CN201378006Y - 内花纹管热交换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于内花纹管热交换器，其关键零部件换热管是一种管内表面带花纹的有焊缝钢管，钢带在卷圆前先经模具滚压出所需的花式，再把有花式的一面卷成钢管的内表面，包括直的或弯曲的两种内花纹管。花纹及其排列样式多种多样，包括凸点、凹点、钉齿、针孔、波纹、横纹、斜纹、直纹、棱形，还包括管内表面全部或间断带有花纹以及它们的组合，花纹与换热管是一整体。管的材料可以是黑色金属、单相不锈钢或双相不锈钢，也可以是有色金属、贵金属或其合金。与传统的无缝钢管或有缝钢管相比，管内表面的换热面积显著扩大，管内流体在花纹的干扰下产生强烈的紊流，这两方面均改善管内表面的换热状况，由内花纹管代替光滑管制造的热交换器热效率高。

Description

内花纹管热交换器

1、技术领域

本实用新型是关于一种内花纹管热交换器，属于机械装备工程中列管式热交换专用设备的高效换热节能设备。具体可用于石油炼制与化工、煤化工、化肥、空调、空冷、电力设施装备等等的热交换要求上，包括给介质加热或冷却等应用方式。

2、背景技术

列管式管壳换热器、加热炉和空冷器是应用广泛的热交换器，一般由管束与壳体、管箱等组成，换热器制造工艺成熟，安全性高，在换热设备中是关键的能耗设备。长期以来，人们利用无缝直管以及由其作为基管进一步制作的高效换热管强化换热取得了很好的效果，包括螺纹管、螺旋管、翅片管、波节管、表面多孔管等，但是利用有缝管内表面上的花式纹路来制作高效换热管并应用到换热设备中基本还是一片空白。

这里说的有缝管，不是说钢管上有裂缝，而是说钢管上有焊缝，有缝管是由钢带卷合拢成圆而对其接口焊接而得。

(1)传统高效换热管热交换器的结构功能

列管式热交换器的换热管表面是光滑的话，在某些条件下流体介质容易在光滑表面形成层流，影响介质与管壁表面的换热效果。

目前，国内石油化工等装置热交换用的列管式高效换热管都是无缝直管，以无缝直管作为基管的高效换热管强化换热取得了很好的效果，在基管外表面进一步加工，通过模具滚压可制作出螺纹管、螺旋管、波节管，通过工装组焊可制作出高频焊缠绕翅片管，通过工装轧制可制作出铝翅片管，通过涂料烧结可制作出表面多孔管等，成排的高效换热管通过支持板支持，两端穿进管板的管孔中与管板相连接，保证接头的密封性和强度，即可成为一台管束，通过管束与管箱的隔板组合，可以把换热管分成几个流程，以便介质在换热管内来回流动，延长换热路程，增加换热时间，充分与管外的壳程介质换热。管束与壳体、管箱等组装起来即构成如图1所示的一台列管式换热器。

如果管内是冷介质，管外是强制对流的烟气，则组成一个加热炉。如果管内是热介质，管外是强制对流的空气，则组成冷却器而不是加热炉，但均是热交换器的一种。

(2)传统高效换热管热交换器存在的问题

由于传统高效换热管是以无缝直管作为基管进行加工，一般是在其外表面加工花纹，只能强化管外表面与热交换器壳程介质的换热效果，无法强化管内表面与管程介质的换热效果。本来，任何一根内外表面光滑的钢管的外表面积就大于内表面积(100t/r)％，这里t和r分别是换热管的壁厚和内孔半径，对于广泛使用的截面规格为φ25×2.5的换热管，外表面积就大于内表面积25％，也就是说，即便不对管外表面进行换热强化，管外表面的换热效果也比管内表面的换热效果好(当然，还与管内外的介质种类、流态等有关)。由此可见，管内表面换热效果的提高已成为管外表面换热效果起作用的前提之一，管内表面的换热效果已成管束换热效率的瓶颈和制约因素。

其二，带内螺纹的无缝管已有生产应用，但是由于管内空间窄，在无缝管内加工各种花纹特别困难，目前，带内花纹的无缝管的花纹样式十分单调。

其三，实践经验表明，在管外表面加工花纹的过程管外径的精度控制有难度，直径尺寸偏差会影响其与中间支持板管孔、两端管板管孔的配合精度。如果直径偏小，管子与管孔间的间隙太大，管子在壳程介质冲击下易振动损坏，更严重的是影响管头的密封性。如果直径偏大，管子与管孔间没有间隙，管子穿不进管孔，与支持板、管板无法装配成管束。

