腔體內設置豎直隔板的纏繞管式換熱器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種腔體內設置豎直隔板的纏繞管式換熱器。它包括殼體和中心筒；所述中心筒設置于所述殼體的腔體內，形成以環腔；所述環腔內纏繞有若干繞管；所述環腔內設有若干個金屬孔板；所述金屬孔板豎直設置于所述環腔內，所述繞管穿過所述金屬孔板上的通孔；所述金屬孔板的一端連接于所述殼體的內壁，另一端連接于所述中心筒的外壁；所述金屬孔板與所述殼體的頂部之間的腔體內設有一氣液均布器。本發明通過在腔體內部豎直設置金屬孔板，將完整的一個腔體分隔成若干個獨立腔體，而各獨立腔體內部的冷劑不會流入其他腔體中，因此可以保證進入該獨立腔體的殼側冷劑的液膜與該腔體內部的管內工質充分換熱，不會因為船體的傾斜流入其它獨立腔體中導致原腔體內部換熱失效。
【專利說明】腔體內設置豎直隔板的纏繞管式換熱器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種腔體內設置豎直隔板的纏繞管式換熱器，屬于低溫換熱【技術領域】。
【背景技術】
[0002]纏繞管式換熱器是大型海上天然氣浮式平臺的首選主低溫換熱器。據統計，90%的大型海上天然氣浮式平臺采用了纏繞管式換熱器。纏繞管式換熱器是由多層圓管圍繞中心筒纏繞而成，每層繞管之間用金屬墊條隔開，通過卡箍與墊條的焊接作用將管束層層固定于中心筒與外部殼體之間的腔體內。管內熱介質與腔體內流動的冷介質進行熱交換。這種纏繞管式換熱器在以下的公開文件中都有所描述:HauSen/Linde，低溫技術，1985年第二版，第471-475頁；顧安忠，液化天然氣技術手冊，2012年第一版，第484-485頁。在上述公開的文獻中，纏繞管式換熱器的殼側均是一個完整的腔體，其中殼側冷劑能夠自由流通。當纏繞管式換熱器應用于海上浮式平臺時，海上晃蕩的傾斜角度會導致殼側冷劑出現兩相分布不均的情況，與傾斜方向一致的繞管外壁有液膜覆蓋，是液膜區，另一側繞管外壁沒有液膜覆蓋，是蒸干區。這種由海上晃蕩時船體傾斜導致的殼側液膜分配不均的情況在腔體頂部并不明顯，但在腔體中部和底部非常明顯。研究表明，殼側的液膜分配不均會造成換熱器的性能下降30%，嚴重情況下會導致整個換熱器失效。
[0003]經過對現有技術的文獻檢索發現，已出現了對于現有纏繞管式換熱器殼側液膜分配不均的改進設計，如中國專利申請號為200580028572.X，專利名稱為“纏繞式換熱器”中所述的中殼側具有分配液體的分配器的纏繞管式換熱器。該發明所述的纏繞式換熱器具有分配外部空間中液體的分配器，有利于減少殼側腔體頂部入口處的氣液分配不均的情況，但并不能解決海上晃蕩工況下殼側腔體中部和底部的氣液分配不均的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種腔體內設置豎直隔板的纏繞管式換熱器，本發明通過在現有的纏繞管式換熱器的殼側腔體內部設置豎直的金屬孔板代替傳統的金屬墊片，將整個腔體分隔成若干個獨立腔體，各獨立腔體之間的冷劑不能自由流通，只能在獨立腔體內部向下流動，避免了由海上晃蕩引起的殼體內部局部蒸干和局部積液的不良換熱工況。
[0005]本發明所提供的腔體內設置豎直隔板的纏繞管式換熱器，它包括殼體和中心筒；所述中心筒設置于所述殼體的腔體內，形成以環腔；所述環腔內纏繞有若干繞管；
[0006]所述環腔內設有若干個金屬孔板；所述金屬孔板豎直設置于所述環腔內，所述繞管穿過所述金屬孔板上的通孔；所述金屬孔板的一端連接于所述殼體的內壁，另一端連接于所述中心筒的外壁；
[0007]所述金屬孔板與所述殼體的頂部之間的腔體內設有一氣液均布器。
[0008]所述的纏繞管式換熱器中，所述金屬孔板沿所述中心筒的周向對稱布置。
[0009]所述的纏繞管式換熱器中，所述金屬孔板的厚度為1_?3_，其上設置的通孔的大小由所述繞管的外徑決定:孔板上的孔口成線性陣列排布，孔口的橫向間距等于各層繞管之間的徑向間距，孔口的縱向間距等于同一層相鄰繞管之間的軸向間距，從而使所述繞管能夠正好穿過各通孔而進行固定。
[0010]所述的纏繞管式換熱器中，所述繞管的外徑為5mm?30mm。
[0011]所述的纏繞管式換熱器中，所述金屬孔板與所述殼體和所述中心筒均為焊接固定，提高了強度。
[0012]使用本發明纏繞管式換熱器時，殼側冷劑從殼體上部經所述氣液均布器流入由豎直設置的所述金屬孔板分隔出的各個獨立腔體內，自上而下沿著所述繞管外壁降膜流下，最后從該換熱器的底部流出；管內流體進入該換熱器后沿著各所述繞管內壁，自下而上流動，通過繞管壁面與殼側的冷劑進行熱交換，最后從該換熱器頂部流出，實現了流體與冷劑之間的換熱。
