本發(fā)明涉及一種換熱裝置，具體涉及一種冷凝器。

背景技術(shù)：

目前，煉油行業(yè)通過整合公用裝置、放大單個(gè)裝置的容量等方式降低綜合成本。石油煉化的單機(jī)產(chǎn)能不斷擴(kuò)大，從500萬噸-4000萬噸不等。面對(duì)這些單機(jī)裝置的容量不斷上升，其配套的生產(chǎn)裝置也在不斷的沖刺新紀(jì)錄。當(dāng)然其它行業(yè)也出現(xiàn)了各種不同程度的擴(kuò)容、增產(chǎn)，例如有機(jī)硅行業(yè)，單機(jī)產(chǎn)量從3萬噸到20萬噸；多晶硅的單機(jī)容量從1500噸到10萬噸；制冷劑裝置20萬噸產(chǎn)量亦陸續(xù)投產(chǎn)，單臺(tái)設(shè)備的產(chǎn)能和換熱能力不斷達(dá)到新的高度，而冷凝器是這些系統(tǒng)中不可或缺的換熱設(shè)備。

為滿足大型化設(shè)計(jì)的要求，冷凝器的結(jié)構(gòu)如果仍按照傳統(tǒng)的形式設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)上難以實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在換熱面積3000平方米、甚至10000平方米以上的換熱器陸續(xù)出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)形式多采用多臺(tái)冷凝器并聯(lián)，雖然滿足了換熱面積上的要求，但設(shè)備管路增加、安全風(fēng)險(xiǎn)加大。

傳統(tǒng)的冷凝器布管緊湊，冷凝氣體在殼程里沿折流板沖刷換熱管，其流動(dòng)是依靠氣體被冷凝后體積縮小形成的真空度完成的，真空度可以把進(jìn)口處的氣體不斷向真空處吸引過來，繼續(xù)不斷地冷凝。為滿足化工、煉化等行業(yè)大型化生產(chǎn)的需求，放大生產(chǎn)裝備是實(shí)現(xiàn)大型化生產(chǎn)的手段之一，因而，做為過程裝備的冷凝器也隨之越來越大。對(duì)于大型冷凝器而言，設(shè)備直徑較大，如果仍按傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，讓冷凝氣體在殼程里沿折流板沖刷換熱管，大量冷凝氣進(jìn)入殼體后很容易堵??；并且在運(yùn)行中常常遇到冷凝后形成的真空度不夠、冷凝氣體無法到達(dá)冷凝區(qū)，造成冷凝效果差、運(yùn)行不佳的狀況。

也有一種是依靠本身系統(tǒng)的壓力差來推動(dòng)，其冷凝效果尚可，但是由于是依靠系統(tǒng)動(dòng)力來推動(dòng)冷凝氣流動(dòng)，這樣會(huì)造成大量的動(dòng)力損失，從而使系統(tǒng)能耗增加；另外，對(duì)于低壓工況系統(tǒng)、大直徑、大長(zhǎng)度的冷凝器，僅依靠壓力差也無法實(shí)現(xiàn)冷凝氣體更好的流動(dòng)，冷凝氣體流動(dòng)不暢，嚴(yán)重影響冷凝效率，且存在安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、冷凝效果好且不易堵塞的冷凝器。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種冷凝器，包括殼體、設(shè)于所述殼體兩端的前管箱和后管箱、設(shè)于所述前管箱上的管程進(jìn)口和管程出口，所述殼體與所述前管箱之間設(shè)有管板，所述管板上固定有沿所述前管箱和所述后管箱的排列方向延伸的用于通入通出低溫液體的換熱管，所述換熱管兩端分別與所述管程進(jìn)口和所述管程出口連通，所述殼體上端設(shè)有用于通入冷凝氣體的殼程進(jìn)口、下端設(shè)有用于通出冷凝液體的殼程出口，所述殼體內(nèi)設(shè)有多個(gè)用于支撐所述換熱管的支撐板，多個(gè)所述支撐板沿所述前管箱和所述后管箱的排列方向依次間隔設(shè)置，所述換熱管穿設(shè)于所述支撐板上，所述支撐板上設(shè)有通氣孔。

優(yōu)選地，所述殼體內(nèi)并排設(shè)置有至少兩獨(dú)立管程單元，每個(gè)所述獨(dú)立管程單元內(nèi)均設(shè)有所述換熱管。

