一种中心螺旋折流板管壳式换热器及实施方法与流程

本发明涉及一种中心螺旋折流板管壳式换热器及实施方法，属于换热器，适用于能源化工、石油炼化、生物医药、环保电力等行业中使用。

背景技术：

1、管壳式换热器的壳程折流板设计直接影响其传热效率与运行压降。传统弓形折流板迫使壳程流体呈“z”字形横向冲刷管束，存在三大固有缺陷：第一、流体反复冲击壳体壁面并急剧转向，造成局部阻力骤增，动能损失严重；第二、折流板背风侧及壳体壁面三角区域易形成流动死区，成为结垢与腐蚀的诱发点；第三、剧烈的流体诱导振动易导致换热管磨损甚至断裂，缩短设备寿命。对于高粘度、高腐蚀性或对压降有严格限制的工艺介质，上述问题尤为突出。

2、为了克服弓形折流板的缺点，业界已提出多种改进方案。例如，申请号为200320106763.1的实用，提供了一种螺旋折流板管壳式换热器，其换热壳体内的每片折流板为呈四分之一圆的扇形板，扇形板的圆心点垂直固定在中心管上，每片折流板与穿过其上的换热管斜交，在壳体内排布成螺旋形，壳程入口接管相对壳体轴线偏心布置。但是此种设计流体在通过两片折流板三角区域时存在“跌落”，扰流与振动仅较弓形折流板略好。

3、申请号为200510043033.5的发明，提供了一种连续螺旋折流板管壳式换热器，包括一个壳体，一个中心管，分别位于壳体两端的两个挡板，挡板分别连接封头，一封头上设置排液孔，另一个封头上连通有管侧进出口，一束换热管束，若干位于中心管和壳体之间的连续螺旋折流板，连续螺旋折流板是由多个周期螺旋片搭接而成，每个周期的螺旋片沿中心轴方向升高一个螺距，连续螺旋折流板可为单连续螺旋、双连续螺旋或多连续螺旋结构，也可采用带内套管的连续螺旋折流板结构，其连续螺旋可为左手螺旋或右手螺旋，壳侧进口和壳侧出口的外侧母线与壳体相切。但是此种设计中心管占用了壳体内部空间，不利于设备小型化和集约化，且增加了材料成本。

4、申请号为202010499865.2的发明，提供了一种连续螺旋折流板管壳式换热器，包括连续螺旋折流板、换热管、折流板固定组件、壳体、管板、壳体接管、管箱、管箱接管，螺旋折流板通过折流板固定组件固定。连续螺旋折流板由多块螺旋旋转角度为90~360度螺旋折流板拼接而成，拼接处可焊接连接，或用紧固件连接，或不连接。此种设计在以上基础上进一步实现了连续折流且无中心管的结构，但其加工有一定难度，折流板中心轴线处加工形变量较大，如果精度控制不好，可能会有折流板与壳体结合部位漏流过大或者换热管孔位偏差而影响穿管。

5、因此有必要提供一种新的管壳式换热器，以解决现有技术中存在的流动死区、空间利用率低、加工精度难以保证及流体诱导振动等技术难题。

技术实现思路

1、本发明提供一种中心螺旋折流板管壳式换热器及实施方法，能够保证换热器在相同螺距条件下获得较高的流速，同时壳程流动阻力较小不易结垢。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种中心螺旋折流板管壳式换热器，包括壳体、管板、管箱组件、换热管、折流板以及折流板固定管，在壳体空腔的两个开口端分别嵌设管板，管板面向壳体外部的侧面分别安装管箱组件；

