專利名稱：帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及用于乙烯裂解技術(shù)的設(shè)備，具體涉及一種帶有強(qiáng)化傳熱元件的急 冷鍋爐換熱管。
背景技術(shù)：
裂解原料在裂解爐爐管中經(jīng)過高溫裂解后，生成乙烯，同時得到丙烯、丁二烯、苯、 甲苯、二甲苯等重要副產(chǎn)品。裂解爐出口的高溫裂解氣在出口高溫條件下將繼續(xù)進(jìn)行裂解 反應(yīng)(二次反應(yīng))，如果停留時間過長，二次反應(yīng)增加，其結(jié)果是使裂解產(chǎn)物中烯烴收率下 降，甲烷、氫氣、重質(zhì)焦油增加，結(jié)焦趨勢加大。若要使乙烯收率保持穩(wěn)定，減少二次反應(yīng)，就 必須使裂解氣盡快地冷卻下來，終止二次反應(yīng)，使裂解氣處于穩(wěn)定狀態(tài)的溫度之下。裂解爐爐管中出來的裂解氣溫度為750-900°C，為了防止二次反應(yīng)的發(fā)生，減少烯 烴損失，裂解氣進(jìn)入急冷鍋爐進(jìn)行快速冷卻，一般認(rèn)為當(dāng)裂解氣溫度降至600°C以下時，二 次反應(yīng)基本終止。在裂解氣急冷降溫過程中，放出的大量熱能是利用價值很高的熱源，回收 后用來產(chǎn)生12. OMPa左右的高壓蒸汽。目前裂解氣的急冷方式大多采用急冷鍋爐(也稱為輸送線換熱器)進(jìn)行間壁式換 熱。急冷鍋爐與一般換熱器的不同點(diǎn)在于熱強(qiáng)度高、操作條件嚴(yán)格、同時承受高溫和高壓 等。目前裂解氣急冷鍋爐大多采用火管式鍋爐，即換熱管內(nèi)走高溫介質(zhì)-800°C左右的高溫 裂解氣，換熱管外走冷卻介質(zhì)-350°C左右的水汽混合物。裂解氣急冷鍋爐從工藝上講主要 有一級急冷鍋爐技術(shù)和二級急冷鍋爐技術(shù)，對于氣體原料有時也采用三級急冷鍋爐技術(shù)， 其結(jié)構(gòu)主要有套管式和列管式。眾所周知，為了迅速冷卻裂解爐爐管中出來的高溫裂解氣，就需要強(qiáng)化高溫裂解 氣與水汽混合物之間的換熱過程。急冷鍋爐內(nèi)的傳熱過程分為以下幾個步驟，首先高溫裂 解氣通過對流傳熱方式將熱量傳給換熱管內(nèi)壁(或焦層內(nèi)壁)，然后通過焦層和換熱管管 壁的熱傳導(dǎo)將熱量由換熱管內(nèi)壁(或焦層內(nèi)壁)傳遞到換熱管外壁，最后由換熱管外壁通 過沸騰傳熱將熱量傳給管外冷卻介質(zhì)。因?yàn)閾Q熱管外沸騰傳熱的給熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管內(nèi)對 流給熱系數(shù)，所以急冷鍋爐內(nèi)傳熱的控制因素在管內(nèi)傳熱。根據(jù)邊界層理論，當(dāng)流體沿固體 壁面流動時，靠近壁面有一層極薄的流體，附著在換熱管壁面，這樣在換熱管內(nèi)壁面(或焦 層內(nèi)壁)形成了一個層流邊界層，由于在層流邊界層內(nèi)基本上依靠熱傳導(dǎo)進(jìn)行傳熱，因此， 它雖然很薄，但其熱阻很大。因此由以上分析可知，換熱管內(nèi)傳熱的最大阻力在于換熱管內(nèi) 壁的層流邊界層，如果能夠減小這一邊界層的阻力，將大大強(qiáng)化換熱管的傳熱，使裂解爐爐 管中出來的高溫裂解氣迅速冷卻，帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管正是依據(jù)這一原理 設(shè)計(jì)的。單相流體管內(nèi)對流換熱的強(qiáng)化傳熱技術(shù)很多，應(yīng)根據(jù)流體流動狀態(tài)的不同分別應(yīng) 用不同的強(qiáng)化傳熱手段。強(qiáng)化單相流體管內(nèi)對流換熱的有效措施，是應(yīng)用人工粗糙壁面法 和管內(nèi)流體旋轉(zhuǎn)法，目前用得較多、效果較顯著的強(qiáng)化傳熱手段是螺紋槽管、橫槽紋管、縮 放管、管內(nèi)加插入物等。