優(yōu)選地，所述支撐板上設(shè)有用于安裝所述換熱管的安裝孔，所述安裝孔周部環(huán)設(shè)有用于所述冷凝氣體流動(dòng)的小孔。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述安裝孔有多個(gè)，多個(gè)所述安裝孔自由組合分布，形成多個(gè)安裝孔組，每個(gè)所述安裝孔組之間設(shè)有間隙，所述間隙大于每個(gè)所述安裝孔之間的空隙。

優(yōu)選地，所述換熱管焊設(shè)于所述管板上，焊接處的所述換熱管的管體向靠近所述管板的方向徑向擴(kuò)大。

優(yōu)選地，所述冷凝器還包括設(shè)于所述殼程進(jìn)口和所述殼體之間的連接部，所述連接部向靠近所述殼體的方向徑向擴(kuò)大。

優(yōu)選地，所述冷凝氣體包括不凝氣體和可凝氣體，所述冷凝器還包括設(shè)于所述殼體上的用于將所述不凝氣體和所述可凝氣體分離的凝氣板，所述凝氣板上設(shè)有用于將所述可凝氣體凝結(jié)成小液滴的凝氣孔。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述冷凝器還包括一端與所述殼體連通的用于抽出所述不凝氣體的抽氣管、用于驅(qū)動(dòng)所述抽氣管抽氣的真空泵、設(shè)于所述抽氣管另一端的出氣口，所述出氣口處設(shè)有用于噴灑所述低溫液體的噴頭，所述低溫液體與所述不凝氣體在所述抽氣管中進(jìn)行傳熱反應(yīng)。

更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述抽氣管中設(shè)有用于防止所述冷凝氣體與所述抽氣管管體發(fā)生反應(yīng)的隔離環(huán)。

優(yōu)選地，所述冷凝器還包括與所述殼體連通的用于收集所述冷凝液體的集液箱，所述殼程出口設(shè)于所述集液箱上，所述集液箱上還設(shè)有用于檢測(cè)所述集液箱內(nèi)冷凝液體液位的液位計(jì)。

由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明的一種冷凝器，通過在殼體內(nèi)設(shè)置支撐板，將換熱管穿設(shè)于支撐板上，在支撐板上開設(shè)多個(gè)通氣孔，使得冷凝氣體的流動(dòng)更加順暢，冷凝效果好且不易堵塞，使換熱面積得到充分利用。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2為本發(fā)明的附圖1中a-a截面示意圖；

附圖3為本發(fā)明的附圖1中b-b截面示意圖；

附圖4為本發(fā)明的換熱管焊接方式示意圖；

附圖5為本發(fā)明的支撐板上安裝孔周部開孔示意圖。

其中：1、換熱管；2、支撐板；3、通氣孔；4、獨(dú)立管程單元；5、安裝孔；6、小孔；7、間隙；8、連接部；9、凝氣板；10、凝氣孔；11、抽氣管；12、出氣口；13、噴頭；14、隔離環(huán)；15、集液箱；16、液位計(jì)；

101、殼體；102、前管箱；103、后管箱；104、管程進(jìn)口；105、管程出口；106、管板；107、殼程進(jìn)口；108、殼程出口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖來對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的闡述。

參見圖1-2-3-4-5所示，一種冷凝器，包括殼體101、設(shè)于殼體101兩端的前管箱102和后管箱103、設(shè)于前管箱102上的管程進(jìn)口104和管程出口105，殼體101與前管箱102之間設(shè)有管板106，管板106上固定有沿前管箱102和后管箱103的排列方向延伸的用于通入通出低溫液體的換熱管1，換熱管1兩端分別與管程進(jìn)口104和管程出口105連通，殼體101上端設(shè)有用于通入冷凝氣體的殼程進(jìn)口107、下端設(shè)有用于通出冷凝液體的殼程出口108，殼體101內(nèi)設(shè)有多個(gè)用于支撐換熱管1的支撐板2，多個(gè)支撐板2沿前管箱102和后管箱103的排列方向依次間隔設(shè)置，換熱管1穿設(shè)于支撐板2上，支撐板2上設(shè)有通氣孔3。

在本實(shí)施例中，通氣孔3為長(zhǎng)圓孔，在支撐板2上開多個(gè)長(zhǎng)圓孔，能讓進(jìn)來的冷凝氣體能夠順利的到達(dá)真空度小的地方，增加冷凝氣體的流通性，從而減少阻力損失，并使換熱面積得到充分利用。

