一種高效冷凍脫水器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高效冷凍脫水器，整體為立式管殼式換熱器結(jié)構(gòu)，該脫水器包括殼體、上封頭、下筒體、下封頭、管板及換熱管束，所述的上封頭設(shè)在殼體的上端，所述的下筒體及下封頭依次設(shè)在殼體的下端，所述的管板設(shè)有兩個(gè)，分別設(shè)在上封頭與殼體的連接處及下筒體與殼體的連接處，所述的換熱管束設(shè)在殼體內(nèi)，所述的換熱管束由若干換熱管構(gòu)成，換熱管的上下兩端分別與管板連通，換熱管內(nèi)部空間為管程，換熱管外部空間為殼程，所述的換熱管為變截面扭曲扁管。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳熱效果好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種高效冷凍脫水器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種脫水器，尤其是涉及一種高效冷凍脫水器。
【背景技術(shù)】
[0002]在電石法PVC (聚氯乙烯)生產(chǎn)中，氯化氫和乙炔混合氣中的水會(huì)與氯化氫結(jié)合形成具有強(qiáng)腐蝕性的鹽酸，腐蝕管道和設(shè)備(尤其是轉(zhuǎn)化器列管)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成轉(zhuǎn)化器泄漏，直接影響系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。腐蝕生成的產(chǎn)物FeC13也極易堵塞管道及設(shè)備。水分的存在還會(huì)造成觸媒結(jié)塊，縮短觸媒的使用壽命，增加觸媒消耗，并增大轉(zhuǎn)化器的出口阻力，從而增加系統(tǒng)功耗。因此，增強(qiáng)混合氣的脫水效果，減少混合氣中的水含量對(duì)生產(chǎn)十分重要。
[0003]混合氣冷凍脫水一般采用_20°C左右的低溫鹽水進(jìn)行脫水，通過(guò)將混合氣的溫度降低到(TC以下來(lái)達(dá)到充分脫除水分的目的。傳統(tǒng)的冷凍脫水器采用折流板換熱器，殼程介質(zhì)為冷凍鹽水，管程介質(zhì)為裂解混合氣，殼程折流板結(jié)構(gòu)使裂解混合氣流動(dòng)為錯(cuò)流流動(dòng)，裂解氣在換熱管內(nèi)進(jìn)行冷凍脫水。存在漏流現(xiàn)象，流體流動(dòng)時(shí)存在轉(zhuǎn)折和進(jìn)出口段渦流的影響區(qū)，容易產(chǎn)生流動(dòng)死區(qū)，傳熱面積利用率低，存在傳熱效率低，易結(jié)垢，流動(dòng)阻力大，流體橫向沖刷管束易誘發(fā)振動(dòng)等缺點(diǎn)
[0004]并且在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)以下2個(gè)問(wèn)題:(I)為防止混合氣冷凍結(jié)冰后將換熱管堵死，一般都采用大管徑的換熱管，結(jié)果是靠近換熱管管壁的混合氣可以有效的冷卻到o°c以下，實(shí)現(xiàn)冷凍脫水，但換熱器管中心部分流出的混合氣溫度較高，沒有有效的與管壁換熱，脫水效果較差，尤其是在夏天環(huán)境溫度較高的時(shí)候，問(wèn)題更加嚴(yán)重；(2)為達(dá)到冷凍脫水效果，冷凍鹽水流量較大，系統(tǒng)阻力大，耗能高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳熱效果好、使用壽命長(zhǎng)的高效冷凍脫水器。
[0006]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案:一種高效冷凍脫水器，整體為立式管殼式換熱器結(jié)構(gòu)，該脫水器包括殼體、上封頭、下筒體、下封頭、管板及換熱管束，所述的上封頭設(shè)在殼體的上端，所述的下筒體及下封頭依次設(shè)在殼體的下端，所述的管板設(shè)有兩個(gè)，分別設(shè)在上封頭與殼體的連接處及下筒體與殼體的連接處，所述的換熱管束設(shè)在殼體內(nèi)，所述的換熱管束由若干換熱管構(gòu)成，換熱管的上下兩端分別與管板連通，換熱管內(nèi)部空間為管程，換熱管外部空間為殼程，所述的換熱管為變截面扭曲扁管。