但由于裂解氣急冷鍋爐具有高溫、高壓、易結(jié)焦的特點(diǎn)，所以螺紋槽管、橫紋槽管和縮放管無法在急冷鍋爐上采用，因此裂解氣急冷鍋爐的強(qiáng)化傳熱應(yīng)采用管 內(nèi)加入強(qiáng)化傳熱元件的方法，即采用帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管。迄今為止，國內(nèi) 外在換熱管內(nèi)使用強(qiáng)化傳熱元件方面已經(jīng)做了大量的研究工作，研究方法包括實(shí)驗(yàn)和數(shù)值 計(jì)算，流體流動區(qū)域包括層流區(qū)、過渡區(qū)和湍流區(qū)，工質(zhì)范圍為0. 7彡P(guān)r彡100。A. E. Bergles進(jìn)行的扭帶空氣實(shí)驗(yàn)表明，在相同功率消耗條件下，扭曲度p/d的最 佳數(shù)值為5。Bergles還對工質(zhì)為水和乙二醇條件下，管內(nèi)插入扭帶的強(qiáng)化傳熱效果和摩 擦阻力系數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果關(guān)聯(lián)出了工質(zhì)為水和乙二醇時，層流流動條件 下努塞爾數(shù)和摩擦阻力系數(shù)的計(jì)算公式。Thorsen和Landis的研究結(jié)果表明，由于旋轉(zhuǎn)流 體切向速度分量產(chǎn)生的離心力會產(chǎn)生顯著的離心對流作用，導(dǎo)致管子中心區(qū)域的流體與接 近管子壁面處的流體之間產(chǎn)生混合，從而使傳熱得到強(qiáng)化。Smithberg和Landis給出了管 內(nèi)插入扭帶的湍流對流換熱半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算模型，后來該模型又被Thorsen和Landis加以擴(kuò) 展和改進(jìn)，他們認(rèn)為，旋轉(zhuǎn)流體由于密度變化而引起的浮力效應(yīng)對傳熱有影響。Thorsen和 Landis采用內(nèi)插3種不同扭曲度的扭帶的管子進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，測量了水在加熱和冷卻工 況下的換熱系數(shù)。Yasimobu和Lopez對蒸汽在內(nèi)插扭帶管內(nèi)流動和傳熱進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究， 實(shí)驗(yàn)的Re數(shù)范圍為5000 ^ Re ^ 400000，采用扭帶的扭曲度分別為5. 9、10. 0、16. 0，實(shí)驗(yàn) 結(jié)果表明內(nèi)插扭帶管的強(qiáng)化傳熱效果可達(dá)35%。Ponweiser和Malinovec對內(nèi)插長度L為 300mm, 600mm和1200mm的3種扭帶的管子進(jìn)行了傳熱和阻力實(shí)驗(yàn)研究，從傳熱強(qiáng)化和阻力 損失的角度考慮，強(qiáng)化傳熱效果最佳的是L = 300mm，扭帶末端距管子出口的距離為986的 內(nèi)插扭帶管。Saha和Gaitonde等以水為工質(zhì)，在恒熱流條件下對內(nèi)插間隔扭帶的管內(nèi)層流 傳熱和流動特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明當(dāng)扭帶元件間距較大時，間隔扭帶的強(qiáng)化傳熱 效果比連續(xù)扭帶差，間隔較小時，其強(qiáng)化傳熱效果可優(yōu)于連續(xù)扭帶。Grace對插有靜態(tài)混合 器管子中的傳熱和阻力特性進(jìn)行了一系列研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，插有靜態(tài)混合器管子的換 熱系數(shù)在層流時可比光管大2. 5 3倍，阻力損失比光管大7 27倍；當(dāng)流體在管內(nèi)做湍 流流動時，插有靜態(tài)混合器管子的換熱系數(shù)比光管大3. 