4、在壳体内腔中沿着壳体中轴线顺次设置若干折流板，若干折流板拼接形成以壳体中轴线为中心线的螺旋状结构，螺旋状结构沿壳体中轴线方向具有连续平滑的螺旋面；

5、折流板靠近壳体端部位置通过折流板固定管与相邻的管板固定；所述折流板固定管均平行壳体中轴线设置；

6、换热管经由一个管板插设进入壳体内，穿设螺旋状结构直至另一个管板插设伸出；

7、进一步的，在壳体靠近两个开口端的位置分别设置一个壳体接管，分别作为壳程入口和壳程出口；

8、若干折流板形成的螺旋状结构位于壳程入口和壳程出口之间，在壳程入口与管板之间、壳程出口与管板之间预留独立分汇流空腔；

9、进一步的，所述折流板为矩形钢板相对自身轴线顺时针或逆时针螺旋扭转形成的螺旋片；矩形钢板扭转角度为90°或180°；

10、进一步的，定义壳体直径为，壳体长度为

l，制作折流板的矩形钢板长度l为0.5~0.5

l，厚度为3~22mm；螺旋片厚度为换热管直径的0.25~0.5倍；

11、螺旋状结构的螺距≥2；

12、当折流板设置在壳体内腔时，折流板侧边与壳体内腔壁保持0.4~10.8mm负公差；

13、在折流板上开设若干用于穿设换热管的管孔，管孔在管板的投影面上时为圆形，投影面上的圆形直径比换热管截面直径大0.5~1.0mm；

14、进一步的，位于壳程入口和壳程出口之间，相邻折流板之间采用公母对接，当相邻两片折流板垂直搭接时采用中心点连接；当相邻两片折流板水平搭接时采用三点连接；

15、进一步的，所述折流板固定管采用拉杆或者定距管结构，其与折流板连接时的接触面为斜面；

16、进一步的，折流板表面设置翅片式扰流结构或者涡发生器；

17、进一步的，预留独立分汇流空腔的轴向距离为壳体接管内径的2倍；

18、中心螺旋折流板管壳式换热器的实施方法，包括以下步骤：

19、步骤s1，根据壳体直径选取矩形钢板，矩形钢板长度l与壳体直径、螺旋状结构螺距的关系为l=0.5；

20、步骤s2，将矩形钢板沿着长度方向将均匀分配成等份，并对每个等份分别编号为0、1、2、3……；

21、步骤s3，将旋转液压加工设备的固定夹持端夹持钢板0号位置，旋转加工端夹持钢板1号位置并扭转加工，扭转角度为90°/

n；

22、步骤s4，继续将旋转液压加工设备的固定夹持端夹持钢板1号位置，旋转加工端夹持钢板2号位置并扭转加工，扭转角度为90°/

n；

23、步骤s5，重复步骤s3-步骤s4，依次加工直至钢板号位置，形成螺旋状结构，且各段之间平滑过渡，完成一块折流板的加工；

24、步骤s6，重复步骤s5，完成若干折流板的加工；

25、步骤s7，使用激光或数控钻孔设备在扭转完成后的螺旋状结构上加工管孔；

26、步骤s8，将所有加工完成的螺旋片依次套入折流板固定管上，折流板固定管与螺旋片的接触斜面紧密贴合；按设计的螺旋角度旋转拼接各螺旋片，使其形成连续完整的螺旋面，相邻螺旋片重叠部分采用点焊初步固定；

27、步骤s9，将全部换热管逐根穿过管板、螺旋状结构上对应的管孔，并进行胀接或焊接固定；

28、步骤s10，安装壳体、管箱组件，完成换热器安装制造。

29、通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

30、本发明提供的中心螺旋折流板管壳式换热器，采用单片扭转拼接并且连续平滑的螺旋面，在壳程的两端为介质进出口设计分汇流区域，流体沿螺旋平缓前进，双通道均分保证流体分布均匀，避免了传统弓形板z型急转流动，从根源上消除结垢问题，同时兼顾高传热需求；

31、本发明提供的中心螺旋折流板管壳式换热器的实施方法，设计分布扭转、公母三点搭接结构、约束尺寸公差以及管孔配套，从成型环节降低单块钢板的整体形变应力，模块化生产，大大降低加工制造难度。