CN1008554B - 防止管壳式换热器中流体旁通短路的密封方法及装置 - Google Patents

Abstract

防止管壳式换热器中流体旁通短路的密封方法及装置。该方法及装置的密封构件有自动消除换热器壳体与管束之间旁路间隙的功能。

本发明中在换热器壳体或管束的旁路挡板、隔板、折流板等及其它相应构件上装设在弹性零件或自身重力作用下能沿上述构件相对滑动的调节板，调节板在弹力或自身重力作用下能沿上相对滑动，能使其密封面与壳体或管束上密封面处于自动顶、压紧状态。

Description

本发明是关于防止管壳式换热器中流体旁通短路的密封方法及装置，该方法及装置适用于设计、制造高效管壳式换热器及对现有管束可抽出的换热器进行结构技术改造。

管壳式换热器至1900年用于工业以来，由于用途广泛，结构型式较多，大体有固定管板式，浮头式和U形管式。它们的结构其共同特点是有一园形或方形外壳，内装平行管束，管内通道部分统称管程，管外与壳体内表面之间通道部分通称壳程或管间。为强化该类换热器传热、管程一般采用分程隔板将流体分程，壳程通常在管束上加装横向折流板，纵向隔板（挡板）将流体分程。长期以来。管壳式换热器设计的主要困难在于难以消除管束，折流板、隔板（挡板）等与壳体之间存在的旁路间隙。在具有横向折流板、纵向隔板（挡板）及其它特殊型式的换热器中，管束不可能充满壳体空间。尤其对管束可抽出的浮头式换热器，为给浮动管板及横向折流板保留一定的边缘，从而为外排管束提供管板、折流板强度，以及为紧固或焊接头盖或通道提供空间，保证管束能顺利抽装出壳体等，管束与壳体之间存在流体旁路的通道，折流板、隔板、管板等与壳体之间存在流体旁路的间隙。各种旁路通道及间隙的存在，导致流体旁通短路。部分流体没有折流或横向冲刷管束，不经换热或部分换热即达到出口，造成主流流体流 速降低，平均温差减小，管外结垢速度加快等，对传热十分不利，理论计算表明，不大的间隙可使放热系数降低一半，严重降低换热器的性能。为减轻该类换热器中流体旁通短路，从由美国《TEMA管壳式换热器标准》及有关换热器书刊中介绍，常采用的密封方法及装置是：除在换热器管束上适当地加装折流板，正确地放置定距拉杆，假管外，还在管束或壳体的周围成对地设置固定的旁路挡板、隔板等措施加以阻塞。在使用上述折流板、拉杆、假管、旁路挡板或结合使用上述构件时，也需要慎重考虑在它们与壳体或管束之间留有一定的间隙，以利装配和检修。根据有关标准及规定，在换热器壳径为325-1200毫米的范围内，折流板、隔板（挡板）、旁路挡板等构件与壳体最大允许间隙可为5.88-7.2毫米。加之换热器制造中的困难，几何尺寸误差难以严格控制等生产实际问题，加装拉杆，假管及旁路挡板，隔板后仍不能完全有效地阻止流体旁通短路。换热器中存在流体旁通短路，不但对传热十分不利，也使流体在换热器中的实际流动更趋复杂，要想知道和了解壳程的流型和温度分布，定量确定各股流的全部相对阻力及互相影响，他们对传热和压降的影响是十分复杂而困难的。虽近几十年来，国内外从事换热器理论研究的有关机构和人员根据管壳式换热器中流体的实际流动情况，依据存在于换热器内部的物理机理，借助因次分析的手段，把换热器看作是一系列理想管排与具有漩涡流动的园缺区和各种旁路泄漏相联系的整体，进行了长期系统的研究和模拟实验，但迄今关于旁路泄漏对传热和压降实际影响的计算精度仍相当差，困难的是工业生产难以事先为上述理论计算提供详细准确的结构尺寸数据，严重阻碍上述计算方法的工业性应用。对管壳式 换热器防止流体旁通短路的密封原理及结构进行改进，努力实现消除或基本消除换热器管束、折流板、旁路挡板、隔板（挡板）、管板等与壳体之间普遍存在的间隙旁流，对促进管壳式换热器的发展，提高管壳式换热器的各项经济技术指标，设计质量，制造质量，减小理论计算与实际性能的误差都将起重要作用。

