CN102667360A - 用于泄漏敏感应用的双壁轴流式电加热器 - Google Patents

Abstract

一种用于泄漏敏感应用的双壁轴流式电加热器提供了耐腐蚀且抗泄漏的组件且包括在电加热棒外面的保护管，由增压室隔开的双管板以及被定位成对穿过所述保护管的壁的泄漏进行检测的泄漏检测器。本设计包括两个或多个管束选项，将各管束插入包围所述管板和加热器的壳体的相对端部中。本设计易于维修，因为每个加热棒均可以当装置在使用中时被独立更换。提供不同直径的保护管，可以从标准单一通量加热棒提供可变的热通量。设有内置的热电偶套管以允许直接监控加热捧的温度。通过使用转向挡板来避免热点以及通过使用辐射形挡板支撑所述管来避免振动。

Description

用于泄漏敏感应用的双壁轴流式电加热器

本发明一般涉及电加热流体的领域，更具体地说，涉及用于泄漏敏感应用的双壁轴流式电加热器。

定义

以下提供本发明某些术语的定义：

“加热棒”为在模锻式金属护套中的组装加热器，把所述加热棒插入保护管中。所述组装加热器包括三个区，即从冷接点（cold junction）向外延伸的具有低热输出的引线区、包括纯加热器（heater proper）的具有高热输出的第二区、和包括冷趾（cold toe）的具有低热输出的第三区。

“拉杆”包括多条用于将挡板组件固定在一起的长的金属棒。将拉杆的一端螺纹穿入管板，拉杆的另一端例如由螺母固定。所述挡板具有与拉杆位置匹配的孔，所述挡板在拉杆上面滑动并使用在挡板之间的隔板（spacer）被纵向地定位。

“隔板”为将与拉杆连接的挡板分开的装置。所述隔板通常为管，所述管的直径大于在挡板中适合通过拉杆的孔。拉杆压缩挡板和隔板构成的组件以固定所述组件和防止振动（chatter）。由于隔板的两端均压紧在挡板或管板上，所以很少流体会流入隔板内。因此隔板可以用来阻止流体流入换热器的某些区域。在本文所述的实施例中，隔板被用作此目的以及用于将挡板分开。因此，隔板的截面形状可与常用的管不同，为流动区域中流体提供所需的形状。

“保护管”为插入加热器壳体中的管，将加热棒与在壳体中的流体分开。

“套管”为位于加热棒周围的装置，所述套管强迫流体流入具有长度/间隙比例大的间隙中以平整流体的流动。

“引线”为从加热器外导电至纯加热器的电线，大部分的热能由纯加热器产生。

“冷接点”为引线与纯加热器中的加热线圈之间的接合点。

“纯加热器”是指设计成主要热源的加热器的一段，通常由高电阻加热线或线圈组成。纯加热器位于冷趾与冷接点之间。

“冷趾”是与加热引线隔开的部分，在那里，产生热的线圈由低电阻电线的U型件彼此连接。这部分较所述纯加热器冷得多。

“热膨胀间隙”为允许加热棒在保护管内的差热膨胀的间隙。

背景

传统上通过管壳式换热器加热气体和流体，其中流过管子的热流体或气体提供热，热穿过管壁加热流过换热器但在管子外面的材料。壳体包含待加热的流体或气体，通常是圆柱形以提供良好的压力屏障。在圆柱两端的压力屏障由管板提供，空心管被型锻在所述管板中。然而，许多不同的设计也是可行的。当应用对泄漏敏感时，换热器往往设有双管板，在管板之间设有间隙，从而可以防止从管子到壳体的泄漏或反之亦然，且可以观察到泄漏，从而可以在主要泄漏发生之前进行维修。作为替代方案，可以将加热流体引入壳体中，而待加热的流体可以流过管子的内部。

当需要更高温度时（较可以从蒸汽（诸如水蒸汽）所得到的温度高），或者当流体被用作流过管子的热传递流体时，使用电加热器代替所述管子。然而，与管壳式换热器相比，电加热器存在某些限制。至少使用两种基本设计：炉的设计，其中流体流过位于电加热炉内的管子，或直接浸入式设计，其中流体在加热棒上流动，所述加热棒被直接插入到某种导管中。

