一种波纹直管换热器及其换热方法技术领域
本发明涉及一种管壳换热器，尤其涉及一种用于化工生产中介质进行热量交换的波纹
直管换热器及其换热方法。
背景技术
传统换热器通常采用直管换热管和弓形折流板，普遍存在换热效率不高，换热器内污
垢沉积快、污垢难清理，温差大时需加膨胀节，设备成本高等问题。随着对换热管研究的
深入及机械加工的发展，近年来，出现了横纹槽管、缩放管、螺旋槽管和波纹管等多种形
式的换热管，虽然这些换热管的结构不同，可其强化传热机理大同小异，即通过改变横截
面的形状，以获得流体高度湍流的效果。但螺旋槽管和横纹槽管传热效率相对不高，缩放
管和波纹管加工困难，易与折流板磨损，安装时需加设管套，增加成本。而弓形折流板易
结垢，壳程压降大，换热效果不好，流体的撞击与冲刷易使换热器产生振动。
发明内容
本发明提供了一种波纹直管换热器及其换热方法，采用波纹直管形式的换热管和方孔
射流板组合使用，并采用扩大圆筒结构，有效提高了换热器的换热效率，抑制污垢的生成，
解决换热管与折流板之间的磨损问题，此外还具有换热管拆卸方便、设备体积小、造价低
等优点。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种波纹直管换热器，由上管箱、壳程筒体和下管箱组成，上管箱设有管程介质入口，
下管箱设有管程介质出口，壳程筒体两侧分别设壳程介质入口和壳程介质出口；所述壳程
筒体两端分别通过扩大圆筒与上管箱、下管箱相连，壳程筒体的两端分别延伸到扩大圆筒
内,扩大圆筒的直径大于壳程筒体的直径且与上管箱、下管箱的最大直径相配合；壳程筒
体内竖直设置多根波纹直管作为换热管，波纹直管的主体为波纹管段加直管段结构，即一
个周期的波形包括波峰-直线段-波峰-波谷；波纹直管的两端设光滑直管用于与上、下管
板固定连接，壳程筒体沿高向设有多个方孔射流板。
所述方孔射流板设于波纹直管的直管段，为多孔挡板，其上开设多个方形通孔，且方
形通孔的四边与直管段外径相切。
所述波纹直管采用薄壁管加工而成，光滑直管采用厚壁管加工，光滑直管的外径与波
纹直管外径相等，其与波纹直管连接处经切边处理，并伸入波纹直管内与波纹直管焊接连
接。
基于一种波纹直管换热器的换热方法，壳程流体从上方壳程介质入口进入，经过扩大
圆筒和壳程筒体共同组成的防冲结构后到达方孔射流板，从方形通孔与波纹直管间的边缘
缝隙以射流的方式流出，与波纹直管内的管程介质换热，最后从下方壳程介质出口流出；
管程流体从管程介质入口进入，在波纹直管内以漩涡流的形式与壳程流体进行高效换热
后，从管程介质出口流出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)换热管具有波纹段和直管段，管程中的介质容易形成涡旋，提高了管内外介质的
湍流程度，破坏流动边界层，减小传热阻力，提高了换热效率；
2)换热管为薄壁管，热阻减小，换热系数提高；
3)管程介质对波纹直管管壁冲刷剧烈，形成的涡旋与温差变形，使管壁不易形成污
垢，实现自动清理；
4)由于换热效率的提高，使换热面积减小，设备体积随之减小，并使其制造成本大
幅降低；
5)由于波纹直管在波纹管段的波峰处连接有直管段，使换热管与折流板(方孔射流
板)可以无损配合，降低换热管的磨损率，简化了换热管的安装，更加易于拆卸；
6)波纹直管在低压下对管板的支撑是弹性的，上、下管板受到波纹直管的作用力相
对小，可以减少管板厚度，降低制造成本；
7)由于波纹直管具有弹性，在温差较大时，无需设置膨胀节，进一步降低成本；
8)壳程端部采用扩大圆筒结构，制成内衬筒构造，避免壳程流体在进出料口处直接
冲击薄壁波纹直管，提高换热面积利用率；
9)方孔射流板为多孔圆形挡板，减小壳程压降，不易产生污垢和振动；
10)壳程流体从方孔射流板的方孔边缘缝隙射流出去，增强流体的湍动程度，提高壳
程的换热系数。
附图说明
图1是本发明所述波纹直管换热器的结构示意图。
图2是本发明所述方孔射流板与波纹直管的安装结构示意图。
图3是本发明所述波纹直管的结构示意图。
图中：1.下管箱 2.下管箱法兰 3.下管板 4.壳程介质出口 5.壳程筒体 6.耳式
支座 7.上管板 8.上管箱法兰 9.上管箱 10.管程介质入口 11.壳程介质入口 12.
