CN103063074A

CN103063074A - 一种具有尾部防振装置的u形管束换热器

Info

Publication number: CN103063074A
Application number: CN2013100488858A
Authority: CN
Inventors: 陈礼昌; 陈孙艺
Original assignee: Challenge Petrochemical Machinery Corp
Current assignee: Challenge Petrochemical Machinery Corp
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2013-04-24

Abstract

一种具有尾部防振装置的U形管束换热器，包括U形管束、管壳和管箱，U形管束包括两个直管段组和U形管段组，U形管段组呈阶梯状排列设置，其中，U形管段组设置有防振组件；防振组件包括中心柱、连接件，及纵向限位件，连接件沿U形管段组的外部纵向包围设置、且在连接件上开设有若干个安装孔；中心柱沿Z向设置于U形管段组中半径最小的U形管段的内侧，中心柱的两端分别穿过连接件的安装孔并与连接件连接；纵向限位件沿Z向分别贯穿设置于U形管段组中沿X方向的两组U形管段之间，纵向限位件的两端分别穿过连接件的安装孔并与连接件连接。与现有技术相比，本申请具有结构简单、结构刚性好、管束质量高、管束稳固性好及使用寿命长的特点。

Description

一种具有尾部防振装置的U形管束换热器

技术领域

本申请涉及装备工程中的管壳式换热器技术，特别是涉及用于石油化工、煤炭化工、化肥工业、空调制冷、电力设施的热交换专用的一种具有尾部防振装置的U形管束换热器。

背景技术

现有技术中，管壳式换热器是应用最为广泛的一种热交换器，管壳式换热器又称为列管式换热器或者列管式冷凝器，广泛应用于化工、石油、医药、食品、轻工、冶金、焦化等领域中的“液——液”、“汽——汽”、“汽——液”热交换的对流传热，以及蒸汽冷凝和液体蒸发传热等换热冷凝流程。

现有技术中的管壳式换热器通常的结构如图1所示，一般是由管束2、管壳3、管箱4等主要构件组成，其中，管束2是管壳式换热器的核心构件，管束2通常由换热管1、支持板（或者折流板）和管板组成，成排的换热管1通过支持板（或者折流板）支承，其两端穿进管板的管孔中，并与管板相连接，从而保证接头的密封性和强度。通过管束2与管箱4的隔板的组合，可以将换热管1分成几个流程，以便介质在换热管1内来回流动，从而能够延长换热流程，增加换热时间，充分地与管外的壳程介质换热。

当换热管1管内的热交换介质为冷介质，管外的热交换介质为强制对流的烟气时，则构成加热炉方式；当换热管1管内的热交换介质为热介质，管外的热交换介质为强制对流的空气时，则构成冷却器方式；加热炉方式和冷却器方式均为热交换器的一种热交换方式。这种管壳式换热器的制造工艺较为成熟，安全性能也较高，是换热设备中关键的能耗设备。根据间壁传热原理，一台换热设备的传热效率是通过传热能力相对较差的一侧传热能力反映，而就目前的结构而言，这一侧往往是壳程。因此，长期以来，人们往往通过改进壳程管束折流板的结构来改善整体换热设备的换热效果。

随着社会经济和技术的发展，石油化工装置的建设规模越来越大，新建换热器的结构尺寸和处理量也越来越大，旧装置的旧换热器的处理能力有时也要超负荷运行，换热器管束在强流体介质的冲击下发生振动，不但产生噪音污染环境，还磨损破坏换热管，造成设备内漏，从而影响化工产品的生产及质量，甚至向外泄漏而污染环境。由于中国的煤资源丰富，特别是近几年来国内煤化工得到发展，煤制氢装置是一种工艺成熟的制氢装置，采用煤炭或焦炭原料转化为粗合成气，再生产氢气，是最成熟的煤气化技术，其中的变换炉进气加热器/中压蒸汽过热器、甲烷化调整换热器/低压蒸汽换热器都是煤（焦）制氢气项目中的重要设备，是一个壳程的两端分别配一个管程共两个管程的“一拖二”换热器，由于设备的介质的气体特殊，操作压力和温度都非常高，壳程要同时适应两种管程的操作弹性，经常性的调节以及气体的易压缩弹性会造成管束的振动，所以设计结构非常特殊要求。

