專利名稱：反旋向翅片管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于一種反旋向翅片管，這種新的翅片管可應(yīng)用于石油煉制、石油化工、煤化工、鍋爐及其他化工工藝過(guò)程對(duì)流體介質(zhì)的管式加熱爐的爐管，屬于機(jī)械工程裝 備中的設(shè)計(jì)及建造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
(1)傳統(tǒng)翅片管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及功能翅片管是加熱爐的核心零部件，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。一般來(lái)說(shuō)，翅片管由圖1所示的基管1及其外表面上螺旋纏繞的鋼帶翅片2組成，
基管一般是直的鋼管。翅片管安裝到加熱爐后，管內(nèi)流過(guò)的是需要加熱的油料或其他流體，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(guò)的是高溫?zé)煔饣驘犸L(fēng)，熱量通過(guò)管 壁傳給管內(nèi)的油料。翅片管具有增大換熱面積、對(duì)氣流流態(tài)進(jìn)行擾動(dòng)，提高換熱效果的功 能，適用于各種高效節(jié)能設(shè)備和熱交換設(shè)備的需要。(2)傳統(tǒng)翅片管存在的問(wèn)題目前，傳統(tǒng)翅片管存在的問(wèn)題可歸結(jié)為結(jié)構(gòu)性問(wèn)題、傳熱機(jī)理問(wèn)題和爐管強(qiáng)度幾 方面。A關(guān)于結(jié)構(gòu)性問(wèn)題實(shí)際上，對(duì)絕大多數(shù)翅片管制造廠來(lái)說(shuō)，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(shí)同一個(gè)方向的，并且絕大多數(shù)是如圖1所示的右 旋。之所以形成這種局面，直接原因是由該廠安裝的焊機(jī)結(jié)構(gòu)功能而定，而這種焊機(jī)又是由 國(guó)內(nèi)少數(shù)兩個(gè)廠家提供的，其結(jié)構(gòu)功能并沒(méi)有很大差別。間接原因則是國(guó)內(nèi)外工程項(xiàng)目建 設(shè)公司在爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及建造均沒(méi)有對(duì)其中翅片管的翅片旋向排列方式提出技術(shù)要求。結(jié)果是，由同一翅片旋向的翅片管排列在一起時(shí)，就組成圖2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(guò)去，一方面煙氣與翅片的接觸換熱時(shí)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(duì)沉積在翅片根部爐管表面的煙塵 沒(méi)有攪動(dòng)吹掃作用，增加了熱對(duì)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。B關(guān)于換熱機(jī)理單一問(wèn)題傳統(tǒng)翅片管的翅片和基管之間一般是高頻電阻焊的熱纏繞工藝制造的，并且要求 翅片和基管之間的焊著率要達(dá)到90%以上，以使熱量能順利從翅片上不間斷地傳遞到基 管，再?gòu)幕軅鬟f到基管內(nèi)的流體，其提高換熱效果的機(jī)理主要在于傳熱而不是對(duì)流。這 樣，為了增大管外表面翅片的受熱面積，設(shè)計(jì)上往往造成每一米長(zhǎng)度基管上纏繞的翅片數(shù) 量很多，翅片排得很密很高，反而造成外面的高溫?zé)煔鉄o(wú)法流進(jìn)翅片的根部，只在翅片頂部進(jìn)行熱交換，大大增加了熱量從翅片頂部傳遞到翅片根部的額外路程，影響了換熱效果。另外，高溫?zé)煔鉄o(wú)法流進(jìn)翅片的根部，也就是說(shuō)無(wú)法對(duì)翅片根部積聚的粉塵進(jìn)行 吹掃，增加了熱阻，也就影響了換熱效果。C關(guān)于強(qiáng)度損傷問(wèn)題翅片和基管之間的高頻電阻焊的熱纏繞工藝一方面高溫?zé)齻嘶埽茐牧嘶茉瓉?lái)的金屬熱處理狀態(tài)，另一方面基管表面的高頻焊縫損傷了鋼管表面，焊接參數(shù)控制不 好時(shí)熔融損傷深度達(dá)基管厚度的5%。還有，高頻焊縫殘余應(yīng)力在煙氣低溫凝聚液化時(shí)很容 易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。由此可見(jiàn)，對(duì)石油化工加熱爐使用的傳統(tǒng)翅片管及其制造工藝的改進(jìn)，克服上述 缺點(diǎn)，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(huì)經(jīng)濟(jì)意義。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是關(guān)于一種反旋向翅片管，翅片管由基管及其外表面上螺旋纏繞的鋼 帶翅片組成，基管一般是直的鋼管。