CN102937385B - 一种固定管板式换热器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种固定管板式换热器，包括上管板，下管板，以及设置在上管板和下管板上的若干个安装孔，上管板和下管板之间固定设置有列管，所述列管贯穿安装孔，所述列管位于下管板底面下方的部分为承重管段，所述承重管段的外形为喇叭口状，所述承重管段底部的外径大于承重管段顶部的外径，相邻两个承重管段的底部固定连接。采用这样的结构，通过将列管底部的承重管段外扩成喇叭口状、并将其底部固定连接以后，相邻两个承重管段构成三角形支撑的结构，不仅焊接牢靠、强度高，而且采用三角形支撑的结构更稳定，并在不增加管板厚度的情况下提高管板的承重能力。

Description

一种固定管板式换热器及其制造方法

技术领域

    本发明一种换热器及其制造方法，尤其是一种大直径管板（管板直径大于1m）的固定管板式换热器及其制造方法。

背景技术

在化工、食品、制药等行业生产过程中经常要将高温物料流体冷却 、低温物料流体加热，这些过程一般都要通过换热器设备来完成，其中，固定管板式换热器就是一种。固定管板式换热器具有结构坚固、工作方便、占用空间小、制造材料范围广以及适应性强等优点。特别是在高压、高温大型换热器中固定管板式换热器优势明显。

固定管板式换热器的主要部件为列管和管板，其中，列管主要起到物料流体输送作用，每一台设备中按需设置有几十根，多则数百根的列管；管板起到支承列管的作用，同时又兼作法兰。由于管板两端常接触到不同温度的物料，这些都会影响到管板的强度，因此，管板与列管排列结构和焊接方式非常重要。

2009年18期的《金属加工(热加工）》中第50～51页公开了现有的固定管板式换热器中，管板与列管常见的几种焊接方式，如文中所述，出于防止焊缝泄漏的考虑，如图1所示，焊接并采用将列管向下伸出管板一截的结构最为可靠。

但上述结构亦存在以下不足之处：

1、管板的强度不足时，仅采用增加管板厚度的方式来提升管板的强度、防止管板变型，而管板厚度增加以后，会导致成本增加，难于加工钻孔，吸热、放热速度慢，加热、冷却耗时长等诸多问题，因此，如何通过结构的改进提高管板强度，是人们一直渴望解决但始终未能获得成功的技术难题。

2、由于高出管板的列管之间无法完全拼接，相邻的列管之间存在间隙区域，物料在图1中α所示的间隙区域内流动性较差，物料很容易堆积。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的上述不足，提供一种管板与列管之间连接稳定、强度更高的固定管板式换热器及其制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：

一种固定管板式换热器，包括上管板，下管板，以及设置在上管板和下管板上的若干个安装孔，上管板和下管板之间固定设置有列管，所述列管贯穿安装孔，所述列管位于下管板底面下方的部分为承重管段，所述承重管段的外形为喇叭口状，所述承重管段底部的外径大于承重管段顶部的外径，相邻两个承重管段的底部固定连接。

采用这样的结构，通过将列管底部的承重管段外扩成喇叭口状、并将其底部固定连接以后，相邻两个承重管段构成三角形支撑的结构，不仅焊接牢靠、强度高，而且采用三角形支撑的结构更稳定，并在不增加管板厚度的情况下提高管板的承重能力。

优选的，所述承重管段的底部外形为六边形。采用这样的结构，相邻两个承重管段底部的邻边彼此平行并距离更短，焊接时焊缝更窄，整体强度更高。

优选的，所述承重管段的外形沿轴向由圆形渐变为六边形，所述承重管段的顶部外形为圆形。采用这样的结构，可减少应力集中情况，且更便于外扩加工。

优选的，所述承重管段的底部外形为承重管段的顶部外形的外切六边形。采用这样的结构，加工量时形变小、加工难度小。

优选的，所述相邻两个承重管段的底部具有公共边，所述相邻两个承重管段的底部通过所述公共边固定连接。采用这样的结构，连接的间隙区域小，强度更大，结构稳定。

优选的，所述相邻两个承重管段的公共边焊接密封，位于边缘的承重管段与外围的封头焊接密封。采用这样的结构，易于将两个承重管段稳固连接并密封，位于其底部的物料不会反冲至承重管段之间的间隙内，从而避免了物料在其中流动性差而容易堆积的问题。

