，换热管束3可采取胀接、焊接、焊胀并用的方法同管板10相连接。

实施方式2

每片叶片宽度为壳体直径的25％，所述倾角θ为80°，其厚度依换热管无支撑跨距和壳体公称直径共同确定，范围是22mm。其它同实施方式1。

实施方式3

每片叶片宽度为壳体直径的20％，所述倾角θ为10°，其厚度依换热管无支撑跨距和壳体公称直径共同确定，范围是3mm。其它同实施方式1。