再有，以无缝直管作为基管进行再加工，增加了工序和成本。有缝钢管在国内换热器上的应用已有近二十年的历史，GB151-1999《管壳式换热器》的“附录C换热管用奥氏体不锈钢焊接钢管”，是在GB/T 12771-1991《流体输送用不锈钢焊接管件》的基础上，增加了用于换热管的技术要求而制订的。有缝钢管成形后再在其外表面加工花纹的过程可能会对纵焊缝有不良影响，因此很少在成形后的有缝管外表面加工花纹。

由此可见，结合传统高效换热管存在的问题进行改进，具有很强的工程意义。

3、发明内容

本实用新型是关于一种内花纹管热交换器，目的在于克服现有高效换热管技术的缺点与不足，提高管束组装质量，降低高效换热器的制造成本。其关键零部件换热管是一种管内表面带花纹的有焊缝钢管，有焊缝钢管的制造成本较无缝钢管要低，而且制造有焊缝钢管的原材料由经过轧制的薄钢板开料得来，质量易保证。制造有缝管的卷圆成形钢带在卷圆前先经过模具滚压出所需的花纹样式，再把滚压有花式的一面卷成钢管的内表面即可。花纹及其排列样式是多种多样的，包括凸点、凹点、钉齿、针孔、波纹、横纹、斜纹、直纹、棱形等等，花式还包括管内表面全部带有花纹或部分带有花纹或间断带有花纹，以及它们的各种组合。这些花纹与换热管是一个整体相连的，而不是镶上去的。内花纹管的材料可以是钢铁黑色金属，可以是单相不锈钢或双相不锈钢，也可以是铜、铝等有色金属或其合金，还可以是钛、锆等贵金属或其合金。

由于U形管也是列管式换热器的常见形式之一，在内花纹直管纵缝焊接及校圆完成后，可把内花纹直管弯制成内花纹弯管，弯制时既可冷弯，也可热弯，视管材及其规格尺寸而定。在内花纹管成形后，通过对纵焊缝的无损检测和耐压试验，即可成为满足有关技术要求的换热管。

内表面带各种花纹的有缝管及其简便的制造工艺是本发明的最大特色。与传统的无缝钢管或有缝钢管相比，管内表面的换热面积显著扩大，管内流体在花纹的干扰下产生强烈的紊流，这两方面均可改善管内表面的换热状况，从而提高热效率，节约能源。

传统高效换热管已在各种炼油、化工、化肥、空冷等热交换器中广泛长久地应用，并且产生了巨大的经济效益。内花纹管这种新的结构原理及制造技术，必将也产生显著的经济效益。近几年来，随着原油劣质化及能源危机，国家加强对节能减排的管理，企业在挖潜增效中对高效换热新技术及其应用非常重视，这为该项专利技术的应用提供了很好的条件。

4、附图说明

图1是一台典型的列管式浮头换热器，由换热管1组成管束2，再与壳体3、管箱4等组成整体；

图2至图7是一卷钢带展开的一段表面所显示的部分花纹，在这些花纹图形中，图2具有钢带宽度方向两边的留白5和长度方向的留白6及7，图3至图7的花纹图形则没有留白。

图2是针孔花纹，由于较大面积和较短路径的换热效应，针孔处易形成热核；

图3是波纹花纹；

图4是横纹花纹，类似在无缝管外表面加工的波纹管或螺纹管；

图5是斜纹花纹，类似在无缝管外表面加工的螺旋管或螺纹管；

图6是直纹花纹，类似在无缝管外表面加工的纵向翅片管；

图7是棱形花纹；

图8是内花纹管的制造过程示意图；

图9是对图8中的一副花纹滚压模具作进一步示说明的示意图；

图10是一段有缝内横纹管的成品示意图。

5、具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的说明，但是本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

如图8所示，制造有缝管的成卷钢带8在卷圆前先展开并经过压花模具上模9和下模10滚压出所需要的花纹样式11，再把滚压有花式的一面通过若干对成形滚轮12卷成有缝钢管13的内表面，通过焊接设备14把纵缝接口15焊透，再经修整和检测即制造出有缝内花纹管。

