一种双筒体管壳式换热器及换热器使用方法与流程

1.本技术涉及换热器领域，特别是一种双筒体管壳式换热器及换热器使用方法。


背景技术：

2.管壳式换热器是一种常用的换热设备，广泛应用于各行各业当中。管壳式换热器中进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。
3.相对于其他换热设备而言，管壳式换热器具有传热效率高、耐高温高压、结构紧凑、占地面积小等诸多优点。当流体为高温气体(≥600℃)时，一部分热量会传递到管壳式换热器的外表面，使得外表面温度较高。为此，在现有技术中，在壳程流体为高温气体的工况下，通常会选择在筒体和封头的外表面覆盖隔热层(例如保温棉、隔热板、真空腔、泡沫铝等)，避免烫伤事故。
4.在管壳式换热器的设计中，为了能够承受高温气体，筒体和封头的材料需要选取性能更佳的耐温材料，这些材料往往选择有限并且价格昂贵，设置隔热层虽然起到了防烫伤的效果，但是也使得筒体和封头的热量难以散发，对筒体和封头的耐温性能提出了更高的要求，这就导致管壳式换热器的选材进一步受限，设计成本进一步提高。


技术实现要素：

5.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种双筒体管壳式换热器及换热器使用方法，双筒体管壳式换热器能够在隔热的同时降低制作成本。
6.根据本技术提供的双筒体管壳式换热器，包括内筒体、第一封头、第二封头和第一外筒体，所述内筒体包括壳程出口和壳程进口，所述第一封头安装在所述内筒体的一端，所述第一封头包括管程进口，所述第二封头安装在所述内筒体的另一端，所述第二封头包括管程出口，所述第一外筒体安装在所述内筒体的外侧，所述第一外筒体包围所述内筒体，所述第一外筒体形成第一散热腔，所述第一外筒体包括第一散热进口和第一散热出口，所述第一散热进口和所述第一散热出口与所述第一散热腔连通。
7.根据本技术提供的双筒体管壳式换热器，至少具有如下技术效果：通过增设第一外筒体，使得双筒体管壳式换热器形成第一散热腔，向第一散热腔通入液体，一方面，液体通过热交换对内筒体进行散热，从而降低了内筒体的表面温度，进而降低了内筒体选材时的耐温性能要求，另一方面，液体带走热量的同时，液体以及第一外筒体的壁面还能够起到一定的隔热作用，双筒体管壳式换热器能够在隔热的同时降低制作成本。
8.根据本技术的一些实施例，所述第一散热腔内设置有挡板，所述挡板用于产生湍流。
9.根据本技术的一些实施例，所述第一散热进口与所述管程进口连通，所述第一散热出口与所述管程出口连通。
10.根据本技术的一些实施例，所述双筒体管壳式换热器包括第一调节阀和第二调节阀，所述第一调节阀设置在所述第一散热进口与所述管程进口之间，所述第二调节阀设置在所述第一散热出口与所述管程出口之间。
11.根据本技术的一些实施例，所述双筒体管壳式换热器包括第二外筒体，所述第二外筒体安装在所述第一封头的外侧，所述第二外筒体包围所述第一封头，所述第二外筒体形成第二散热腔，所述第二外筒体包括第二散热进口和第二散热出口，所述第二散热进口和所述第二散热出口与所述第二散热腔连通。
12.根据本技术的一些实施例，所述双筒体管壳式换热器包括第三外筒体，所述第三外筒体安装在所述第二封头的外侧，所述第三外筒体包围所述第二封头，所述第三外筒体形成第三散热腔，所述第三外筒体包括第三散热进口和第三散热出口，所述第三散热进口和所述第三散热出口与所述第三散热腔连通。
13.根据本技术的一些实施例，所述双筒体管壳式换热器包括第一切换阀和第二切换阀，所述第一切换阀的入口端用于连通进水管，所述第一切换阀的其中一个出口端连通所述第一散热进口，所述第一切换阀的另一个出口端连通所述第二散热进口和所述第三散热进口，所述第二切换阀的其中一个入口端连通所述第一散热出口，所述第二切换阀的另外一个入口端连通所述第二散热出口和所述第三散热出口，所述第二切换阀的出口端用于连通排水管。
14.根据本技术的一些实施例，双筒体管壳式换热器包括支耳，所述支耳安装在所述内筒体的外侧，多个所述第一外筒体沿所述内筒体的轴线方向间隔布置，所述支耳位于相邻的所述第一外筒体之间。
15.根据本技术提供的换热器使用方法，使用本技术提供的的双筒体管壳式换热器，换热器使用方法包括以下步骤：
16.壳程走高温气体，管程走低温液体，打开第一调节阀和第二调节阀以使所述低温液体流经第一散热腔；
17.响应于管程出口和第一散热出口的出水温度差异，控制所述第一调节阀和所述第二调节阀的开度，以使所述管程出口和所述第一散热出口的出水温度保持一致。
18.根据本技术提供的换热器使用方法，至少具有如下技术效果：首先第一散热腔内的低温液体对内筒体进行散热，并且起到隔热作用，降低了内筒体选材时的耐温性能要求，降低了双筒体管壳式换热器的制作成本，其次管程与第一散热腔共用低温液体，第一散热腔内的低温液体在吸热后与管程的低温液体混合，从而能够在后续的工序中对第一散热腔内的低温液体进行余热回收，最后管程出口和第一散热出口的出水温度保持一致，在兼顾换热效果以及散热效果的同时避免交汇处的温度骤变。
