本實(shí)用新型涉及三管程列管式換熱器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用單管程列管式換熱器改造成的三管程列管式換熱器。

　　背景技術(shù)：

　　目前，工業(yè)上常使用的列管式換熱器都是單管程或者是2，4，6偶數(shù)型多管程的。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)比較成型，選型迅速方便，使用安全可靠。缺點(diǎn)是，當(dāng)換熱器出現(xiàn)設(shè)計(jì)誤差或者在用的換熱器它的實(shí)際使用工況與設(shè)計(jì)工況有差別時(shí)，在通過調(diào)整工藝參數(shù)仍然不能滿足生產(chǎn)要求時(shí)，只能通過重新設(shè)計(jì)換熱器，更換換熱器，達(dá)到生產(chǎn)換熱目的。但是，面對(duì)具體裝置，一方面期望改善換熱效果，需要通過調(diào)整換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)才得以實(shí)現(xiàn)，另一方面，換熱器實(shí)際的安裝使用空間受限，換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整受限，這兩者是一對(duì)難以解決的矛盾。

　　雙管程或者四管程列管式換熱器，盡管是僅通過改變少量換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)而實(shí)現(xiàn)換熱效果改善的常用方法，在很多場(chǎng)合普遍適用。如果用它們替代單管程列管式換熱器，則需要改變進(jìn)出管口位置。

　　另外，在用的或者閑置的單管程列管式換熱器，通過換熱器計(jì)算選型不合適時(shí)，很少進(jìn)一步考慮對(duì)它進(jìn)行多程化的改造設(shè)計(jì)。主要的原因是由于單管程列管式換熱器管板布管固定，分割管程的管箱與固定管板之間的隔板難以布置，隔板與固定管板之間難以實(shí)現(xiàn)密封。

　　技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

　　發(fā)明目的

　　為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供了一種采用單管程列管式換熱器改造成的三管程列管式換熱器，在不改變換熱器外形結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)換熱器的換熱效果，滿足生產(chǎn)需求。

　　技術(shù)方案

　　一種三管程列管式換熱器，所述列管式換熱器是由管程空間和殼程空間兩個(gè)空間構(gòu)成的兩種流體流動(dòng)的通道，其特征在于：在管程空間內(nèi)設(shè)置隔板，將管程空間分為三份；隔板將管程空間分割為均勻布置或非均勻布置兩種方式；進(jìn)料端設(shè)置在封頭端或封頭端側(cè)面。

　　管程空間均勻布置時(shí)，列管為正三角形布管方式，均勻三等分換熱器管束；管程空間非均勻布置時(shí)，列管為正三角形布管方式或正方形布管方式。

　　進(jìn)料端設(shè)置在封頭端是指進(jìn)料端平行于列管式換熱器軸線。

　　進(jìn)料端設(shè)置在封頭端側(cè)面是指進(jìn)料端垂直于換熱器列管軸線。

　　列管為正三角形布管方式時(shí)，換熱器兩端的管程通過間隔120度的兩個(gè)隔板分割成兩個(gè)區(qū)域；以換熱器軸心為圓心，在換熱器兩端0度水平面上均固定一個(gè)隔板，在換熱器的任一端，以該端0度水平面上的隔板為基準(zhǔn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)120度安裝該端第二塊隔板；另一端以該端0度水平面上的隔板為基準(zhǔn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)120度安裝該另一端的第二塊隔板；實(shí)現(xiàn)等分三管程。

　　單管程換熱器密封槽下方列管通過堵頭焊密封，在上方增加隔板密封槽，通過隔板分隔扇形區(qū)域，實(shí)現(xiàn)三等分管程。

　　焊密封是指：用堵管連桿堵住在上方增設(shè)密封槽的換熱器列管，堵管連桿的兩端設(shè)有堵頭，堵頭外徑比換熱器列管內(nèi)徑小0.5mm，堵頭高度10mm，堵管連桿與其兩端堵頭的總長(zhǎng)度比換熱器列管長(zhǎng)度短3~5mm。

　　管程空間為非均勻布置時(shí)，采用一塊隔板將換熱器一端管程分割成兩個(gè)圓缺區(qū)域，一個(gè)是三分之一，一個(gè)是三分之二；換熱器另一端，在隔板的對(duì)稱位置，也通過一塊隔板，將管程分割成兩個(gè)圓缺區(qū)域，因此，一個(gè)是三分之一，另一個(gè)是三分之二；從而實(shí)現(xiàn)三管程。

