粗细双管径双管箱热交换器
技术领域
本发明涉及一种热交换器，具体地说是一种粗细双管径双管箱热交换器。
背景技术
国民经济的各工业部门，如石油、化工、动力、冶金、电子、航空航天、轻工和交通运输等工业中，广泛存在着加热、冷却、蒸馏、供暖等各种传热过程，在石油化工企业中，热交换器的投资要占全部投资的35%-50%。对与热交换器而言，换热管束是热交换器的核心元件，决定着热交换器的换热效果。传统的换热管管束为列管式管束，为了能够增加壳程传热效果，采用弓形折流板来改变壳程介质的流向，使流体横向冲刷列管管束，以达到高效传热效果。
为了提高热交换器的壳程换热效果，提高横向冲刷管束强度，换热管采用正三角形排列（30°）、转角正三角形排列（60°）、正方边形排列（90°）和转角正方边形排列（45°）四种布管方式。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种能提高传热效果、增加单位体积的换热面积且体积小、能节省安装空间的粗细双管径双管箱热交换器。
按照本发明提供的技术方案，所述粗细双管径双管箱热交换器，它可以包括细管第一管箱、细管第一管板、粗管第一管箱、粗管第一管板、筒体、拉杆、定距管、折流板、粗管换热管、细管换热管、公用管箱与公用管板；
在筒体的一端部固定有粗管第一管板与粗管第一管箱，在粗管第一管箱上固定有细管第一管箱与细管第一管板，在筒体的另一端部固定有公用管箱与公用管板，在公用管板与粗管第一管板上安装有粗管换热管，在公用管板与细管第一管板上安装有细管换热管，细管换热管穿过粗管第一管板处密封固定，且细管换热管穿插在相邻的粗管换热管之间；
在筒体内安装有拉杆、定距管与折流板，在筒体的两端部侧壁分别固定有第一壳程介质进出口与第二壳程介质进出口，在粗管第一管箱的侧壁上固定有第一粗管管程介质进出口，在细管第一管箱的侧壁上固定第一细管管程介质进出口。
作为优选，所述粗管换热管采用正三角形排列，在正三角形的中心部位穿插有所述的细管换热管。
作为优选，所述粗管换热管采用正方形排列排列，在正方形的中心部位穿插有所述的细管换热管。
作为优选，所述筒体采用立式布置或者卧式布置。
按照本发明提供的技术方案，所述粗细双管径双管箱热交换器，它还可以包括细管第一管箱、细管第一管板、粗管第一管箱、粗管第一管板、筒体、拉杆、定距管、折流板、粗管换热管、细管换热管、粗管第二管箱与细管第二管箱、粗管第二管板与细管第二管板；
在筒体的一端部固定有粗管第一管板与粗管第一管箱，在粗管第一管箱上固定有细管第一管箱与细管第一管板，在筒体的另一端部固定有粗管第二管箱与粗管第二管板，在粗管第二管箱上固定有细管第二管箱与细管第二管板，在粗管第二管板与粗管第一管板上安装有粗管换热管，在细管第二管板与细管第一管板上安装有细管换热管，细管换热管穿过粗管第一管板处密封固定，细管换热管穿过粗管第二管板处密封固定，且细管换热管穿插在相邻的粗管换热管之间；
在筒体内安装有拉杆、定距管与折流板，在筒体的两端部侧壁分别固定有第一壳程介质进出口与第二壳程介质进出口，在粗管第一管箱的侧壁上固定有第一粗管管程介质进出口，在粗管第二管箱的侧壁上固定有第二粗管管程介质进出口，在细管第一管箱的侧壁上固定有第一细管管程介质进出口，在细管第二管箱的侧壁上固定有第二细管管程介质进出口。
作为优选，所述粗管换热管采用正三角形排列，在正三角形的中心部位穿插有所述的细管换热管。
作为优选，所述粗管换热管采用正方形排列排列，在正方形的中心部位穿插有所述的细管换热管。
作为优选，所述筒体采用立式布置或者卧式布置。
本发明的换热管束是在粗管换热管中穿插有细管换热管，增加了壳程介质冲刷管束的扰流程度，进而提高其传热效果，此外，换热管布管设计更加合理紧凑，增加了单位体积热交换器的换热面积，同等换热效果的热交换器，所需的体积更小，节省空间。
