專利名稱：反旋向折流翅片管加熱爐及其強(qiáng)化傳熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利是關(guān)于石油煉制、石油化工及其他化工工藝過程對流體介質(zhì)的管式加 熱爐的一種爐管翅片旋向及翅片管排列方式的新型結(jié)構(gòu)設(shè)計建造及強(qiáng)化傳熱技術(shù)，屬于機(jī) 械工程裝備中的設(shè)計及建造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
(1)傳統(tǒng)加熱爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計及功能加熱爐是石油化工中的龍頭，包括常壓爐、減壓爐、制氫爐、重整爐、焦化爐、轉(zhuǎn)化 爐及裂解爐等。管式加熱爐的作用于是將介質(zhì)(油料或氣體)加熱至工藝所需的溫度。爐體的四面由高大的爐墻圍成爐膛，爐墻由工字鋼等型鋼 鋼架上鋪焊鋼板，鋼板 上分布焊接保溫釘，在保溫釘之間澆鑄入隔熱和耐磨材料。爐墻上安裝的支架支持著管 板，爐管穿過帶孔的管板由管板支持，爐管可以部分是螺旋翅片管或全部是螺旋翅片管，爐 管兩端通過彎頭聯(lián)接，爐管內(nèi)流過的是需要加熱的油料，爐管外面在爐膛內(nèi)垂直從下往上 (或水平從左到右、從右到左)流過的是高溫?zé)煔饣驘犸L(fēng)，熱量通過管壁傳給管內(nèi)的油料。一般來說，為了充分平衡和利用各種熱源，加熱爐由附圖1所示的7組結(jié)構(gòu)相同的 模塊上下疊裝而成，其中的一組模塊如圖2所示。(2)傳統(tǒng)加熱爐的建造技術(shù)及其存在的問題目前，加熱爐的建造方法分為兩種，一種是在制造廠制或模塊后運(yùn)到裝置現(xiàn)場吊 裝，另一種是直接在裝置現(xiàn)場對爐墻、管板、爐管、彎頭等進(jìn)行安裝。無論哪一種方法，爐體 結(jié)構(gòu)設(shè)計及建造均沒有對其中翅片管的翅片旋向排列方式提出技術(shù)要求。實(shí)際上，對絕大多數(shù)翅片管制造廠來說，在表面光滑的鋼管外圓上螺旋纏繞鋼帶 而成的翅片管其鋼帶的纏繞方向一般時同一個方向的，或者是如圖3所示的左旋，或者是 如圖4所示的右旋，由該廠安裝的焊機(jī)結(jié)構(gòu)功能而定。結(jié)果是，由同一翅片旋向的翅片管排列在一起時，就組成圖5所示同旋向折流翅 片管排，管外的高溫?zé)煔夂茼槙?、很容易就流了過去，一方面煙氣與翅片的接觸換熱時間縮 短了，另一方面煙氣在翅片表面容易形成穩(wěn)定的層流，對沉積在翅片根部爐管表面的煙塵 沒有攪動吹掃作用，增加了熱對流的難度，總的是這種排管方法影響了加熱爐熱效率的進(jìn)
一步提尚。由此可見，對石油化工加熱爐進(jìn)行設(shè)計及建造技術(shù)方面的改進(jìn)，改變傳統(tǒng)的同旋 向折流翅片管加熱爐為相鄰排管反旋向折流翅片管加熱爐，可以提高加熱爐熱效率及經(jīng)濟(jì) 效益，具有很強(qiáng)的工程和社會經(jīng)濟(jì)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利是關(guān)于一種反旋向折流翅片管加熱爐及其強(qiáng)化傳熱技術(shù)，加熱爐由爐 墻、管板、爐管和彎頭箱等主要零部件組成，其中爐管可以部分是螺旋翅片管或全部是螺旋 翅片管，但其沿著煙氣流向排列的前后(或上下、或 左右)相鄰的兩部分翅片管上的螺旋翅片的旋向是相反的，組成圖6所示反旋向折流翅片管排，這種新型排列組合結(jié)構(gòu)的翅片管除了具有傳統(tǒng)翅片主要的增大換熱面積的功能外，還新增了對管排間流動的煙氣的折流作 用，利用反旋向翅片的折流功能對流經(jīng)其間的氣流進(jìn)行不斷的撓動，使換熱管翅片間的氣 流始終保持紊流復(fù)雜狀態(tài)，增強(qiáng)氣流在熱交換器內(nèi)整體混合的湍動程度，提高換熱管隙間 氣流的邊緣流速，以及對沉積在翅片根部爐管表面的煙塵具有攪動吹掃作用，提高殼程的 傳熱膜系數(shù)，強(qiáng)化殼程傳熱。同時具備增大換熱面積和折流煙氣等多重功能，與傳統(tǒng)加熱爐結(jié)構(gòu)相比，新建的 反旋向折流翅片管加熱爐沒有增加材及制造投入就可以提高其熱效率，更加適用于各種高 效節(jié)能設(shè)備和熱交換設(shè)備的需要。從功能角度看，這里的折流翅片相當(dāng)于在石油化工裝置里大量使用的管殼式換熱 器的管束折流板，折流板對換熱流體的折流作用原理早已應(yīng)用了上百年，只不過一直廣泛 應(yīng)用在流體中的液體介質(zhì)的折流，應(yīng)用到氣體介質(zhì)的折流中實(shí)在罕見，基本是一片空白。