26倍，但此時阻力損失比光管大得 多，當(dāng)Re數(shù)由5X IO3增大至IO7時，這種強(qiáng)化傳熱管的阻力損失比光管相應(yīng)從150倍增大 至300倍。國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)對扭帶強(qiáng)化乙烯裂解爐和其它管式爐爐管傳熱進(jìn)行了研究，加入 扭帶后乙烯收率提高，爐管處理量增大、爐管結(jié)焦減少。在管內(nèi)插入金屬螺旋線圈是一種有效且簡易可行的傳熱強(qiáng)化方法。Kumar和Judd 進(jìn)行了電加熱不銹鋼管中內(nèi)插螺旋線圈的傳熱實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)工質(zhì)為水，通過實(shí)驗(yàn)得到了 傳熱計(jì)算關(guān)聯(lián)式。張永福對采用螺旋線圈強(qiáng)化鍋爐管式空氣預(yù)熱器管內(nèi)煙氣側(cè)傳熱進(jìn)行了 實(shí)的驗(yàn)研究，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，管內(nèi)對流換熱系數(shù)提高了 150% 270%，相應(yīng)流動阻力系數(shù) 增加了 185% 720%。Ponweiser和Malinovec等除了進(jìn)行扭帶性能研究之外，還對內(nèi)插 長度L為300mm，600mm和1200mm的3種螺旋線圈的管子進(jìn)行了傳熱和阻力實(shí)驗(yàn)研究，實(shí) 驗(yàn)工質(zhì)為空氣，所有實(shí)驗(yàn)均在湍流區(qū)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，阻力損失受到線圈位置的顯著影 響，為了減小阻力損失，應(yīng)將螺旋線圈盡量布置在管子的近出口處。由于裂解氣急冷鍋爐換熱管內(nèi)插入強(qiáng)化傳熱元件的方法不僅會導(dǎo)致裂解氣壓降 增加，影響烯烴收率，而且換熱管和殼體之間的熱膨脹差進(jìn)一步加大，給機(jī)械設(shè)計(jì)帶來較大 困難，所以目前國內(nèi)外還沒有裂解氣急冷鍋爐換熱管內(nèi)插入強(qiáng)化傳熱元件的先例。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，不需要消耗外部能量，能將裂解氣迅速 冷卻的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管。本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)為在急冷鍋爐換熱管1內(nèi)分段或連續(xù)加入強(qiáng)化傳熱元件 2，強(qiáng)化傳熱元件2可以是連續(xù)扭帶5 (指右旋扭帶或左旋扭帶連續(xù)加入)、間隔扭帶6 (指 相同旋向的扭帶分段加入)、錯開扭帶7(指相同旋向的扭帶或不同旋向的扭帶相互錯開 90°，可以分段加入，也可以連續(xù)加入)或螺旋片9(指沿?fù)Q熱管的軸向在管壁內(nèi)表面上螺 旋延伸的肋片，旋向可以相同或不同，可以分段加入，也可以連續(xù)加入)。本實(shí)用新型的帶有 強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管，強(qiáng)化傳熱元件2可以采用以下方法插入換熱管1 強(qiáng)化傳 熱元件2的兩端3和換熱管1的內(nèi)壁4采用焊接連接，或者強(qiáng)化傳熱元件2的一端3通過 金屬細(xì)桿8與急冷鍋爐清焦法蘭蓋10焊接后插入換熱管1 ；強(qiáng)化傳熱元件2分段加入時相 鄰扭帶之間采用金屬細(xì)桿8焊接連接。通過在換熱管1內(nèi)加入強(qiáng)化傳熱元件2可以擾動換熱管1內(nèi)的裂解氣，形成旋轉(zhuǎn) 流和二次流，增強(qiáng)湍流度，有效地減少和清除焦垢，提高傳熱系數(shù)；強(qiáng)化傳熱元件2在換熱 管1內(nèi)擾動流體，破壞了層流邊界層，加快了流體同換熱管1之間的傳熱。