本发明为克服现有密封方法及装置的不足，解决长期以来管壳式换热器中普遍存在流体旁通短路造成换热器性能降低等一系列问题，为多种型式管壳式换热器密封结构设计提供一种能消除或基本消除管束、折流板、隔板、旁路挡板、管板等及壳体之间旁路间隙的密封方法及装置。对换热器的密封结构进行改进，提高管壳式换热器的设计质量及性能，减小它的体积和重量;应用该密封方法及装置对现有管束可抽出的换热器进行结构技术改造，提高现有换热器的实际传热性能及效率。也为依据严格分析的换热器设计，计算程序工业性普及应用提供条件。

本发明的密封方法是：在换热器壳体或管束的旁路挡板，隔板（挡板）、折流板、管板及其它相应的构件上装设在弹性零件或自身重力作用下能沿上述构件相对滑动的调节板，使调节板在弹力或自身重力作用下，其密封面在管束与壳体装配或工作过程中，能始终与壳体或管束上相对应的密封面处于自动顶、压紧状态。上述密封方法实施的装置，其基本结构可分别有旁路挡板、折流板、隔板（挡板）、管板或其它相应构件与调节板，弹性零件组成;也可分别有旁路挡板，折流板、隔板（挡板）、管板或其它相应构件与调节板组成。所述调节板可以是条形槽板、角板、弧板或平板，其调节板密封面可以是平 面，曲面或折面。所述弹性零件可以是各种形状的金属弹簧、簧片，塑料制件，海棉条等弹性物。在具体实施上述密封方法及装置时，应根据各种换热器的具体结构型式灵活应用。如：旁路挡板、隔板（挡板）、折流板、管板及其它相应构件为换热器管束或壳体上的固定件时，应把调节板做为运动件，这时最好选用槽形调节板分别罩在旁路挡板、隔板（挡板）、折流板、管板上，它们之间装弹性零件或不装弹性零件，使调节板在弹性力或自身重力作用下能沿上述构件相对滑动，同时也可将调节板固定在壳体或管束的相应构件上，旁路挡板、隔板（挡板）为运动件，使旁路挡板、隔板（挡板）在弹性力或自身重力作用下能沿调节板相对滑动。

采用上述密封方法及装置可设计、制造高效无间隙换热器，该换热器管束与壳体之间密封可靠、管束抽装方便，密封构件不易损坏。与采用现有密封方法及装置设计出的同类换热器相比，传热性能可得到大幅度提高。在保证完成相同换热任务情况下，可较大地减小换热器的体积和重量，降低成本，节省原材料。若应用该密封方法及装置对现有管束可抽出的管壳式换热器进行技术改造，可较大地提高现有换热容器的换热效率及它相联工艺设备的性能。

下面再通过视图详细说明本密封方法实施的密封装置的基本结构及在换热器中具体应用的实施例。为叙述方便，以下将上述的旁路挡板，隔板（挡板），管板、折流板及其它相应的构件统称为密封板件。

附图1示出该密封装置的调节板为条形槽板，密封面为平面的基本结构图。

附图2为附图1的B向视图。

附图3示出该密封装置的调节板为条形角板形状时的基本结构图。

附图4示出该密封装置调节板上嵌入软质密封材料的结构图。

如图所示：该密封装置的基本结构由密封板件（1），调节板（2）弹性零件（4）组成。调节板（2）在弹性零件（4）作用下可沿密封板件（1）相对滑动，其密封面又能与壳体或管束上相对应的密封面（A）自动顶紧。为使调节板（2）能与管束上对应的密封面（A）严密贴合，可在调节板（2）上嵌软质密封材料（5），软质密封材料（5）可以是橡胶、尼龙、塑料、橡塑、毛毡、棉麻和石棉类等软性物。

