CN103196315A

CN103196315A - 带温度补偿板的三股流板壳式换热器

Info

Publication number: CN103196315A
Application number: CN2013101188969A
Authority: CN
Inventors: 栾辉宝; 夏晓宇; 王崧; 张永贵; 李培麟; 张世程
Original assignee: 711th Research Institute of CSIC
Current assignee: 711th Research Institute of CSIC
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2013-07-10

Abstract

本发明属于传热技术领域，涉及一种板壳式换热器，特别涉及一种带温度补偿板的三股流板壳式换热器。包括左补偿结构、右补偿结构、左板片芯组、壳体、隔板、右板片芯组、左法兰面、右法兰面；本发明对常规的板壳式换热器进行改进，提出了可以实现三股流换热的板壳式换热器。左右板片芯组通过左右法兰面固定组成一个整体，左右板片芯组之间用隔板。左右板片芯组被放置于壳体当中。本发明两组板芯共用一个壳体，可以在一台换热器上实现三股流换热,板侧两股流,壳侧一股流。本发明在换热板与法兰面之间设置了热补偿板，补偿板特殊的结构起到了缓解应力的作用。

Description

带温度补偿板的三股流板壳式换热器

技术领域

本发明属于传热技术领域，涉及一种板壳式换热器，特别涉及一种带温度补偿板的三股流板壳式换热器。

背景技术

在现有的技术中，板壳式换热器集板式、管壳式换热器的优点于一体。它具有传热效率高、末端温差小、耐高温高压、紧凑化以及重量轻等优点，已被广泛应用于化肥装置，炼油厂精制装置，气体分离装置以及乙烯装置等大中型、中高压换热设备中。

常规的板壳式换热器仅能实现两股流换热，而在LNG产业、空分工艺和甲醇工艺中很多场合都是多股流的。多股流缠绕管式换热器在这些场合下得到了广泛应用。缠绕管式换热器属于管壳式换热器类型，具有管壳式换热器的优点，也有体积大、重量重等缺点。板壳式换热器要替代缠绕管式换热器，如何实现多股流是需要考虑的一个问题。

同时，板壳式换热器换热板片与端板通常是焊接方式连接，由于端板与换热板片厚薄差异较大，温差所带来的热应变就会不协调，焊缝处容易产生较大应力集中，容易产生应力破坏和应力疲劳，降低了产品的寿命和可靠性。这个问题也困扰着板壳式换热器的深入推广。

常规的两股流板壳式换热器如图1所示，包括圆筒状壳体1、板芯组2、导流块3、板侧进口管嘴4、板侧出口管嘴5、壳程进口管嘴6、壳程出口管嘴7、压紧板8、法兰面9、壳体法兰面10构成。板片11之间通过焊接形成板芯组2，板芯组2与压紧板8之间通过激光焊接连接。法兰面9与壳体法兰面10通过螺纹孔12由螺栓连接。在圆筒状壳体1的壁面上开有壳程进口和壳程出口，在法兰面9上设有板程进口和板程出口。每个板对由两片板片11沿外圆周焊接而成，构成板对的两片板片11间形成板程流道。在每片板片11上有圆形的介质进口和介质出口，板对间沿板片11的介质进口和介质出口内圆周焊接，板对间形成壳程流道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，设计一种带温度补偿板的三股流板壳式换热器，该换热器可以减小体积并降低重量。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种带温度补偿板的三股流板壳式换热器，包括左补偿结构、右补偿结构、左板片芯组、壳体、隔板、右板片芯组、左法兰面、右法兰面；

其中，所述左补偿结构主要由两块左补偿板组成，所述右补偿结构主要由两块右补偿板组成，所述左补偿板和右补偿板的截面为凸脊结构，所述两块左补偿板的外圆周面焊接连接并使两块左补偿板的凸脊抵靠，所述两块右补偿板的外圆周面焊接连接并使两块右补偿板的凸脊抵靠；