另一方面，现有技术中在用的普通U形管束一般都很少设置防振装置，目前在用的GB151-1999《管壳式换热器》关于管束振动的附件E属于参考件，设计标准中并没有关于U形管段防振强制结构的记载。并且，由于该标准历经十多年未作修订及补充，已无法满足工程技术的需要，如果这类U形管束的U形管段存在泡状沸腾的工况，则对防振的要求则更加严格，因此，针对U形管段的振动进行分析，研究各种不同的防振措施显得尤为重要。如：

中国发明专利申请（公开号为CN 85108586A）公开了一种“热交换器传热管的防振动支撑装置”，其技术方案为“包括插在相邻的传热管列之间的长方形薄支持板，且该支持板的两侧边缘上具有与该传热管相吻合的近似半圆形的缺口，插进该支持板时，是使支持板的内、外两面均面对着各传热管的外表面，且使该支持板的长度方向与各传热管的轴线相垂直，插到该传热管列之间，然后使该支持板以其长度方向的中心线为轴线转动90°，转动以后，支持板上得近似半圆形的缺口与各传热管相吻合。”上述技术方案是对管束的直管段采取的防振措施，不适用于U形管束的防振，而且传热管在受到振动的影响后，较易与支持板上的近似半圆形的缺口之间发生摩擦，从而影响传热管的使用寿命；同时安装、组装也较为复杂。

中国申请专利（授权公告号为CN 200958915Y）公开了一种“百万等级单列高压加热器分段式U形管防振栅架”，其技术方案为“由隔板、上支撑板、中间支撑板、下支撑板、顶板、栅板、加强圈组成，上支撑板、中间支撑板和下支撑板两端下面交叉，由加强圈固定，底部与隔板连接，上面均匀分开组成弧形，在上支撑板、中间支撑板、下支撑板中间的顶板上设有用于固定U形管的栅板。”上述技术方案是对U形管弯管处超过标准规定的无支撑长度部分采取分四段进行支撑，使每段管子的无支撑长度都控制在标准之内，防止U形管发生振动，延长加热器的运行寿命，提高机组的安全运行率。然而，该技术方案存在以下不足之处：

其一，依赖于隔板固定整体，各个部件均需与隔板进行固定连接。

其二，仅适用于弯曲半径单一的一排U形管。

其三，用于固定U形管的栅板只有一种长度规格，而且栅板只有一端连接起来，其结构刚性差，容易受外在因素影响于平行于管束的平面内发生偏移，因此，一般只能在电站行业的单列式加热器中应用。

其四，栅板的固定方式较为复杂，结构部件较多。

并且，上述提到的设置防振装置的U形管束中，不适用于煤化工煤制氢装置换热器管束的防震。

因此，针对上述现有技术中存在的问题进行改进，在工程技术领域具有极为深远和重大的意义。

发明内容

本申请的目的在于提供一种能够提高管束质量及管束稳固性，并延长管束使用寿命的具有尾部防振装置的U形管束换热器。

本申请的目的通过以下技术方案实现：

提供了一种具有尾部防振装置的U形管束换热器，包括有U形管束、管壳和管箱，所述U形管束包括有两个直管段组和U形管段组，所述U形管段组呈阶梯状排列设置，所述U形管段组设置有一组或者一组以上的防振组件,其中，所述防振组件包括有中心柱、连接件，以及一个或者一个以上的纵向限位件，所述连接件沿U形管段组的外部纵向包围设置、且在所述连接件上开设有若干个安装孔；所述中心柱沿Z向设置于U形管段组中半径最小的U形管段的内侧，所述中心柱的两端分别穿过所述连接件的安装孔并与所述连接件连接；所述纵向限位件沿Z向分别贯穿设置于U形管段组中沿X方向的两组U形管段之间，所述纵向限位件的两端分别穿过所述连接件的安装孔并与所述连接件连接。

