CN101317068A - 改进的换热器密封件 - Google Patents
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Abstract
一种密封件，其用于两个金属表面之间并且在热循环期间允许两个表面之间的相对运动。该密封件包括邻近于密封组件的第一端的不可挤压的填料层(12)。该密封件还包括一个或多个弹性体O形环(15，16)；一个或多个载荷分配填料层(12)；一个或多个编织塑料填料层，其具有弹性体芯部(14)；不可挤压的填料层(12)，其邻近于编织塑料填料层(14)并且布置在密封件的第二端处；和可选的另外的不可挤压的填料层(12)。
Description
技术领域
本发明涉及壳管式换热器，更具体地涉及用于浮动管板式换热器的填料(packing)方法。
背景技术
传统的壳管式换热器大体包括管状壳体或管状外壳，其具有第一流体流经的成对的进口/出口管；和容置在外壳内的管道组。该管道组包括大致平行的管道元件，第二流体流经该管道元件用于与上述第一流体进行换热，该管道元件在成对的支承构件或管道板之间延伸并且由其所支承。管道组还包括多个隔板，其布置在管道板之间并且横向于管道元件延伸。
第二流体通过在相应盖子中的进口/出口提供给管道组，该盖子通过任意适当的装置固定到外壳上，诸如通过设置在这些部分上的螺栓结合凸缘或螺栓和突缘布置。为了防止第一流体和第二流体的混合，在换热器的一端处，围绕管板的适当的密封装置插入在盖子和外壳之间，而在换热器的另一端处，管板具有延伸凸缘，该延伸凸缘携带同样布置在盖子和外壳之间的相应填料。该凸缘还作为相对于外壳的邻接件，并且用于将管道组轴向地定位在外壳内。
在系统的操作期间，由于在许多应用中将在第一流体和第二流体之间发生传热，故管道的内部上的材料与外部上的材料相混合将是不利的。为此，必须在每个管道和金属管板之间存在非常紧密的密封。此外，由于平行管道中的温度达到高水平，故必须允许管道经受膨胀和随后的收缩，而不破坏平行管道和管板之间的机械密封。释放热应力的一种方法是使用浮头设计，其中管道组的一端保持在管板中，在热循环期间允许该管板相对于壳体移动。
浮头壳管式热交换的若干种不同设计被普遍地使用。虽然每种设计实现释放交换器上的热应力的目标，但是每种构造具有不同的缺点。
最简单的设计是“抽出束(pull through bundle)”类型，其中将管板的其中一个制造得足够地小，以便可从壳体中抽出该管板和管板的填密的帽，用于壳体侧面的检查和清洁。这种设计的缺点是必须从束的边缘上省略许多管道以考虑帽缘和螺栓圆周。
恢复省略的管道的其它类型的浮头设计包括本领域已知的“开口环浮头”、“外部填料的套环浮头”和“外部填料的填料盒浮头”。这些浮头设计都主要具有如下缺点，即他们难以进行密封并且易于在管束处渗漏到壳体接头。
希望本发明克服这些缺点。
以下公开可能涉及本发明的不同方面，并且可概要地总结如下：
美国专利第6,406,028号公开了一种密封件组，该密封件组包括适合于至少在第一温度范围内密封的第一v形环密封件。第一v形环密封件包括至少一个主v形环密封件和至少一个辅v形环密封件，其中辅v形环密封件中的至少一个基本上不比所有的主v形环密封件柔软，以支承主v形环密封件。第二密封件邻近于第一v形环密封件中的一个，第二密封件适合于至少在比第一温度范围小的温度范围内密封。
美国专利第5,788,216号和第5,549,276号描述了包括多个独立环的填料，该独立环包括凸形转接器、凹形转接器和基本包括定位在凸形转接器和凹形转接器之间的全氟弹性体的一个人字形密封环，该人字形密封环朝向填料的大气端。凸形转接器和凹形转接器基本包括在高温下稳定的聚合树脂，其选自基本包括非弹性体含氟聚合物和聚醚醚酮的组，人字形密封环布置在凸形转接器和凹形转接器之间并且接触凸形转接器和凹形转接器。该填料具有改进的密封性能。
美国专利第5,542,681号描述了一种石墨填料材料。
美国专利第5,297,805号描述了一种密封环，其包括具有收敛的截面和加强面的弹性体本体，使得所述密封环的一部分不比所述密封环的剩余部分柔软。弹性体本体提供用于形成密封件的第一组接触面，其中所述加强面提供与所述第一组接触面不同且间隔开的用于形成密封件的第二组接触面。
发明内容
简而言之，根据本发明的一个实施例，提供一种换热器，其包括：
(i)空心外壳，第一流体流经空心外壳；
(ii)管道组，其布置在外壳内并且包括多个管道元件，第二流体流经管道元件用于与所述第一流体进行换热；
(iii)密封系统，其包括换热器管板，多个所述管道元件延伸通过所述换热器管板中的开口，每个管道元件具有孔，材料流经该孔用于在管道元件和周围区域之间进行换热；和布置在管板和外壳之间的多层密封组件，该多层密封组件包括：
a)不可挤压的填料层，其邻近于密封组件的第一端；