所述左板片芯组和右板片芯组的结构相同，所述左板片芯组和右板片芯组的外径小于壳体的内径；

在所述壳体的外圆周面中间位置对称开有两个通孔，该两个通孔分别为壳程流体进口和壳侧流体出口；

在所述左法兰面的端面上开有第一股流体出口和第一股流体入口，在所述右法兰面的端面上开有第二股流体出口和第二股流体入口；

其连接关系在于：所述左补偿结构设在左法兰面和左板片芯组之间，所述左补偿结构左侧两个通孔分别与左法兰面的第一股流体出口和第一股流体入口贯通，所述左补偿结构右侧两个通孔分别与左板片芯组的流体出口和流体入口贯通，由左法兰面、左补偿结构和左板片芯组组成左换热部件；所述右补偿结构设在右法兰面和右板片芯组之间，所述右补偿结构右侧两个通孔分别与右法兰面的第二股流体出口和第二股流体入口贯通，所述右补偿结构左侧两个通孔分别与右板片芯组的流体出口和流体入口贯通，由右法兰面、右补偿板结构和右板片芯组组成右换热部件；所述左换热部件和右换热部件分别安装在所述壳体的左右两端，在所述左换热部件的左板片芯组和右换热部件的右板片芯组之间安装隔板；所述第一股换热介质由左法兰面的第一股流体入口进入左换热部件从左法兰面的第一股流体出口流出；所述第二股换热介质由右法兰面的第二股流体入口进入右换热部件从右法兰面的第二股流体出口流出；所述第三股换热介质由壳体的壳程流体进口进入壳体和左换热部件、右换热部件之间的空腔内再由壳体的壳侧流体出口流出。

还包括两片导流块，所述两片导流块安装在所述壳体和左换热部件、右换热部件之间空腔内并左右对称。

所述左板片芯组和右板片芯组的板片为波纹型结构。

所述板片的厚度为0.6mm～1.0mm。

所述左法兰面和右法兰面的厚度为15mm～20mm。

本发明是这样实现的：本发明对常规的板壳式换热器进行改进，提出了可以实现三股流换热的板壳式换热器。左右板片芯组通过左右法兰面固定组成一个整体，左右板片芯组之间用隔板。左右板片芯组被放置于壳体当中。左板片芯组有板侧第一股流体入口和第一股流体出口。右板片芯组有板侧第二股流体入口和第二股流体出口。壳体上有壳程流体进口和壳侧流体出口。补偿结构位于左右板片芯组与左右法兰面之间。

本发明的优点和有益效果在于：本发明两组板芯共用一个壳体，可以在一台换热器上实现三股流换热,板侧两股流,壳侧一股流。由于还包括两片导流块，所述两片导流块安装在所述壳体和左换热部件、右换热部件之间空腔的两侧面，在防止流体短路的同时可以提高第三股换热介质的换热效率。由于所述左板片芯组和右板片芯组的板片为波纹型结构，可以提高换热介质的换热效率。由于所述左补偿结构和右补偿结构的补偿板的截面为凸脊结构，这样的结构起到了缓解应力的作用。

附图说明

图1是常规的板壳式换热器；

图2是本发明结构示意图；

图3是本发明结构剖视图；

图4是本发明所用换热板片；

图5是本发明换热板片结构图；

图6是本发明补偿板结构图；

图7是本发明热补偿板片结构图；

图8是本发明热补偿板片连接方式示意图；

图9是本发明的一个应用实例。

其中，1-圆筒状壳体；2-板芯组；3-导流块；4-板侧进口管嘴；5-板侧出口管嘴；6-壳程进口管嘴；7-壳程出口管嘴；8-压紧板；9-法兰面；10-壳体法兰面；11-板片；12-螺纹孔；13-第一股流体出口；14-左补偿板；15-左板片芯组；16-壳体；17-隔板；18-右板片芯组；19-壳程流体进口；20-第二股流体出口；21-右法兰面；22-第二股流体入口；23-壳侧流体出口；24-第一股流体入口；25-左法兰面；26-右补偿板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图2至图9所示，本发明具体实施的技术方案是：一种带温度补偿板的三股流板壳式换热器，其特征在于：包括左补偿结构、右补偿结构、左板片芯组15、壳体16、隔板17、右板片芯组18、左法兰面25、右法兰面21；

其中，所述左补偿结构主要由两块左补偿板14组成，所述右补偿结构主要由两块右补偿板26组成，所述左补偿板14和右补偿板26的截面为凸脊结构，所述两块左补偿板14的外圆周面焊接连接并使两块左补偿板14的凸脊抵靠，所述两块右补偿板26的外圆周面焊接连接并使两块右补偿板26的凸脊抵靠；

