CN102414531A - 模块化板壳换热器 - Google Patents

Abstract

一种模块化板壳换热器，其中，焊接的传热板对置于壳中，以将热量从二次流体传递至一次流体。传热板使用垫圈可移除地连接到总管，总管连接到一次流体入口喷嘴和一次流体出口喷嘴。总管通过一结构支撑，该结构靠在附接于壳的内轨道上，该内轨道有利于移除传热板。模块化板壳换热器具有与壳一体的可移除头部，用于移除传热板以进行检查和更换。

Description

模块化板壳换热器

技术领域

本发明总体涉及一种换热器，更具体地涉及用于叠置板式换热器的模块化。

背景技术

用于核电厂的蒸汽发生器中的给水通常在引入蒸汽发生器的二次侧之前进行预热。类似地，给水在引入用于非核电厂引用的锅炉中之前进行预热。通常为此目的使用给水换热器。传统上，换热器设计分为两大类：具有板结构的换热器和具有管壳结构的换热器。这两类在结构和传热方面的主要区别在于传热表面在一种结构中主要是板，而在另一种结构中主要是管。

许多给水加热器应用中的管壳换热器采用具有半球形端部的水平管状壳。水平壳的内部通过垂直于壳轴线的管板分为多个区段。更具体地，在壳的一端限定水室区段，其包括具有水入口的水入口室和具有水出口的水出口室。多个传热管在它们的中部弯曲成U形并沿着壳轴线延伸。这些管在两端固定至管板，使得每个管的一端在水入口室中开口，而另一端在水出口室中开口。传热管被多个管支撑板支撑，管支撑板沿管的纵向以适当间距隔开。在管延伸的部分中，在壳中形成用于蒸汽的入口和排水进出口。

在操作中，从水入口室进入给水加热器的给水流过U形传热管，并从自蒸汽入口进入给水加热器的加热蒸汽吸收热量，以冷凝蒸汽。冷凝物收集在壳的底部并且通过壳底部中的排水管排至外部。由于壳和换热管的圆柱形状，结构很适合作为压力容器，因而管壳换热器已经用于特别高的压力应用。

管壳换热器最明显的缺点在于它们的重量与传热表面的表面积相比太重。因此，管壳换热器通常尺寸较大。而且，在设计和制造管壳换热器时难以顾及传热、流动特性和费用。

典型的板式换热器包括带肋或沟槽的矩形板，板通过端板彼此压靠，端板又通过拉杆或拉力螺杆拉紧到板叠层的端部。板之间的间隙在外周上用带状密封件封闭并密封，密封件还在流动通道处使用。由于光滑板的支承能力较差，它们用通常交叉布置在相邻板中的沟槽加强，其中当沟槽的脊通过彼此支撑时它们还改进了结构的耐压性。然而，更重要的方面是沟槽对于传热的意义，沟槽的形状以及它们相对于流动的角度，影响了传热和压力损失。在传统的板式换热器中，热供应介质在板之间在每隔一个的间隙中流动，并且热接收介质在其余的间隙中流动。流动在板之间经由位于板的角部附近的孔进行。板之间的每个间隙总是包含具有封闭边缘的两个孔、以及用作用于板之间的间隙的入口和出口通道的两个其它孔。当需要小而轻的结构时，板式换热器通常由较薄的板构成。因为板能够构型为任何期望形状，所以可以使传热性质适于大多数任何类型的应用。传统的板式换热器的最大弱点在于密封件限制了换热器的耐压性和耐高温性。在若干情况下，密封件减小了与热供应或热接收的腐蚀性介质一起使用的可能性。

已经试图通过省去所有密封件并且用钎焊接头或焊接接缝代替来改进板式换热器结构。通过钎焊或焊接制造的板式换热器通常类似于配备有密封件的板式换热器。最大的外部区别在于没有端部之间的拉力螺杆。然而，钎焊或焊接的结构使得难以(如果不是不可能)非破坏性地拆卸该换热器来清洁。

已经试图将管壳换热器和板式换热器的优点结合成结构部分地类似这两种基础类型的换热器。一个该解决方案在美国专利5,088,552中公开，其中将圆形或多边形板彼此上下叠置以形成通过端板支撑的板叠层。板叠层由壳环绕，壳的侧部设有用于热供应介质和热接收介质的对应流动的入口通道和出口通道。与传统的板式换热器不同，进入板之间的间隙的所有流动都从板外部引导。当根据该公报的换热器通过焊接封闭时，可以获得与使用管壳换热器时相同的压力，并且获得板式换热器的传热性质。

