CN101680720A - 热交换器壳体组件和装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热交换器壳体组件，包括：在其下侧具有喷嘴的外壳体；位于外壳体内并且与外壳体一起形成中间空间的内壳体部件；所述内壳体部件在其下侧具有开口；其中该装置还包括布置成安装在中间空间中的密封件，该密封件在开口和喷嘴之间为流体提供密封通道。本发明还公开了一种装配热交换器壳体结构的方法，该方法包括：将内壳体部件滑动到外壳体中以形成中间空间；将内壳体部件布置在外壳体中的升高位置；将密封件滑动到中间空间中；以及降下内壳体部件以使得施加在密封件上的重力作为密封力。

Description

热交换器壳体组件和装配方法

技术领域

本发明涉及一种热交换器壳体组件和一种装配热交换器壳体结构的方法。

背景技术

管壳式热交换器是一种非直接接触式热交换器。热量在流经在热交换器壳体中延伸的管束的管(管侧)的流体与流经管外部的空间(壳侧)的流体之间传递。管壳式热交换器的细节可例如参见Perry’sChemical Engineers’Handbook，7^th edition，1997，McGraw-Hill Inc.，page 11-33 to 11-46(由McGraw-Hill公司1997年出版的、作者为Perry的《化学工程手册》(第七版)第11-33页和11-46页)。

管壳式热交换器可根据壳侧和管侧中的流体的回程数进行区分。在每一个回程，相应流体基本上沿着通常沿水平方向伸长的热交换器的整个长度流动。在多壳程中，流体流沿壳体长度来回蜿蜒流动多次。

热交换器壳体具有用于壳侧流体的入口和出口喷嘴。对于单壳侧回程的热交换器，入口喷嘴通常设置在壳体的一端，特别是设置在壳体顶部，出口喷嘴设置在相对端，特别是设置在底部。对于奇数个回程也是如此。在双壳程(或事实上偶数个)的情况下，入口和出口喷嘴适当地设置在同一端。

在翻新改进热交换器时，例如为了改变用途或增强性能，可能希望调整回程的数目。例如，如果要安装带有包括扩展的金属折流板的横向支承体的管束，为了优化性能，可优选较大数目的壳侧回程。扩展的金属由被切开且被扩展的金属片制成。扩展的金属折流板例如从国际专利申请WO2003/067170、WO2005/015107和WO2005/061982获知，在此将上述国际专利申请引入作为参考，并且所述扩展的金属折流板在实践中证明具有显著的优点，比如，由于在壳侧流体中产生的湍流，结垢趋势较小、压降较低以及热传递增强。在跨越可用的壳程的横截面的扩展的金属折流板中，壳侧流体的流动是沿纵向的。在使用弓形折流板的传统热交换器中，即使具有一个壳侧回程，流也能沿着壳体内的主流动路径蜿蜒流动，使得壳侧流的有效长度大于壳体的纵向伸展长度。当使用扩展的金属折流板时，优选使用较大数目的壳侧回程以优化壳侧流动路径长度，特别是，可这样做是由于由扩展的金属折流板所引起的压降低。

当壳侧回程的数目要在奇数和偶数之间转换时会遇到问题，这是因为这样的话，喷嘴中的一个会不合适地定位。原则上，可设想从壳体的一端到另一端布置壳侧流体的内部流动路径。本发明的目的是提供一种允许改变壳侧回程数目的热交换器壳体装置。

发明内容

为此，本发明提供了一种热交换器壳体装置，包括在其下侧具有喷嘴的外壳体；位于外壳体内并且与外壳体一起形成中间空间的内壳体部件，该内壳体部件在其下侧具有开口；其中，该装置还包括布置成配合安装在中间空间中的密封件，所述密封件在开口和喷嘴之间为流体提供密封通道。

通过布置内壳体部件，可能利用中间空间将壳侧流体从一个壳体端引导至另一壳体端。在内壳体空间中将发生与管束的实际热交换，该内壳体空间需要相对于中间空间密封，否则，壳侧流体可能沿捷径路线流动，从而降低热交换效率。在内壳体部件和外壳体之间设置密封件以用于这种目的。优选地，密封件是一种重力密封件，其中密封力通过由内壳体部件施加在密封件上的重力来提供。特别地，密封件不与外壳体和内壳体部件中的至少一个连接，优选地，密封件既不与外壳体连接，也不与内壳体部件连接。这样使壳体装置的安装特别容易，因为密封件可在内壳体部件布置在外壳体内之后被推入中间空间，而且，通过降下内壳体以使得其重量适当地连同管束的重量一起为密封件施加密封力，就能简单地实现密封。而且，通过经由密封件使内壳体与外壳体不连接，可适应外壳体和内壳体部件之间的不同温度膨胀。