[0007]所述的換熱管分為三段，分別為入口端扭曲扁管段、光滑圓管段及出口端扭曲扁管段。
[0008]所述的扭曲扁管段為由圓形管壓成橢圓形管后，沿橢圓形管的軸向按扭矩200?270N.m扭轉(zhuǎn)而成的螺旋狀結(jié)構(gòu)。
[0009]換熱管的入口端扭曲扁管段:光滑圓管段:出口端扭曲扁管段的長(zhǎng)度比為3?5:1 ?2:1 ?2。[0010]相鄰的換熱管之間通過(guò)入口端扭曲扁管段及出口端扭曲扁管段相互接觸，形成自支撐結(jié)構(gòu)。
[0011]所述的換熱管之間采用三角形或六邊形排布。
[0012]所述的殼體的上下兩端分別設(shè)有殼程出口及殼程入口，所述的下封頭及上封頭上分別設(shè)有管程入口及管程出口。
[0013]所述的殼程入口及管程入口處分別設(shè)有防沖板。
[0014]所述的殼體的下端設(shè)有放凈口，殼體的上端設(shè)有排氣口。
[0015]所述的上封頭上設(shè)有溫度探頭，所述的下封頭的下端設(shè)有放水口。
[0016]所述的變截面扭曲扁管可采用金屬或非金屬材料。
[0017]本發(fā)明高效冷凍脫水器取消了折流板結(jié)構(gòu)，而采用變截面扭曲扁管，其殼程流體流動(dòng)為變空間縱向流動(dòng)。管程為變截面立體結(jié)構(gòu)，其管程流體流動(dòng)為變空間螺旋流動(dòng)。
[0018]本發(fā)明脫水器用于電石法PVC生產(chǎn)中的裂解氣干燥時(shí)，管程走裂解氣，殼程走冷凍鹽水，保證毒害氣體密封在管內(nèi)。冷凍鹽水由殼程入口進(jìn)入高效冷凍脫水器，從殼程出口流出高效冷凍脫水器，殼程冷凍鹽水由于換熱管的扭曲扁管段的變空間立體自支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，流動(dòng)形勢(shì)為縱向變空間流動(dòng)，有效強(qiáng)化傳熱，降低壓降。裂解氣從管程入口進(jìn)入，先流經(jīng)扭曲扁管段，使管程流體沿扭曲螺旋線流動(dòng)，形成非對(duì)稱擾流，有效破壞邊界層，提高傳熱效率；使管內(nèi)裂解氣中的水分更快的冷凍并在氣流離心力作用下迅速甩向管壁。然后進(jìn)入光滑圓管段，光滑圓管段橫截面積最大，有較大的結(jié)冰空間，不易堵死，并且由于扭曲扁管段形成的離心力使結(jié)冰能有效甩向管壁；另外，由于光滑圓管段橫截面積突然增大，氣體壓力減小，流速降低，在管內(nèi)的停留時(shí)間更長(zhǎng)，有利于管壁結(jié)冰，實(shí)現(xiàn)混合氣的冷凍脫水。由于光滑圓管段傳熱系數(shù)低，換熱管中心部位的氣體與管壁換熱較差，所以在換熱管的出口端又是扭曲扁管段，提高傳熱性能，使少量未有效冷卻的混合氣進(jìn)一步冷凍脫水，裂解氣最后從管程出口流出高效冷凍脫水器。換熱管入口端扭曲扁管段的作用相當(dāng)于預(yù)冷器，光滑圓管段及出口端扭曲扁管段為脫水器。其中放水口旨在工作周期結(jié)束后，排放脫下來(lái)的水；排氣口排出殼體內(nèi)部凝氣；放凈口旨在工作周期結(jié)束后清除冷源介質(zhì)，溫度探頭檢測(cè)上封頭內(nèi)，也就是管程出口處的溫度。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):(I)本發(fā)明的高效冷凍脫水器省去了傳統(tǒng)冷凍脫水器的折流板結(jié)構(gòu)，利用變截面扭曲扁管的幾何結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)換熱管的自支撐；
[0020](2)換熱管內(nèi)流體沿螺旋線流動(dòng)，能形成強(qiáng)烈的擾流，提高傳熱效率；
[0021 ] (3)換熱管內(nèi)流體螺旋流產(chǎn)生離心力，混合氣中的凝結(jié)水由于密度大，在氣流離心力的作用下，會(huì)迅速甩向管壁，凝固成冰；
[0022](4)換熱管外流體為變空間縱向流動(dòng)，流體流動(dòng)是連續(xù)變化，避免了弓形折流板換熱器流體由于突然改變流向造成的能量損失，極大的降低流動(dòng)阻力；
[0023](5)流體與換熱管間有一定的螺旋傾角，流體螺旋狀的繞過(guò)換熱管束，實(shí)現(xiàn)有效的沖刷，流動(dòng)阻力小，不存在滯流死區(qū)減少污垢的沉積；