本實(shí)用新型的換熱管1的材料為Cr-Mo鋼，強(qiáng)化傳熱元件2的材料為Cr-Ni不銹 鋼或耐熱鋼。強(qiáng)化傳熱元件2可以在換熱管1全部長度上加入，也可以在換熱管1全部長度上 均勻分段加入，還可以在換熱管1出口段分段或連續(xù)加入。強(qiáng)化傳熱元件2采用錯開扭帶7時，右旋扭帶和左旋扭帶交互使用，如一個元件的 后緣與后一個元件的前緣互成90°交替分段或連續(xù)加入；也可以全部采用右旋扭帶或左 旋扭帶，但元件間錯開角度，如一個元件的后緣與后一個元件的前緣互成90°交替分段或 連續(xù)加入。強(qiáng)化傳熱元件2的中心線與換熱管1的中心線重合。連續(xù)扭帶5、間隔扭帶6、錯 開扭帶7的外廓等于或略小于換熱管1的內(nèi)徑，能方便地插入換熱管1內(nèi)部即可。連續(xù)扭帶5、間隔扭帶6、錯開扭帶7的節(jié)距為換熱管內(nèi)徑的3 15倍，當(dāng)節(jié)距為 換熱管內(nèi)徑的5 10時，壓力降和強(qiáng)化傳熱的綜合效果最好。強(qiáng)化傳熱元件的種類、加入方式、加入長度、加入位置由急冷鍋爐工藝計(jì)算和機(jī)械 計(jì)算確定。連續(xù)扭帶5、間隔扭帶6、錯開扭帶7采用厚度為0. 5 2mm的不銹鋼或耐熱鋼薄 金屬帶制造。分段加入的扭帶，相鄰元件之間的距離最好為換熱管內(nèi)徑的2 10倍。螺旋片9的節(jié)距為換熱管內(nèi)徑的0. 5 3倍，螺旋片9與換熱管1中心線的夾角 為15° 90°，螺旋片9的寬度為換熱管內(nèi)徑的1/8 1/12。螺旋片9可以采用連續(xù)布置、間隔布置和錯開布置(如左旋和右旋交替等)。本實(shí)用新型是在裂解氣急冷鍋爐換熱管內(nèi)加上強(qiáng)化傳熱元件，流體通過強(qiáng)化傳熱 元件時，強(qiáng)迫流體從原來的活塞流旋轉(zhuǎn)起來，流體的周向流速大大增加，這將對管壁形成強(qiáng) 烈的沖刷作用，使熱阻較大的層流邊界層厚度大大減薄，增大了換熱管內(nèi)對流給熱系數(shù)，從 而增加了換熱管管壁的溫度，這樣換熱管管壁上的冷凝結(jié)焦趨勢也大為減小，這也將進(jìn)一步提高換熱管總傳熱系數(shù)，從而達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的，同時通過調(diào)整強(qiáng)化傳熱元件的布置， 優(yōu)化裂解氣急冷鍋爐壓降和傳熱的綜合性能，降低急冷鍋爐制造成本，延長急冷鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn) 周期。采用本實(shí)用新型提供的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管，其結(jié)構(gòu)簡單，不需 要消耗外部能量，能將裂解氣迅速冷卻。采用本實(shí)用新型提供的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷 鍋爐換熱管可以提高換熱管的金屬壁溫，減小急冷鍋爐內(nèi)的冷凝結(jié)焦趨勢。在急冷鍋爐出 口溫度一定的情況下，采用本實(shí)用新型提供的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管，可以 縮短換熱管長度，減少材料消耗量，節(jié)省空間，整體造價降低。在急冷鍋爐換熱管長度一定 的情況下，采用本實(shí)用新型提供的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管，可以降低急冷鍋 爐出口溫度，延長急冷鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)周期，更多地回收裂解氣高位熱能。本實(shí)用新型提供的帶有 強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管，既可用于新建乙烯裂解裝置的各種型式的急冷鍋爐，又 可適用于在役的各種型式急冷鍋爐的擴(kuò)能改造。