所述左板片芯组15和右板片芯组18的结构相同，所述左板片芯组15和右板片芯组18的外径小于壳体16的内径；

在所述壳体16的外圆周面中间位置对称开有两个通孔，该两个通孔分别为壳程流体进口19和壳侧流体出口23；

在所述左法兰面25的端面上开有第一股流体出口13和第一股流体入口24，在所述右法兰面21的端面上开有第二股流体出口20和第二股流体入口22；

其连接关系在于：所述左补偿结构设在左法兰面25和左板片芯组15之间，所述左补偿结构左侧两个通孔分别与左法兰面25的第一股流体出口13和第一股流体入口24贯通，所述左补偿结构右侧两个通孔分别与左板片芯组15的流体出口和流体入口贯通，由左法兰面25、左补偿结构和左板片芯组15组成左换热部件；所述右补偿结构设在右法兰面21和右板片芯组18之间，所述右补偿结构右侧两个通孔分别与右法兰面21的第二股流体出口20和第二股流体入口22贯通，所述右补偿结构左侧两个通孔分别与右板片芯组18的流体出口和流体入口贯通，由右法兰面21、右补偿板结构和右板片芯组18组成右换热部件；所述左换热部件和右换热部件分别安装在所述壳体16的左右两端，在所述左换热部件的左板片芯组15和右换热部件的右板片芯组18之间安装隔板17；所述第一股换热介质由左法兰面25的第一股流体入口24进入左换热部件从左法兰面25的第一股流体出口13流出；所述第二股换热介质由右法兰面21的第二股流体入口22进入右换热部件从右法兰面21的第二股流体出口20流出；所述第三股换热介质由壳体16的壳程流体进口19进入壳体16和左换热部件、右换热部件之间的空腔内再由壳体16的壳侧流体出口23流出。

还包括两片导流块3，所述两片导流块3安装在所述壳体16和左换热部件、右换热部件之间空腔内并左右对称。

所述左板片芯组15和右板片芯组18的板片11为波纹型结构。

所述板片11的厚度为0.6mm～1.0mm。

所述左法兰面25和右法兰面21的厚度为15mm～20mm。

下面详细阐述设置温度左补偿板14和右补偿板26的作用。在已有的板壳式热交换器中，入口端口管和出口端口管被直接焊接到板片11芯上，从而获得压力密闭的板侧流通道。同时入口端口管和出口端口管还被焊接到热交换器的左法兰面25和右法兰面21上。板片11的厚度通常在0.6mm～1mm之间，而左法兰面25和右法兰面21的厚度通常在15mm～20mm之间。由于薄厚的差异，换热板片11将比左法兰面25和右法兰面21对热变化反应快得多，所以在入口与出口管以及热交换板之间将施加应力。如果该连接经受热循环，该连接将损坏并最后可能断裂。

左补偿板14和右补偿板26的目的是介于换热板片11与左法兰面25和右法兰面21之间的一种过渡结构，其热应变应该处于左法兰面25和右法兰面21与换热板片11之间，缓解换热板片11和左法兰面25和右法兰面21之间的接头造成应力集中及热疲劳。如图5所示，左补偿板14和右补偿板26是一系列的同心圆结构，左补偿板14和右补偿板26的凸脊结构（如图6,图7所示）与换热板片11的波纹结构（如图5所示）不同，左补偿板14和右补偿板26的波纹斜面更接近于竖直，这些结构可以是的板片11在热膨胀时具有较小的径向应力。

图8给出了左补偿板14的具体连接方式。换热板片11与左法兰面25之间有两块左补偿板14进行过渡。左补偿板14的凸脊抵靠在相邻左补偿板14的凸脊上，在板侧流通道和壳侧流通道中具有非常有限的流。故而左补偿板14之间是没有流体流过的补偿。当热交换器中发生快且高的温度上升，左板片芯组的热交换板将立即膨胀。左补偿板14将比热交换板膨胀的略微慢一些，因为大多数左补偿板14不与流过热交换器的流处与大的接触。因为左补偿板14叠组一方面连接在热交换器板叠组上，并且另一方面连接在左法兰面25上，所以各个左补偿板14将略微不同地膨胀。因而将有助于最大限度地减少施加在左法兰面25处和施加于换热板片11连接处的应力。

