帶有中間排液的管殼式實驗換熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱工設(shè)備，具體涉及一種具有高效冷凝效應(yīng)的管殼式換熱器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于換熱器在熱力系統(tǒng)中的特殊地位，其換熱性能直接與節(jié)能降耗密切相關(guān)，所以眾多生產(chǎn)廠和學(xué)者多年來不遺余力地對換熱器的強化性能進行深入的研宄。管殼式換熱器具有承壓高、換熱工質(zhì)適應(yīng)性強等特點，在能源和石化等行業(yè)仍占主導(dǎo)地位。由于換熱條件或工況所致，管內(nèi)凝結(jié)方式的換熱器仍然具有一定的應(yīng)用范圍，例如汽水冷凝換熱器主要集中在波紋管和波節(jié)管的管殼式換熱器。該換熱方式在冷凝器的進口段蒸汽處于過熱或飽和狀態(tài)，蒸汽干度較大而無液膜成型，管壁處于珠狀或不穩(wěn)定溪狀凝結(jié)，此時換熱系數(shù)最大。如果是空冷冷凝器，則管外肋片利用率顯著下降。傳統(tǒng)技術(shù)均采用內(nèi)外增大面積來滿足換熱需求，管內(nèi)盡量增大擾動，致使體積增大、質(zhì)量增加。管殼式換熱器傳熱的強化應(yīng)該考慮管束與結(jié)構(gòu)的配合，比如低肋管曾得到廣泛應(yīng)用。
[0003]管內(nèi)冷凝所表現(xiàn)的特點是，隨著冷凝的進行壁面開始出現(xiàn)凝結(jié)液膜，并且沿管長方向液膜不斷增厚，壁面由珠狀凝逐漸演變?yōu)槟睿罱K成為汽液兩相流。由于管內(nèi)壁面凝結(jié)液膜不斷增厚，阻礙了蒸汽與壁面的接觸，成為凝結(jié)換熱主要熱阻所在。隨著冷凝的進行，液膜也會不斷增加積厚，換熱系數(shù)減小。所以冷凝器管長越小，液膜越薄，平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大。但是如果能夠適時將凝液排出，使蒸汽壁面維持珠狀或不穩(wěn)定溪狀換熱狀態(tài)，則換熱過程就能維持較高的對流換熱系數(shù)。凝結(jié)壁面被液膜覆蓋時，傳熱熱阻主要取決于液膜厚度，所以管殼式冷凝器的換熱管束的大部分管段都處于低效的凝結(jié)過程?；诖吮景l(fā)明提出并設(shè)計了一種帶有中間排液式的冷凝換熱器，通過凝結(jié)液的自行排出，使換熱過程中凝結(jié)產(chǎn)生的液膜厚度減小，以維持高換熱系數(shù)的流型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了有效提高管殼式換熱器的性能，本發(fā)明的目的是提出一種帶有中間排液的管殼式換熱器實驗裝置。
[0005]該換熱器的技術(shù)方案與原理是:帶有中間排液的管殼式實驗換熱器，具有換熱管束、殼體、隔板、折流板、以及封頭，其結(jié)構(gòu)是:在換熱器的左端封頭內(nèi)設(shè)有三層隔板；右端封頭內(nèi)設(shè)有兩層隔板。其中左端封頭內(nèi)的第二層隔板和右端封頭內(nèi)的第二層隔板開有數(shù)個漏液孔，并且左、右兩端隔板上的漏液孔數(shù)量不相等，右端隔板漏液孔總數(shù)的孔徑面積之和大于左端隔板上的各孔徑面積之和。左、右兩端隔板上每一個漏液孔的下方焊接有凝液引出管，凝液引出管穿過殼體通過保溫管連接到一個封閉的容器內(nèi)。
[0006]該換熱器為凝結(jié)換熱器，具有一定過熱度的蒸汽從冷凝器左端進入第一管程的三根管束。由于蒸汽剛進入冷凝管時具有較高的品質(zhì)，具有較高的換熱系數(shù)，因此在第一管程結(jié)束進入第二管程前不會有凝液產(chǎn)生，所以在右端封頭內(nèi)的第一層隔板上沒有漏液孔。但是蒸汽被冷卻水進一步冷卻后，隨著管內(nèi)壁液膜的形成及增厚，有可能會產(chǎn)生少量的冷凝液。因此在第二管程的出口進入第三管程之前，即左端封頭內(nèi)的第二層隔板上沒有漏液孔(如圖2圖3)。同理蒸汽在第三管程結(jié)束進入第四管程之前，在右端封頭內(nèi)的第二層隔板上沒有漏液孔。由于氣液兩相存在密度差，在重力的作用下液相工質(zhì)通過隔板上的漏液孔被引出。
