CN102721304B - 一种全串联板壳式热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全串联板壳式热交换器，它采用分级筒体的处理方式将结构热应力降低到最低程度。其结构主要由上、下封头、Ⅲ级筒体、Ⅱ级筒体、Ⅰ级筒体、裙座、板束及流体分布器等构成。冷、热介质的热交换在板束内完成，筒体、封头及接管构成的壳体为主要承压元件，板束安装在筒体内，各级筒体采取串联的方式通过设备法兰用螺栓固定联结。各级筒体之间安装有由流体分布器组成的稳定第一流体压头的通道；第二流体通道通过各级筒体的旁路接管连通。流体分布器由上、下挡板，引流管，膨胀圈等构成。本发明可以解决传统多台简单串联板壳式热交换器，所存在的诸如压降损失严重、设备成本增加、浪费土地资源、不利节能减排等技术问题。

Description

一种全串联板壳式热交换器

技术领域

本发明属于板壳式热交换器技术领域。

背景技术

板壳式热交换器是目前国际上先进的热交换器，具有耐压高、换热效率高的优点。随着设备向大型化的发展，热交换器板束在高温下的热膨胀量也随之增加，导致板片薄弱部位出现弯折、焊缝开裂、甚至板片出现被撕裂的现象。究其因，板束沿筒体纵向布置，在纵向由于板束的尺寸长，在高温下产生的膨胀变形量很大。由于结构所限，在制造过程中板束的两端只能被焊接固定在筒体内，这样板束的两端就受固定约束，因而会产生极大的热应力，从而导致板壳式热交换器失效。上述是制约板壳式热交换器大型化的结构瓶颈性问题，因而传统的板壳式热交换器很难向大型化发展。为了提高板壳式换热器的换热能力，对多台板壳式热交换器进行简单的串联联结，这样做似乎能提高其换能力，但是由于压降损失比较突出，要使设备正常运转须在设备上增加多台压力泵，从而不但增加了设备的成本，同时还不利于节约土地资源，更不利于节能减排。尤其是在对旧装置进行改造过程中，上述问题尤显突出。

发明内容

本发明的目的是提供一种全串联板壳式热交换器，以解决传统的多台板壳式热交换器进行简单的串联联结，所存在的压降损失比较突出，不但增加了设备的成本，同时还不利于节约土地资源，更不利于节能减排等技术问题。

本发明为了实现上述发明目的，采用技术方案如下：

一种全串联板壳式热交换器，包括由筒体、筒体两端的上、下封头组成的承压元件、安装在筒体内的板束、安装在筒体及封头上的两种流体出、入口的接管；板束的上、下两端分别为第一流体的出、入口，两侧分别为第二流体的通道；其特征在于，所述全串联板壳式热交换器采用若干级筒体串联方式布置，各级筒体通过设备法兰用螺栓固定联结；各级筒体之间安装有由流体分布器组成的稳定第一流体压头的通道；第二流体通道通过各级筒体的旁路接管连通。

所述流体分布器由上、下挡板、引流管和膨胀圈构成；引流管焊接在上、下挡板之间，采用倾斜状分布；膨胀圈焊接在上、下挡板之间的外周侧面上；在上、下挡板、引流管、膨胀圈构成的空间内置有起稳定流量、压力作用的填充物。

所述填充物采用塑料材料。

所述第一流体为热介质，采用直进直出，即板束两端的第一流体出、入口分别与上、下封头上的接管相对应，第二流体为冷介质，采用侧进侧出，即第二流体的出、入口分别与筒体侧面的接管相对应。

在最低一级的筒体上设有支撑整个设备重量的裙座，裙座由裙座锥体、加强圈、盖板、地脚环、加强筋板构成；加强圈的内径与筒体的外径相等，加强圈焊接在筒体上；裙座锥体的上部焊接在加强圈的下部，裙座锥体的下部采用搭接的方式焊接在地脚环上；盖板、加强筋板焊接在裙座锥体上。