圖1為本實(shí)用新型的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管的一種連續(xù)扭帶5(右 旋扭帶連續(xù)加入)的縱向結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管的一種連續(xù)扭帶5(右 旋扭帶連續(xù)加入)的三維圖。圖3為本實(shí)用新型的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管的一種間隔扭帶6(右 旋扭帶分段加入)的縱向結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管的一種間隔扭帶6(右 旋扭帶分段加入)的三維圖。圖5為本實(shí)用新型的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管的一種錯開扭帶7(不 同旋向的扭帶相互錯開90°，連續(xù)加入)的縱向結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本實(shí)用新型的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管的一種錯開扭帶7(不 同旋向的扭帶相互錯開90°，連續(xù)加入)的三維圖。圖7為本實(shí)用新型的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管的一種錯開扭帶7(不 同旋向的扭帶相互錯開90°，分段加入)的縱向結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本實(shí)用新型的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管的一種錯開扭帶7(不 同旋向的扭帶相互錯開90°，分段加入)的三維圖。圖9為本實(shí)用新型的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管的一種螺旋片9的縱向 結(jié)構(gòu)示意圖。圖10為本實(shí)用新型的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管的一種螺旋片(圖9) 的三維圖。圖11為本實(shí)用新型的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管的一種連續(xù)扭帶5 (右 旋扭帶連續(xù)加入)，通過金屬細(xì)桿8與急冷鍋爐清焦法蘭蓋10焊接后插入換熱管1的縱向 結(jié)構(gòu)示意圖。圖12為本實(shí)用新型的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管的一種連續(xù)扭帶5通 過金屬細(xì)桿8與急冷鍋爐清焦法蘭蓋10焊接后插入換熱管1 (右旋扭帶連續(xù)加入)的三維圖。
具體實(shí)施方式
參閱圖1 圖5，急冷鍋爐換熱管1的內(nèi)部分段或連續(xù)加入強(qiáng)化傳熱元件2，強(qiáng)化 傳熱元件2可以是連續(xù)扭帶5 (右旋扭帶或左旋扭帶連續(xù)加入)、間隔扭帶6 (相同旋向的扭 帶分段加入)、錯開扭帶7 (相同旋向或不同旋向的扭帶相互錯開90°，連續(xù)加入或分段加 入)、螺旋片9等。不同的強(qiáng)化傳熱元件2強(qiáng)化傳熱的效果不同，扭帶可以擾動換熱管內(nèi)整 個流場，而螺旋片主要干擾換熱管壁附近的流體。對于裂解氣這樣的氣相流體(普朗特數(shù)Pr < 1)，研究發(fā)現(xiàn)其管內(nèi)熱阻主要集中在 層流底層，同時其過渡段和流體中心區(qū)的熱阻也不小，因此采用扭帶作為強(qiáng)化傳熱元件，可 以對整個流體進(jìn)行擾動，強(qiáng)化傳熱效果較好。在急冷鍋爐換熱管長度范圍內(nèi)如何配置強(qiáng)化 傳熱元件，采用哪一種強(qiáng)化傳熱元件，需要通過急冷鍋爐工藝計(jì)算和機(jī)械計(jì)算確定。