換熱管以及具有該換熱管的換熱器的製作方法

2023-09-18 13:29:00

本發明涉及傳熱技術領域的熱交換裝置，具體地涉及一種具有瞬時排汙功能的換熱管以及包括該換熱管的換熱器。

背景技術：

在流化床催化反應裝置中，催化劑在反應器和再生器之間循環；失活的催化劑在再生器中燒焦再生，再生後的催化劑循環回反應器，典型的如重油催化裂化裝置。催化劑在再生器中的燒焦反應要放出大量的熱量，為控制再生器溫度，需要設置換熱器(又稱催化劑冷卻器或粉體冷卻器)的方式取出熱量，以維持系統熱平衡，保證工藝操作的平穩進行。同時，換熱器也利用這部分過剩熱量發生蒸汽，成為催化裂化裝置中的一項重要節能措施。換熱器由於取熱量大，操作靈便，在工業上的應用十分廣泛。現有的換熱器的換熱管有多種型式，如翅片管、釘頭管、光管及其組合管等，存在的問題是：換熱管無法有效排除水升溫換熱過程中產生的含垢汙水，導致換熱管端部及內壁結垢，降低傳熱效果，嚴重的導致換熱管局部過熱爆管失效，特別在水質異常時。

現有技術中還提出一種自排汙換熱管及自排汙高效換熱器，其通過在汽水混合物流道內設置排汙管來實現自動排汙功能。但在實際的生產應用中，由於其排汙管設計在汽水混合物流道內，所以使得汽水混合物在流道內發生偏流，易誘發設備產生震動，在導致換熱效率下降的同時排汙管及其附件表面也非常容易產生水垢。

技術實現要素：

鑑於現有技術中存在的上述缺陷或不足，本發明提供了一種有助於改善排汙功能的換熱管。

根據本發明的一個方面，提供一種換熱管，其可以包括：汽水混合物套管，其具有一個封閉的盲端，並設置有汽水混合物出口；和給水內管，套設在所述汽水混合物套管中，其一端從所述汽水混合物套管伸出，並且在伸出所述汽水混合物套管的部分上形成有給水入口，另一端形成給水出口並且與所述汽水混合物套管的盲端相距一定間隔，其中，所述換熱管還包括排汙管，該排汙管套設在所述給水內管中，具有位於所述間隔中的吸汙端和在汽水混合物套管外部從所述給水內管中伸出的排汙端。

優選地，所述排汙管的排汙端可以設置有排汙閥，用於控制排汙管的通斷。更優選地，所述排汙管的排汙端還可以連接有輔助給水內管，該輔助給水內管連接至供水水源，並設置有輔助給水閥，用於控制輔助給水內管的通斷。

優選地，所述排汙管的截面積不大於所述給水內管的截面積的30％。

優選地，所述排汙管的吸汙端可以設置有汙垢破碎特徵，用於在固體汙垢通過吸汙端進入排汙管時使汙垢碎裂。可選地，所述汙垢破碎特徵可以包括由開孔、鋸齒形邊緣和梳齒形邊緣構成的組中的一個或多個。

可選地，所述排汙管的排汙端可以從給水內管的所述一端伸出，或從所述給水內管的側壁伸出。

可選地，所述汽水混合物套管的所述盲端的相反端是封閉的，並且所述汽水混合物出口設置在汽水混合物套管的側壁上。可選地，所述汽水混合物套管的所述盲端的相反端是開放的，形成所述汽水混合物出口。

可選地，所述給水內管的所述一端是封閉的，並且所述給水入口設置在給水內管的側壁上。可選地，所述給水內管的所述一端是開放的，形成所述給水入口。

根據本發明另一個方面，提供了一種換熱器，其包括：殼體，其具有用於被取熱物質的進口和出口；和

管束，其包括被插入所述殼體的多個換熱管，其中，所述多個換熱管中的至少一個為如上所述的換熱管。

在本發明實施例的換熱管以及具有這種換熱管的換熱器中，排汙管設置在給水內管中，使得能夠消除由於排汙管帶來的流體偏流，從而消除由此產生的設備震動，提高了換熱管的可靠性和使用壽命。

附圖說明

通過參照以下附圖所作的對非限制性實施例的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯。其中：

圖1為根據本發明的實施例1的換熱管的結構示意圖；

圖2為根據本發明的實施例2的換熱管的結構示意圖；

圖3為根據本發明的實施例3的換熱管的結構示意圖；

圖4為根據本發明的實施例4的換熱管的結構示意圖；

圖5為根據本發明的實施例5的換熱管的結構示意圖；

圖6A～6E為根據本發明實施例的換熱管的吸汙端的結構示意圖；

圖7為根據本發明實施例的換熱器的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本申請作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋相關發明，而非對該發明的限定。另外還需要說明的是，為了便於描述，附圖中僅示出了與發明相關的部分。