[0007]本發(fā)明的特點以及產(chǎn)生的有益效果是，⑴對于管內(nèi)凝結(jié)的換熱器，在冷凝管內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢瞄_有漏液孔，以漏液阻氣的方式維持蒸汽相對的速度與干度，以此保持較高的換熱系數(shù)，可以使該結(jié)構(gòu)冷凝器的換熱得到有效的強化。(2)通過實驗證實:管內(nèi)汽液分離式冷凝器的換熱效率，明顯高于相同換熱面積下的傳統(tǒng)冷凝器，在相同的時間段內(nèi)，換熱量可提高60%。(3)該冷凝器的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念為風(fēng)冷式冷凝器、冷凝式蒸發(fā)器以及其它管內(nèi)冷凝器的強化換熱，提供了設(shè)計方法與技術(shù)途徑。
【附圖說明】
[0008]圖1是管殼式實驗換熱器原理結(jié)構(gòu)簡圖。
[0009]圖2是圖1左端結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖3是圖1右端結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0011]以下結(jié)合附圖并通過具體實施例對本發(fā)明的原理與結(jié)構(gòu)作進一步的說明。需要說明的是本實施例是敘述性的，而不是限定性的，不以此實施例限定本發(fā)明的保護范圍。
[0012]帶有中間排液的管殼式實驗換熱器，具有換熱管束、殼體、隔板、折流板、以及封頭等。其結(jié)構(gòu)組成是:在換熱器的左端封頭I內(nèi)設(shè)有三層隔板2 ;右端封頭內(nèi)設(shè)有兩層隔板。其中左端封頭內(nèi)的第二層隔板和右端封頭內(nèi)的第二層隔板開有數(shù)個漏液孔3，并且左、右兩端隔板上的漏液孔數(shù)量不相等，右端隔板漏液孔總數(shù)的孔徑面積之和大于左端隔板上的各孔徑面積之和，并且左、右兩端封頭內(nèi)隔板上每個漏液孔的孔徑不相等。
[0013]左、右兩端隔板上每一個漏液孔的下方焊接有凝液引出管，凝液引出管穿過殼體通過保溫管連接到一個封閉的容器內(nèi)，殼體外側(cè)的每一根凝液引出管路上均裝有閥門。
[0014]換熱器的換熱管程分為4段，第一段管程為3根換熱管束4 ;第二段管程為2根換熱管束；第三、第四段管程各為I根換熱管束。在冷凝器的殼體5內(nèi)設(shè)有兩塊弓形折流板6，由此形成四管程三殼程的換熱結(jié)構(gòu)。換熱管束為銅管，每根管長400mm。左、右兩端封頭內(nèi)第二層隔板上各開有5個直徑為0.5?3mm不等的漏液孔。
[0015]左、右兩端封頭內(nèi)隔板上漏液孔總數(shù)的孔徑面積之和均由管殼式換熱器總換熱量確定。
[0016]因為左右隔板上的漏液量非常重要，必須使其冷凝液在多孔隔板(或者說每個漏液孔的上表面)上形成一層穩(wěn)定的積水層。該積水層起到一個水封的作用，即液體可以通過該小孔，而蒸汽則進入下一管程，由此實現(xiàn)汽、液的有效分離。因此要根據(jù)換熱器總換熱量來計算(維持該流量)漏液孔的面積，為了能夠保證漏液孔具有“漏液阻汽”的作用，所以將漏液孔的孔徑或者面積分割成幾個小孔。即漏液孔的孔數(shù)、孔徑之和等于總的漏液(孔)面積。
[0017]作為實施例:該冷凝換熱器主要用于實驗研宄，為不同運行工況或不同熱工參數(shù)下，設(shè)計帶有中間排液功能的高效管殼式換熱器提供技術(shù)數(shù)據(jù)。
[0018]殼體內(nèi)的換熱管束的外徑為19mm，管心距為25mm，蒸汽進口管內(nèi)直徑為20mm，蒸汽出口管內(nèi)直徑為10mm，冷卻水進出口管內(nèi)直徑均為20mm。設(shè)定冷凝器進口蒸汽溫度為103°C，蒸汽過熱度為3°C左右，流量為9.15kg/h，壓力為0.1Mp。冷卻水入口溫度為18°C，流量為150kg/h，在實驗過程中維持參數(shù)恒定不變。左兩端封頭內(nèi)第二層隔板上各開有5個直徑為Imm的漏液孔；右兩端封頭內(nèi)第二層隔板上各開有3個直徑為Imm和2個直徑為2_的漏液孔。