19.根据本技术提供的换热器使用方法，使用本技术提供的的双筒体管壳式换热器，换热器使用方法包括以下步骤：
20.响应于壳程走高温气体，管程走低温流体的工况，控制第一切换阀和第二切换阀，使进水管与第一散热进口连通，排水管与第一散热出口连通；
21.响应于管程走高温气体，壳程走低温流体的工况，控制所述第一切换阀和所述第二切换阀，使所述进水管与第二散热进口和第三散热进口连通，排水管与第二散热出口和第三散热出口。
22.根据本技术提供的换热器使用方法，至少具有如下技术效果：通过控制第一切换阀和第二切换阀，在壳程走高温气体的工况下，第一散热腔内的液体对内筒体进行散热，并且起到隔热作用，降低了内筒体选材时的耐温性能要求，在管程走高温气体的工况下，第二散热腔内的液体对第一封头进行散热，第三散热腔内的液体对第二封头进行散热，并且起到隔热作用，降低了第一封头和第二封头选材时的耐温性能要求，换热器使用方法能够降低双筒体管壳式换热器的制作成本，并且丰富双筒体管壳式换热器的适用场景。
附图说明
23.本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
24.图1是本技术实施例的双筒体管壳式换热器的结构示意图；
25.图2是本技术另一实施例的双筒体管壳式换热器的结构示意图；
26.图3是本技术又一实施例的双筒体管壳式换热器的结构示意图；
27.图4是图3的实施例的管路连接示意图。
28.附图标记：
29.内筒体110、壳程进口111、壳程出口112、第一封头120、管程进口121、第二封头130、管程出口131、支耳140、
30.第一外筒体210、第一散热进口211、第一散热出口212、第二外筒体220、第二散热进口221、第二散热出口222、第三外筒体230、第三散热进口231、第三散热出口232、
31.第一调节阀310、第二调节阀320、第一切换阀330、第二切换阀340、进水管350、排水管360。
具体实施方式
32.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
33.在本技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
34.在本技术的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
35.本技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本技术中的具体含义。
36.参照图1，根据本技术提供的双筒体管壳式换热器，包括内筒体110、第一封头120、第二封头130和第一外筒体210，内筒体110包括壳程出口112和壳程进口111，第一封头120
安装在内筒体110的一端，第一封头120包括管程进口121，第二封头130安装在内筒体110的另一端，第二封头130包括管程出口131，第一外筒体210安装在内筒体110的外侧，第一外筒体210包围内筒体110，第一外筒体210形成第一散热腔，第一外筒体210包括第一散热进口211和第一散热出口212，第一散热进口211和第一散热出口212与第一散热腔连通。图1中，使用虚线表示被第一外筒体210包围的内筒体110。
37.可以理解的是，管壳式换热器的基本构造属于现有技术，内筒体110、第一封头120和第二封头130会形成换热腔，换热腔中装有换热管，换热管连通管程进口121和管程出口131，换热腔连通壳程进口111和壳程出口112。进行换热时，其中一种流体在换热腔内流动，即壳程流体，另外一种流体在换热管内流动，即管程流体。
38.以往的管壳式换热器单纯通过包裹在外表面的隔热层实现隔热防烫伤，根据本技术提供的双筒体管壳式换热器，通过增设第一外筒体210，使得双筒体管壳式换热器形成第一散热腔，向第一散热腔通入液体，一方面，液体通过热交换对内筒体110进行散热，从而降低了内筒体110的表面温度，进而降低了内筒体110选材时的耐温性能要求，另一方面，液体带走热量的同时，液体以及第一外筒体210的壁面还能够起到一定的隔热作用，双筒体管壳式换热器能够在隔热的同时降低制作成本。
39.在此，“第一外筒体210形成第一散热腔”可以是第一外筒体210的内壁和内筒体110的外壁之间具有间隙，间隙形成第一散热腔，也可以是第一外筒体210为中空结构，第一外筒体210的内部形成第一散热腔，还可以是第一外筒体210内安装有换热管，换热管形成第一散热腔。具体采用何种方式可以根据双筒体管壳式换热器的尺寸大小等因素决定。