炉的设计的一个例子为辐射线圈炉（见Wellman的设计），其中容纳气体的盘管通过电加热元件加热，其结果炉壁带热。该炉通常具有盖子或端板，管道伸出所述盖子或端板以与工艺的其余部分连接。当管道被加热时，所述管道膨胀并移动。该炉通常不是气密或具有额定压力以允许管道移动和降低成本。

第二个例子使用了诸如在美国专利US 7,318,735中所示的浸入式加热器，其为带凸缘的设计，其中将多个U型加热元件与凸缘焊接，与电加热器连接的电线从凸缘中的孔伸出。加热元件束被放置在空管道内而被加热的流体从管道的侧部进入和离开。

如果管发生泄漏，这两类设计会把材料释放到大气中，必须停机来进行维修。使用腐蚀性材料会增加泄漏的可能性：许多腐蚀性材料也是有毒的，因而严重危害健康。尽管有泄漏的风险，但很多时候没有泄漏检测系统来警告操作员。腐蚀随着温度上升而迅速加剧，因而管上的任何热点会腐蚀得更快。炉的设计导致管道存在一部盲区，所以管道的某些部分较其它部分热。对于浸入式设计来说，一些区域的流动不畅顺，因而无法除去热而变成热点。对于难以加热的腐蚀性气体这种情形尤其明显。

从美国专利US 7,318,735的图1可以看出，流体从侧部进入，因此必须转向下并从出口流出。这种方向的转变使在从横流到轴流的转移中产生低流动区域，所述低流动区域可以造成热点。在‘735专利中没有提出任何改善这转移的机制。此外，电加热器的特征在于每单位长度所发出的热是恒定的，因而，如果不从加热器的全部区域均匀地去除热，可以发展成“热点”。这种情况不会在管壳式换热器出现，因为低热传递的区域根本不传递热，因此，热点问题不是太严重。因而，不可能使用带电加热器的标准管壳式设计，因为典型的横流挡板会产生热点。也可以看出，一个加热管或线的故障便需要将整个组件移除以修理该故障。如在美国专利US 7,318,735中所述，这使运作成本增加。然而，在美国专利US 7,318,735中所提出的解决方案也有缺陷，即必须将装置关闭和拆除，在总管板（header plate）上焊接。

腐蚀性材料的另一个问题是它们通常具有不应该超过的上限温度。因而限制了可于加热器的热端使用的通量。然而，由于加热器通常具有单一通量，这意味着于冷端也有低通量，因而整体加热器会更大。这问题的一个解决方案是可变的通量率，其中于冷端的通量较于热端的高，但这种加热器更昂贵且不容易得到。另一个缺点是没有测量加热器温度的方法，使得当加热器过热时可以知道。有可能将个别的热电偶套管穿过顶板，但这需要更多空间和板的额外穿透件，且每个热电偶套管仅仅测量它与加热器接触的点。

简述

本发明的实施例的目的包括（但不仅限于）通过降低泄漏的风险和通过预报的泄漏检测来提供改进的安全性，拥有本发明的成本低，沿加热器长度具有可变通量，减少可以加剧腐蚀速率的热点，以及减少或消除加热器的过热。

结合附图并参阅以下的说明，本发明的其它目的和优点将显而易见，其中，通过阐述和举例公开了本发明的具体实施例。

根据本发明的较佳的实施例，揭示了用于泄漏敏感应用的双壁轴流式电加热器，其包括：

容纳待加热的泄漏敏感的流体的壳体，所述壳体具有至少一个用于管板的端连接，至少用于流体入口或出口的第一连接和第二连接，所述第一连接和第二连接可以是侧连接或端连接，

主管板和副管板，其中主管板与壳体的端连接连接，而副管板直接地或通过导管与主管板连接，

至少一个在卡销式保护管内的加热棒，其中保护管的一端是一个封闭端，从而可以自由膨胀，而另一端则与主管板密封，加热棒与副管板密封，以及

至少一个流动转向挡板，所述流动转向挡板位于流体入口之后或流体出口之前。

进一步泄漏保护包括在主管板与副管板之间的导管，所述导管被设计成承受过程压力并提供压力传送器和警报器以接纳穿过保护管的泄漏，以及当泄漏发生时提供警报。可以把装置暂时停机进行紧急维修，按照管壳式换热器的标准惯例把加热棒移除和堵塞泄漏的保护管。更优选的是，各加热棒个别地与副管板压力密封，从而如果加热棒故障，可以在使用中时移除或更换加热棒，以及在保护管内和在加热棒外具有高发射率涂层以加强它们之间的辐射转移。通过将第二管束插入第一管束的相对端可以使成本进一步降低。通过增加或改变保护管的直径可以得到可变通量的额外设计灵活性。可以将热电偶套管插入加热棒的中心或保护管中以直接测量于不同位置的加热器温度。

