一种K形折流板换热器及其工作方法

本发明属于换热器，具体涉及一种管壳式换热器，尤其涉及一种k形折流板换热器及其工作方法。

背景技术：

1、换热器是实现工质间热量传热的工业设备，在石油、电力等多种行业应用普遍。提高工作效率、提高能源利用率、减小尺寸以及提高使用寿命等优化设计可以更好的满足换热器在工业发展中的需要。换热器根据适用工况、流动介质的不同可以分为多种类别，其中管壳式换热器应用最为广泛。

2、管壳式换热器以其独特的结构和工作原理，在热交换领域发挥着重要的作用，是工业生产中不可或缺的重要设备之一。管壳式换热器的壳体一般为圆柱形空心筒，换热管束置于壳体内，由管板固定在两端，为提高换热效率壳体中还会安置折流板或折流杆。在换热管束内流动的流体称之为管程流体，在壳体、换热管束和折流板的缝隙中流动的流体称之为壳程流体。换热管的排列方式常见的可以分为四种，正三角形排列、转三角形排列、正方形排列、转正方形排列。其中三角形排列可以使得壳程流体易于形成湍流状态，而正方形排列使得壳程易于清洗。

3、折流板是管壳式换热器内部的关键部件之一，除起到支撑换热管的作用外，折流板还可以将壳程分隔开，使得壳程流体改变流向，增加其湍流程度，多次冲刷换热管束，减小流动死区，从而提高换热器的换热效率。虽然可以通过增加折流板数量来提高换热器换热效率，但是，换热器中折流板过多会导致壳程压降过大，导致换热管束震动损坏，换热器寿命急剧降低。因此，对折流板进行优化设计可以有效地提高换热器的换热效率，增长换热器的使用寿命，提高能源利用率。现有技术中，常见的改善折流板的方法为螺旋式折流板，但是螺旋式折流板不易制造，设计方法未实现标注化，且在换热器中不易安装及更换，在工业应用的过程中存在着诸多困难。如图7所示，当前常用的管壳式换热器为单弓形折流板换热器，由于单弓形折流板换热器的结构特点，会存在以下不足：壳程流体纵向冲刷管束的频率较大、壳程流体速度分布不均，并且对壳程流体扰流较小，导致压降大且总传热系数较低，同时也影响了换热管束工作寿命。

技术实现思路

1、为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种k形折流板换热器及其工作方法，采用本装置和方法，能够解决现有单弓形折流板换热器压降大且总传热系数较低的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术内容：

3、一种k形折流板换热器，包括壳体；

4、所述壳体内设置有呈正三角形排布的换热管束；

5、所述换热管束轴向上套设有若干个k形折流板；

6、所述k形折流板包括竖直圆形板和倾斜板；

7、所述竖直圆形板的中间开设有缺口；

8、两个所述倾斜板对称连接于所述竖直圆形板的缺口处，并与所述竖直圆形板呈倾斜设置，三者共同组成侧视投影为k形的阻挡结构。

9、进一步地，所述换热管束轴向上套设有挡板；所述挡板的数量与所述k形折流板相对应，且相邻两个所述挡板由所述k形折流板分隔。

10、进一步地，以所述壳体的圆柱中心轴作为旋转轴，以所述竖直圆形板的圆心作为中心点，相邻两个所述k形折流板之间形成有旋转角度。

11、进一步地，每相邻两个所述k形折流板之间的旋转角度为60°。

12、进一步地，所述倾斜板与所述竖直圆形板的倾斜角度为30°～60°。

13、进一步地，所述k形折流板的缺口被两个所述倾斜板等分为三部分，其中每部分高度h的计算公式如下：

14、h＝(n×pt×sin60°)/5

15、其中，n为换热管束的排数；pt为换热管束中相邻两个换热管之间的圆心距。

16、进一步地，所述倾斜板的长度l的计算公式如下：

17、l＝h/cosα

18、其中，α为倾斜板与竖直圆形板的倾斜角度。

19、进一步地，所述换热器还包括设置于壳体上的管程流体进口接管、管程流体出口接管、壳程流体出口接管和壳程流体进口接管；

20、所述壳体的一端设有与所述管程流体进口接管相连的进口管箱，另一端设有与所述管程流体出口接管相连的出口管箱；

21、所述进口管箱和所述出口管箱之间通过所述换热管束连通，用于通入冷流体；

22、所述壳程流体出口接管和所述壳程流体进口接管设置于所述进口管箱和所述出口管箱之间的所述壳体上，所述壳程流体出口接管、所述壳体内腔以及所述壳程流体进口接管用于通入热流体。

23、进一步地，所述换热管束的两端分别通过管板与所述进口管箱和所述出口管箱连通。

24、一种k形折流板换热器的工作方法，基于上述k形折流板换热器，包括：

25、冷流体通入换热管束，热流体通入壳体；进入壳体中的部分热流体被k形折流板的倾斜板阻挡后绕开流动，其余热流体直接通过k形折流板的竖直圆形板中间的缺口；所有流体直至通过最后一个k形折流板后流出换热器，完成热流体与冷流体之间的换热。

26、相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

27、本发明提供了一种k形折流板换热器，本换热器包括壳体内设置的呈正三角形排布的换热管束；换热管束套设了若干个k形折流板；k形折流板由竖直圆形板和倾斜板组成，且竖直圆形板的中间开设了用于流体通过的缺口，两个倾斜板对称连接在竖直圆形板的缺口处，对缺口形成部分遮挡，倾斜板与竖直圆形板倾斜设置，三者组成侧视投影为k形的阻挡结构；需要换热时，冷流体通入换热管束，热流体通入壳体，进入壳体中的部分热流体被k形折流板的倾斜板阻挡后绕开流动，其余热流体直接通过k形折流板的竖直圆形板中间的缺口；所有流体直至通过最后一个k形折流板后流出换热器，完成热流体与冷流体之间的换热；在传热速率，总传热系数，以及压降三方面均有优化，使得换热器的设计参数效率评价标准eec有明显提高；结构简单，容易实现，可以在实际工程中得到应用。

28、第一，k形折流板由于结构优化，减少了壳程流体纵向冲刷管束的频率，可以提高换热管束工作寿命。

29、第二，相比于弓形折流板换热器，k形折流板由于结构优化，壳程流体速度分布更加均匀，最大速度降低，使得壳程压降大大减小。

30、第三，k形折流板由于结构优化，由于倾斜板的阻挡以及竖直圆形板中间缺口的存在，使得壳程流体扰流增大，增强换热效率。

31、优选地，本发明中，换热管束的轴向上还套设了挡板，挡板的设置能够使得壳程流体扰流进一步增大，从而更加增强了换热效率。

32、优选地，本发明中，以壳体的圆柱中心轴作为旋转轴，以竖直圆形板的圆心作为中心点，相邻两个k形折流板之间形成了旋转角度，也就是将距离壳体进口接管最近的k形折流板为竖直布置，接下来每布置一个k形折流板就将其旋转一定角度，优选为60°，直到最后一个；采用上述结构设计，能够使得壳程流体速度分布更加均匀，保证了最大速度降得更低，使得壳程压降极大减小。

33、本发明还提供了一种k形折流板换热器的工作方法，基于上述k形折流板换热器，本方法通过k形折流板的竖直圆形板和倾斜板的配合，对进入壳体中的部分热流体进行阻挡，完成热流体与冷流体之间的换热；采用本方法能够解决现有换流器压降大且总传热系数较低的问题；本方法操作简单且便于实施，换热效果好，具有良好的推广应用价值。