在急冷鍋爐換熱管長度范圍內(nèi)安裝強(qiáng)化傳熱元件時，要考慮傳熱性能的提升與裂 解氣的壓力降增加的矛盾，在傳熱性能得到優(yōu)化的同時，滿足“高溫、短停留時間、低烴分 壓”原則。由于在急冷鍋爐換熱管入口段，傳熱推動力大，熱強(qiáng)度很高，如果采用強(qiáng)化傳熱措 施，容易將換熱管入口燒壞，所以一級急冷鍋爐和二級急冷鍋爐中的第一急冷鍋爐換熱管 入口段無需采取強(qiáng)化傳熱措施。因此，對急冷鍋爐實(shí)施強(qiáng)化傳熱措施時，應(yīng)在一級急冷鍋爐 和二級急冷鍋爐中的第一急冷鍋爐換熱管的出口段分段或連續(xù)加入強(qiáng)化傳熱元件，這樣不 僅可以減小裂解氣的壓力降，而且急冷鍋爐換熱管的出口段傳熱推動力越來越小，采用強(qiáng) 化傳熱措施可以起到最佳的效果。二級急冷鍋爐中的第二急冷鍋爐由于裂解氣的溫度已經(jīng) 比較低，傳熱溫差較小，可以在滿足壓力降要求的前提下，在換熱管全部長度范圍內(nèi)分段或 連續(xù)安裝強(qiáng)化傳熱元件。在強(qiáng)化傳熱元件設(shè)計(jì)和安裝時，要保證強(qiáng)化傳熱元件2的中心線與換熱管1的中 心線重合，強(qiáng)化傳熱元件2特別是扭帶的外廓等于或略小于換熱管1的內(nèi)徑，使其能方便地 插入換熱管1內(nèi)部。通常連續(xù)扭帶5、間隔扭帶6、錯開扭帶7的節(jié)距ρ為換熱管內(nèi)徑d的3 15倍 (即扭曲度p/d = 3 15)，扭曲度越大，則壓力降越小，強(qiáng)化傳熱效果越差；扭曲度越小，則 壓力降越大，強(qiáng)化傳熱效果越好。一般扭曲度等于5 10時，壓力降和強(qiáng)化傳熱的綜合效 果最好。在換熱管的長度范圍內(nèi)間斷地均勻放置若干個強(qiáng)化傳熱元件，比將這些元件集中 放置在換熱管內(nèi)更能有效地提高傳熱速率，且產(chǎn)生較低的壓力降，這是因?yàn)榱黧w在換熱管 內(nèi)反復(fù)地徑向混合，來不及形成徑向溫度梯度，能夠保持較高的有效溫度差的緣故。間隔加 入的扭帶，相鄰元件之間的距離s為換熱管內(nèi)徑d的2 10倍(即無量綱間距s/d = 2 10)，無量綱間距越小，壓力降越大，強(qiáng)化傳熱效果越好。連續(xù)扭帶5、間隔扭帶6、錯開扭帶7采用厚度為0. 5 2mm的不銹鋼或耐熱鋼薄 金屬帶制造，下料時金屬帶寬度比換熱管內(nèi)徑略寬，將金屬帶兩頭夾住拉伸反向扭轉(zhuǎn)，直到 節(jié)距(旋轉(zhuǎn)360°的距離)達(dá)到要求為止，由于拉伸的原因，扭帶成型以后其寬度會比換熱 管內(nèi)徑略小，因此扭帶可以方便地插入換熱管1內(nèi)部，扭帶和換熱管1內(nèi)壁之間具有微小的 間隙(小于0. 4mm)。螺旋片9利用螺旋流產(chǎn)生的二次流達(dá)到徑向混合的目的，能夠以較少的能量消耗獲得同等的傳熱強(qiáng)化效果。螺旋片9的節(jié)距ρ為換熱管內(nèi)徑d的0. 5 3倍，螺旋片9與 換熱管1中心線的夾角為15° 90°，螺旋片9的寬度t為換熱管內(nèi)徑d的1/8 1/12。
權(quán)利要求一種帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管，其特征在于包括換熱管(1)和強(qiáng)化傳熱元件(2)；強(qiáng)化傳熱元件(2)為連續(xù)扭帶(5)、間隔扭帶(6)、錯開扭帶(7)或螺旋片(9)；強(qiáng)化傳熱元件(2)的兩端和換熱管的內(nèi)壁(4)采用焊接連接，或者強(qiáng)化傳熱元件(2)的一端通過金屬細(xì)桿(8)與急冷鍋爐清焦法蘭蓋(10)焊接后插入換熱管(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的急冷鍋爐換熱管，其特征在于強(qiáng)化傳熱元件(2)在換熱管 (1)全部長度上加入或在換熱管(1)全部長度上均勻分段加入，或者在換熱管(1)出口段分 段或連續(xù)加入。