附图简介

附图构成本说明书的一部分且包括本发明的具体实施方案，具体实施方案可以各种形式来实施。应该理解到，为了有助于理解本发明，本发明的各方面在一些情况下可能扩大或放大显示，其中：

图1是结合本发明的技术特征的基本热交换装置的剖视示意图，所述装置具有一个管束，侧入口和端出口；

图2是具有两个管束，侧入口和出口的延伸的实施例的剖视示意图；

图3是阐述流体通过标准管壳式换热器的流动路径的剖视示意图；

图4是阐述由流体通过标准管壳式换热器的流动路径造成的热点的剖视示意图，图中该管已经由电加热器取代；

图5是阐述轴流在电加热器的管壳式换热器中避免低流动区和热点的截面示意图；

图6是结合本发明的技术特征的包括转向挡板的换热器的截面图；

图7是支撑保护管的辐射形挡板的截面图；

图8是保护管布置的截面图，图中出示了轴流挡板和隔板；

图9是保护管布置的截面图，图中示出了轴流挡板和隔板，并使用隔板作为延伸的表面面积；

图10是保护管布置的截面图，图中包括用作轴流挡板的大中心管；

图11是保护管布置的截面图，图中示出了使用方形排管，所述方形排管被轴流挡板包围；

图12是换热器的部分的示意图，图中阐述通过对隔板和挡板进行辐射来提供延伸的热传递区域；

图13是阐述通过改变保护管的直径来提供可变通量的示意图；

图14是阐述现有技术将被薄护套覆盖的加热棒焊接到支撑板中的截面图；

图15是示出将加热棒和保护管密封以使板分开的截面图；

图16是插入式温度传感器的侧视图；

图17和图18分别是带由加热线圈包围的中心热电偶套管的加热棒的端视图和纵视图。

详述

虽然本文提供了较佳的实施例的说明，应当理解到，本发明可以各种形式实施。因此，不应将在本文揭示的具体细节解释为限定，而应作为权利要求的基础和教导本领域技术人员在任一适当具体系统、结构或以任何方式实际应用本发明的代表性基础。

图1是本发明的基本实施例的原理的示意图。上部分包括与在传统管壳式换热器中使用的双管板类似的双管板配置。因为只有一种流体被加热，为了避免热交换流体与被加热流体之间的交叉污染，所述管板构成双壁的顶部。次级保护由在主管板101之间的增压室（plenum）135构成，所述主管板通过带凸缘的导管103与副管板102连接，所述带凸缘的导管依次与副管板102焊接，并用螺栓104固定在主管板101上，所述螺栓还将该组件固定在壳体100上。导管134设有穿透件（penetration）105和注入和吹扫连接件107，所述导管134通向泄漏检测器106，所述泄漏检测器可以是诸如压力或温度发送器、传导率或密度检测器或气相色谱仪等不同的装置之一。在传统的带双管板的管壳式换热器中，穿透件105仅仅为漏孔，且通过操作员注意到某物从所述孔滴下而完成泄漏检测，这对于泄漏敏感应用是不能接受的。由主管板101，保护管108和与管密封128相连的管板提供主要保护。较佳地，使用标准换热器的制造技术使保护管108膨胀进入主管板101中，最好还与主管板101密封焊接，进一步降低泄漏的风险。把电加热棒109插入保护管108中，在它们之间有间隙空间110，所述间隙空间至少足以考虑到制造公差，差热膨胀和由腐蚀引起的可能的厚度增加。加热棒109通过在副管板102中的孔113穿过在绝缘块112中的孔111，并通过个别的压力密封件（pressure seals）114，所述压力密封件通过短管115焊接到副管板102。图的压力密封件是标准通孔低泄漏率压紧接头，例如由Swagelok或Parker制造的那些，并根据制造商的指示用套圈116将所述压力密封件与加热棒密封。其它的压力密封件诸如凸缘和O型圈密封件也是可行的。加热棒109可具有标准尺寸管的延伸件117，将延伸件焊接在实际的加热棒上，可以改善密封部位的紧密连接。压缩密封件是特别有利的，因为它具有低泄漏率和占用面积小的特点，要检查时，可以把压缩密封件打开和重用多次，当旧的加热棒被更换之后，可以通过所述压力密封件直接插入新的加热棒。于加热棒109的顶端设有通往导管120的密封件118，和延伸到接线盒121的绝缘电线束119。在工业应用上，实行时需要将在刚性或柔性的导管120中的电线封闭。其中所述电线束119还包括热电偶引线，应当将所述热电偶引线隔离以抵抗由电源电线产生的电磁场。将接线盒设置于侧部，使得可以很容易地移除个别的加热棒109和整个主管板101，以及带保护管束108的副管板102。