　　優(yōu)點(diǎn)及效果

　　本實(shí)用新型是一種三管程列管式換熱器，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　應(yīng)用傳熱理論，在不改變傳熱面積，換熱介質(zhì)條件下，通過增加管程，增加管程流速的方法，通過提高換熱器中較小側(cè)管程流體的對(duì)流傳熱系數(shù)，解決傳熱熱阻的主要矛盾，實(shí)現(xiàn)增加換熱負(fù)荷的目的。

　　拓寬了換熱器的設(shè)計(jì)與選型模式；單管程改成三管程換熱器，換熱效果明顯加強(qiáng)，特別是解決了不調(diào)整換熱器冷熱流體溫度，流量，種類，不改變換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)的同時(shí)，達(dá)到強(qiáng)化傳熱的效果，解決工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用問題；可以對(duì)不適用的閑置的換熱器進(jìn)行合理改造設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)廢物利用，節(jié)省工廠固定資產(chǎn)投資。

　　附圖說明

　　圖1為隔板均勻布置時(shí)換熱器端部的截面圖，圖1（a）為一端截面圖，圖1（b）為另一端截面圖。

　　圖2為管程流體的路徑圖。

　　圖3為隔板非均勻布置時(shí)換熱器端部的截面圖，圖3（a）為一端截面圖，圖3（b）為另一端截面圖。

　　圖4為堵管連桿結(jié)構(gòu)示意圖，圖4（a）為帶堵頭的連桿，圖4（b）為換熱器列管，圖4（c）為連桿與換熱器列管焊接示意圖。

　　圖5為隔板密封槽結(jié)構(gòu)示意圖，圖5（a）為隔板密封槽剖視圖，圖5（b）為密封槽支撐板平面視圖。

　　圖6為三管程換熱器管箱結(jié)構(gòu)示意圖，圖6（a）為管箱剖視圖，圖6（b）是Y-Y面視圖，圖6（c）是X-X面視圖，圖6（d）是隔板平面視圖。

　　附圖標(biāo)記說明：

　　1、堵頭；2、堵管連桿；3、換熱器列管；4、隔板密封槽；5、密封槽支撐板；6、輔助連接板；7、隔板支撐；8、隔板拉筋；9、環(huán)向隔板；10、縱向隔板；11、縱向隔板與隔板密封槽密封連接部。

　　具體實(shí)施方式

　　基于換熱器強(qiáng)化傳熱理論，可通過增加管程來提高換熱器的總傳熱系數(shù)。

　　在物料流量及換熱介質(zhì)溫度已經(jīng)受到限制，在不改變換熱器面積時(shí)，為提高換熱效果，通常可通過增加對(duì)流傳熱系數(shù)較小側(cè)的流體的速度來增強(qiáng)換熱器換熱效果，特別是在殼程流體的對(duì)流傳熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管程流體的對(duì)流傳熱系數(shù)，管程流體速度不太高的情況下，可通過增加管程的方法，提高管程流體的流速，提高管程流體的對(duì)流傳熱系數(shù)，從而大幅提高換熱器的總傳熱系數(shù)。

　　本實(shí)用新型采用三管程列管換熱器代替換熱面積、列管數(shù)目相同的單管程列管換熱器，確實(shí)能夠在一定范圍內(nèi)增強(qiáng)換熱效果，目前工業(yè)上還沒有或少有三管程列管式換熱器設(shè)計(jì)使用實(shí)例。

　　列管式換熱器是由兩個(gè)空間構(gòu)成的兩種流體流動(dòng)的通道。管程構(gòu)成了管內(nèi)流動(dòng)的空間，管和殼之間的區(qū)域構(gòu)成了殼程空間，兩種流體在各種的空間內(nèi)不直接接觸流動(dòng)，由于流體溫度不同，實(shí)現(xiàn)換熱。

　　所說的三管程是指，通過在管程空間加入隔板，流體不是一次通過所有管，而是管程空間被分成三份，舉個(gè)例子，如果有90根管，流體一次流過30根管，然后再流過另外30根管，*后再流過30根管，這即為三管程。

　　下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明：

　　本實(shí)用新型是一種三管程列管式換熱器，如圖1、圖2和圖3中所示，所述列管式換熱器是由管程空間和殼程空間兩個(gè)空間構(gòu)成的兩種流體流動(dòng)的通道，其特征在于：在管程空間內(nèi)設(shè)置隔板，將管程空間分為三份；根據(jù)隔板設(shè)置方式將管程空間分割為均勻布置或非均勻布置兩種方式；進(jìn)料端設(shè)置在封頭端或封頭端側(cè)面。