优选的，所述下管板上相邻的两个安装孔之间的间距相等。采用这样的结构，列管等间距填充设置于管板的平面区域内，不仅受热均匀，而且有利于其承重管段底部连接，各连接处强度均匀。

一种上述固定管板式换热器的制造方法，包括以下几个步骤：

a、在下管板上的安装孔内穿入列管，并在下管板底面的下方预留一段列管；

b、将冲模设置于列管的下方，并向上冲压使列管自底部外扩；

c、重复步骤a、步骤b，直至各安装孔内均安装好列管、并将各列管底端均冲压呈喇叭口状；

d、将彼此相邻的列管的底部通过焊接密封。

采用这样的方法制造固定管板式换热器，焊接结构稳定，与管板焊接后的列管可辅助管板承重，整体强度更优；同时，由于列管的底部通过焊接密封，物料不会进入到管板底面以下的列管的间隙之间，从而避免了该间隙区域内物料流动性差所导致的物料堆积、加热过度等问题。

优选的，所述步骤a之前，在下管板上用天然气切割的方法加工出所述安装孔。采用天然气切割加工安装孔，具有切割效率高、操作简便的有益效果。

优选的，所述步骤b之前，将位于下管板底面下方的列管加热至100℃～550℃。采用这样的方法在冲压前对列管进行加热软化，有利于提高冲压加工的成品率，并提高列管寿命。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、由于承重管段呈喇叭口状设置，区别与现有的仅在承重管段的顶部与下管板焊接加固的方式，彼此相邻的承重管段的底部还焊接固定在一起，因此，焊接强度更加好、连接更牢靠。

2、区别于现有的仅以管板承载列管、热介质液以及物料的重量的方式，承重管段在下管板的下方构成三角形斜撑的形式托起管板并辅助管板承重，在不增加管板厚度的前提下提高了装置整体承重能力，避免了管板厚度增加所带来的诸多缺陷。

3、由于承载列管的底部均通过焊接密封，封头内的物料无法流入至相邻的承载列管之间的间隙区域内，从而避免了物料进入其中以后因流动性较差、物料堆积于间隙中的情况。

4、采用上述方法制造固定管板式换热器，焊接结构稳定，与管板焊接后的列管可辅助管板承重，整体强度更优；同时，由于列管的底部通过焊接密封，物料不会进入到管板底面以下的列管的间隙之间，从而避免了该间隙区域内物料流动性差所导致的物料堆积、加热过度等问题。

附图说明

图1为现有技术中管板与列管焊接结构的示意图；

图2为本发明中列管与管板连接结构的立体结构示意图；

图3为本发明中列管与管板连接结构的另一视向的立体结构示意图；

图4为本发明中列管与管板连接结构的主视图；

图5为本发明中列管与管板连接结构的侧视图；

图6为本发明中列管与管板连接结构的仰视图；

图7为本发明中固定管板式换热器的内部结构示意图；

图8为本发明中固定管板式换热器的又一实施方式的内部结构示意图。

附图标记如下：上管板—1a；下管板—1b；安装孔—2；列管—3；承重管段—3a；加强管段—3b；公共边—4；封头—5；壳体—6；热介质进口—7；热介质出口—8。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

本发明的实施方式不限于以下实施例，在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变化均属于本发明的保护范围之内。