注入和吹扫连接件107用于对在主管板101和副管板102之间的充满保温材料的增压室135加压，以及用对结构材料和工艺流体123惰性的气体122充满所述管周围的间隙空间110。如果发生泄漏而需要将换热器的顶部打开时，也可以用气体122变压吹扫工艺流体（process fluid）123的增压室135和间隙空间110。工艺流体123通过侧入口进入并撞击保护管108的两侧。流动箭头124示出了使所述工艺流体向上转向，到达壳体顶部的周围，然后向下转向以流入转向挡板126的导流罩部分125。导流罩125的功能是在壳体顶部发生涡流之后平整流体的流动。在导流罩和保护管之间的间隙132使压力下降，这有助于均匀分布所述流动。按照管壳式换热器的标准惯例，挡板126由来自主管板的隔板（图中未显示）和隔离棒（图中未显示）支撑。在几个位置设置额外的辐射形挡板127，所述辐射形挡板是带非常开放结构的管状支撑挡板，以减小保护管的振动，同时使对流动的干扰减至最小（如图7所示）。流体流动箭头124进一步示出工艺流体123的轴流往下到达换热器，经过加热器和保护管的端部133，然后从中心出口129离开，已被加热的工艺流体130继续前往另外的导管（图中未显示）。另一种替代方案是提供侧面出口，但是这需要另外的转向挡板126以在没有对轴流造成干扰的情况下使流体转向到侧面出口流出。该实施例的好处在于加热棒109和保护管108都是卡销式（bayonet style）（即于下端部是无限制的），这意味着它们于底部可以自由膨胀，因此它们的热膨胀不会把在管板上的张力推向管密封件128，已知在传统管壳式换热器中管密封件是最有可能发生泄漏的区域。

图2示出了第一和第二加热器组件201,202的示意简图，每个加热器组件的更多细节在图1示出，底部加热器组件202与顶部加热器组件201反向设置。在这实施例中，流体210通过顶侧面入口203进入到顶部加热器组件201，并通过中心出口204离开，所述中心出口也是底部加热器组件202的中心入口，并通过侧面出口205离开。在这实施例中，底部壳体206的直径较顶部壳体207大，使得底部保护管208的直径较顶部保护管209大。对于每线性英寸相同瓦（same watts per linear inch）来说，较大直径的保护管208比较小直径的管209具有较低的热通量（瓦/平方英寸）。因此，这是在加热器底部中具有较低通量的两级加热器的例子。为了标准化，在保护管208,209两者中使用相同大小的加热棒211是特别有利的。通过将侧面出口205连接到另外的加热器的入口（图中未显示）以串联的方式连接额外的加热器也是可行的。

图3，图4和图5示出了流动的示意简图，示出电加热管壳式换热器的轴流的好处。图3示出了典型的管壳式换热器301。热流体302流动通过入口管板303，往下流入管304并从底部管板305离开。冷的流体306从侧面入口307流入，横过管304并由挡板308转向以在通过侧面出口309离开前反复横过管304。位置310所述流动由挡板308的阻挡作用逆转，使位置310的流速非常低，因此热传递也是非常低。不利的是，热流体在这个位置没有被冷却，而未被交换的热由所述流体带到另一个热交换的位置。因此，低流动点的存在导致热传递损失。在这种类型的交换器中，主要的泄漏来源311是管板303,305和管304被加热和膨胀时在管板303,305与管304之间的连接312。