与传统换热器相比，本发明换热管分为粗管换热管和细管换热管，粗管换热管和细管换热管分别设置有管箱，有效地避免了由于换热管管径的不同而造成换热管内的流体分布不均匀的情况，同时还可以实现粗管换热管和细管换热管流过不同介质，进而实现了粗管换热管内介质和壳程介质及细管换热管内介质和壳程介质同时进行热量交换。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是实施例1中粗管换热管与细管换热管的布置图。
图3是实施例1在细管管箱处的布置图。
图4是本发明实施例2的结构示意图。
图5是实施例2中粗管换热管与细管换热管的布置图。
图6是实施例2在细管管箱处的布置图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种粗细双管径双管箱热交换器，如图1、图2和图3所示，它呈立式布置，包括细管第一管箱1、细管第一管板2、粗管第一管箱3、粗管第一管板4、筒体5、拉杆6、定距管7、折流板8、粗管换热管9、细管换热管10、公用管箱15与公用管板16；
在筒体5的一端部固定有粗管第一管板4与粗管第一管箱3，在粗管第一管箱3上固定有细管第一管箱1与细管第一管板2，在筒体5的另一端部固定有公用管箱15与公用管板16，在公用管板16与粗管第一管板4上安装有粗管换热管9，在公用管板16与细管第一管板2上安装有细管换热管10，细管换热管10穿过粗管第一管板4处密封固定，且细管换热管10穿插在相邻的粗管换热管9之间；
在筒体5内安装有拉杆6、定距管7与折流板8，在筒体5的两端部侧壁分别固定有第一壳程介质进出口N1与第二壳程介质进出口N2，在粗管第一管箱3的侧壁上固定有第一粗管管程介质进出口N3，在细管第一管箱1的侧壁上固定第一细管管程介质进出口N5。
所述粗管换热管9采用正方形排列排列，在正方形的中心部位穿插有所述的细管换热管10。
工作时，管程介质从N3管口流入到粗管第一管箱3，经管箱分布到粗管换热管9内进行热量交换，流到公用管箱15后重新分布流入细管换热管10内再次进行热量交换，介质流入到细管第一管箱1内后经N4流出热交换器。
具体实施时，粗管换热管9的尺寸为φ19×2mm粗管换热管9管束中穿插细管换热管10，细管换热管10的尺寸为φ12×1.5mm，壳程内径（即筒体5的内径）为φ500mm，壳程长度为3000mm，该热交换器的换热面积为62.9m2; 壳程介质为进出口温度-10/-35℃的氯化氢气体，粗管换热管9、细管换热管10的管程介质均为进出口温度-52/-15℃的氯化氢气体，管壳程流体逆流换热。工程结果显示本实施例管壳程介质均气体，气体介质在金属壁边缘层流状态形成气体膜状，传热对流较差，产生较大的热阻，而本发明的热交换器流道复杂多变，使得壳程气体冲刷管束更加剧烈，可以实现热量交换的要求，换热面积比相同体积的传统换热器的换热面积多29.8%，换热量比相同体积的传统换热器换热量高约33%。
实施例2
一种粗细双管径双管箱热交换器，如图4、图5和图6所示，它呈立式布置，包括细管第一管箱1、细管第一管板2、粗管第一管箱3、粗管第一管板4、筒体5、拉杆6、定距管7、折流板8、粗管换热管9、细管换热管10、粗管第二管箱11、细管第二管箱12、粗管第二管板13与细管第二管板14；
在筒体5的一端部固定有粗管第一管板4与粗管第一管箱3，在粗管第一管箱3上固定有细管第一管箱1与细管第一管板2，在筒体5的另一端部固定有粗管第二管箱11与粗管第二管板13，在粗管第二管箱11上固定有细管第二管箱12与细管第二管板14，在粗管第二管板13与粗管第一管板4上安装有粗管换热管9，在细管第二管板14与细管第一管板2上安装有细管换热管10，细管换热管10穿过粗管第一管板4处密封固定，细管换热管10穿过粗管第二管板13处密封固定，且细管换热管10穿插在相邻的粗管换热管9之间；