圖1所示是由7組結(jié)構(gòu)相同的模塊上下疊裝而成加熱爐典型結(jié)構(gòu)示意圖。圖2所示是圖1中的某一組模塊。圖3所示是翅片左旋的一段翅片管。圖4所示是翅片右旋的一段翅片管。圖5所示是翅片同旋向的兩段翅片管排，箭頭顯示煙氣直接順暢地經(jīng)過了管排， 圖中的標(biāo)志1表示從翅片管的任意一端觀察翅片的纏繞方向為右旋方向，帶箭頭的粗虛線 標(biāo)志2表示從兩排翅片管流過的煙氣流道軌跡是一條直線的，流動較為順暢。圖6所示是翅片反旋向的兩段翅片管排，顯示煙氣受到反旋向翅片的折流作用才 能經(jīng)過管排。圖中的標(biāo)志3表示從翅片管的任意一端觀察翅片的纏繞方向為左旋方向，帶 箭頭的粗虛線標(biāo)志4表示從兩排翅片管流過的煙氣流道軌跡是一兩次折彎的路線，流動較 為困難。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1首先，翅片管制造廠應(yīng)對其翅片管焊接裝置略加改造，以具備同時生產(chǎn)左旋和右 旋翅片管的條件。具體來說，如果原來旋轉(zhuǎn)鋼管的床頭箱(類似于車床的床頭箱)只有單 向旋轉(zhuǎn)功能，那就要調(diào)整原來電機(jī)的電原接線方式，使其運(yùn)行時轉(zhuǎn)向相反，或者在原旋向基 礎(chǔ)上增加多一項反轉(zhuǎn)的功能；如果原來旋轉(zhuǎn)鋼管的床頭箱已經(jīng)具有雙向旋轉(zhuǎn)功能，那就不 必進(jìn)行這一部改造。其次，改造翅片管焊接裝置的電極安裝方位，以適應(yīng)相應(yīng)的旋向需要。再次；在設(shè)計加熱爐時，對沿著煙氣流向排列的前后相鄰的兩排翅片管提出翅片 反旋向的技術(shù)要求，對所需要的不同旋向的翅片管在模塊或爐中的安裝方位在圖紙上作出 醒目的標(biāo)記，對其數(shù)量準(zhǔn)確統(tǒng)計并標(biāo)記在圖紙標(biāo)題欄中，以便對應(yīng)生產(chǎn)。最后，組裝加熱爐時，嚴(yán)格按設(shè)計圖紙要求的排管方式進(jìn)行排管。加熱爐的其他建 造方式與傳統(tǒng)工藝相同。
實(shí)施例2本實(shí)施例除以下技術(shù)特征外，其他同實(shí)施例1 對沿著煙氣流向排列的前后相鄰的兩部分(而不僅是兩排)翅片管提出翅片反旋向的技術(shù)要求，前后相鄰的兩部分中各部 分的數(shù)量可以是等量的兩排、三排或四排，各部分的數(shù)量還可以是不等量的形式，即兩排左 旋、三排右旋，等等。實(shí)施例3本實(shí)施例除以下技術(shù)特征外，其他同實(shí)施例1 對沿著煙氣流向排列的前后相鄰 的兩組模塊(而不僅是兩排或兩部分)翅片管提出翅片反旋向的技術(shù)要求。實(shí)施例4本實(shí)施例除以下技術(shù)特征外，其他同實(shí)施例1 本發(fā)明專利所說的加熱爐其精神 實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)兩種換熱介質(zhì)的熱交換，加熱爐只是熱交換器中通俗的一種名稱，本發(fā)明專利 所說的加熱爐技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)容也可以應(yīng)用到冷卻器等其他熱交換器中。上述實(shí)施例為本發(fā)明專利較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明專利的實(shí)施方式并不受上述 實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明專利的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。近幾年來，隨著原油劣質(zhì)化及能源危機(jī)，國家加強(qiáng)對節(jié)能減排的管理，企業(yè)對高效 換熱新技術(shù)及其應(yīng)用非常重視，這為該項專利技術(shù)的應(yīng)用提供了很好的條件。
權(quán)利要求