在图4中，图3的热流体302由插入式加热棒320取代，不需要底部管板305，保护管322由盖327终止，使管322可以自由地膨胀，从而减小于管322和顶管板321之间的连接326泄漏的风险。低流动位置323与在图3中的低流动位置310位置相同，但此时因为没有热流体携带热，所以未被传递的电热不会被向下带到保护管322。因此，保护管322的低流动位置323可以形成热点324。形成热点是不希望有的，因为它们可以导致保护管322的腐蚀加剧，或使壳侧流体325分解。因此，这些变化降低了于管板泄漏的风险，但增加了由于热点而泄漏的风险。

在图5中，通过改变壳侧流动路径341和加热棒342可以降低或消除由于热点而泄漏的风险。冷的流体343从侧面入口344进入到由壳体346，顶管板347和转向挡板348形成的腔室345。转向挡板348使流体343改变其流动路径341从初始的横流变为轴流，如流动箭头349所示。在转向挡板348上面存在一些低流动区域350，但将加热器改进成将“冷端”351定位在转向挡板的顶部352下面使在所述转向挡板上面存在未加热区域。冷端351位于加热引线353与纯加热器354之间的连接点。

在底部转向挡板355下面存在类似的低流动区域350，而将加热棒342设计成具有低热输出的冷趾356在转向挡板357的底部上面开始。在加热棒358的端部和保护管359的端部之间设有热膨胀间隙360，以当保护管359在加热期间膨胀时防止加热棒342与保护管359接触。

图6是流动的放大截面示意图，图中示出了把转向挡板408插入换热器401的壳体406中。冷的流体403从侧面入口404进入到由壳体406，顶管板407和转向挡板408形成的腔室405中。转向挡板408具有两个元件，即挡板409和导流罩410，所述挡板基本上阻挡流体流入换热器中，所述导流罩包围保护管402并迫使流体403均匀地通过每个保护管402周围的间隙414分布和加强流动使流动变成为轴向。导流罩410还保护保护管402免受入口流体403的交叉管流（cross-tube flow），从而减小在管402上的可以引起振动的力。挡板409位于侧面入口404的底部下面以确保密封。导流罩410从挡板409延伸，最好延伸到侧面入口404的高度的大约50％的位置。冷端411位于导流罩的顶部下面，在那里开始轴流并具有良好的热传递。因此，高的导流罩的好处在于有更多可用的加热长度。另一方面，导流罩的顶部越接近顶管板407，用于流动转向的空间越小，从而导致压力下降和分布不均。通过有限的元件分析使用计算器来模拟流动，有助于在给定的流动条件下进行优化。为了有良好的流动分布和低振动，较佳的是入口直径412与壳体直径413大致相同。

图7示出了辐射形挡板127在管支撑结构中单孔502的截面示意详图。所述的管支撑结构是图1所示的用于支撑辐射形挡板127的典型结构。通过三个短小突出部503将保护管501支撑在孔502的中心。短小突出部503的支撑防止管502的过度移动和振动。短小突出部503的细小尺寸为流体流动提供了大的流通区域504，因此得到低的压力下降。

图8，图9，图10和图11示出了几种替代的保护管和纵流挡板的配置的截面示意图。为了清晰起见，内部具有加热棒的保护管没有单独地显示，它们的组合由交叉线阴影圈表示。在图8中，各个保护管601成三角形图案布置，其中中央部分留有大致相等的间隙602，而在外圆周没有足够空间放置保护管的位置留有较大的间隙603。使用不同形状的纵向挡板604填充这些较大间隙603，使间隙的大小更均匀。用固定在管板和檔板上的隔板605把挡板固定在位。

在图9中，各个保护管611也成较大的三角形图案布置，其中中央部分留有大致相等的间隙612，而沿外圆周没有足够空间放置保护管的位置留有较大的间隙613。还使用相同形状的纵向挡板614填充这些间隙，使间隙更均匀。同样用固定在管板和檔板上的隔板615把挡板固定在位。还设有额外的隔板616以使保护管611之间的间隙更均匀和提供延伸的表面面积。热的保护管611将热辐射到隔板616，所述隔板然后还通过传导和对流把流体617加热。