[0019]因為殼體外側(cè)的每一根凝液引出管路上均裝有閥門，所以控制閥門的開啟數(shù)量，就可以得到不同熱工參數(shù)下，最佳的漏液量或確定其最佳的漏液面積。如果將所有凝液引管的閥門關(guān)閉，就相當(dāng)于普通管殼式冷凝換熱器的結(jié)構(gòu)，所以該裝置可以方便進行對比實驗。
[0020]在實驗過程中，這種帶有中間排液結(jié)構(gòu)的冷凝器換熱量始終高于傳統(tǒng)管殼式冷凝器，40min穩(wěn)定之后兩者之間的差值大致維持在200-300J。在相同的時間段內(nèi)，前者的換熱量比后者大致提尚了 60%。
【主權(quán)項】
1.帶有中間排液的管殼式實驗換熱器，具有換熱管束、殼體、隔板、折流板、以及封頭，其特征是:在換熱器的左端封頭(I)內(nèi)設(shè)有三層隔板(2);右端封頭內(nèi)設(shè)有兩層隔板，其中左端封頭內(nèi)的第二層隔板和右端封頭內(nèi)的第二層隔板開有數(shù)個漏液孔(3)，并且左、右兩端隔板上的漏液孔數(shù)量不相等，右端隔板漏液孔總數(shù)的孔徑面積之和大于左端隔板上的各孔徑面積之和，左、右兩端隔板上每一個漏液孔的下方焊接有凝液引出管，凝液引出管穿過殼體通過保溫管連接到一個封閉的容器內(nèi)。2.按照權(quán)利要求1所述的帶有中間排液的管殼式實驗換熱器，其特征是所述左、右兩端封頭內(nèi)隔板上每個漏液孔的孔徑不相等。3.按照權(quán)利要求1所述的帶有中間排液的管殼式換熱器實驗裝置，其特征是所述換熱器的換熱管程分為4段，第一段管程為3根換熱管束(4);第二段管程為2根換熱管束；第三、第四段管程各為I根換熱管束，在冷凝器的殼體(5)內(nèi)設(shè)有兩塊弓形折流板￠)，由此形成四管程三殼程的換熱結(jié)構(gòu)。4.按照權(quán)利要求1或2所述的帶有中間排液的管殼式實驗換熱器，其特征是在所述殼體外側(cè)的每一根凝液引出管路上均裝有閥門。5.按照權(quán)利要求1所述的帶有中間排液的管殼式實驗換熱器，其特征是所述左、右兩端封頭內(nèi)隔板上漏液孔總數(shù)的孔徑面積之和均由管殼式換熱器總換熱量確定。6.按照權(quán)利要求1或2所述的帶有中間排液的管殼式實驗換熱器，其特征是所述左、右兩端封頭內(nèi)第二層隔板上各開有5個直徑為0.5?3mm不等的漏液孔。7.按照權(quán)利要求1或3所述的帶有中間排液的管殼式實驗換熱器，其特征是所述換熱管束為銅管，每根管長400mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶有中間排液的管殼式實驗換熱器，其結(jié)構(gòu)是：在換熱器的左端封頭內(nèi)設(shè)有三層隔板；右端設(shè)有兩層隔板。左、右端封頭內(nèi)的第二層隔板開有數(shù)個漏液孔，并且、兩端隔板上的漏液孔數(shù)量不相等，右端隔板漏液孔總數(shù)的孔徑面積之和大于左端。兩端隔板上每一個漏液孔的下方焊接有凝液引出管，凝液引出管穿過殼體通過保溫管連接到一個封閉的容器內(nèi)，每一根凝液引出管路上均裝有閥門。漏液孔以漏液阻氣的方式維持蒸汽相對的速度與干度，以此保持較高的換熱系數(shù)，可以使冷凝換熱得到有效的強化。該換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念為風(fēng)冷式換熱器、冷凝式蒸發(fā)器以及其它管內(nèi)冷凝器的強化換熱，提供了設(shè)計方法與技術(shù)途徑。
【IPC分類】F28B9/08, F28B1/02
【公開號】CN104896965
【申請?zhí)枴緾N201510292510
【發(fā)明人】諸凱, 李連濤, 解海衛(wèi), 劉圣春, 王華峰, 王雅博
【申請人】天津商業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月1日