图9所示的压花模具是一对滚轮，上模9外圆制作成凸模，下模10是一件外圆光滑的轮，但是下模的两端设置有直径稍大的轮缘16，轮缘16的作用是保证钢带8在受滚压后不向钢带宽度方向变形，以免影响钢带宽度方向两侧的平直度，保证纵逢组对接口的均匀性和紧密性。

通过设计上模9上的花纹分布宽度，可控制钢带上压花的分布宽度，从而调整钢带宽度方向两边的留白宽度，以保证纵缝焊接质量。

通过调整控上模9定时压紧和松开上的循环动作时间间隔，可控制钢带上压花的分布长度，从而调整钢带长度方向两端的留白长度，以保证有缝管两断与管板的组对胀接或焊接质量。上模9的压紧和松开动作可由磁吸副实现，时间间隔则由时间继电器来控制，调整通电时间的长短，即可控制压花段钢带的长度。但是上模9的压紧力要精心调节，如果压紧力太大，则会压薄钢带，也就是管壁的厚度减薄；如果压紧力太小，则上模9的凸模压进钢带表面太浅，起不到应有的压花作用。

把成排的内花纹有缝管与支持板、管板组成管束，再与壳体、管箱等组装起来即构成如图1所示的一台列管式换热器。

实施例2

本实施例除以下技术特征外，其他同实施例1：磁吸副频繁动作易损坏，为减少由于维修更换易损件造成的停车停工，可以设置偏心凸轮代替磁吸副实现上模9的压紧和松开循环动作。凸轮偏心处转到上模9处时，施加给上模9一个最大的滚压力，这样，偏心凸轮的外圆周长需要与所制作的管长度一致。因为偏心凸轮需要马达驱动，该实施例2与实施例1相比，哪个更节约电能，哪个更降低制造成本，要视具体综合分析确定。

实施例3

本实施例除以下技术特征外，其他同实施例1：对于不同的花式组合，可在同一对滚压模上实现，也可分开在一前一后的两对滚压模上实现。

实施例4

本实施例除以下技术特征外，其他部分同实施例1：如果不必考虑内花纹有缝管两端的留白，从而不必调整钢带长度方向两端的留白长度，则可取消实施例1中的磁吸副和实施例2中的偏心凸轮。

实施例5

在把内花纹直管弯制成内花纹弯管的过程中，无论是冷弯或热弯，应把纵焊缝放在弯曲中性线的位置，尽量减少纵焊缝受拉伸延长减薄或受压缩起驺的缺陷。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.关于一种内花纹管热交换器，由换热管与支持板、管板组成管束，管束再与壳体、管箱组成完整的整体，其特征是：其关键零部件换热管是一种管内表面带花纹的有焊缝钢管，内花纹管包括直的内花纹管或弯曲的内花纹管两种，管的材料是金属。

2.根据权利要求1所述一种内花纹管热交换器，其特征是：换热管是有纵焊缝的有缝管，而不是无缝钢管。

3.根据权利要求1所述一种内花纹管热交换器，其特征是：有纵焊缝的换热管其材料可以是钢铁黑色金属，可以是单相不锈钢或双相不锈钢，也可以是有色金属铜、铝及其合金，还可以是贵金属钛、锆及其合金。

4.根据权利要求1所述一种内花纹管热交换器，其特征是：换热管内表面上带有花纹，这些花纹与换热管是一个整体相连的，而不是镶上去的。

5.根据权利要求1所述一种内花纹管热交换器，其特征是：换热管内表面上的花纹及其排列样式是多种多样的，包括凸点、凹点、钉齿、针孔、波纹、横纹、斜纹、直纹、棱形，花式还包括管内表面全部带有花纹或部分带有花纹或间断带有花纹，以及它们的各种组合。

6.根据权利要求1所述一种内花纹管热交换器，其特征是：钢带的花式可以布满整条钢带，也可以在钢带上靠近纵焊缝两边的地方留白不滚压花式，还可以在钢带上靠近钢管两端的一小段的地方留白不滚压花式。

7.根据权利要求1所述一种内花纹管热交换器，其特征是：在内花纹直管纵缝焊接及校圆完成后，可把内花纹直管弯制成内花纹弯管。

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