在基管上纏繞的翅片傳統(tǒng)上只有順時(shí)針右旋向的一種 形式，而反旋向翅片管設(shè)置有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種的翅片旋向是順時(shí)針右旋向的，如圖1所 示，另一種的翅片旋向是反時(shí)針左旋向的，如圖3所示，這樣就可以解決傳統(tǒng)上同一翅片旋 向的翅片管排列在一起時(shí)、管外的高溫?zé)煔夂茼槙尘土髁诉^(guò)去的結(jié)構(gòu)性問(wèn)題。具體地說(shuō)，在同一條基管上翅片纏繞方向可以設(shè)置多種形式第一種是旋向是相 同的，或者是順時(shí)針右旋向的，或者是反時(shí)針左旋向的；第二種是相鄰的兩部分翅片的旋向 是間斷相反的，如果前一段的翅片旋向是順時(shí)針右旋向的，后一段的翅片旋向則是反時(shí)針 左旋向的，再后一段的翅片旋向又恢復(fù)是順時(shí)針右旋向的，如此反復(fù)；第三種是在同一條基 管上翅片纏繞方向只分為兩段不同的形式，也可以說(shuō)是第二種的特例；第四種是在同一條 基管上不同纏繞方向的翅片之間可以是首尾相接的，也可以是間隔開(kāi)一段距離，也就是說(shuō) 有一段基管的表面是沒(méi)有翅片的。發(fā)明內(nèi)容解決前面提及的“A結(jié)構(gòu)性問(wèn)題”的描述本實(shí)用新型同時(shí)具有左右不同 旋向的翅片管安裝到加熱爐中，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4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(duì)管排間流 動(dòng)的煙氣的折流作用，以及對(duì)沉積在翅片根部爐管表面的煙塵具有攪動(dòng)吹掃作用，同時(shí)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(méi)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。該技術(shù)創(chuàng)新同時(shí)解決傳統(tǒng)翅片管的結(jié)構(gòu)性問(wèn)題和換熱機(jī)理單一問(wèn)題。另外，反旋向翅片管的纏繞焊機(jī)由于其旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)正反轉(zhuǎn)兩個(gè)方向均得到使 用，與原來(lái)單方向長(zhǎng)期使用相比，齒輪等受磨易損件和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的疲勞件的使用壽命得以 延長(zhǎng)一倍，降低了制造成本。這是該技術(shù)創(chuàng)新帶來(lái)的附加好處。發(fā)明內(nèi)容解決前面提及的“B換熱機(jī)理單一問(wèn)題”的描述傳統(tǒng)翅片管的翅片和基 管之間一般是高頻電阻焊的熱纏繞工藝制造的，提高換熱效果的機(jī)理主要在于傳熱而不是 對(duì)流。本實(shí)用新型包括翅片管的制造工藝，進(jìn)一步說(shuō)明翅片和基管之間可以是冷纏繞的，就 是不對(duì)翅片加熱直接強(qiáng)力纏繞，翅片與基管之間沒(méi)有焊縫，只在翅片的頭部和尾部與基管相點(diǎn)焊，冷纏繞后由于翅片的變形回彈作用，翅片與基管之間具有松脫的趨勢(shì)，由于沒(méi)有熔 焊而具有微小間隙，但是在高溫?zé)煔忾L(zhǎng)期作用下，冷纏繞的殘余應(yīng)力得到釋放，翅片的回彈 作用被消除，間隙不會(huì)擴(kuò)大。冷纏繞翅片管的翅片與基管之間具有的微小間隙會(huì)形成煙氣 氣流的細(xì)觀通道和次生流程，有利于煙氣在翅片根部的流動(dòng)，還有利于對(duì)翅片根部積聚的 粉塵進(jìn)行吹掃，減少了熱阻，提高翅片根部的換熱效果。冷纏繞翅片管提高換熱效果的機(jī)理 主要在于對(duì)流而不是傳熱，該制造工藝高溫?zé)煔膺M(jìn)入翅片根部，解決了傳統(tǒng)翅片管的換熱 機(jī)理單一問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容解決前面提及的“C強(qiáng)度損傷問(wèn)題”的描述本實(shí)用新型其另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有對(duì)基管的外表面造成焊接傷害。無(wú)焊縫冷纏繞結(jié)構(gòu)解決了基管的強(qiáng)度削弱問(wèn)題。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(duì)換熱流體的折流作用原理早已應(yīng)用了上百年，只不過(guò)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(jiàn)，基本是一片空白。