国际公报WO 91/09262主张提出了对于以上公报的改进，其更加独特地展示了板式换热器和管壳换热器二者的典型特征。圆形板通过形成入口和出口通道的孔的边缘被焊接在一起，而被成对地拉到一起。通过利用板的外周将以上述方式制造的板对焊接在一起，获得了用于一种传热介质的流动的封闭回路。与传统的板式换热器不同，该结构是焊接的，在板中仅具有两个孔。另一传热介质的流动通过包围板叠层的壳被引向板之间的每隔一个的间隙。为了防止流动在板叠层与壳之间进行，利用密封件，密封件主要用作流动偏转件。显然，偏转件不需要耐压性。由于板叠层的结构，难以实现密封件。建议密封件采用弹性橡胶垫圈，使得可以拆卸换热器，例如用于清洁的目的。

当前在核电厂中使用的管壳换热器具有共同的设计缺陷，当发生管劣化时，为了最小化泄漏，唯一的选择是堵住受损的管，导致热能率损失。给水系统中的热能率损失对于核电厂是昂贵的，最终要求更换管壳给水加热器。管壳设计的另一限制是壳侧检查通常限制于小的手孔和检查端口，因此难以检测到腐蚀/侵蚀破坏。明显的腐蚀/侵蚀由于内部阻碍而得以维持，这会导致(1)流动旁通并且热性能下降，以及(2)管由于流动引起的振动而磨损。明显的腐蚀/侵蚀也已经在管壳给水加热器设计的内壳表面上观察到。

因此，新的给水加热器设计期望可长期维持的热能率、相对于当前管壳给水加热器设计而言改进的长期部件完整性。优选地，通过在需要时更换或修理传热表面而不是要求从服务中移除传热表面，会实现可长期维持的热能率。此外，期望能够增加给水加热器的传热能力以适应电厂升级，而不更换整个给水加热器。

发明内容

以上目的通过模块化板壳给水加热器实现，在该模块化板壳给水加热器中，焊接的传热板对置于壳中，以将热量从排水流和抽取蒸汽传递至核电厂中的给水。传热板对使用垫圈连接到总管，总管连接到给水入口喷嘴和出口喷嘴。总管通过一结构支撑，该结构安置在附接于壳的内轨道上并且可沿该轨道移动，内轨道有利于移除传热板。模块化板壳给水加热器具有与壳一体的可移除的头部，用于移除传热板以进行检查、修理或更换。

在一个实施例中，入口总管和出口总管包括多个用于传热板对的初始被塞住的附加附接点。附加传热板可在后期添加以适应工厂升级。理想地，传热板对之间的联接是可拆卸的，以容易修理和更换。

在另一实施例中，多个传热板对以串联结构连接，串联结构在两端连接到入口总管和出口总管。优选地，在壳中设置人道以接近壳的内部，用于将给水入口喷嘴与给水入口总管分离，以及将给水出口喷嘴与给水出口总管分离。

本发明还提供了一种清洁或修理该给水加热器的方法，包括以下步骤：接近压力容器壳的内部；从传热板的传热组件移除至少一个传热板对；清洁、修理或更换移除的传热板对；以及将清洁、修理或更换后的传热板对重新连接到传热组件。优选地，接近压力容器壳的内部的步骤包括移除可拆卸头部或打开压力容器上的人道，移除至少一个传热板对的步骤包括从给水入口总管和给水出口总管移除所述一个传热板对。

本发明还包括一种修理、检查、清洁或升级给水加热器的方法，其中压力容器具有可拆卸头部。该方法包括以下步骤：接近压力容器壳的内部；在传热组件处于压力容器中的同时，将给水入口总管和给水出口总管分别与给水入口喷嘴和给水出口喷嘴分离。该方法还包括更换有缺陷的传热板对的步骤、以及在给水加热器已经服务之后增加传热板对的数量以升级给水加热器的步骤。