在筒体5内安装有拉杆6、定距管7与折流板8，在筒体5的两端部侧壁分别固定有第一壳程介质进出口N1与第二壳程介质进出口N2，在粗管第一管箱3的侧壁上固定有第一粗管管程介质进出口N3，在粗管第二管箱11的侧壁上固定有第二粗管管程介质进出口N4，在细管第一管箱1的侧壁上固定有第一细管管程介质进出口N5，在细管第二管箱12的侧壁上固定有第二细管管程介质进出口N6。
所述粗管换热管9采用正三角形排列，在正三角形的中心部位穿插有所述的细管换热管10。
粗管管程介质从N3管口流入到粗管下管箱3，经管箱分布到粗管换热管9内进行热量交换，流到粗管上管箱11后经N4流出热交换器；细管管程介质从N5管口流入到细管下管箱1，经管箱分布到细管换热管10内进行热量交换，流到细管上管箱12后经N6流出热交换器；粗管管程介质和细管管程介质根据工艺需求可以相同也可以不同。
具体实施时，粗管换热管9的尺寸为φ19×2mm，粗管换热管9管束中穿插细管换热管10，细管换热管10的尺寸为φ12×1.5mm，壳程内径（即筒体5的内径）为φ500mm，壳程长度为3000mm，该热交换器的换热面积为77.9m2；壳程介质为进出口温度-71.3/-90℃的乙二醇，粗管换热管9、细管换热管10的管程介质均为进出口温度-170/-85℃的液氮，管壳程流体逆流换热。工程结果显示，本实施例换热器的乙二醇能够被充分冷却，换热面积比相同体积的传统换热器的换热面积多41.9%，换热量比相同体积的传统换热器换热量高约48.3%。
实施例3
本实施例的热交换器结构与实施例2的热交换器结构相同，区别是：本实施例的热交换器呈卧式布置。
具体实施时，粗管换热管9的尺寸为φ19×2mm，粗管换热管9管束中穿插细管换热管10，细管换热管10的尺寸为φ12×1.5mm，壳程内径（即筒体5的内径）为φ400mm，壳程长度为2500mm，该热交换器的换热面积为37.1m2; 壳程介质为温度100℃的水蒸气，粗管换热管9、细管换热管10的管程介质均为进出口温度-80/150℃的氮气，管壳程流体逆流换热。工程结果显示，壳程蒸汽经过壳程复杂流道，使壳程流体多次横向冲刷管束，提高壳程流体紊流程度，同时管程流道面积增加，氮气被充分加热。换热面积比相同体积的传统换热器的换热面积多28.9%，换热量比相同体积的传统换热器换热量高约31.5%。
本发明中，如果采用正三角形或转角正三角形排布时，粗管换热管9的管间距为粗管换热管9外管径的1.6倍以上, 如果采用正方形或转角正方形排布时，粗管换热管9的管间距为粗管换热管9外管径的1.4倍以上。粗管换热管9的外径有如下系列：10mm、12 mm、14mm、16 mm、19 mm、20 mm、22 mm、25 mm、30 mm、32 mm、35 mm、38 mm、45 mm、50 mm、55 mm、57mm，细管换热管10选取比粗管换热管9小三个等级的换热管穿插到粗管换热管9中。
如图2和图3所示，如粗管换热管9采用正方形排列，粗管换热管9选用外径为19mm的换热管，细管换热管10选用外径为12mm的换热管，管间距设置为28mm。
如图5和图6所示，如粗管换热管9采用正三角形排列，粗管换热管9选用外径为19mm的换热管，细管换热管10选用外径为12mm的换热管，管间距设置为32mm。
本发明属于管壳式热交换器，其管程换热管与管板连接方式，壳程外壳、管板均与传统管壳式换热器相同，可按照GB/T151-2014《热交换器》规范进行设计。