40.经过散热和隔热之后，如果第一外筒体210的外表面温度仍然偏高，双筒体管壳式换热器可以在外表面包裹隔热层提高隔热效果。由于第一散热腔内的液体持续地流动带走热量，因此此时第一外筒体210的外表面温度会明显低于传统的管壳式换热器的外表面温度，要求的隔热层的性能参数有所降低，例如可以将保温棉的厚度减小，从而相应降低了隔热层的成本。并且此时内筒体110的温度也不会因为包裹隔热层而难以散发。
41.为了提高第一散热腔的散热效果，在一些实施例中，第一散热腔内设置有挡板，挡板用于产生湍流。湍流使得第一散热腔内的液体与内筒体110的壁面充分热交换，提高换热效率。这里的挡板可以是螺旋板、折流板、翅片等。
42.根据本技术的一些实施例，第一散热进口211与管程进口121连通，第一散热出口212与管程出口131连通。此时，第一散热腔与换热管并联，第一散热腔中的液体能够与换热管中的液体汇合，从而在后续进行余热回收，提高能量的利用率，同时降低管路的复杂度。
43.参照图2，在一些实施例中，双筒体管壳式换热器包括第一调节阀310和第二调节阀320，第一调节阀310设置在第一散热进口211与管程进口121之间，第二调节阀320设置在第一散热出口212与管程出口131之间。第一调节阀310和第二调节阀320用于控制流量分配，兼顾换热管的换热效果以及第一散热腔的散热效果。
44.前述的双筒体管壳式换热器实施例应用于壳程走高温气体的工况，在管程走高温气体，壳程走低温流体的工况，内筒体110的表面温度较低，基本不需要进行隔热，但是此时第一封头120和第二封头130与换热管相接，存在表面温度较高的情况，尤其是设有管程进口121的第一封头120处容易发生烫伤事故。
45.为此，参照图3，根据本技术的一些实施例，双筒体管壳式换热器包括第二外筒体
220，第二外筒体220安装在第一封头120的外侧，第二外筒体220包围第一封头120，第二外筒体220形成第二散热腔，第二外筒体220包括第二散热进口221和第二散热出口222，第二散热进口221和第二散热出口222与第二散热腔连通。双筒体管壳式换热器可以通过第二外筒体220为第一封头120散热，在起到隔热防烫伤的效果的同时降低第一封头120选材的耐温性能要求，增设第二外筒体220丰富了双筒体管壳式换热器的适用工况。
46.在一些实施例中，双筒体管壳式换热器包括第三外筒体230，第三外筒体230安装在第二封头130的外侧，第三外筒体230包围第二封头130，第三外筒体230形成第三散热腔，第三外筒体230包括第三散热进口231和第三散热出口232，第三散热进口231和第三散热出口232与第三散热腔连通。第二外筒体220和第三外筒体230共同起到散热作用，使双筒体管壳式换热器更加适用于在管程走高温气体的工况。
47.进一步参照图4，在一些实施例中，双筒体管壳式换热器包括第一切换阀330和第二切换阀340，第一切换阀330的入口端用于连通进水管350，第一切换阀330的其中一个出口端连通第一散热进口211，第一切换阀330的另一个出口端连通第二散热进口221和第三散热进口231，第二切换阀340的其中一个入口端连通第一散热出口212，第二切换阀340的另外一个入口端连通第二散热出口222和第三散热出口232，第二切换阀340的出口端用于连通排水管360。通过第一切换阀330以及第二切换阀340可以切换液体的流向，在壳程走高温气体的工况使用第一外筒体210进行散热，在管程走高温气体的工况使用第二外筒体220和第三外筒体230进行散热，在保证散热效果的同时降低进水管350的进水流量，节约资源。
48.实际的管壳式换热器会在外表面安装支耳140、支腿等结构用于支撑，参照图2和图3，在一些实施例中，双筒体管壳式换热器包括支耳140，支耳140安装在内筒体110的外侧，多个第一外筒体210沿内筒体110的轴线方向间隔布置，支耳140位于相邻的第一外筒体210之间。这样第一外筒体210和支耳140之间不会干涉，便于双筒体管壳式换热器的装配。
49.根据本技术提供的换热器使用方法，使用本技术提供的双筒体管壳式换热器，换热器使用方法包括以下步骤：
50.壳程走高温气体，管程走低温液体，打开第一调节阀310和第二调节阀320以使低温液体流经第一散热腔；
51.响应于管程出口131和第一散热出口212的出水温度差异，控制第一调节阀310和第二调节阀320的开度，以使管程出口131和第一散热出口212的出水温度保持一致。
52.根据本技术提供的换热器使用方法，首先第一散热腔内的低温液体对内筒体110进行散热，并且起到隔热作用，降低了内筒体110选材时的耐温性能要求，降低了双筒体管壳式换热器的制作成本，其次管程与第一散热腔共用低温液体，第一散热腔内的低温液体在吸热后与管程的低温液体混合，从而能够在后续的工序中对第一散热腔内的低温液体进行余热回收，最后管程出口和第一散热出口的出水温度保持一致，在兼顾换热效果以及散热效果的同时避免交汇处的温度骤变。