在图10中，被定位在中间的大管子621由排列成环形的较小管子622包围。如在图8和图9中，用相同形状的纵向挡板624把在圆周的较大间隙623填充，使所述间隙更均匀。用固定在管板和檔板上的隔板625把挡板固定在位。还在管621,622之间的间隙中设置额外的隔板626以进一步减小所述间隙空间和提供延伸的表面面积。热的保护管621,622将热辐射到隔板626，所述隔板然后通过传导和对流把流体628加热。作为进一步的变型，可以将多个加热棒放置在大保护管621中。

在图11中，在换热器的中心把保护管631布置成四方形图案，在所述管之间具有均匀的间隙632。用单个大挡板634封堵在所述四方形阵列外面的大空白区域633，所述单个大挡板由截面挡板637和纵向挡板636组成，其完全包围管631并用作额外的热传递区域。如前面所述，用挡板634封堵以防止流体流过其中，挡板634由隔板635支撑。

图12示出了用于计算由挡板701和隔板702提供的延伸的表面面积的好处的辐射热传递网络的例子。扇形部分703表示与图10类似的带圆形截面的加热器的对称部分，用于减小计算在全截面中热传递的时间。中心加热器704和外部加热器705封闭电加热棒，所述电加热棒将热辐射到挡板701和隔板702。所有表面均由垂直于加热器流动的流体706冷却；因此隔板702和挡板701用作额外的表面面积并提高了整体的热传递。

图13阐述了改变保护管801的直径如何在没有改变加热棒802本身的线性热输出的情况下改变通量。加热棒802的直径803较保护管801的顶部直径804小。由于所有来自加热棒802的能量均通过保护管801流出，于保护管801的表面807的热通量（即每单位面积的热）与加热棒和保护管的直径之比成正比例。在膨胀部分805之后于保护管801的表面807的通量较低，因为保护管直径于底部806较大。

图14是现有技术的单一加热器901焊接到支撑板902的截面图，图中示出了现有技术的电加热器用于加压操作时在防止泄漏方面的一些缺点。待加热的流体903包围加热器并通过薄金属护套904与加热器901的内部隔离，通过用于制造加热器的模锻技术（swaging technique）来确定所述薄金属护套的厚度。在加热器内的电线905由细微的矿物氧化物粉末906绝缘，所述矿物氧化物粉末的绝缘性能主要来自粒子之间的间隙。电线延伸穿过填充化合物柱塞907到达加热器组件的外面。一旦在护套904中出现孔909，在护套外面的流体903可以流过孔909和绝缘材料中的间隙到达柱塞907，所述柱塞907不是压力密封件，最终将会在压力增加的情况下发生故障，使流体释放到环境中，引致潜在的严重的健康和安全问题。由于加热器护套904被焊接到支撑板902，当泄漏发生时需要把整个支撑板移除，将加热器切断并将新的加热器焊接到组件中。因为这需要大量的工作，使用这现有技术的加热器配置的人趋向容忍小量泄漏，希望在工厂停工的时间来到之前泄漏情况不会转坏。虽然这种态度是可以理解的，它可能会导致灾难性的故障和有毒物质的大量释放。

与之不同的是，图15所示的组件加入了本发明的特征，图中示出了在保护管1002内的单一加热器1001的截面，保护管1002首先膨胀进入管板1004中的孔1003，然后被密封焊接。使用诸如由Swagelok制造那些通孔压紧接头1012将加热器1001与分开的支撑板1005密封，所述压紧接头被焊接到支撑板1005。可以在低于外面的流体1007的压力的情况下用流体1006填满加热器1001和保护管1002之间的间隙1010。如果形成了孔1008，外面的流体1007进入所述间隙并使内部的流体1006的压力增加，并由压力发送器1009立即检测所述压力增加。因此，操作员会知道那儿有一个孔，但操作员在泄漏到外面发生之前还有一些时间，由于加热器的护套1011是后备的压力屏障。操作员可以关机并把流体1007清除掉，安全地把加热器打开，把加热器支撑板1005和被固定的加热器1001拿出来，按照管壳式换热器的标准惯例找出泄漏的保护管和把它堵塞，因此把泄漏密封。然后可以通过打开压紧接头1012把放进有故障的保护管1002的加热器1001移除，用标准的盖把接头配件1012密封（图中未显示），重新安装支撑板1005和加热器1001，因而把换热器放回以进行操作，虽然于稍为低的功率进行操作，因为少了一个加热器。这较移除支撑板，切掉故障的加热器和重新焊接新的加热器快得多，且所有步骤均可以在不需要焊接设备的情况下于换热器就地完成，焊接设备可能会导致失火或爆炸并被严格限制使用。更常见的问题是在加热棒1001本身会发生接地短路，这些故障可以很容易地通过在外面测试引线而被检测得到。因为操作员知道保护管1002是完好的（因为压力变送器1009示出了低压力），可以很容易地取出压紧接头1012，移除旧的加热器1001并用新的加热器取代，接着把压紧接头1012再密封。