附图说明

在结合附图阅读时，从以下对优选实施例的描述将得到本发明的进一步理解，附图中：

图1是本发明的给水加热器的正视图；并且

图2是图1所示的本发明的给水加热器的俯视图。

具体实施方式

核电厂中采用的当前给水加热器设计利用了管壳换热器结构。自从1923年以来一直存在的另一种普通类型的换热器是板框换热器。后者的特征在于紧凑的设计、高传热系数、板中的高流体压降，并且通常限制于低压流体。本发明提供了一种板壳给水加热器，其结合并优化了板框换热器和传统的管壳式换热器的方面。

本发明的给水加热器10在图1的正视图和图2的俯视图中示出。两个传热板12和14焊接在一起，以形成焊接的板对16，在其间形成用于给水流体的路径，如同传统的板式换热器一样。传热板对16例如利用垫圈18和栓接凸缘接头20，在焊接板对16的一端可移除地联接到入口总管22，在焊接板对16的另一端可移除地联接到出口总管24。多个这些焊接板对叠置成隔开的直列结构，每一个板对联接在入口总管和出口总管之间，以形成具有平行流动路径的传热组件。一个该结构在图2的右侧示出。可选地，应理解，多个传热板对16能够串联联接，串联结构的端部以类似方式可移除地附接到入口总管22和出口总管24，如图2的左侧所示。在任一实施例中，传热板对16的终端连接到入口总管22和出口总管24。入口总管22和出口总管24以类似于将一对传热板16可移除地紧固到入口总管22和出口总管24的方式，利用具有垫圈的封闭件，分别连接到给水入口喷嘴26和给水出口喷嘴28，不过应理解可以使用其它可移除附接方式。总管22和24由结构30支撑，结构30安置在附接至圆柱形壳34下部的内轨道32上，圆柱形壳34形成包围传热板组件36的压力容器。轨道32有利于移除传热板组件以进行修理、清洁或升级。壳在一侧上具有一体的半球形端部38，在另一侧上具有可移除的半球形头部40，以将传热组件36完全封装和密封在由圆柱形壳34、半球形端部38和可移除头部40形成的压力容器内。虽然应理解，对于利用本发明而言，端部不需要是半球形的，但是半球形端部对于高压应用是优选的。可移除头部40具有贯穿其延伸的给水入口喷嘴26和给水出口喷嘴28，如图1和2所示。可选地，半球形端部38可代替头部40而构造为可移除，或者两者可通过栓接凸缘连接而连接到壳34，用于增加进入壳34内部以维修传热板组件36的灵活性。壳34还装配有抽取蒸汽入口42、排水入口44和46以及排水出口48和50。

在操作中，入口给水经过入口喷嘴26、入口总管22、传热焊接板对16(在该处被排水流和抽取蒸汽加热)、出口总管24和出口喷嘴28。抽取蒸汽在通过抽取蒸汽入口42进入给水加热器时，通过蒸汽冲击板52分配，经过上壳区域，在该处与从排水流入口喷嘴44和46进入的排水流混合。抽取蒸汽和排水流然后经过传热板之间，在该处被给水冷却，并冷凝至下壳区域，在该处通过排水流出口喷嘴48和50离开。

在电厂停工期间，可利用以下步骤对传热板和壳的内表面进行检查。首先，将壳端部38在凸缘54处取下并移除。然后将总管22和24与入口喷嘴26和出口喷嘴28分离。可使用头部40上的人道56来接近入口总管22与入口喷嘴26之间以及出口总管24与出口喷嘴28之间的连接。可选地，当在凸缘58处可移除头部40时，头部40可在传热组件36在轨道32上滑动的情况下移出，从而可接近入口总管22与给水入口喷嘴26之间以及出口总管24与出口喷嘴28之间的连接。接着，传热板组件36可作为一个单元沿着位于壳34底部中的轨道32移动到能够检查各个传热板12和14与壳34的内部破坏的位置。然后各个传热板对16可清洁，或者在需要时修理或更换。如果需要修理或更换，就将需要关注的传热板对16从入口总管22和出口总管24取下，并且用栓接就位的新的或者修理过的传热板对16更换。出口总管和入口总管还设有一个或更多个初始由塞密封的附加开口60。如果期望未来进行升级，这些附加开口可容纳附加的传热板对16。