圖1為根據本發明的實施例1的換熱管10的結構示意圖。如圖1所示，換熱管10為由汽水混合物套管11和位於汽水混合物套管內的給水內管12構成的具有獨立水-汽迴路的傳熱單元的封閉式結構，其包括：汽水混合物套管11、給水內管12和排汙管13。

汽水混合物套管11具有一個封閉的盲端11a，並設置有汽水混合物出口11b。汽水混合物套管11的盲端11a的相反端是封閉的，並且汽水混合物出口11b設置在汽水混合物套管11的側壁上。可選地，汽水混合物套管11的盲端11a的相反端是開放的，形成所述汽水混合物出口11b。

給水內管12套設在汽水混合物套管11中，其一端從汽水混合物套管11伸出，並且在伸出汽水混合物套管11的部分上形成有給水入口12b，另一端形成給水出口12a並且與汽水混合物套管11的盲端11a相距一定間隔。在圖1所示示例中，給水內管12的從汽水混合物套管11伸出的一端是開放的，形成給水入口12b。

根據本發明實施例，排汙管13套設在給水內管12中，具有位於所述間隔中的吸汙端13a和在汽水混合物套管11外部從給水內管12中伸出的排汙端13b。在圖1所示示例中，排汙管13的排汙端13b可以從汽水混合物套管11外部的給水內管12的側壁伸出。

在正常換熱工作中，排汙管13的排汙端13b是被關閉的，水從給水入口12b進入給水內管12，從給水出口12a一端排出，進入給水內管12與汽水混合物套管11之間的環形通道中，此時水經由汽水混合物套管11的管壁與外部發生換熱，吸收熱量轉化為汽水混合物，最後汽水混合物從汽水混合物出口11b排出。

在需要排汙時，打開排汙管13的排汙端13b。此時由於換熱管40內與環境大氣之間存在很大的壓力差，在該壓力作用下，可以將換熱管40內的汙垢瞬時排出管外。具體而言，汽水混合物夾雜著汙垢從排汙管13的吸汙端13a湧入，並經由排汙管13從排汙端13b迅速地被排出。此後關閉排汙端13b結束排汙。可以看到，整個排汙工作非常迅速地完成。

由於排汙管13設置在給水內管12中，因此在換熱管10的整體構造中沒有引入不對稱或不平衡的因素，從而能夠顯著抑制排汙工作時換熱管乃至換熱器的震動，提高了設備的可靠性和使用壽命。

另外，由於換熱管10的換熱較為集中於汽水混合物套管11的盲端11a的部位，所以這個位置上的汙垢沉積最為嚴重。根據本發明實施例，排汙管13的吸汙端13a設置在給水內管12與汽水混合物套管11的盲端11a之間的間隔中，有利於提高排汙效率、改善排汙效果。

排汙管13設置在給水內管12內，佔據了給水內管12一定的內部空間，相比於同樣的給水內管內徑的給水內管12，其供水量會有所減少。優選地，排汙管13的截面積可以設置為不大於給水內管12的截面積的30％，以便於汙垢順利地排出而不影響給水內管12內部的供水量。應當理解的是，排汙管13的截面積大小不限於本實施例中規定的尺寸，可以根據實際使用情況而定。

儘管圖1所示的換熱管10中，給水內管12的給水入口12b設置在給水內管12的端部，但是本發明在這方面並不受限制。例如，如圖2所示，給水入口也可以設置在端部之外的其他部位。

圖2為根據本發明的實施例2的換熱管20的結構示意圖。

換熱管20的結構與前述實施例1中的換熱管10基本相同，不同之處在於，換熱管20的給水內管22的從汽水混合物套管21伸出的一端是封閉的，而給水入口22b設置在給水內管22的側壁上。如圖2所示，排汙管23的排汙端23b從給水內管22封閉的一端伸出，水從該給水內管22的側壁上的給水入口22b進入給水內管22，從給水出口22a一端排出至其與汽水混合物套管21的盲端21a的間隔中，由位於此間隔中的吸汙端23a吸出換熱管10中的汙垢，並將汙垢從位於給水內管22的封閉的一端伸出的排汙端23b排出，如圖2所示。

圖3為根據本發明的實施例3的換熱管的結構示意圖。換熱管30的結構與前述實施例2中的換熱管20基本相同，不同之處在於，換熱管30的排汙管33的排汙端33b可以設置有排汙閥34，用於控制排汙管33的通斷，如圖3所示。應當理解的是，前述實施例1中的換熱管10的排汙管13的排汙端13b也可以設置有排汙閥，以便於在需要的時候隨時控制排汙管13的通斷，此處不再贅述。

應該理解的是，在本發明中，換熱管本身並不限於是否包括排汙閥34。例如，使用者可以在將換熱管安裝至換熱器時，為該換熱器的換熱管的排汙管中的每一個、一部分或者全部設置一個排汙閥，以實現所期望的排汙控制。