实施例：在园形管束与园形壳体组装的管壳式换热器中使用该密封方法及装置，防止流体沿换热管束周围发生横向旁通短路时，最好将密封板件（1）固定在换热器管束或壳体上的相应部件（C）上，弹性零件（4）最好选用簧片，装在密封板件（1）与调节板（2）之间，为防止调节板（2）脱出密封板件（1）和限定调节板（2）沿密封板件（1）的相对滑动量，可装定位销钉（3）。为使换热管束能顺利抽装，调节板（2）两端最好具有能有起导向作用的过渡园弧（D）或斜面等形状。在换热器管束与壳体组装时和组装后，调节板（2）的密封面始终能与换热器壳体或管束上对应的密封面（A）处于自动顶压紧状态。达到防止流体沿换热管束周围发生横向旁通短路的目的。

在矩形管束与方形壳体组装的管壳式换热器中使用时，可根据这类换热器的结构特点，将密封板件（1），调节板（2）分别组合成矩形密封框，U形密封围等形状，安装在矩形管束进出口或其它部位，它们之间装弹性零件（4），使调节板（2）组成的矩形密封框，U形 密封围在弹性零件（4）或自身重力作用下能沿密封板件（1）组成的矩形密封框，U形密封围相动滑动。在管束与壳体装配时或装配后调节板（2）组成的矩形密封框，U形密封围在弹性力或自身重力作用下，能自动与换热管束或壳体上相对应的密封面（A）自动顶紧，达到防止这类换热器中发生流体旁通短路的目的。

Claims (4)

1、一种关于防止管壳式换热器中流体旁通短路的密封方法，其特征：在换热器壳体或管束的旁路挡板，隔板(挡板)，折流板、管板及其它相应构件上装设在弹性零件或自身重力作用下能沿上述构件相对滑动的调节板，调节板在弹性力或自身重力作用下能沿上述构件相对滑动，又能使其密封面与壳体或管束上相对应的密封面处于自动顶、压紧状态，调节板其形状可以是条形槽板、角板、弧板或平板，分别罩装在旁路挡板、隔板(挡板)，折流板、管板上，它们之间装弹性零件或不装弹性零件，使调节板在弹性力或自身重力作用下能沿上述构件相对滑动，也可将调节板固定在壳体或管束的相应构件上，旁路挡板、隔板在弹性力或自身重力作用下能沿调节板相对滑动。

2、一种关于防止管壳式换热器中流体旁通短路的密封装置，其特征：（A）、旁路挡板、隔板（挡板）、折流板、管板及其它相应构件上罩、装调节板（2）、他们之间装弹性零件（4），旁路挡板、隔板（挡板）、折流板、管板及其它相应构件为换热器管束或壳体上的固定件，调节板（2）为运动件;也可将调节板（2）固定在换热器管束或壳体上，旁路挡板、隔板（挡板）为运动件。（B）、旁路挡板、隔板（挡板）、折流板、管板及其它相应构件上罩、装调节板（2），旁路挡板、隔板（挡板），折流板、管板为换热器管束或壳体上固定件，调节板（2）在其自身重力作用下可沿上述构件相动滑动;也可将调节板（2）固定在换热器壳体或管束的相应构件上，旁路挡板，隔板（挡板）在其自身重力作用下，能沿调节板（2）相动滑动，所述调节板（2）其形状可以是条形槽板、角板、弧板或平板，其密封面可以是平面、曲面或折面，弹性零件（4）是各种形状的金属弹簧、簧片，塑料制件，海棉条等弹性物。

3、根据权利要求2，关于防止管壳式换热器中流体旁通短路的密封装置，其特征：（A）、调节板（2）两端最好具有能超导向作用的过渡园弧（D）或斜面，（B）、调节板（2）上可嵌有软质密封材料（5），软质密封材料（5）。可以是橡胶、尼龙、塑料、橡塑、毛毡、棉麻和石棉类等软性物，（C）、为防止调节板（2）脱出密封板件（1）和限定调节板（2）沿密封板件（1）的相动滑动量，可装定位销钉（3）。

4、根据权利要求2、3所述的密封装置，其特征：密封板件（1），调节板（2）可分别组成矩形密封框，U形密封围等形状。