扩大圆筒 13.方孔射流板 14.波纹直管 14a.波峰 14b.波谷 14c.直线段 15.管程
介质出口 16.方形通孔 17.光滑直管
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明所述一种波纹直管换热器，由上管箱9、壳程筒体5和下管箱1
组成，上管箱9设有管程介质入口10，下管箱1设有管程介质出口15，壳程筒体5两侧
分别设壳程介质入口11和壳程介质出口4；所述壳程筒体5两端分别通过扩大圆筒12与
上管箱9、下管箱1相连，壳程筒体5的两端分别延伸到扩大圆筒12内,扩大圆筒12的
直径大于壳程筒体5的直径且与上管箱9、下管箱1的最大直径相配合；壳程筒体5内竖
直设置多根波纹直管14作为换热管，波纹直管14的主体为波纹管段加直管段结构，即一
个周期的波形包括波峰14a-直线段14c-波峰14a-波谷14b；波纹直管14的两端设光滑直
管17用于与上、下管板7、3固定连接，壳程筒体5沿高向设有多个方孔射流板13。
所述方孔射流板13设于波纹直管14的直管段，为多孔挡板，其上开设多个方形通孔
16，且方形通孔16的四边与直管段外径相切。(如图2所示)
所述波纹直管14采用薄壁管加工而成，光滑直管17采用厚壁管加工，光滑直管17
的外径与波纹直管14外径相等，其与波纹直管14连接处经切边处理，并伸入波纹直管
14内与波纹直管14焊接连接。(如图3所示)
基于一种波纹直管换热器的换热方法，壳程流体从上方壳程介质入口11进入，经过
扩大圆筒12及壳程筒体5共同组成的防冲结构后到达方孔射流板13，从方形通孔16与
波纹直管14间的边缘缝隙以射流的方式流出，与波纹直管14内的管程介质换热，最后从
下方壳程介质出口4流出；管程流体从管程介质入口10进入，在波纹直管14内以漩涡流
的形式与壳程流体进行高效换热后，从管程介质出口15流出。
如图1所示，壳程筒体5上设有耳式支座6用于安装固定换热器，壳程筒体5两端的
扩大圆筒12分别通过上管板7与上管箱法兰8固定连接，通过下管板3与下管箱法兰2
固定连接，组成换热器的主体结构。壳程筒体5两端延伸到扩大圆筒12内,在壳程介质
入口11处由壳程筒体5和扩大圆筒12共同组成防冲结构.
本发明所述一种波纹直管换热器的工作原理是：换热管采用薄壁管制成波纹直管14，
形成波峰14a-直线段14c-波峰14a-波谷14b的特殊结构，两端连接厚壁管制成的光滑直
管17，用于与上、下管板7、3的支撑固定。管程流体介质在波峰14a和波谷14b的截面
变化过程中，产生了周期性的径向流速，形成漩涡流，在很小的流速下快速达到湍流，增
强传热，自动清理污垢，直线段14c是为方便与方孔射流板13配合，使换热管不易磨损。
壳程流体垂直流过波谷，增强介质的湍流，强化传热。壳程端部采用扩大圆筒12结构，
避免壳程流体在进出料口处直接冲击薄壁波纹直管14，提高换热面积利用率。波纹直管
换热器采用方孔射流板13代替弓形折流板，方形通孔16用以固定波纹直管管束的直管段，
壳程流体从方形通孔16与波纹直管14的间隙中以射流的形式流出，避免了流体直接撞击
壳程筒体5，换热器不易结垢，并可减小壳程压降，降低换热器的振动，提高换热器的换
热效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任
何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发
明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。