關(guān)于一種反旋向折流翅片管加熱爐及其強(qiáng)化傳熱方法加熱爐由爐墻、管板、爐管和彎頭箱等主要零部件組成，其中爐管可以部分是螺旋翅片管或全部是螺旋翅片管，但其沿著煙氣流向排列的前后(或上下、或左右)相鄰的兩排翅片管上的螺旋翅片的旋向是相反的，這種新型排列組合結(jié)構(gòu)的翅片管除了具有傳統(tǒng)翅片主要的增大換熱面積的功能外，還新增了對管排間流動的煙氣的折流作用，同時具備增大換熱面積和折流煙氣的雙重功能，更加適用于各種高效節(jié)能設(shè)備和熱交換設(shè)備的需要。其主要特征在于換熱管上的翅片具有折流作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種反旋向折流翅片管加熱爐，其特征是爐中安裝的由基管 和翅片組合而成的翅片管設(shè)置有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種的翅片旋向是順時針右旋向的，另一 種的翅片旋向是反時針左旋向的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種反旋向折流翅片管加熱爐，其特征是爐中安裝的由基管 和翅片組合而成的翅片管有設(shè)置多種排列形式第一種是在同一組模塊中，其沿著煙氣流 向排列的前后(或上下、或左右)相鄰的兩排翅片管上的螺旋翅片的旋向是相反的，如果前 一排是順時針右旋向的，后一排的翅片旋向則是反時針左旋向的；第二種是在同一組模塊 中，其沿著煙氣流向排列的前后(或上下、或左右)相鄰的兩部分翅片管上的螺旋翅片的旋 向是相反的，如果前兩排是順時針右旋向的，后兩排的翅片旋向則是反時針左旋向的；第三 種是在同一臺爐的不同模塊之間，其沿著煙氣流向排列的前后(或上下、或左右)相鄰的兩 組模塊內(nèi)部排列的翅片管上的螺旋翅片的旋向是相反的，如果前一組模塊內(nèi)部排列的翅片 管全部是順時針右旋向的，后一組模塊內(nèi)部排列的翅片管則全是反時針左旋向的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種反旋向折流翅片管加熱爐，其特征是對沿著煙氣流向排 列的前后相鄰的兩部分翅片管的數(shù)量可以是數(shù)量相同的兩排、三排或四排(依此類推)，各 部分的數(shù)量還可以是不相同的形式，即兩排左旋、三排右旋，或其他數(shù)量組合等等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種反旋向折流翅片管加熱爐，其特征是爐中設(shè)置安裝的由 順時針右旋向和反時針左旋向的兩種翅片管，其整體有多種結(jié)構(gòu)形式，也就是說其基管管 軸中心線可以是直的、彎的或其他非直的結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種反旋向折流翅片管加熱爐，其特征是爐中設(shè)置安裝的由 順時針右旋向和反時針左旋向的兩種翅片管，其材料組合有多種形式，也就是說其基管和 翅片可由不同材料組合而成。
7.一種利用權(quán)力要求1 6任一項所述翅片管熱交換器實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)化換熱方法，其特 征在于利用反旋向翅片的折流功能對流經(jīng)其間的氣流進(jìn)行不斷的撓動，使換熱管翅片間 的氣流始終保持紊流復(fù)雜狀態(tài)，增強(qiáng)氣流在熱交換器內(nèi)整體混合的湍動程度，提高換熱管 隙間氣流的邊緣流速，使翅片間的氣流更具吹灰功能，提高殼程的傳熱膜系數(shù)，強(qiáng)化殼程傳 熱。
全文摘要
本發(fā)明是一種反旋向折流翅片管加熱爐及其強(qiáng)化傳熱技術(shù)。加熱爐由爐墻、管板、爐管和彎頭箱等主要零部件組成，爐管可以部分是或全部是螺旋翅片管，但其沿著煙氣流向排列的前后兩部分翅片管上的翅片旋向是相反的，組成反旋向折流翅片管排，這種新型排列組合結(jié)構(gòu)除了具有傳統(tǒng)翅片管增大換熱面積的功能外，折流功能對流經(jīng)其間的氣流進(jìn)行不斷的撓動而始終保持紊流復(fù)雜狀態(tài)，增強(qiáng)氣流整體混合的湍動程度，提高氣流的邊緣流速，對沉積在翅片根部爐管表面的煙塵更具攪動吹掃作用，同時具備多重功能，與傳統(tǒng)加熱爐結(jié)構(gòu)相比，新的反旋向折流翅片管加熱爐沒有增加材及制造投入就可以提高殼程的傳熱膜系數(shù)，提高其熱效率，適于各種高效節(jié)能設(shè)備的需要。
文檔編號F28F1/18GK101813371SQ20091000276
公開日2010年8月25日 申請日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者陳孫藝 申請人:茂名重力石化機(jī)械制造有限公司