实施例1

如图2至图7所示，本实施例固定管板式换热器，包括设置于壳体6内部的上管板1a和下管板1b，壳体6的上方设置有热介质出口8，壳体6的下方设置有热介质进口7，上管板1a和下管板1b上均设置有若干个安装孔2，上管板1a和下管板1b之间固定设置有列管3，列管3的数量与安装孔2的数量相同、并且各列管3均贯穿相应的安装孔2，列管3与上管板1a、以及下管板1b的上表面和下表面均焊接固定、密封，列管3位于下管板1b底面下方的部分为承重管段3a，承重管段3a的外形为喇叭口状，承重管段3a底部的外径大于承重管段3a顶部的外径，即承重管段3a整体由顶至底逐渐外扩的上小下大的结构，或类似于锥形的其他结构。相邻两个承重管段3a的底部固定连接，在承重管段3a底部增加这样的焊接结构以后，列管3之间、以及列管3与管板之间的连接强度得到提高，因此连接更为牢固；并由于底部固定以后，与相邻两个承重管段3a的斜边一同构成三角形支撑结构，能承载更高的重量，在不增加管板厚度的情况下提高管板的承重能力。

其中，所述承重管段3a的顶部外形为圆形，即为列管3自身的外形，所述承重管段3a的底部的外形为六边形，即承重管段3a的底部外截面呈六边形状，所述承重管段3a的外形沿轴向自顶向下由圆形渐变为六边形，通过较为连续的曲率，减少了应力集中现象。此处，所述承重管段3a的底部六边形为承重管段3a的顶部圆形的外切六边形，易于加工，且其整体受力情况更优，相邻两个承重管段3a底部的邻边彼此平行，最优选的，相邻两个承重管段3a的底部完全贴合形成公共边4，相邻两个承重管段3a的底部通过所述公共边4固定连接，在承重管段3a底部的平面内，若干个承重管段3a在底部拼接成蜂窝状，并固定后形成一体，本实施例中，相邻两个承重管段3a的公共边4通过环缝焊接连接并密封，由于相邻两个承重管段3a之间的夹缝小，因此在焊接时焊缝窄，降低了焊接难度，并提高了其整体连接强度。在其余实施方式中，亦可采用铆接等其他形式进行将两个相邻的承重管段3a通过其公共边4、或邻近该公共边4的配合面进行固定连接。

还可以通过焊接的方式，使相邻的承重管段3a底部形成密封的整体，避免物料通过相邻的承重管段3a之间的连接缝隙渗透入承重管段3a与下管板1b之间的空隙中。此处，最优的，将位于边缘的承重管段3a与外围的封头5焊接密封，使得承重管段3a底面与封头5之间形成如图7中承重管段3a下方阴影区域所示的隔离层，防止封头5内的液态物料渗入至承重管段3a与下管板1b之间的空隙中；并且，将位于外围的承重管段3a与封头5的内壁焊接以后，还可以进一步承受来自于下管板1b的压力，进一步提高下管板1b的承重能力。

为了保证承重管段3a底部六边与其相邻的承重管段3a的一边间距相等，下管板1b上相邻两个安装孔2的间距相等，列管3等间距填充设置于下管板1b的平面区域内，不仅受热均匀，而且有利于其承重管段3a底部连接，各连接处强度均匀，由于列管3通常竖向设置于壳体6内部，因此上管板1a的若干个安装孔2位置与下管板1b的安装孔2位置一一对应。