b)一个或多个弹性体O形环，每个O形环邻近于至少一个不可挤压的填料层布置，使得弹性体O形环邻近于不可挤压的填料层，该不可挤压的填料层邻近于密封组件的第一端；
c)一个或多个编织塑料填料层，其具有弹性体芯部；
d)不可挤压的填料层，其邻近于编织塑料填料层并且布置在密封件的第二端处；和
e)可选地，另外的不可挤压的填料层。
在换热器的另一个实施例中，不可挤压的填料层可包括编织金属。
在本发明的换热器的又一个实施例中，载荷分配填料层可包括编织金属。
在本发明的换热器的又一个实施例中，一个或多个编织塑料填料层可包括PTFE。
在本发明的换热器的又一个实施例中，邻近于密封件的第二端的不可挤压的填料层包括具有金属丝的编织塑料填料。
在本发明的换热器的又一个实施例中，弹性体芯部包括硅橡胶。
根据本发明的另一个方面，提供一种在热循环期间用于两个金属表面之间的密封组件，所述密封组件包括：
a)不可挤压的填料层，其邻近于密封组件的第一端；
b)一个或多个弹性体O形环，每个O形环邻近于至少一个不可挤压的填料层布置，使得弹性体O形环邻近于不可挤压的填料层，该不可挤压的填料层邻近于密封组件的第一端；
c)一个或多个编织塑料填料层，其具有弹性体芯部；
d)不可挤压的填料层，其邻近于编织塑料填料层并且布置在密封件的第二端处；和
e)可选地，另外的不可挤压的填料层。
附图说明
通过结合附图进行的以下详细说明，将更加充分地了解本发明，在附图中：
图1显示本发明的密封件的实施例的详细截面图。
图2显示本发明的换热器的截面的示意图。
虽然将结合本发明的优选实施例描述本发明，但是应了解的是，该优选实施例不意图覆盖可包括在由权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有替换物、变型和等同物。
具体实施方式
本发明的密封组件可用于任意两个金属表面之间的密封，其中该密封需要在热循环期间允许两个表面之间的相对运动。本发明的实施例适合于用作浮头式换热器中的密封组件。通过参考附图可更好地了解本发明。
图1显示本发明的密封组件的实施例的示例。该密封系统包括换热器(10)的壳体或其它壁，该换热器(10)需要相对可具有裙部(18)的管板(11)密封。密封组件(12-15)包括可作为载荷分配层(load distributionlayer)的不可挤压的填料层(12)。至少一个不可挤压的填料层布置在密封组件的每端处。
不可挤压的填料层的示例将为可从ChemStar Packing(Mulberry，FL)获得的铜丝编织填料，诸如“型号49”。可使用在运行所需的操作压力和温度下不流动或蠕动的任何填料材料。可选地，密封组件可包括作为载荷分配层的另外的不可挤压的填料层(15)。不可挤压的填料层的另一个示例将为具有金属丝的编织塑料填料。所使用的金属不必限于丝，而是可包括诸如带状的其它构造。
图1所示的实施例还包括弹性体O形环(13)。本发明不局限于所显示的一个O形环或者甚至两个O形环。O形环的数量可与在换热器的操作条件下提供最佳密封性能所需的数量相等。本领域技术人员将能够在没有过多实验的情况下确定O形环和载荷分配层的最佳数量。适当的材料是由一种或多种弹性体，尤其由诸如
(Du Pont，Wilmington，DE)和
(Asahi Glass，Japan)的含氟弹性体所构成的‘O’环。在图1的实施例中，O形环中的一个邻近于不可挤压的填料层，该不可挤压的填料层又位于密封组件的一端处。
可在两个或更多个O形环之间使用载荷分配层。本发明的载荷分配层不必为交替的。载荷分配层位于密封组件的每端处的所有布置在本发明的范围内。
图1所示的实施例还包括编织塑料填料层(14)。编织塑料填料层包括覆盖在弹性体芯部上的编织聚四氟乙烯(PTFE)。图1所示的实施例显示两个编织塑料填料层。然而，本发明的范围可包括具有一个和任意个可选的编织塑料填料层14的组件，只要一个编织塑料填料层14邻近于密封组件的一端。
密封垫压圈(16)是调节装置，用于防止换热器的渗漏。
虽然本发明不局限于硅树脂并且可使用适合于密封件的操作要求的所有橡胶，但是用于编织塑料填料层(14)的适当的弹性芯部是硅橡胶。适当的PTFE填料的示例可从Sepco(Alabaster，AL)和DuPont(Wilmington，DE)获得。
本发明的实施例还涉及包括本发明的密封组件的所有实施例的浮头式换热器。现在参考图2，显示浮头式换热器的截面的示意图。换热器包括第一流体流经的空心外壳20。外壳具有两端22，25。管道组21布置在外壳内，并且包括多个管道元件，第二流体流经该管道元件用于与所述第一流体进行换热。管道束包括管道组21和外壳末端22，25。管道组的一端由在一端25处的某些装置所固定，该固定装置不意图限制本发明。在另一端(22’)处的管道由于热应力而自由移动。密封系统又包括管板23和本发明的密封组件(未示于图2中)固定在其内的间隙24，从而在提供对壳体20的柔性密封的同时允许管板移动。多个所述管道元件延伸通过所述热管板中的开口，每个管道元件具有孔，材料流经该孔以在管道元件和周围区域之间进行换热，密封组件布置在管板和外壳之间的间隙24中。密封组件又包括：邻近于密封组件的第一端的不可挤压的填料层；一个或多个弹性体O形环，其中每个O形环邻近于至少一个不可挤压的填料层布置，使得弹性体O形环邻近于不可挤压的填料层，该不可挤压的填料层邻近于密封组件的第一端；具有弹性体芯部的一个或多个编织塑料填料层；邻近于编织塑料填料层并且布置在密封件的第二端处的不可挤压的填料层；和作为载荷分配层的可选的另外的不可挤压的填料层。