在一个合适的实施例中，密封件是具有上表面和下表面的板，所述上表面和下表面布置成围绕喷嘴和开口与外壳体和内壳体相符，所述板优选在上表面和/或下表面处包括垫圈。

在一个特别的实施例中，喷嘴形成外壳体的第一喷嘴，开口形成内壳体部件的第一开口，外壳体进一步包括第二喷嘴，内壳体部件包括第二开口，第二喷嘴和第二开口布置成经由中间空间流体流通。

本发明还提供了一种装配热交换器的方法，包括：

提供在其底部具有喷嘴的外壳体和具有开口的内壳体部件；

将内壳体部件滑动到外壳体中以与外壳体一起形成中间空间并且到达使得开口处于喷嘴上方的位置；

将内壳体部件布置在外壳体中的升高位置；

将密封件滑动到中间空间中，所述密封件在开口和喷嘴之间为流体提供通道；以及

降下内壳体部件以使得施加在密封件上的重力起密封力的作用。

这种方法特别用于改造热交换器，其中，保留外壳体而将新的管束布置在内壳体部件内。

附图说明

现在参照附图更详细地描述本发明，附图中：

图1示意性示出了带有根据本发明的热交换器壳体组件的热交换器；

图2示出了图1的热交换器沿II-II线的横截面；

图3示意性示出了图1和图2中的密封件25的俯视图。

其中，在不同的图中使用相同的附图标记，它们表示相同或相似的部件。

具体实施方式

参照图1-3，示意性示出了包括根据本发明的热交换器壳体组件或结构2的热交换器1。热交换器壳体组件2包括外壳体4和内壳体部件5。外壳体4在其上侧具有入口喷嘴8(第二喷嘴)，在其下侧具有出口喷嘴9(第一喷嘴)。内壳体部件5在管板12和浮头14之间呈圆柱形延伸，从而与外壳体一起形成了中间空间16。内壳体部件在入口喷嘴8的相对端附近、在其上侧周围具有呈多个孔形式的入口开口(第二开口)21，在相同端、在其下侧具有出口开口23(第一开口)。为了在安装过程中易于操作，内壳体部件5优选设有纵向滑动条24，内壳体部件可在所述纵向滑动杆上滑动到外壳体4中。

密封件25放置在中间空间16中，该密封件在出口开口23和出口喷嘴9之间为流体提供密封通道26。

密封件25在图1中仅示意性显示，其在图2和图3中可最清楚地看到。它的基本结构由与外壳体和内侧壳体部件相符的弧形板28形成。手柄31用于在安装过程中操作密封件。内壳体部件设有焊接在出口23周围的板30，以形成用于密封件的接触面。

为了优化密封性，密封件设有适合地布置在加工到密封件的板28中的环形凹槽座中的顶部密封垫圈32和底部密封垫圈33。合适的垫圈材料是耐高温达250℃的聚四氟乙烯(PTFE)。用Gore-TexSeries300型的、具有多维取向纤维结构的100％膨体PTFE(e-PTFE)获得了很好效果。这种材料的温度范围在-240℃到+250℃，可允许的峰值温度高达315℃。使用3mm厚的PTFE带。为了密封浮头和折流板，使用2mm厚的密封带。在放置密封圈之前，用酒精清洗座并且将垫圈粘合到座上。

因此，密封件25被布置成依靠重力进行密封。在升高内壳体时，该密封件可以被松散地被引入中间空间16。密封力通过由内壳体部件施加在密封件上的重力来提供，无需将密封件紧固到壳体4、5中任一个就能实现密封。在安装密封件之后，内壳体部件并不搁置在出口开口23附近的滑动条带24上。

内壳体部件容纳从管板12延伸到浮头16的管子35、36，该管子也构成压在密封件上的重量。该重量可例如大于1000kg，比如5000kg。带有开口39的纵向折流板38用于提供壳侧的双回程构造。为了机械地安装该纵向折流板，内壳体部件可由上半壳体和下半壳体构成，纵向折流板夹持在上半壳体和下半壳体之间。

现在转向热交换器1的管侧。为了清楚起见，仅显示几根管子35、36。热交换器的管侧31用点表示。在该实施例中，管侧具有双管回程结构。管侧具有通向管入口集管43的入口41。管入口集管与管束的下部部分(多根管子36)流体连通，该多根管子36延伸到与浮头14连接的管端板44，该浮头14又与管束的上部部分(多根管子35)流体连通，该多根管子35延伸到管出口集管47中，管侧的出口49布置在管出口集管47处。入口和出口集管43、47被水平板51分隔开，该水平板51沿外壳体4的中心从壳体端12水平延伸到其中固定管子的管板12。管板通过法兰(未示出)固定到壳体上，壳体的入口端可通过该法兰被打开以便插入或取出内部部件。在浮头14附近的后端也安装有法兰，壳体的端部部分可通过所述法兰取出。