所述各级筒体的上、下部位，各布置两个用于第二流体流通的旁路接管，形成两个旁路接管通道，所述两个旁路接管通道在相对方位分布。

所述各级筒体上、下部位，各布置一个用于第二流体流通的旁路接管，形成一个旁路接管通道，该旁路接管通道的上、下两个接管为同方位分布，或相向方位分布。

所述筒体采取二级布置或两级以上布置。

本发明所取得的有益效果：

本发明全串联板壳式热交换器与多台传统板壳式热交换器串联的比较：以本发明的三段式全串联板壳式热交换器为例，要完成同样的换热量，相同内径的传统板壳式热交换器串联则需三台，这里为比较方便起见，设定两种热交换器的内径同为2000mm，筒体厚度同为32mm，全串联板壳式热交换器设备总高24m，单台传统板壳式热交换器设备总高8m，单个封头重2.17吨，单个流体分布器重0.74吨，裙座及封头的规格尺寸一样，表1为两种热交换器的比较情况，可见：本发明全串联板壳式热交换器占地面积小，重量轻，节省原材料。

本发明全串联板壳式热交换器由于采用分段板束，因而降低了板束上的热应力，保证了板束在高温下运行的可靠性。使得板壳式热交换器适应高温、高压等高参数工况的能力大大提高，能实现板壳式热交换器的大型化。同时很好地解决了场地空间受限对改造装置的影响。封头、筒体、法兰、接管均为同种金属制造，易于焊接且焊缝质量可靠，组成板束的元件板片由于为薄金属件制造，因而重量轻，结构紧凑，节省原材料，生产成本低，经济效益显著。

附图说明

图1为本发明的全串联板壳式热交换器总图。

图2为本发明的全串联板壳式热交换器上封头结构图。

图3为本发明的热交换器上封头与筒体的联结图。

图4为本发明的热交换器Ⅲ级筒体结构图。

图5为本发明的热交换器Ⅱ级筒体结构图。

图6为本发明的热交换器Ⅰ级筒体结构图。

图7为本发明的热交换器板束结构图。

图8为本发明的热交换器流体分布器结构图。

图9为本发明的全串联板壳式热交换器局部剖视图。

图10为本发明的另一板壳式热交换器实施例总图。

附图编号：

1   上封头        1001   热介质入口        101  接管法兰

2   Ⅲ级筒体      1002   热介质出口        102  封头接管

3   Ⅱ级筒体      2001   Ⅰ级冷介质入口    103  设备法兰

4   裙座          2002   Ⅰ级冷介质出口    201  设备法兰

5   Ⅰ级筒体      2003   Ⅰ级冷介质出口    202  Ⅲ级筒体接管

6   下封头        2004   Ⅱ级冷介质入口    203  Ⅲ级筒体接管法兰

7   螺杆          2005   Ⅱ级冷介质入口    301  设备法兰

8   螺母          2006   Ⅱ级冷介质出口    302  Ⅱ级筒体接管法兰

9   板束          2007   Ⅱ级冷介质出口    303  Ⅱ级筒体接管

10  流体分布器    2008   Ⅲ级冷介质入口    401  加强圈

11  筒体联结接管  2009   Ⅲ级冷介质入口    402  盖板

13  膨胀圈        2010   Ⅲ级冷介质出口    403  地脚环

14  引流管        15     下挡板            16   上挡板

12  设备法兰对    10001  热介质入口通道    404  加强筋板

23  设备法兰对    10002  热介质出口通道    901  板片

35  设备法兰对    20001  冷介质入口通道    902  挡板

56  设备法兰对    20002  冷介质出口通道    903  折流板

具体实施方式

实施例1

参阅图1～图9，一种全串联板壳式热交换器，冷、热介质采用逆流布置。热介质直进直出、冷介质侧进侧出。本发明所涉及的一种全串联板壳式热交换器，包括封头、筒体、裙座、板束、流体分布器、热介质入口、热介质出口、冷介质入口、冷热介质出口等部件。