53.根据本技术提供的另一种换热器使用方法，使用本技术提供的双筒体管壳式换热器，换热器使用方法包括以下步骤：
54.响应于壳程走高温气体，管程走低温流体的工况，控制第一切换阀330和第二切换阀340，使进水管350与第一散热进口211连通，排水管360与第一散热出口212连通；
55.响应于管程走高温气体，壳程走低温流体的工况，控制第一切换阀330和第二切换
阀340，使进水管350与第二散热进口221和第三散热进口231连通，排水管360与第二散热出口222和第三散热出口232。
56.根据本技术提供的换热器使用方法，通过控制第一切换阀330和第二切换阀340，在壳程走高温气体的工况下，第一散热腔内的液体对内筒体进行散热，并且起到隔热作用，降低了内筒体110选材时的耐温性能要求，在管程走高温气体的工况下，第二散热腔内的液体对第一封头120进行散热，第三散热腔内的液体对第二封头130进行散热，并且起到隔热作用，降低了第一封头120和第二封头130选材时的耐温性能要求，换热器使用方法能够降低双筒体管壳式换热器的制作成本，并且丰富双筒体管壳式换热器的适用场景。
57.下面以两个具体的实施例详细描述根据本技术提供的双筒体管壳式换热器及换热器使用方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本技术的具体限制。本具体的实施例也可以被上述相应的技术特征替换或与上述的技术特征结合。
58.实施例1：
59.参照图2，双筒体管壳式换热器包括内筒体110、第一封头120、第二封头130、支耳140和第一外筒体210。内筒体110包括壳程出口112和壳程进口111，壳程出口112位于壳程进口111的下方，第一封头120安装在内筒体110的下端，第一封头120包括管程进口121，第二封头130安装在内筒体110的上端，第二封头130包括管程出口131，支耳140安装在内筒体110的外侧。
60.第一外筒体210安装在内筒体110的外侧，两个第一外筒体210分别位于支耳140的两侧，第一外筒体210包围内筒体110，第一外筒体210形成第一散热腔，第一散热腔内设置有挡板，第一外筒体210包括第一散热进口211和第一散热出口212，第一散热进口211和第一散热出口212与第一散热腔连通。第一散热进口211通过第一调节阀310与管程进口121连通，第一散热出口212通过第二调节阀320与管程出口131连通。第一散热出口212位于第一散热进口211的上方，也就是第一散热腔的液体流向与壳程的液体流向反向。
61.双筒体管壳式换热器采用以下的换热器使用方法：
62.壳程走高温气体，管程走低温液体，打开第一调节阀310和第二调节阀320以使低温液体流经第一散热腔；
63.响应于管程出口131和第一散热出口212的出水温度差异，控制第一调节阀310和第二调节阀320的开度，以使管程出口131和第一散热出口212的出水温度保持一致。
64.实施例2：
65.参照图3和图4，实施例2与实施例1的区别在于，双筒体管壳式换热器还包括第二外筒体220和第三外筒体230。第二外筒体220安装在第一封头120的外侧，第二外筒体220包围第一封头120，第二外筒体220形成第二散热腔，第二外筒体220包括第二散热进口221和第二散热出口222，第二散热进口221和第二散热出口222与第二散热腔连通。第三外筒体230安装在第二封头130的外侧，第三外筒体230包围第二封头130，第三外筒体230形成第三散热腔，第三外筒体230包括第三散热进口231和第三散热出口232，第三散热进口231和第三散热出口232与第三散热腔连通。
66.双筒体管壳式换热器包括第一切换阀330和第二切换阀340，第一切换阀330的入口端用于连通进水管350，第一切换阀330的其中一个出口端连通第一散热进口211，第一切换阀330的另一个出口端连通第二散热进口221和第三散热进口231，第二切换阀340的其中
一个入口端连通第一散热出口212，第二切换阀340的另外一个入口端连通第二散热出口222和第三散热出口232，第二切换阀340的出口端用于连通排水管360。
67.实施例2的换热器使用方法中，响应于壳程走高温气体，管程走低温流体的工况，控制第一切换阀330和第二切换阀340，使进水管350与第一散热进口211连通，排水管360与第一散热出口212连通；响应于管程走高温气体，壳程走低温流体的工况，控制第一切换阀330和第二切换阀340，使进水管350与第二散热进口221和第三散热进口231连通，排水管360与第二散热出口222和第三散热出口232。
68.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
69.尽管已经示出和描述了本技术的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同物限定。