[0024](6)換熱管連續(xù)的螺旋結(jié)構(gòu)和變徑部分的支撐減小了管子間的跨距，使得換熱管的固有頻率避開了流體的激振頻率，避免了因共振引起的破損，從而延長(zhǎng)了設(shè)備的壽命，降低了維修費(fèi)用，使設(shè)備可以長(zhǎng)期安全運(yùn)行，達(dá)到了高效節(jié)能的目的；
[0025](7)變截面扭曲扁管設(shè)計(jì)強(qiáng)化了傳熱效果，使同等負(fù)荷傳熱下，體積可小30%左右，減少了制造成本【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為換熱管束的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖中，I為上封頭，2為管板，3為排氣口，4為殼體，5為換熱管，51為入口端扭曲扁管段，52為光滑圓管段，53為出口端扭曲扁管段，6為殼程入口，7為法蘭，8為下筒體，9為下封頭，10為放水口，11為防沖板，12為管程入口，13為放凈口，14為殼程出口，15為溫度探頭，16為管程出口。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0030]實(shí)施例一:
[0031]一種高效冷凍脫水器，如圖1所示，整體為立式管殼式換熱器結(jié)構(gòu)，該脫水器包括殼體4、上封頭1、下筒體8、下封頭9、管板2及換熱管束，上封頭I設(shè)在殼體4的上端，下筒體8及下封頭9依次設(shè)在殼體4的下端，管板2設(shè)有兩個(gè)，分別設(shè)在上封頭I與殼體4的連接處及下筒體8與殼體4的連接處，換熱管束設(shè)在殼體4內(nèi)，換熱管束由若干換熱管5構(gòu)成，換熱管5的上下兩端分別與管板2連通，換熱管5內(nèi)部空間為管程，換熱管5外部空間為殼程，換熱管5為變截面扭曲扁管。殼體4的上下兩端分別設(shè)有殼程出口 14及殼程入口6，下封頭9及上封頭I上分別設(shè)有管程入口 12及管程出口 16。殼程入口 6及管程入口 12處分別設(shè)有防沖板11。殼體4的下端設(shè)有放凈口 13，殼體4的上端設(shè)有排氣口 3。上封頭I上設(shè)有溫度探頭15，下封頭9的下端設(shè)有放水口 10。管板2的兩端設(shè)有法蘭7。
[0032]如圖2所示，換熱管5分為三段，分別為入口端扭曲扁管段51、中間部分的光滑圓管段52，以及出口端扭曲扁管段53。換熱管的入口端扭曲扁管段51:光滑圓管段52:出口端扭曲扁管段53的長(zhǎng)度比為3?5:1?2:1?2。其中，入口端扭曲扁管段51及出口端扭曲扁管段53為由圓形管壓成橢圓形管后,沿橢圓形管的軸向按扭矩200?270N.ηι扭轉(zhuǎn)而成的螺旋狀結(jié)構(gòu)。相鄰的換熱管5之間通過(guò)入口端扭曲扁管段51及出口端扭曲扁管段53相互接觸，形成自支撐結(jié)構(gòu)。換熱管5之間采用三角形或六邊形排布。變截面扭曲扁管可采用金屬或非金屬材料。圖2中，S為扭曲端的截距。
[0033]本發(fā)明高效冷凍脫水器取消了折流板結(jié)構(gòu)，而采用變截面扭曲扁管，其殼程流體流動(dòng)為變空間縱向流動(dòng)。管程為變截面立體結(jié)構(gòu)，其管程流體流動(dòng)為變空間螺旋流動(dòng)。
[0034]本發(fā)明脫水器用于電石法PVC生產(chǎn)中的裂解氣干燥時(shí)，管程走裂解氣，殼程走冷凍鹽水，保證毒害氣體密封在管內(nèi)。冷凍鹽水由殼程入口 6進(jìn)入高效冷凍脫水器，從殼程出口 14流出高效冷凍脫水器，殼程冷凍鹽水由于換熱管5的入口端扭曲扁管段51及出口端扭曲扁管段53的變空間立體自支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，流動(dòng)形勢(shì)為縱向變空間流動(dòng)，有效強(qiáng)化傳熱，降低壓降。裂解氣從管程入口 12進(jìn)入，先流經(jīng)入口端扭曲扁管段51，使管程流體沿扭曲螺旋線流動(dòng)，形成非對(duì)稱擾流，有效破壞邊界層，提高傳熱效率；使管內(nèi)裂解氣中的水分更快的冷凍并在氣流離心力作用下迅速甩向管壁。然后進(jìn)入光滑圓管段52，光滑圓管段52的橫截面積最大，有較大的結(jié)冰空間，不易堵死，并且由于入口端扭曲扁管段51形成的離心力使結(jié)冰能有效甩向管壁；另外，由于光滑圓管段52橫截面積突然增大，氣體壓力減小，流速降低，在管內(nèi)的停留時(shí)間更長(zhǎng)，有利于管壁結(jié)冰，實(shí)現(xiàn)混合氣的冷凍脫水。由于光滑圓管段52傳熱系數(shù)低，換熱管5中心部位的氣體與管壁換熱較差，所以在換熱管5又設(shè)有出口端扭曲扁管段53，提高傳熱性能，使少量未有效冷卻的混合氣進(jìn)一步冷凍脫水，裂解氣最后從管程出口 16流出高效冷凍脫水器。換熱管5入口端扭曲扁管段51的作用相當(dāng)于預(yù)冷器，光滑圓管段52及出口端扭曲扁管段53為脫水器。其中放水口 10旨在工作周期結(jié)束后，排放脫下來(lái)的水；排氣口 3排出殼體內(nèi)部凝氣；放凈口 13旨在工作周期結(jié)束后清除冷源介質(zhì)，溫度探頭15檢測(cè)上封頭I內(nèi)，也就是管程出口 16處的溫度。