[0013]與現有的纏繞管式換熱器相比，本發明通過在腔體內部豎直設置金屬孔板，將完整的一個腔體分隔成若干個獨立腔體，而各獨立腔體內部的冷劑不會流入其他腔體中，因此可以保證進入該獨立腔體的殼側冷劑的液膜與該腔體內部的管內工質充分換熱，不會因為船體的傾斜流入其它獨立腔體中導致原腔體內部換熱失效。在海上晃蕩工況下通過加裝金屬隔板，液膜區的覆蓋率提高至少20%以上，意味著換熱器的有效換熱面積提高20%，整體換熱性能也因此提高20%以上。此外，本發明中所有的繞管均需穿過金屬孔板固定，金屬孔板與中心筒和殼體焊接在一起，能夠承受的強度應力較高，適用于海上晃蕩工況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明腔體內設置豎直隔板的纏繞管式換熱器的結構示意圖。
[0015]圖2為本發明腔體內設置豎直隔板的纏繞管式換熱器(右圖)與現有纏繞管式換熱器(左圖)在海上晃蕩工況下應用效果的對比圖。
[0016]圖中各標記如下:
[0017]I繞管、2金屬孔板、3中心筒、4殼體、5氣液均布器。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明做進一步說明，但本發明并不局限于以下實施例。
[0019]如圖1所示，為本發明的腔體內設置豎直隔板的纏繞管式換熱器，它包括殼體I和中心筒3，其中中心筒3設置于殼體I的腔體內，形成了一個環腔。在該環腔內纏繞有多條繞管1，用于通入流體。在該環腔內設有多個金屬孔板2，其豎直設置于環腔內且沿中心筒3的周向對稱布置，并且各層繞管I穿過各金屬孔板2上的通孔進行固定。金屬孔板2的一端焊接于殼體4的內壁上，另一端焊接于中心筒3的外壁上，增強了其強度。在金屬孔板2與殼體4的頂部之間的腔體內設有一個氣液均布器5,用于分配冷劑。
[0020]上述纏繞管式換熱器中，繞管I的外徑可在5mm?30mm的范圍進行調整。
[0021]上述纏繞管式換熱器中，金屬孔板2的厚度可在Imm?3mm的范圍內調整，而其上設置的通孔的大小由繞管I的外徑決定:孔板上的孔口成線性陣列排布，孔口的橫向間距等于各層繞管之間的徑向間距，孔口的縱向間距等于同一層相鄰繞管之間的軸向間距，從而使繞管I能夠正好穿過各通孔而進行固定。
[0022]應用本發明纏繞管式換熱器時，殼側冷劑從殼體4上部經氣液均布器5流入由豎直金屬孔板2分隔出的各個獨立腔體內，自上而下沿著繞管I外壁降膜流下，最后從該換熱器的底部流出；管內流體進入該換熱器后沿著各繞管I內壁，自下而上流動，通過繞管I壁面與殼側的冷劑進行熱交換，最后從該換熱器的頂部流出，實現了對流體的換熱。
[0023]本發明腔體內設置豎直隔板的纏繞管式換熱器與現有纏繞管式換熱器的應用效果對比示意圖如圖2所示，其中圖2中左圖為現有纏繞管式換熱器的應用效果示意圖，圖2中右圖為本發明纏繞管式換熱器的應用效果示意圖，對比這兩個圖可知，本發明通過在腔體內部豎直設置金屬孔板2，將完整的一個腔體分隔成若干個獨立腔體，而各獨立腔體內部的冷劑不會流入其他腔體中，因此可以保證進入該獨立腔體的殼側冷劑的液膜與該腔體內部的管內工質充分換熱，不會因為船體的傾斜流入其它獨立腔體中導致原腔體內部換熱失效。
[0024]經實際測試，在海上晃蕩工況下通過加裝金屬孔板2，液膜區的覆蓋率提高至少20%以上，意味著換熱器的有效換熱面積提高20%，整體換熱性能也因此提高20%以上。
[0025]此外，本發明中所有的繞管I均需穿過金屬孔板2上的通孔進行固定，金屬孔板2與中心筒3和殼體4均焊接在一起，能夠承受的強度應力較高，適用于海上晃蕩工況。
【權利要求】
1.一種腔體內設置豎直隔板的纏繞管式換熱器，其特征在于:它包括殼體和中心筒；所述中心筒設置于所述殼體的腔體內，形成以環腔；所述環腔內纏繞有若干繞管； 所述環腔內設有若干個金屬孔板；所述金屬孔板豎直設置于所述環腔內，所述繞管穿過所述金屬孔板上的通孔；所述金屬孔板的一端連接于所述殼體的內壁，另一端連接于所述中心筒的外壁； 所述金屬孔板與所述殼體的頂部之間的腔體內設有一氣液均布器。
2.根據權利要求1所述的纏繞管式換熱器，其特征在于:所述金屬孔板沿所述中心筒的周向對稱布置。
3.根據權利要求1或2所述的纏繞管式換熱器，其特征在于:所述金屬孔板的厚度為Imm ?3mm。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的纏繞管式換熱器，其特征在于:所述繞管的外徑為 5mm ?30mmo
5.根據權利要求1-4中任一項所述的纏繞管式換熱器，其特征在于:所述金屬孔板與所述殼體和所述中心筒均為焊接固定。
【文檔編號】F28F1/32GK104406430SQ201410696922
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月26日 優先權日:2014年11月26日
【發明者】陳杰, 單彤文, 浦暉, 密曉光, 李恩道, 鹿來運, 丁國良 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油氣電集團有限責任公司