圖1所示是翅片右旋的一段翅片管，由基管1及其外表面上螺旋纏繞的鋼帶翅片 2組成，基管一般是直的鋼管。圖2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(guò)了管排， 圖中的標(biāo)志A表示從翅片管的任意一端觀察翅片的纏繞方向?yàn)橛倚较颍瑤Ъ^的粗虛線 標(biāo)志B表示從兩排翅片管流過(guò)的煙氣流道軌跡是一條直線的，流動(dòng)較為順暢。圖3所示是翅片左旋的一段冷纏繞翅片管，翅片與基管之間具有的微小間隙3，形 成煙氣氣流的細(xì)觀通道和次生流程。圖4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(guò)管排。圖中的標(biāo)志C表示從翅片管的任意一端觀察翅片的纏繞方向?yàn)樽笮较?，?箭頭的粗虛線標(biāo)志D表示從兩排翅片管流過(guò)的煙氣流道軌跡是一兩次折彎的路線，流動(dòng)較 為困難。圖5所示是翅片反旋向的兩段翅片管排示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1首先，翅片管制造廠應(yīng)對(duì)其翅片管焊接裝置略加改造，以具備同時(shí)生產(chǎn)左旋和右 旋翅片管的條件。具體來(lái)說(shuō)，如果原來(lái)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(lái)電機(jī)的電原接線方式，使其運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)向相反，或者在原旋向基 礎(chǔ)上增加多一項(xiàng)反轉(zhuǎn)的功能；如果原來(lái)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)的高頻焊接旋向需要。實(shí)施例2除以下技術(shù)特征外，其他同實(shí)施例1 翅片和基管之間采用冷纏繞工藝時(shí)，只在翅 片的頭部和尾部與基管相點(diǎn)焊，纏繞過(guò)程斷開(kāi)焊接電源。上述實(shí)施例1和2是兩種目的不同的實(shí)施方式，實(shí)施例1為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(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實(shí)用新 型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包 含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。 近幾年來(lái)，隨著原油劣質(zhì)化及能源危機(jī)，國(guó)家加強(qiáng)對(duì)節(jié)能減排的管理，企業(yè)對(duì)高效換熱新技術(shù)及其應(yīng)用非常重視，這為該項(xiàng)專利技術(shù)的應(yīng)用提供了很好的條件。
權(quán)利要求一種反旋向翅片管，翅片管由基管及其外表面上螺旋纏繞的鋼帶翅片組成，基管是直的鋼管，同時(shí)具有左右不同旋向的翅片管安裝到加熱爐中組成反旋向折流翅片管排，其特征是反旋向翅片管設(shè)置有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種的翅片旋向是順時(shí)針右旋向的，另一種的翅片旋向是反時(shí)針左旋向的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種反旋向翅片管，其特征是在同一條基管上翅片纏繞方向 可以設(shè)置多種形式第一種是旋向是相同的，或者是順時(shí)針右旋向的，或者是反時(shí)針左旋向 的；第二種是相鄰的兩部分翅片的旋向是間斷相反的，如果前一段的翅片旋向是順時(shí)針右 旋向的，后一段的翅片旋向則是反時(shí)針左旋向的，再后一段的翅片旋向又恢復(fù)是順時(shí)針右 旋向的，如此反復(fù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種反旋向翅片管，其特征是翅片和基管之間一般有高頻電 阻熱纏繞焊縫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種反旋向翅片管，其特征是翅片和基管之間可以只在翅片 的頭部和尾部與基管相點(diǎn)焊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種反旋向翅片管，其特征是翅片的頂部可以是平滑的，也可 以是齒狀的或U形決口狀的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種反旋向翅片管，其特征是翅片和基管其材料可由相同的 鋼材或不同材料組合而成。
專利摘要本實(shí)用新型是一種反旋向翅片管，由基管及其外表螺旋纏繞的翅片組成，同時(shí)具有左右不同旋向翅片的高頻焊翅片管安裝到加熱爐中組成反旋向折流翅片管排，除了具有傳統(tǒng)翅片主要增大換熱面積的功能外，還新增了對(duì)管排間流動(dòng)的煙氣的折流和擾動(dòng)作用，對(duì)沉積在翅片根部爐管表面的煙塵還有攪動(dòng)吹掃作用，減少熱阻，提高傳熱膜系數(shù)，從而較傳統(tǒng)翅片管明顯提高其換熱效率。冷纏繞翅片管翅片與基管之間的微小間隙形成氣流的次生細(xì)觀流道，有利于煙氣在翅片根部的流動(dòng)，使翅片根部的換熱機(jī)理機(jī)理除了熱傳第外還強(qiáng)化了對(duì)流換熱，從而較傳統(tǒng)翅片管進(jìn)一步提高其換熱效率。還有，無(wú)焊縫冷纏繞結(jié)構(gòu)對(duì)基管的外表面沒(méi)有造成焊接傷害，保證基管的強(qiáng)度不會(huì)受到削弱。
文檔編號(hào)F28F1/36GK201555489SQ20092000569
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者陳孫藝 申請(qǐng)人:茂名重力石化機(jī)械制造有限公司