位于相对端的管端板44也固定管子，但是与管板12不同，管端板44和与其连接在一起的浮头14并不与壳体34连接，也就是说，端部集管是浮动的。这允许壳体内的管子热膨胀。代替接收和分布所有管流体的端部集管的是，还可应用分离的U形管。

管子由多个横向折流板65支承。它们特别地可以是扩展的金属折流板，但是也可以应用杆形折流板或其它折流板。在图2中，扩展的金属格66显示为支承上半部分中的管子35。图中仅显示了几根管子延伸通过扩展的金属结构的窗口并由该扩展的金属结构的窗口支承。适当地，下半部分中的管子36以相同方式被支承。

现在讨论装配好的热交换器1的正常操作。当热交换器用于原油蒸馏单元的原油预热序列时，管侧流体可以是(冷)原油，壳侧流体可以是来自原油蒸馏单元的(热)常压渣油。对这种具有相当大结垢风险的应用，壳侧中的扩展的金属折流板是有利的，因为它们抑制结垢。管侧流体经由入口41和管入口集管43沿着管子36流动，进一步经由浮头14沿着管束的上部部分流动到出口集管47和出口49。在该流程中，管侧流体通过与壳侧流体热交换而被加热。

壳侧热流体经由入口喷嘴8引入外壳体，在外壳体中，流体沿着中间空间流向内壳体部件的入口21。该入口由多个在内壳体部件的上部部分周围散布的孔形成。以这种方式，实现管子35周围的壳侧流体的优化分布。壳侧流体流向管板12，经由开口39转向，继续流向出口23。从出口23，壳侧流体通过由密封件形成的通道26流至出口喷嘴9，其中出口喷嘴9处的温度低于入口喷嘴8处的温度。

位于外壳体4和内壳体部件5之间的中间空间(环形)的下半部分填充有不流动或缓慢流动的壳侧流体。该流体将具有差不多接近管侧入口温度的温度。由于密封件不与外壳体4和内壳体部件5连接，因此，它们可响应于它们在操作过程中所具有的不同温度而进行不同的热膨胀。

现在讨论装配图1的热交换器壳结构2的方法。首先，提供外壳体，不包括管入口/出口集管和浮头等组成的端部部分，以使得适当地两个纵向端部都是打开的。在改造的情况下，保留原热交换器的外壳体，提供新的内部部件，通常是管束和内壳体。管板、入口/出口集管和浮头可能需要更改或更换。内壳体部件5，适当地包括管束，在滑动条24上滑动到外壳体内，直到开口23在出口喷嘴9的正上方为止。然后，充分升高内壳体部件以使得密封件可被送入中间空间，位于出口开口23和出口喷嘴3之间。降下内壳体部件以使得施加在密封件上的重力起密封力的作用。然后，通过用法兰连接端部部件可完成热交换器。

如果需要清洗热交换器，其可按相反顺序拆开、清洗、以及重新装配。

Claims (6)

1.一种热交换器壳体组件，包括：

外壳体，所述外壳体在其下侧具有喷嘴；

内壳体部件，所述内壳体部件位于所述外壳体内并且与所述外壳体一起形成中间空间，所述内壳体部件在其下侧具有开口；其中该装置还包括布置成配合安装在所述中间空间中的密封件，所述密封件在所述开口和所述喷嘴之间为流体提供密封通道。

2.根据权利要求1所述的热交换器壳体组件，其中，所述密封件是重力密封件，其中密封力通过由所述内壳体部件施加在密封件上的重力来提供。

3.根据权利要求1或3所述的热交换器壳体组件，其中，所述密封件在正常操作中不与所述外壳体和所述内壳体部件中的至少一个连接，优选既不与所述外壳体连接又不与所述内壳体部件连接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的热交换器壳体组件，其中，所述密封件是具有上表面和下表面的板，所述上表面和下表面布置成围绕所述喷嘴和所述开口与所述外壳体和所述内壳体部件相符，所述板优选在所述上表面和/或所述下表面处包括垫圈。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的热交换器壳体组件，其中，所述喷嘴形成第一喷嘴，所述开口形成第一开口，所述外壳体进一步包括第二喷嘴，所述内壳体部件包括第二开口，所述第二喷嘴和所述第二开口布置成经由所述中间空间而流体连通。

6.一种装配热交换器壳体结构的方法，包括：

-提供在其下侧具有喷嘴的外壳体和具有开口的内壳体部件；

-将所述内壳体部件滑动到所述外壳体中以与所述外壳体一起形成中间空间并且到达使得所述开口位于所述喷嘴上方的位置；

-将所述内壳体部件布置在所述外壳体中的升高位置；

-将所述密封件滑动到中间空间中，所述密封件在所述开口和所述喷嘴之间为流体提供通道；以及

-降下所述内壳体部件以使得施加在所述密封件上的重力起密封力的作用。

Images