　　管程空間均勻布置時(shí)，列管為正三角形布管方式，均勻三等分換熱器管束；管程空間非均勻布置時(shí)，列管為正三角形布管方式或正方形布管方式。如圖1相鄰的3個(gè)列管的圓心連接起來是正三角形；如圖3相鄰的4個(gè)列管的圓心連接起來是正方形。

　　進(jìn)料端設(shè)置在封頭端是指進(jìn)料端平行于列管式換熱器軸線。

　　進(jìn)料端設(shè)置在封頭端側(cè)面是指進(jìn)料端垂直于換熱器列管軸線。

　　如圖1所示，列管為正三角形布管方式時(shí)，換熱器兩端的管程通過間隔120度的兩個(gè)隔板分割成兩個(gè)區(qū)域；以換熱器軸心為圓心，在換熱器兩端0度水平面上均固定一個(gè)隔板，在換熱器的任一端，以該端0度水平面上的隔板為基準(zhǔn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)120度安裝該端第二塊隔板；另一端以該端0度水平面上的隔板為基準(zhǔn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)120度安裝該另一端的第二塊隔板；實(shí)現(xiàn)等分三管程。

　　多管程換熱器均設(shè)有隔板和隔板密封槽，是在固定換熱器列管的管板上設(shè)置密封槽。當(dāng)列管式換熱器為多管程換熱器時(shí)，在管板上預(yù)留出設(shè)計(jì)隔板密封槽的位置。改造單管程換熱器為三管程換熱器時(shí)，由于原先的管板上方?jīng)]有密封槽，也沒有設(shè)置密封槽的位置，因此必須把占據(jù)密封槽位置的列管堵上，焊接上鐵板，再在鐵板上焊接上密封槽，這樣就可以固定隔板，分割管程。將單管程換熱器改造成三管程換熱器，是將單管程換熱器密封槽下方列管通過堵頭焊密封，在上方增加隔板密封槽，通過隔板分隔扇形區(qū)域，實(shí)現(xiàn)三等分管程。

　　單管程換熱器密封槽下方列管通過堵頭焊密封，在上方增加隔板密封槽，通過隔板分隔扇形區(qū)域，實(shí)現(xiàn)三等分管程。

　　如圖4所示，焊密封是指：用堵管連桿2堵住在上方增設(shè)密封槽的換熱器列管，堵管連桿2的兩端設(shè)有堵頭1，堵頭1外徑比換熱器列管3內(nèi)徑小0.5mm，堵頭高度10mm，堵管連桿2與其兩端堵頭的總長(zhǎng)度比換熱器列管長(zhǎng)度短3~5mm。

　　堵頭1是增設(shè)的，換熱器列管3是待改造的換熱器原有的，但由于需要給出增設(shè)密封槽的位置，因此需要把列管用堵頭堵上，用堵頭把列管兩端密封焊住。

　　如圖3所示，管程空間為非均勻布置時(shí)，采用一塊隔板將換熱器一端管程分割成兩個(gè)圓缺區(qū)域，一個(gè)大約是三分之一，一個(gè)大約是三分之二；換熱器另一端，在隔板的對(duì)稱位置，也通過一塊隔板，將管程分割成兩個(gè)圓缺區(qū)域，因此，一個(gè)大約也是三分之一，另一個(gè)大約也是三分之二；從而實(shí)現(xiàn)三管程。

　　如圖5所示，密封槽支撐板5與輔助連接板6密封焊接。隔板密封槽4上方按多程換熱器隔板密封槽標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。長(zhǎng)度為半徑長(zhǎng)度，寬度約比換熱器列管直徑小2~4mm，高度約為30~50mm。圖5（a）為隔板密封槽剖視圖，圖5（b）為密封槽支撐板平面視圖。

　　管程管箱內(nèi)隔板空間的改造，根據(jù)進(jìn)料位置不同，分為平行于列管軸線和垂直于列管軸線兩種形式，下面分別進(jìn)行介紹：

　　**種方式如圖6所示，其中7為隔板支撐，8為隔板拉筋，9為環(huán)向隔板，10為縱向隔板，11為縱向隔板與隔板密封槽密封連接部。從封頭中心以平行于列管軸線的方式進(jìn)料，是*復(fù)雜的一種改造方式。同時(shí)，也是*不影響換熱器空間布置和配管的一種形式。

　　其中環(huán)向隔板9為240度扇形，環(huán)向外側(cè)與管箱壁焊接，在環(huán)向方向上，每隔60度增設(shè)隔板支撐7，用隔板拉筋8焊接環(huán)向隔板9與隔板支撐板7，因此需用五個(gè)隔板拉筋和五個(gè)隔板支撐板?？v向隔板10上方與環(huán)向隔板內(nèi)側(cè)焊接，下方進(jìn)入密封槽中。由于換熱器自然流通時(shí)，內(nèi)部壓力不平衡來自于阻力，因此隔板厚度不需要設(shè)計(jì)太厚，取6~10mm即可。