可移除的板设计允许更换传热表面，传热板和垫圈的大批量生产使得成本较低而大大节省。采用该设计可以增加板的数量，从而增加传热面积以适应功率升级，并且提供了改进的壳侧检查。

虽然已经详细描述了本发明的具体实施例，但本领域技术人员将理解，根据本公开的总体教导可以对细节实施各种变型和替代。例如，虽然示出了分开的入口总管和出口总管，但是也可使用执行所述功能的任一其它结构而不脱离本发明的精神。此外，虽然优选实施例在给水加热器的应用中描述，但本发明可在大多数其它类型的换热器中以类似的益处使用。因此，公开的具体实施例仅仅为了例示，不限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求及其任意全部等同物的范围给出。

Claims (15)

1.一种换热器，包括：

压力容器壳，其具有一次流体入口喷嘴、一次流体出口喷嘴、二次流体入口喷嘴、排水出口喷嘴和传热组件，该传热组件包括：

一次流体入口总管，其从一次流体入口喷嘴延伸至压力容器中，并且利用可拆卸配件与一次流体入口喷嘴联接；

一次流体出口总管，其从一次流体出口喷嘴延伸至压力容器中，并且利用可拆卸配件与一次流体出口喷嘴联接；以及

多个传热板对，每个板对被围绕周边密封，以限定其间的流动通道，该流动通道具有利用可拆卸配件与一次流体入口总管连接的传热板入口喷嘴和利用可拆卸配件与一次流体出口总管连接的传热板出口喷嘴。

2.如权利要求1所述的换热器，其中，所述多个传热板对被可动地支撑在附接至压力容器的轨道上，使得所述多个传热板对能够作为一个单元通过沿轨道移动该单元而经可拆卸的压力容器头部从压力容器移除。

3.如权利要求1所述的换热器，其中，压力容器具有可拆卸头部，一次流体入口喷嘴和一次流体出口喷嘴从可拆卸头部延伸。

4.如权利要求1所述的换热器，其中，一次流体入口总管和一次流体出口总管均装配有用于附接到传热板对的对应数量的额外联接件，该额外联接件初始被塞住，并且能够在换热器已经运行之后通过将至少一些额外联接件拔去塞子并且将对应数量的附加传热板对附接而用于之后的换热器的传热能力升级。

5.如权利要求1所述的换热器，其中，至少一些将对应的传热板对连接到一次流体入口总管的传热板入口喷嘴以及至少一些将对应的传热板对连接到一次流体出口总管的传热板出口喷嘴与可拆卸联接件连接。

6.如权利要求5所述的换热器，其中，至少一些可拆卸联接件是带凸缘的连接部。

7.如权利要求1所述的换热器，其中，多个传热板对一起连接成串联流动路径。

8.如权利要求1所述的换热器，其中，每个传热板对在一次流体入口总管与一次流体出口总管之间连接成并联路径。

9.如权利要求1所述的换热器，其中，压力容器壳具有人道，该人道用于接近壳的内部，从而将一次流体入口喷嘴与一次流体入口总管分离，以及将一次流体出口喷嘴与一次流体出口总管分离。

10.如权利要求1所述的换热器，其中，压力容器壳是具有半球形端部的圆柱形。

11.一种清洁或修理权利要求1所述的换热器的方法，包括以下步骤：

接近压力容器壳的内部；

从传热组件移除至少一个传热板对；

清洁、修理或更换移除的传热板对；

将清洁、修理或更换后的传热板对重新连接到传热组件。

12.如权利要求11所述的清洁或修理换热器的方法，其中，接近压力容器壳的内部的步骤包括移除可拆卸头部或打开压力容器上的人道，移除至少一个传热板对的步骤包括从一次流体入口总管和一次流体出口总管移除至少一个传热板对。

13.一种修理、检查、清洁或升级权利要求1所述的换热器的方法，其中压力容器具有可拆卸头部，该方法包括以下步骤：

接近压力容器壳的内部；以及

在传热组件处于压力容器中的同时，将一次流体入口总管和一次流体出口总管分别与一次流体入口喷嘴和一次流体出口喷嘴分离。

14.如权利要求13所述的方法，包括更换有缺陷的传热板对的步骤。

15.如权利要求13所述的方法，包括在换热器已经运行之后增加传热板对的数量以升级换热器的步骤。

Images