所述的全串联板壳式热交换器由上封头1、下封头6、Ⅲ级筒体2、Ⅱ级筒体3、Ⅰ级筒体5、裙座4、板束9、流体分布器10等构成。

上封头1由成型封头1、接管法兰101、封头接管102、设备法兰103等构成，成型封头1的旋转面可分为椭圆型、球形、蝶形、锥形等形状；成型封头1与封头接管102、封头接管102与接管法兰101、成型封头1与设备法兰103采用焊接方式加工而成。

Ⅲ级筒体2由筒体、上、下设备法兰201、Ⅲ级筒体接管202、Ⅲ级筒体接管法兰203等构成。在筒体的上部设有Ⅲ级冷介质出口2010，在筒体的下部设有Ⅲ级冷介质入口2008、Ⅲ级冷介质入口2009；筒体和上、下设备法兰201通过焊接方式焊接在一起；同样冷介质出、入口由Ⅲ级筒体接管202、Ⅲ级筒体接管法兰203通过焊接方式与筒体焊接在一起。

Ⅱ级筒体3由筒体、上、下设备法兰301、Ⅱ级筒体接管303、Ⅱ级筒体接管法兰302等构成。在筒体的上部设有Ⅱ级冷介质出口2006、Ⅱ级冷介质出口2007，在筒体的下部设有Ⅱ级冷介质入口2004、Ⅱ级冷介质入口2005；筒体和上、下设备法兰301通过焊接方式焊接在一起；同样冷介质出、入口由Ⅱ级筒体接管303、Ⅱ级筒体接管法兰302通过焊接方式与筒体焊接在一起。

Ⅰ级筒体的构成原理基本同于Ⅲ级筒体，唯一不同之处在于Ⅰ级筒体上设有支撑整个设备重量的裙座4。Ⅰ级筒体上设有Ⅰ级冷介质入口2001、Ⅰ级冷介质出口2002、Ⅰ级冷介质出口2003。各个部件之间通过焊接方式焊接在一起。

裙座4由裙座锥体4、加强圈401、盖板402、地脚环403、加强筋板404等构成。加强圈401的内径与筒体5的外径相等，加强圈401焊接在筒体5上；裙座锥体4的上部焊接在加强圈401的下部，裙座锥体4的下部采用搭接的方式焊接在地脚环403上；盖板402、加强筋板404焊接在裙座锥体4上。

板束9由板片901、挡板902、折流板903等构成。板束9安装在筒体内；挡板902及折流板903将筒体分割成独立的腔室，此腔室构成流体流通的通道。挡板902的外环焊接在筒体内部，挡板902的内环焊接在板束上。挡板902的上、下面分别与热、冷介质直接接触，是冷、热介质的分界面；热介质由热介质入口通道10001进入板束9，在热介质腔室内流动，由热介质出口通道10002流出板束9。冷介质由冷介质入口通道20001进入板束9，在冷介质腔室内流动，由冷介质出口通道20002流出板束9。板束内的冷、热介质只能在各自的腔室内流动。冷、热腔室相间布置，冷、热介质的换热发生在板束腔室内。

流体分布器10由上挡板16、下挡板15、引流管14、膨胀圈13等构成。上挡板16、下挡板15、引流管14、膨胀圈13均由钢材制成，引流管14焊接在上挡板16与下挡板15之间，引流管14采用倾斜状分布，目的是减小板束膨胀所受到的阻力，使板束能自由伸长。膨胀圈13焊接在上挡板16与下挡板15上。膨胀圈13的作用同样是为了减小板束膨胀的阻力。在上、下挡板、引流管、膨胀圈构成的空间内填充橡胶，在高温由于构件膨胀，流体分布器承受挤压作用，万一出现裂缝，塑料等填充物起稳定流量、压力的作用。流体分布器10保证了流体流经纵截面的恒定性，因而有效地减少了压降损耗,使热介质的流通形成连续的通道。