其中，所述纵向限位件垂直于所述U形管段组的管束中心线所在的平面。

其中，所述纵向限位件沿X方向呈同一直线设置。

其中，所述纵向限位件沿Z向分别贯穿设置于U形管段组中沿X方向相邻的两组U形管段之间。

其中，所述纵向限位件的尺寸与所述U形管段组中相邻的两组U形管段之间的X向间隙相匹配。

其中，所述纵向限位件为直圆管、直圆杆、直方杆、直钢片和扁直钢管中的任一种纵向限位件。

其中，所述连接件为条形连接件，所述条形连接件自所述U形管段组的上方沿所述U形管段组的外部延伸至所述U形管段组的下方。

其中，所述条形连接件为一体成型的条形连接件。

其中，所述U形管段组设置有两组或者两组以上的防振组件，所述两组或者两组以上的防振组件在XY平面上呈等间距设置。

其中，所述U形管束的直管段组和U形管段组的连接处设置有至少一个支持板。

本申请的有益效果：

本申请的一种具有尾部防振装置的U形管束换热器，包括有U形管束、管壳和管箱，所述U形管束包括有两个直管段组和U形管段组，所述U形管段组呈阶梯状排列设置，所述U形管段组设置有一组或者一组以上的防振组件,其中，所述防振组件包括有中心柱、连接件，以及一个或者一个以上的纵向限位件，所述连接件沿U形管段组的外部纵向包围设置、且在所述连接件上开设有若干个安装孔；所述中心柱沿Z向设置于U形管段组中半径最小的U形管段的内侧，所述中心柱的两端分别穿过所述连接件的安装孔并与所述连接件连接；所述纵向限位件沿Z向分别贯穿设置于U形管段组中沿X方向的两组U形管段之间，所述纵向限位件的两端分别穿过所述连接件的安装孔并与所述连接件连接。与现有技术相比，本申请沿Z向设置纵向限位件，通过纵向限位件伸入U形管段组中、并贯穿整个纵向的U形管段组，不仅能够预防流体诱导的振动，而且还具有结构简单、结构刚性好、管束质量高、管束稳固性好及使用寿命长的特点，尤其适用于煤化工煤制氢装置换热器。

附图说明

利用附图对本申请作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本申请的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是现有技术中的一种管壳式换热器的结构示意图。

图2是本申请的一种具有尾部防振装置的U形管束换热器的U形管束的结构示意图。

图3是图2的“A-A”向的结构示意图。

图4是本申请的一种具有尾部防振装置的U形管束换热器的U形管束的另一种实施例的结构示意图。

在图1、图2、图3和图4中包括有：

1——换热管、

2——U形管束、21——直管段组、22——U形管段组、

3——管壳、4——管箱、5——流体进口、6——流体出口、

7——防振组件、71——中心柱、72——纵向限位件、73——连接件、

8——支持板。

具体实施方式

结合以下实施例对本申请作进一步描述。

实施例1

本申请的一种具有尾部防振装置的U形管束换热器的具体实施方式之一，参考图1所示，包括有U形管束2、管壳3和管箱4，U形管束2包括有两个直管段组21和U形管段组22，U形管段组22呈阶梯状排列设置，U形管段组22设置有一组或者一组以上的防振组件7，上述技术特征与现有技术中的管壳式换热器的结构相同。该管壳式换热器也具备现有技术中的管壳式换热器的其它基本结构。

需要说明的是，图2和图3中的X方向为U形管束的中心轴线的方向（即管束热胀伸长的方向），Y方向为U形管束中U形管段的层面方向，Z方向为U形管束中U形管层间方向。

本申请的改进之处在于，如图2和图3所示，所述防振组件7包括有中心柱71、连接件73，以及一个或者一个以上的纵向限位件72，所述连接件73沿U形管段组22的外部纵向包围设置、且在所述连接件73上开设有若干个安装孔；所述中心柱71沿Z向设置于U形管段组22中半径最小的U形管段的内侧，所述中心柱71的两端分别穿过所述连接件73的安装孔并与所述连接件73连接；所述纵向限位件72沿Z向分别贯穿设置于U形管段组22中沿X方向的两组U形管段之间，所述纵向限位件72的两端分别穿过所述连接件73的安装孔并与所述连接件73连接。与现有技术相比，本申请沿Z向设置纵向限位件，通过纵向限位件伸入U形管段组中、并贯穿整个纵向的U形管段组，不仅能够预防流体诱导的振动，而且还具有结构简单、结构刚性好、管束质量高、管束稳固性好及使用寿命长的特点，尤其适用于煤化工煤制氢装置换热器。

具体的，所述纵向限位件72垂直于所述U形管段组22的管束中心线所在的平面。其区别于现有技术，从Z向方向设置纵向限位件72，使得管束的稳固性较好，同时还能够预防流体诱导的振动。

具体的，所述纵向限位件72沿X方向呈同一直线设置。受力均匀，利于U形管束的进一步稳固。

具体的，所述纵向限位件72沿Z向分别贯穿设置于U形管段组22中沿X方向相邻的两组U形管段之间。U形管段组22中沿X方向每相邻的两组U形管段之间均贯穿有纵向限位件72，或者U形管段组22中沿X方向部分相邻的两组U形管段之间设置贯穿的纵向限位件72.