圖4為根據本發明的實施例4的換熱管40的結構示意圖。換熱管40的結構與前述實施例3中的換熱管30的結構類似，不同之處在於，換熱管40的排汙管43的伸出給水內管42的部分也可以通過三通接頭形成兩個分路，一路形成為排汙端43b用於排汙，該排汙端43可以設置有排汙閥44；另一路連接有輔助給水內管45，該輔助給水內管45連接至供水水源。該輔助給水內管45可以通過連接至與給水內管42相通的管道而連接至供水水源，也可以通過其他管道連接至供水水源。所述輔助給水內管可以例如單獨設置有輔助給水閥46，用於控制輔助給水內管45的通斷，如圖4所示。

換熱管40正常工作時，關閉排汙閥44，而輔助給水閥46根據設計的需要可以打開或關閉。由於排汙管43設置在給水內管42內，佔據了給水內管42一定的內部空間，正常工作時輔助給水閥46常開，從輔助給水內管45處持續補水，水源可與給水內管42一致，這樣可彌補排汙管43佔據給水內管42的空間、在同樣的給水內管內徑下引起給水內管42水量減少的情況。

換熱管40需要排汙時，關閉輔助給水閥46，打開排汙閥44，由於換熱管40內與環境大氣之間存在很大的壓力差，在該壓力作用下，可以將換熱管40內的汙垢瞬時排出管外，排汙完成後，關閉排汙閥44，打開輔助給水閥46，送入新鮮水，通過逆向清洗排汙管43的內部流道可以防止排汙管43的內部流道和吸汙端43a堵塞。

圖5為根據本發明的實施例5的換熱管50的結構示意圖。換熱管50的結構與前述實施例1中的換熱管10的結構類似，不同之處在於，換熱管50的排汙管53的出口管處也可以通過三通接頭形成兩個分路，一路設置有排汙端53b和排汙閥54用於排汙；另一路可以連接有輔助給水內管55，該輔助給水內管55連接至供水水源，並設置有輔助給水閥56，用於控制輔助給水內管55的通斷。

換熱管50在正常工作和排汙時的工作原理與實施例4中的換熱管40相同，此處不再贅述。

下面結合附圖進一步介紹根據本發明實施例的換熱管的吸汙端的結構。

圖6A～6E為根據本發明實施例的換熱管的吸汙端的結構示意圖。為進一步提高排汙效果，排汙管的吸汙端可以設置有汙垢破碎特徵，用於在固體汙垢通過吸汙端進入排汙管時使汙垢碎裂。所述汙垢破碎特徵可以包括由開孔、鋸齒形邊緣和梳齒形邊緣構成的組中的一個或多個。

如圖6A所示，排汙管63A的吸汙端63a上可以設置有多個規則的圓孔，固體汙垢通過吸汙端63a的多個圓孔進入排汙管63A時，圓孔的邊緣可以使汙垢碎裂，從而順利從排汙管63A中排出，提高了排汙效果。

如圖6B所示，排汙管63B的吸汙端63b上可以設置有不規則的異形孔，例如，可以為十字形孔，如圖中視圖A所示。固體汙垢通過吸汙端63b的十字形孔進入排汙管63B時，十字形孔的邊緣可以使汙垢碎裂。

如圖6C所示，在排汙管63C的吸汙端63c的外部可以附加一個具有鋸齒形邊緣的套筒。固體汙垢通過吸汙端63c的鋸齒形邊緣進入排汙管63C時，鋸齒形邊緣可以使汙垢碎裂。

如圖6D所示，在排汙管63D的吸汙端63d的外部也可以附加一個具有梳齒形邊緣的套筒。梳齒形邊緣比圖6C中的鋸齒形邊緣多了一些破碎汙垢的齒形，可以具有更好的碎汙效果。

如圖6E所示，在排汙管63E的吸汙端63e的外部附加的梳齒形邊緣的套筒的圓周面上可以設置有多個通孔，這些通孔的銳邊和套筒的梳齒形邊緣可以一起破碎汙垢，結合了前述幾種吸汙端的優點，從而更有利於從排汙管中排出汙垢。

上述吸汙端的幾種結構形式，旨在說明吸汙端的結構，但本發明不限於這幾種結構形式。汙垢破碎特徵可以採用任何其他適合的構造。

以下參照圖7介紹根據本發明實施例的、應用了上述換熱管的換熱器100。如圖7所示，換熱器100，包括殼體110和管束120。

殼體110具有用於被取熱物質的進口111和出口112，管束120包括被插入殼體110的多個換熱管，其中，多個換熱管中的至少一個為如上所述的具有瞬時排汙功能的換熱管。

以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術原理的說明。本領域技術人員應當理解，本申請中所涉及的發明範圍，並不限於上述技術特徵的特定組合而成的技術方案，同時也應涵蓋在不脫離所述發明構思的情況下，由上述技術特徵或其等同特徵進行任意組合而形成的其它技術方案。例如上述特徵與本申請中公開的(但不限於)具有類似功能的技術特徵進行互相替換而形成的技術方案。