殼體101內(nèi)并排設(shè)置有至少兩獨(dú)立管程單元4，每個(gè)獨(dú)立管程單元4內(nèi)均設(shè)有換熱管1。在本實(shí)施例中，該獨(dú)立管程單元4有兩個(gè)，通過在殼體101內(nèi)設(shè)置并列的兩個(gè)獨(dú)立管程單元4，每個(gè)獨(dú)立管程單元4內(nèi)的換熱管1均可單獨(dú)運(yùn)行，使得冷凝器運(yùn)行更加的靈活，大大提高了效率。

支撐板2上設(shè)有用于安裝換熱管1的安裝孔5，安裝孔5周部環(huán)設(shè)有用于冷凝氣體流動(dòng)的小孔6。安裝孔5有多個(gè)，多個(gè)安裝孔5自由組合分布，形成多個(gè)安裝孔組，每個(gè)安裝孔組之間設(shè)有間隙7，間隙7大于每個(gè)安裝孔5之間的空隙。

在本實(shí)施例中，小孔6為不規(guī)則孔，開孔形狀大小均沒有限制。通過開設(shè)多個(gè)小孔6，配合支撐板2上的通氣孔3，使冷凝氣體的流通更加順暢，避免了冷凝氣體堵塞，增加了冷凝氣體縱向、橫向沖涮換熱管1的速度，傳熱系數(shù)k值得到了提升。

同時(shí)，在本實(shí)施例中，調(diào)整布管方式，設(shè)置多個(gè)安裝孔組，減少高溫段換熱管1的布置，使高溫段布管相對(duì)比較稀疏，從而留出多個(gè)寬度不一的間隙7，作為冷凝氣體縱向流動(dòng)的通道，讓冷凝氣體能夠直接通透到設(shè)備直徑方向的底部，避免了當(dāng)大量冷凝氣體進(jìn)入冷凝器進(jìn)行冷凝時(shí)造成的冷凝氣體在上部換熱管1縫隙間的擁擠。換熱管1的材料可以為碳鋼，不銹鋼，雙相鋼，鈦材，鐵銅合金等。

換熱管1焊設(shè)于管板106上，焊接處的換熱管1的管體向靠近管板106的方向徑向擴(kuò)大。

在本實(shí)施例中，采用斜坡焊接頭形式，即焊接處的換熱管1的管體向靠近管板106的方向徑向擴(kuò)大，經(jīng)過打磨和刮管整形成圓滑過度形狀，該結(jié)構(gòu)趨于圓弧，應(yīng)力集中系數(shù)較小，在一定程度上改善了換熱管1管頭的受力狀態(tài)，減小了換熱管1和管板106的之間的應(yīng)力，使設(shè)備的使用壽命得到延長(zhǎng)。同時(shí)，斜坡焊接頭形式改善了低溫液體進(jìn)入換熱管1的流動(dòng)狀態(tài)，使低溫液體進(jìn)入管程的阻力減小，克服了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)阻力損失大的技術(shù)問題，使系統(tǒng)能耗相應(yīng)降低。

焊接采用氬弧焊焊接，電流在120a-180a，電壓為12-24v，管頭低于管板4-8mm，要求焊透，不得存在氣孔，夾渣，裂紋等缺陷，焊接完成后對(duì)焊縫的表面進(jìn)行機(jī)加工，將表面刮成斜坡形狀，然后對(duì)焊縫進(jìn)行表面檢測(cè)，確保焊縫沒有缺陷。

冷凝器還包括設(shè)于殼程進(jìn)口107和殼體101之間的連接部8，連接部8向靠近殼體101的方向徑向擴(kuò)大。

在本實(shí)施例中，在殼體101上開一個(gè)大孔，該大孔沿殼體101的長(zhǎng)度方向設(shè)置，該大孔與殼程進(jìn)口107連通，形成錐形的連接部8，改善了冷凝氣體的進(jìn)口速度和進(jìn)口的縱向長(zhǎng)度，增加了通透性，可實(shí)現(xiàn)大通量的進(jìn)氣，滿足了大型化生產(chǎn)時(shí)大流量的需求；同時(shí)消減了管道上軸向和縱向兩個(gè)方向的膨脹問題，消除了因熱膨脹帶來的安全隱患。