上封头1与Ⅲ级筒体2、Ⅲ级筒体2与Ⅱ级筒体3、Ⅱ级筒体3与Ⅰ级筒体5、Ⅰ级筒体5与下封头6由各自的设备法兰通过螺栓联结，螺栓由螺杆7、螺母8构成。在上封头1与Ⅲ级筒体2、Ⅲ级筒体2与Ⅱ级筒体3、Ⅱ级筒体3与Ⅰ级筒体5、Ⅰ级筒体5与下封头6之间分别形成独立的腔室，上述腔室构成热介质连续流道的通道，这些腔室中的热介质不参与换热反应。

筒体上的冷介质出、入口分别与板束9上的冷介质出、入口通道相对应。Ⅰ级冷介质出口2002和Ⅱ级冷介质入口2004、Ⅱ级冷介质出口2006和Ⅲ级冷介质入口2008、Ⅰ级冷介质出口2003和Ⅱ级冷介质入口2005、Ⅱ级冷介质出口2007和Ⅲ级冷介质入口2009分别通过筒体联结接管11相连。这样冷介质由Ⅰ级冷介质入口进入热交换器，与热介质在各级筒体的板束内进行换热反应，然后由Ⅲ级冷介质出口流出热交换器。上述构成全串联板壳式热交换器。

实施例2

实例2的制造过程与实例1的制造过程基本相同。不同之处在于，本例实例2的筒体上仅有一组冷介质出、入口，如图10所示，冷介质只能单向流动。

表1本发明全串联板壳式热交换器与多台传统板壳式热交换简单串联的比较

Claims (7)

1.一种全串联板壳式热交换器，包括由筒体、筒体两端的上、下封头组成的承压元件、安装在筒体内的板束、安装在筒体及封头上的两种流体出、入口的接管；板束的上、下两端分别为第一流体的出、入口，两侧分别为第二流体的通道；其特征在于，所述全串联板壳式热交换器采用若干级筒体串联方式布置，各级筒体通过设备法兰用螺栓固定联结；各级筒体之间安装有由流体分布器组成的稳定第一流体压头的通道；第二流体通道通过各级筒体的旁路接管连通；所述流体分布器由上、下挡板、引流管和膨胀圈构成；引流管焊接在上、下挡板之间，采用倾斜状分布；膨胀圈焊接在上、下挡板之间的外周侧面上；在上、下挡板、引流管、膨胀圈构成的空间内置有起稳定流量、压力作用的填充物。

2.根据权利要求1所述的一种全串联板壳式热交换器，其特征在于，所述填充物采用塑料材料。

3.根据权利要求1所述的一种全串联板壳式热交换器，其特征在于，所述第一流体为热介质，采用直进直出，即板束两端的第一流体出、入口分别与上、下封头上的接管相对应，第二流体为冷介质，采用侧进侧出，即第二流体的出、入口分别与筒体侧面的接管相对应。

4.根据权利要求1所述的一种全串联板壳式热交换器，其特征在于，在最低一级的筒体上设有支撑整个设备重量的裙座，裙座由裙座锥体、加强圈、盖板、地脚环、加强筋板构成；加强圈的内径与筒体的外径相等，加强圈焊接在筒体上；裙座锥体的上部焊接在加强圈的下部，裙座锥体的下部采用搭接的方式焊接在地脚环上；盖板、加强筋板焊接在裙座锥体上。

5.根据权利要求1所述的一种全串联板壳式热交换器，其特征在于，所述各级筒体的上、下部位，各布置两个用于第二流体流通的旁路接管，形成两个旁路接管通道，所述两个旁路接管通道在相对方位分布。

6.根据权利要求1所述的一种全串联板壳式热交换器，其特征在于，所述各级筒体上、下部位，各布置一个用于第二流体流通的旁路接管，形成一个旁路接管通道，该旁路接管通道的上、下两个接管为同方位分布，或相向方位分布。

7.根据权利要求1所述的一种全串联板壳式热交换器，其特征在于，所述筒体采取二级布置或两级以上布置。

Images