[0035]上列詳細(xì)說(shuō)明是針對(duì)本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說(shuō)明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種高效冷凍脫水器，整體為立式管殼式換熱器結(jié)構(gòu)，該脫水器包括殼體(4)、上封頭(I)、下筒體(8)、下封頭(9)、管板(2)及換熱管束，上封頭(I)設(shè)在殼體(4)的上端，下筒體(8)及下封頭(9)依次設(shè)在殼體(4)的下端，管板(2)設(shè)有兩個(gè)，分別位于上封頭(I)與殼體(4)的連接處及下筒體(9)與殼體(4)的連接處，換熱管束設(shè)在殼體(4)內(nèi)，所述換熱管束由若干換熱管(5)構(gòu)成，換熱管(5)的上下兩端分別與管板(2)連通，換熱管(5)內(nèi)部空間為管程，換熱管(5)外部空間為殼程，其特征在于，所述換熱管(5)為變截面扭曲扁管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效冷凍脫水器，其特征在于:所述換熱管(5)分為三段，分別為入口端扭曲扁管段(51)、中間部分的光滑圓管段(52)及出口端扭曲扁管段(53)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高效冷凍脫水器，其特征在于:所述扭曲扁管段(51)為由圓形管壓成橢圓形管后，沿橢圓形管的軸向按扭矩200?270N.m扭轉(zhuǎn)而成的螺旋狀結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高效冷凍脫水器，其特征在于:換熱管(5)的入口端扭曲扁管段(51):光滑圓管段(52):出口端扭曲扁管段(53)的長(zhǎng)度比為3?5:1?2:1?2。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高效冷凍脫水器，其特征在于:相鄰的換熱管(5)之間通過(guò)入口端扭曲扁管段(51)及出口端扭曲扁管段(53)相互接觸，形成自支撐結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效冷凍脫水器，其特征在于:所述換熱管(5)之間采用三角形或六邊形排布。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效冷凍脫水器，其特征在于:所述殼體(4)的上下兩端分別設(shè)有殼程出口(14)及殼程入口(60)，所述下封頭(9)及上封頭(I)上分別設(shè)有管程入口(12)及管程出口(16)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高效冷凍脫水器，其特征在于:所述殼程出口(14)及殼程入口(60)處分別設(shè)有防沖板(11)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效冷凍脫水器，其特征在于:所述殼體(4)的下端設(shè)有放凈口( 13 )，殼體(4 )的上端設(shè)有排氣口( 3 )。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效冷凍脫水器，其特征在于:所述上封頭(I)上設(shè)有溫度探頭(15)，所述下封頭(9 )的下端設(shè)有放水口( 10 )。
【文檔編號(hào)】F28F1/00GK103471414SQ201310430893
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】朱冬生, 安冬旭 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所