附图标记28和29分别表示管道的侧面流体进口和出口。壳体进口由附图标记26表示，壳体出口由附图标记27表示。
本发明利用作为填料系统的多编织填料环基本上降低了现有换热器系统的成本和渗漏量。相比于本发明的O形环密封组件系统，三个加热器(即重沸器)利用多编织填料环密封系统。多编织填料环系统的三个加热器需要大约每两个月更换所有三个加热器中的填料系统以减少渗漏。用于维护所有三个这种加热器的成本为大约$25,000/年。比较地，在三个加热器中利用本发明的O形环密封组件填料系统，不仅减少了渗漏，而且停止了渗漏。此外，两年以上不需要更换填料系统。包括周期性地使填料变紧的维护的年度费用降低为小于$1000/年。因此，本发明显示了对现有填料系统的显著改进。
因此，显而易见的是，根据本发明提供了一种完全满足上文提出的目的和优点的换热器密封件。虽然结合本发明的具体实施例描述本发明，但是显然的是，许多替换物、变型和变化将对本领域技术人员显而易见。因此，本发明旨在包括在权利要求的精神和广泛范围内的所有这种替换物、变型和变化。
Claims (12)
1.一种换热器，其包括：
(i)空心外壳，第一流体流经所述空心外壳；
(ii)管道组，其布置在所述外壳内并且具有多个管道元件，第二流体流经所述管道元件用于与所述第一流体进行换热；和
(iii)密封系统，其包括换热器管板，多个所述管道元件延伸通过所述换热器管板中的开口，每个管道元件具有孔，材料流经所述孔用于在所述管道元件和周围区域之间进行换热；和布置在所述热管板和所述外壳之间的多层密封组件，所述多层密封组件包括：
a)不可挤压的填料层，其邻近于所述密封组件的第一端；
b)一个或多个弹性体O形环，每个O形环邻近于至少一个不可挤压的填料层布置，使得所述一个或多个弹性体O形环邻近于所述不可挤压的填料层，所述不可挤压的填料层邻近于所述密封组件的第一端；
c)一个或多个编织塑料填料层，其具有弹性体芯部；
d)不可挤压的填料层，其邻近于编织塑料填料层并且布置在所述密封件的第二端处；和
e)可选地，另外的不可挤压的填料层。
2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述不可挤压的填料层中的至少一个包括编织金属。
3.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，载荷分配填料层中的至少一个包括编织金属。
4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述一个或多个编织塑料填料层中的至少一个包括PTFE。
5.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，邻近于所述密封件的第二端的所述不可挤压的填料层包括具有金属丝的编织塑料填料。
6.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述弹性体芯部包括硅橡胶。
7.一种密封组件，其用于两个金属表面之间并且在热循环期间允许所述两个表面之间的相对运动，所述密封组件包括：
a)不可挤压的填料层，其邻近于所述密封组件的第一端；
b)一个或多个弹性体O形环，每个O形环邻近于至少一个不可挤压的填料层布置，使得一个或多个弹性体O形环邻近于所述不可挤压的填料层，所述不可挤压的填料层邻近于所述密封组件的第一端；
c)一个或多个编织塑料填料层，其具有弹性体芯部；
d)不可挤压的填料层，其邻近于编织塑料填料层并且布置在所述密封件的第二端处；和
e)可选地，另外的不可挤压的填料层。
8.根据权利要求7所述的密封组件，其特征在于，所述不可挤压的填料层中的至少一个包括编织金属。
9.根据权利要求7所述的密封组件，其特征在于，载荷分配填料层中的至少一个包括编织金属。
10.根据权利要求7所述的密封组件，其特征在于，所述一个或多个编织塑料填料层中的至少一个包括PTFE。
11.根据权利要求7所述的密封组件，其特征在于，邻近于所述密封件的第二端的所述不可挤压的填料层包括具有金属丝的编织塑料填料。
12.根据权利要求7所述的密封组件，其特征在于，所述弹性体芯部包括硅橡胶。
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