一种上述固定管板式换热器的制造方法，包括以下几个步骤：

a、在下管板1b上的安装孔2内穿入列管3，并在下管板1b底面的下方预留一段列管3，用以加工成喇叭口状的承重管段3a；本步骤中，下管板1b上的安装孔2采用天然气切割的方法加工而成；

b、将冲模设置于列管3的下方，将位于下管板1b底面下方的列管3加热至100℃～550℃以后，向上冲压使列管3自底部外扩；其中，冲模的外形与待加工形成的喇叭口状的承重管段3a相适配，例如，为了加工成底部外截面呈六边形状、顶部外截面呈圆形的承重管段3a时，可采用六棱锥型、或六棱柱形状的冲模进行冲压；若要将承重管段3a冲压成其他的形状，可按需调整冲模的形状，在此就不再赘述。

c、重复步骤a、步骤b，直至各安装孔2内均安装好列管3、并将各列管3底端均冲压呈喇叭口状的承重管段3a；

d、将彼此相邻的列管3的底部通过焊接密封；

e、将位于边缘的承重管段3a与其周边的封头5内壁焊接密封。

实施例2

如图8所示，为了进一步提升固定管板式换热器的强度，上管板1a与列管3的连接方式亦采用类似于下管板1b与列管3相似的连接方式，具体如下：

在列管3位于上管板1a顶面上方的部分为加强管段3b，加强管段3b的外形为喇叭口状，加强管段3b顶部的外径大于加强管段3b底部的外径，即加强管段3b整体由自底向顶逐渐外扩的上大下小的节诶狗，类似于锥形或漏斗状，彼此相邻的两个加强管段3b的顶部固定连接，上管板1a的顶部增设这样的结构以后，列管3之间、以及列管3与上管板1a之间的连接强度得到提高，连接更为稳固，并且在上管板1a通过加强管段3b固定以后，彼此相邻、并连为一体的加强管段3b构成三角形支撑结构，提高上管板1a承载物料的能力。

其余结构请参阅实施例1。

上面结合附图对本发明的实施例做了详细描述，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内还可以作出各种变化，这些变化均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种固定管板式换热器，包括上管板（1a），下管板（1b），以及设置在上管板（1a）和下管板（1b）上的若干个安装孔（2），上管板（1a）和下管板（1b）之间固定设置有列管（3），所述列管（3）贯穿安装孔（2），其特征在于：所述列管（3）位于下管板（1b）底面下方的部分为承重管段（3a），所述承重管段（3a）的外形为喇叭口状，所述承重管段（3a）底部的外径大于承重管段（3a）顶部的外径，相邻两个承重管段（3a）的底部固定连接，所述相邻两个承重管段（3a）的底部具有公共边（4），所述相邻两个承重管段（3a）的底部通过所述公共边（4）固定连接，所述相邻两个承重管段（3a）的公共边（4）焊接密封，位于边缘的承重管段（3a）与外围的封头焊接密封。

2.根据权利要求1所述的固定管板式换热器，其特征在于：所述承重管段（3a）的底部外形为六边形。

3.根据权利要求2所述的固定管板式换热器，其特征在于：所述承重管段（3a）的外形沿轴向由圆形渐变为六边形，所述承重管段（3a）的顶部外形为圆形。

4.根据权利要求3所述的固定管板式换热器，其特征在于：所述承重管段（3a）的底部外形为承重管段（3a）的顶部外形的外切六边形。

5.根据权利要求1所述的固定管板式换热器，其特征在于：所述下管板（1b）上相邻的两个安装孔（2）之间的间距相等。

6.一种如权利要求1至5中任一所述的固定管板式换热器的制造方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤a、在下管板（1b）上的安装孔（2）内穿入列管（3），并在下管板（1b）底面的下方预留一段列管（3）；

步骤b、将冲模设置于列管（3）的下方，并向上冲压使列管（3）自底部外扩；

重复步骤a、步骤b，直至各安装孔（2）内均安装好列管（3）、并将各列管（3）底端均冲压呈喇叭口状；

将彼此相邻的列管（3）的底部通过焊接密封。

7.根据权利要求6所述的固定管板式换热器的制造方法，其特征在于：所述步骤a之前，在下管板（1b）上用天然气切割的方法加工出所述安装孔（2）。

8.根据权利要求6所述的固定管板式换热器的制造方法，其特征在于：所述步骤b之前，将位于下管板（1b）底面下方的列管（3）加热至100℃～550℃。

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