一种新型结构的板壳式换热器，可以实现三股流体的换热。常规的板壳式换热器只能实现两股流换热，而本发明两组板芯共用一个壳体，可以在一台换热器上实现三股流换热,板侧两股流,壳侧一股流。常规的板壳式换热器由于端板与换热板采用焊接连接，材料厚薄的差异，引起的热应变不协调，容易在连接处产生较大的应力。本发明在换热板与端板之间设置了热补偿板，补偿板特殊的结构起到了缓解应力的作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.带温度补偿板的三股流板壳式换热器，其特征在于：包括左补偿结构、右补偿结构、左板片芯组（15）、壳体（16）、隔板（17）、右板片芯组（18）、左法兰面（25）、右法兰面（21）；

其中，所述左补偿结构主要由两块左补偿板（14）组成，所述右补偿结构主要由两块右补偿板（26）组成，所述左补偿板（14）和右补偿板（26）的截面为凸脊结构，所述两块左补偿板（14）的外圆周面焊接连接并使两块左补偿板（14）的凸脊抵靠，所述两块右补偿板（26）的外圆周面焊接连接并使两块右补偿板（26）的凸脊抵靠；

所述左板片芯组（15）和右板片芯组（18）的结构相同，所述左板片芯组（15）和右板片芯组（18）的外径小于壳体（16）的内径；

在所述壳体（16）的外圆周面中间位置对称开有两个通孔，该两个通孔分别为壳程流体进口（19）和壳侧流体出口（23）；

在所述左法兰面（25）的端面上开有第一股流体出口（13）和第一股流体入口（24），在所述右法兰面（21）的端面上开有第二股流体出口（20）和第二股流体入口（22）；

其连接关系在于：所述左补偿结构设在左法兰面（25）和左板片芯组（15）之间，所述左补偿结构左侧两个通孔分别与左法兰面（25）的第一股流体出口（13）和第一股流体入口（24）贯通，所述左补偿结构右侧两个通孔分别与左板片芯组（15）的流体出口和流体入口贯通，由左法兰面（25）、左补偿结构和左板片芯组（15）组成左换热部件；所述右补偿结构设在右法兰面（21）和右板片芯组（18）之间，所述右补偿结构右侧两个通孔分别与右法兰面（21）的第二股流体出口（20）和第二股流体入口（22）贯通，所述右补偿结构左侧两个通孔分别与右板片芯组（18）的流体出口和流体入口贯通，由右法兰面（21）、右补偿板结构和右板片芯组（18）组成右换热部件；所述左换热部件和右换热部件分别安装在所述壳体（16）的左右两端，在所述左换热部件的左板片芯组（15）和右换热部件的右板片芯组（18）之间安装隔板（17）；所述第一股换热介质由左法兰面（25）的第一股流体入口（24）进入左换热部件从左法兰面（25）的第一股流体出口（13）流出；所述第二股换热介质由右法兰面（21）的第二股流体入口（22）进入右换热部件从右法兰面（21）的第二股流体出口（20）流出；所述第三股换热介质由壳体（16）的壳程流体进口（19）进入壳体（16）和左换热部件、右换热部件之间的空腔内再由壳体（16）的壳侧流体出口（23）流出。

2.根据权利要求1所述的带温度补偿板的三股流板壳式换热器，其特征在于：还包括两片导流块（3），所述两片导流块（3）安装在所述壳体（16）和左换热部件、右换热部件之间空腔内并左右对称。

3.根据权利要求1或2所述的带温度补偿板的三股流板壳式换热器，其特征在于：所述左板片芯组（15）和右板片芯组（18）的板片（11）为波纹型结构。

4.根据权利要求3所述的带温度补偿板的三股流板壳式换热器，其特征在于：所述板片（11）的厚度为0.6mm～1.0mm。

5.根据权利要求1或2所述的带温度补偿板的三股流板壳式换热器，其特征在于：所述左法兰面（25）和右法兰面（21）的厚度为15mm～20mm。