　　第二種方式即從封頭側(cè)面以垂直于列管軸線的方式進(jìn)料。這種方式的改造，與**種方式的改造相比，不用制作環(huán)向隔板，不用制作隔板支撐，不用制作隔板拉筋，僅在封頭上焊接間隔120度的兩塊縱向隔板即可。并且這種方式的改造也可以把單管程換熱器改成2管程、4管程等其它形式的多管程換熱器。

　　本實(shí)用新型工作原理如下：

　　在換熱器分程設(shè)計(jì)上，既可以采用扇形三等分換熱器列管的方式，實(shí)現(xiàn)換熱器列管的均勻分程，也可以采用半月板式分程，實(shí)現(xiàn)換熱器列管的大概分程，前者主要適用于換熱器列管以三角形布置排列的這種方式，而后者可以適用任意形的換熱器列管布置方式。

　　對(duì)于三管程換熱器的設(shè)計(jì)，可以通過在管箱側(cè)面進(jìn)料或出料，在封頭上設(shè)置隔板，在管板上設(shè)置隔板密封槽得以實(shí)現(xiàn)。

　　對(duì)于單管程列管式換熱器改造為三管程換熱器，主要需要完成管板上方隔板密封槽的改造以及管程管箱內(nèi)隔板空間這兩方面的改造。為了制作隔板密封槽，改造時(shí)需要封堵密封槽下方列管、需要制作密封槽輔助連接板，實(shí)現(xiàn)隔板密封。為通過隔板分程，需要制作隔板支撐、隔板拉筋、環(huán)向隔板以及縱向隔板。

　　如圖2所示，流體從換熱器一端的120度扇形區(qū)域A列管流入，在換熱器的另一端流出，另外一端連通的是240度扇形區(qū)域A’B’，由于流體總是自然的從高壓流向低壓，因此，流體只能在240度扇形區(qū)域A’B’內(nèi)，尋找到剩余的沒有流體的管程B’折返，流入到另一端BC，并在流體壓力推動(dòng)下，再次折返流入到C’。即流體通道為A--A’B’--BC--C’，即管程空間通過兩次折返，分別被流體流經(jīng)了三次，實(shí)現(xiàn)等分三管程。

　　實(shí)施例：

　　生產(chǎn)過程為單管程換熱，換熱器殼體內(nèi)徑700mm，列管長(zhǎng)度2米，規(guī)格為25×2mm，根數(shù)為318根，正三角形排列，換熱面積為47.1m2，換熱器材質(zhì)為不銹鋼。換熱器管程介質(zhì)為某有機(jī)混合溶液，混合溶液的比熱(56℃下2.432kJ/kg·k)，粘度(0.667mPa·s)，導(dǎo)熱系數(shù)(0.1926w/m·k)，流量約為kg/小時(shí)，進(jìn)口溫度約為60℃，出口溫度約為52~43℃，殼程為冷卻水，進(jìn)口溫度為20℃，出口溫度約為23~26℃。

　　經(jīng)過模擬計(jì)算，單管程換熱時(shí)，管程的對(duì)流傳熱系數(shù)為359.7w/m2·k，加上殼程，及污垢熱阻，換熱器總傳熱系數(shù)為281.8 w/m2·k，換熱負(fù)荷為435KW。

　　當(dāng)將此換熱器改造為三管程換熱時(shí)，換熱管根數(shù)降低至278根，換熱面積減少至42.1m2，管程的對(duì)流傳熱系數(shù)為961.6w/m2·k，加上殼程，及污垢熱阻，換熱器總傳熱系數(shù)為550.3 w/ m2·k，換熱負(fù)荷為669.7KW。

　　雖然由于在管板上安置隔板密封槽損失了10.6%換熱面積，但是由于管程的對(duì)流傳熱系數(shù)增加為原先的2.67倍，換熱器總傳熱系數(shù)增加為原先的1.95倍，換熱負(fù)荷增加為原先的1.54倍，即換熱能力增加了54%。因此換熱器設(shè)計(jì)為三管程是有效的，它大大提高了換熱能力。

　　通過在管板上方焊接隔板密封槽，在管箱和封頭上焊接環(huán)向隔板和縱向隔板及其相應(yīng)的支撐板，可以實(shí)現(xiàn)列管式單管程換熱器分程。因此將單管程換熱器改造為三管程是可行的。

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