該大孔長(zhǎng)度和寬度根據(jù)工藝計(jì)算來確定，為了提高冷凝器的傳熱系數(shù)，保證一定的流速，要保證慣性力大于黏滯力，達(dá)到紊流狀態(tài)的較低的值，通常雷諾數(shù)要在2000以上，可以上調(diào)30%左右；同時(shí)為了保持一個(gè)較大的富裕量，采用2-4個(gè)矩形膨脹節(jié)串聯(lián)來滿足在冷凝器殼體101軸線方向和殼程進(jìn)口107的變形協(xié)調(diào)，同時(shí)還要考慮殼體101和殼程進(jìn)口107之間垂直距離在運(yùn)行時(shí)的熱膨脹，根據(jù)殼體101和殼程進(jìn)口107之間的溫度差和長(zhǎng)度，結(jié)合金屬的線性膨脹系數(shù)，確定變形協(xié)調(diào)量，解決進(jìn)口溫度差造成的應(yīng)力問題，膨脹節(jié)通常選擇和介質(zhì)相容的材料，一般選擇s30408，s30403，s31608，s31603及蒙乃爾合金，鈦合金等材料，壁厚通常選擇0.8，1.2，1.5，2，2.5，3，4，5，6，8等厚度等級(jí)。

該冷凝器還包括設(shè)于殼體101上的用于將冷凝氣體中的不凝氣體和可凝氣體分離的凝氣板9，凝氣板9上設(shè)有用于將可凝氣體凝結(jié)成小液滴的凝氣孔10。通過將不凝氣體與可凝氣體分離并抽走不凝氣體，大大增加了可凝氣體與換熱管1的接觸機(jī)會(huì)，從而提高了換熱器的效率。

該冷凝器還包括一端與殼體101連通的用于抽出不凝氣體和冷凝氣體中的未凝氣體的抽氣管11、用于驅(qū)動(dòng)抽氣管11抽氣的真空泵、設(shè)于抽氣管11另一端的出氣口12，出氣口12處設(shè)有用于噴灑低溫液體的噴頭13，低溫液體與不凝氣體和冷凝氣體中的未凝氣體在抽氣管11中進(jìn)行傳熱反應(yīng)。抽氣管11中設(shè)有用于防止冷凝氣體與抽氣管11管體發(fā)生反應(yīng)的隔離環(huán)14。

在本實(shí)施例中，隔離環(huán)14為陶瓷環(huán)，安裝于抽氣管11中。通過抽氣管11和噴頭13的設(shè)置，使得不凝氣體和冷凝氣體中的未凝氣體與噴頭13中噴灑的低溫液體在陶瓷環(huán)處進(jìn)行進(jìn)一步傳熱傳質(zhì)，從而進(jìn)一步分離、回收冷凝氣體中的未凝氣體，降低未凝氣體對(duì)下一環(huán)節(jié)的不良影響；同時(shí)可對(duì)不凝氣體再次冷卻，使不凝氣體攜帶的熱量得到充分吸收，吸收到熱量的低溫液體進(jìn)入殼體101內(nèi)進(jìn)行再次放熱，使整體冷凝效率得到提高。

同時(shí)，在抽氣管11與殼體101連通的區(qū)域內(nèi)，還設(shè)置有收集區(qū)，在收集區(qū)內(nèi)布置有換熱管1，在冷凝氣體被抽取至抽氣管11時(shí)，經(jīng)過收集區(qū)，再次進(jìn)行冷凝，減少了熱量損失。

冷凝器還包括與殼體101連通的用于收集冷凝液體的集液箱15，殼程出口108設(shè)于集液箱15上，集液箱15上還設(shè)有用于檢測(cè)集液箱15內(nèi)冷凝液體液位的液位計(jì)16。集液箱15內(nèi)的冷凝液體對(duì)殼體內(nèi)的冷凝氣體起到水封的作用，當(dāng)液位計(jì)16檢測(cè)到集液箱15內(nèi)的冷凝液體達(dá)到設(shè)定的液位時(shí)，從殼程出口108取出冷凝液體。

以下具體闡述下本實(shí)施例的工作過程：將冷凝氣體從殼程進(jìn)口107通入，經(jīng)通氣孔3和小孔6以及間隙7向殼體101的兩端及底部流動(dòng)，與此同時(shí)，從管程進(jìn)口104通入低溫液體，低溫液體從管程進(jìn)口104進(jìn)來，經(jīng)過換熱管1流到管程出口105，完成一個(gè)來回流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)殼體101內(nèi)的冷凝氣體的冷凝。

上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。