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的急冷鍋爐換熱管，其特征在于強(qiáng)化傳熱元件(2)分段加入時 相鄰扭帶之間采用金屬細(xì)桿(8)焊接連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的急冷鍋爐換熱管，其特征在于強(qiáng)化傳熱元件(2)采用錯開扭 帶(7)時，右旋扭帶和左旋扭帶交互使用，一個元件的后緣與后一個元件的前緣互成90° 交替分段或連續(xù)加入。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的急冷鍋爐換熱管，其特征在于強(qiáng)化傳熱元件(2)采用錯開扭 帶(7)時，全部采用右旋扭帶或左旋扭帶，一個元件的后緣與后一個元件的前緣互成90° 交替分段或連續(xù)加入。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的急冷鍋爐換熱管，其特征在于強(qiáng)化傳熱元件(2)的中心線與 換熱管(1)的中心線重合，連續(xù)扭帶(5)、間隔扭帶(6)、錯開扭帶(7)的外廓等于或略小于 換熱管(1)的內(nèi)徑，能方便地插入換熱管(1)內(nèi)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的急冷鍋爐換熱管，其特征在于連續(xù)扭帶(5)、間隔扭帶(6)和 錯開扭帶(7)的節(jié)距為換熱管內(nèi)徑的3 15倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的急冷鍋爐換熱管，其特征在于連續(xù)扭帶(5)、間隔扭帶(6)和 錯開扭帶(7)的節(jié)距為換熱管內(nèi)徑的5 10倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的急冷鍋爐換熱管，其特征在于分段加入強(qiáng)化傳熱元件(2)時， 相鄰元件之間的距離為換熱管內(nèi)徑的2 10倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的急冷鍋爐換熱管，其特征在于螺旋片(9)的節(jié)距為換熱管內(nèi) 徑的0. 5 3倍，螺旋片(9)與換熱管1中心線的夾角為15° 90°，螺旋片(9)的寬度 為換熱管內(nèi)徑的1/8 1/12。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的急冷鍋爐換熱管，其特征在于螺旋片(9)采用連續(xù)布置、間 隔布置或錯開布置。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管，其特征在于包括換熱管(1)和強(qiáng)化傳熱元件(2)。強(qiáng)化傳熱元件(2)可以是連續(xù)扭帶(5)、間隔扭帶(6)、錯開扭帶(7)、螺旋片(9)等。本實(shí)用新型提供的帶有強(qiáng)化傳熱元件的急冷鍋爐換熱管，結(jié)構(gòu)簡單，在急冷鍋爐出口溫度一定的情況下，可以縮短換熱管長度，材料消耗量減少，節(jié)省空間，整體造價降低；在急冷鍋爐換熱管長度一定的情況下，可以降低急冷鍋爐出口溫度，延長急冷鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)周期，更多地回收裂解氣高位熱能。本實(shí)用新型既可用于新建乙烯裂解裝置的各種型式急冷鍋爐，又可適用于在役的各種型式急冷鍋爐的擴(kuò)能改造。
文檔編號F28F13/02GK201653247SQ200920351008
公開日2010年11月24日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者劉韞硯, 孫建兵, 安發(fā)亮, 康翼, 張建, 張賢福, 徐紅兵, 李金科, 毛小亮 申請人:中國石油化工股份有限公司;天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計(jì)院