具体的，所述纵向限位件72的尺寸与所述U形管段组22中相邻的两组U形管段之间的X向间隙相匹配。或者，纵向限位件72的横向尺寸与相邻的U形管段之间留有一定的伸缩间隙。

具体的，所述纵向限位件72为直圆管、直圆杆、直方杆、直钢片和扁直钢管中的任一种纵向限位件72。优选扁直钢管或者直方杆。另一种纵向限位72为直圆管的两段与U形管段相抵触的部分开设有弧形缺口，该弧形缺口与U形管段的弧段相匹配。

具体的，所述连接件73为条形连接件，所述条形连接件自所述U形管段组22的上方沿所述U形管段组22的外部延伸至所述U形管段组22的下方。

具体的，所述条形连接件为一体成型的条形连接件。

具体的，所述U形管束的直管段组21和U形管段组22的连接处设置有至少一个支持板8。

本申请的一种具有尾部防振装置的U形管束换热器的组装步骤包括：

第一，按传统的方式制作U形管束2、U形管束2的管板、支持板8等部件，同时增加制作中心柱71、限位件72、连接件73等防振组件7。

第二，按传统的方式组装U形管，组装完U形管段后，增加安装中心柱71、限位件72。

第三，将中心柱11和限位件72的上下两端分别与连接件73的上下两端相焊接。

传统的管壳式换热器已在各种炼油、化工、化肥、空冷等热交换器中广泛应用，并且已经产生了巨大的经济效益。本申请适用于各种不同弯曲半径的U形管组合到一起的一组U形管束2，具有整体结构刚性好的特点，能够在多种行业的U形管排或管束中加以应用。

实施例2

本申请的一种具有尾部防振装置的U形管束换热器的具体实施方式之二，如图4所示，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，U形管段组22设置有两组防振组件7，所述两组防振组件7在XY平面上呈等间距设置。另外，根据管束直径的大小以及设计的需要，U形管段组22上安装的防振组件7的数量还可以为三组或者其它数量。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种具有尾部防振装置的U形管束换热器，包括有U形管束、管壳和管箱，所述U形管束包括有两个直管段组和U形管段组，所述U形管段组呈阶梯状排列设置，所述U形管段组设置有一组或者一组以上的防振组件,其特征在于：所述防振组件包括有中心柱、连接件，以及一个或者一个以上的纵向限位件，所述连接件沿U形管段组的外部纵向包围设置、且在所述连接件上开设有若干个安装孔；所述中心柱沿Z向设置于U形管段组中半径最小的U形管段的内侧，所述中心柱的两端分别穿过所述连接件的安装孔并与所述连接件连接；所述纵向限位件沿Z向分别贯穿设置于U形管段组中沿X方向的两组U形管段之间，所述纵向限位件的两端分别穿过所述连接件的安装孔并与所述连接件连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有尾部防振装置的U形管束换热器，其特征在于：所述纵向限位件垂直于所述U形管段组的管束中心线所在的平面。

3.根据权利要求1所述的一种具有尾部防振装置的U形管束换热器，其特征在于：所述纵向限位件沿X方向呈同一直线设置。

4.根据权利要求1所述的一种具有尾部防振装置的U形管束换热器，其特征在于：所述纵向限位件沿Z向分别贯穿设置于U形管段组中沿X方向相邻的两组U形管段之间。

5.根据权利要求4所述的一种具有尾部防振装置的U形管束换热器，其特征在于：所述纵向限位件的尺寸与所述U形管段组中相邻的两组U形管段之间的X向间隙相匹配。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种具有尾部防振装置的U形管束换热器，其特征在于：所述纵向限位件为直圆管、直圆杆、直方杆、直钢片和扁直钢管中的任一种纵向限位件。

7.根据权利要求1所述的一种具有尾部防振装置的U形管束换热器，其特征在于：所述连接件为条形连接件，所述条形连接件自所述U形管段组的上方沿所述U形管段组的外部延伸至所述U形管段组的下方。

8.根据权利要求7所述的一种具有尾部防振装置的U形管束换热器，其特征在于：所述条形连接件为一体成型的条形连接件。

9.根据权利要求1所述的一种具有尾部防振装置的U形管束换热器，其特征在于：所述U形管段组设置有两组或者两组以上的防振组件，所述两组或者两组以上的防振组件在XY平面上呈等间距设置。

10.根据权利要求1所述的一种具有尾部防振装置的U形管束换热器，其特征在于：所述U形管束的直管段组和U形管段组的连接处设置有至少一个支持板。