图16至图18阐述了所描述的实施例的特别有利方面，如提供在加热器中于多点直接测量加热器温度的能力。图17和图18分别是带六个加热线圈1106包围热电偶套管1104的加热棒的端视图1101和纵向截面图1102，可以把热电偶或热电偶束1105或其它温度检测装置插入所述热电偶套管，并把所述热电偶套管装入多管加热器护套1107中。对于使用三相电源的大型工业用加热器来说，使用六个线圈是特别有利的，因为每对加热线圈可以是一个完整的单相电路，从而每个多管加热器直接由自动平衡的三相电源供电，且可以把加热器从系统中移除，而没有给其它加热器造成不平衡负载。热电偶束有不同长度1109的热电偶，每个热电偶测量在其尖端1108的温度，对应于在热电偶套管1104内的不同深度。

因此，本发明通过双壁结构来降低泄漏的风险，所述双壁结构具有外壁和在壁之间的泄漏检测机制。此外，通过提供关于加热温度的信息，避免可能会导致腐蚀加剧的热点，增加操作性能和改善加热器寿命。更进一步，提供更换个别加热棒来提，这有助于更便利维修。

虽然结合较佳的实施例叙述了本发明，但并不意味着将本发明的保护范围限定于所述的具体形式，相反地，本发明涵盖包含在由随附的权利要求书所限定的本发明精神和范围内的替代、修改及等同的内容。

Claims (24)

1.一种轴流式电加热流体换热器，包括：

细长的换热器壳体，所述壳体具有主管板，一个或多个电加热器延伸穿过所述管板进入所述壳体的内部空间，在所述壳体的侧部设有第一端口并且在所述壳体的侧部或端部设有一个或多个额外端口，所述端口提供进入所述壳体的入口和从所述壳体离开的出口，用于将流体送入所述壳体中位于所述主管板下面但在所述电加热器外面的所述内部空间，其中所述电加热器位于所述内部空间内，

与所述主管板隔开并在所述主管板上的副管板，在所述主管板与所述副管板之间具有增压空间，由所述主管板、所述副管板和所述增压空间组成第一组管板，

所述一个或多个电加热器包括多个保护管，在每个保护管内至少有一个加热棒，所述一个或多个保护管具有外表面并且第一端部与所述主管板密封，第二端部远离所述主管板，是一个封闭端，形成将所述一个或多个加热棒封闭在其中的无流体空间，所述无流体空间与所述增压空间连通，以及

至少一个流动转向挡板，所述流动转向挡板位于所述内部空间中在所述第一组管板下面，并且处于作为进入所述壳体的内部空间的流体入口的所述端口之一与作为从所述壳体的内部空间离开的流体出口的所述端口之一之间。

2.根据权利要求1所述的轴流式电加热流体换热器，进一步包括：

由增压空间隔开的至少第二组主和副管板，所述第二组管板与所述第一组管板沿所述壳体的长度轴向地隔开；从所述第二组主和副管板延伸的第二组电加热器，所述第二组电加热器的保护管与所述第二组主管板连接，所述第一和第二组管板的副管板所隔开的距离大于所述第一和第二组管板的主管板之间的距离；以及至少一个额外流动转向挡板，所述额外流动转向挡板位于所述内部空间中，处于所述第一和第二组管板的主管板之间。

3.根据权利要求1所述的轴流式电加热流体换热器，其特征在于，将从所述轴流式电加热流体换热器离开的流体送至一个或多个与所述轴流式电加热流体换热器串联连接的额外电加热流体换热器。

4.根据权利要求2所述的轴流式电加热流体换热器，其特征在于，将从所述轴流式电加热流体换热器离开的流体送至一个或多个与所述轴流式电加热流体换热器串联连接的额外电加热流体换热器。

5.根据权利要求1所述的轴流式电加热流体换热器，进一步包括一个或多个位于所述主管板下面的轴流挡板。

6.根据权利要求1所述的轴流式电加热流体换热器，进一步包括压力密封件，所述压力密封件位于每条加热棒穿过所述副管板的位置。

7.根据权利要求6所述的轴流式电加热流体换热器，其特征在于，所述压力密封件由压紧接头、凸缘或者金属或橡胶O形圈密封装置提供。

8.根据权利要求1所述的轴流式电加热流体换热器，其特征在于，将多个不同直径的保护管密封连接到所述主管板。

9.根据权利要求1所述的轴流式电加热流体换热器，进一步包括一个或多个不被加热的隔板或挡板，所述隔板或挡板被定位成吸收来自所述保护管的热并由所述流体冷却。

10.根据权利要求1所述的轴流式电加热流体换热器，其特征在于，至少一个保护管至少具有直径不同的两个部分。

11.根据权利要求1所述的轴流式电加热流体换热器，进一步包括从所述主和副管板之间的增压空间延伸的导管以及位于所述导管中的泄漏检测器，所述泄漏检测器用于检测穿过一个或多个保护管进入所述保护管中的所述无流体空间的泄漏，所述泄漏检测器包括一个或多个压力传感器、温度传感器、密度传感器、导热率传感器、液体检测器或气相色谱仪接入口。

12.根据权利要求1所述的轴流式电加热流体换热器，进一步包括在所述增压空间中设置的保温材料。

13.根据权利要求1所述的轴流式电加热流体换热器，进一步包括轴向地延伸通过所述一个或多个电加热器的中心的热电偶套管，每个所述热电偶套管均具有一个或多个放置在其中的温度测量装置。

14.根据权利要求1所述的轴流式电加热流体换热器，进一步包括一个或多个与所述一个或多个保护管同轴放置的辐射形挡板。

15.根据权利要求2所述的轴流式电加热流体换热器，进一步包括一个或多个位于所述主管板之间的轴流挡板。

16.根据权利要求2所述的轴流式电加热流体换热器，进一步包括压力密封件，所述压力密封件位于各加热棒穿过所述副管板的位置。

17.根据权利要求16所述的轴流式电加热流体换热器，其特征在于，所述压力密封件由压紧接头、凸缘或者金属或橡胶O形圈密封装置提供。

18.根据权利要求2所述的轴流式电加热流体换热器，其特征在于，将多个不同直径的保护管密封连接到所述主管板。

19.根据权利要求2所述的轴流式电加热流体换热器，进一步包括一个或多个不被加热的隔板或挡板，所述隔板或挡板被定位成吸收来自所述保护管的热并由所述流体冷却。

20.根据权利要求2所述的轴流式电加热流体换热器，其特征在于，所述至少一个保护管至少具有直径不同的两个部分。

21.根据权利要求2所述的轴流式电加热流体换热器，进一步包括一条或多条从每组主和副管板之间的增压空间延伸的导管以及位于所述一条或多条导管中的泄漏检测器，所述泄漏检测器用于检测穿过一个或多个保护管进入所述保护管中的所述无流体空间的泄漏，所述泄漏检测器包括一个或多个压力传感器、温度传感器、密度传感器、导热率传感器、液体检测器或气相色谱仪接入口

22.根据权利要求2所述的轴流式电加热流体换热器，进一步包括在所述增压空间中设置的保温材料。

23.根据权利要求2所述的轴流式电加热流体换热器，进一步包括轴向地延伸通过所述一个或多个电加热器的中心的热电偶套管，每个所述热电偶套管均具有一个或多个放置在其中的温度测量装置。

24.根据权利要求2所述的轴流式电加热流体换热器，进一步包括一个或多个与所述一个或多个保护管同轴放置的辐射形挡板。

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