CN103542761B - 一种列管式换热器管箱用密封垫 - Google Patents

Abstract

一种列管式换热器管箱用密封垫，采用具有凸和/或凹的粗糙面作为密封边环与管箱的端部的夹紧面或者密封边环与管箱的端盖的夹紧面，突破了本领域常规思维模式，增加了接触作用力，以从多圈圆周方向阻隔沿密封边环与管箱的端部之间的夹紧面的泄漏及内压冲击力，在多圈凸和/或凹的粗糙面的阻隔下，使得泄漏作用力降低至零，以最终提升了管箱的端部及管箱的端盖的密封性能，同时，从径向而言，也增大了密封边环与管箱的端部以及管箱的端盖之间的摩擦力，使得在高温高压作用下，仅通过球面弹性膜片即可进行变形补偿，防止平垫边环的径向位移，以降低泄漏的风险；再者具有结构简单，组装简易，成本低的特点，在实际生产作业中具有广阔的实用性。

Description

一种列管式换热器管箱用密封垫

技术领域

本申请涉及装备工程中的列管式换热器管箱的密封技术，特别是涉及用于石油炼制与化工、煤化工、化肥工业、空调、空冷、电力设施的热交换节能设备专用的一种列管式换热器管箱用密封垫。

背景技术

现有技术中，列管式换热器是应用最为广泛的一种热交换器，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。

现有技术中的列管式换热器，如图1所示，通常是由管束2、管壳3、管箱4等主要构件组成，其中，管束2是列管式换热器的核心构件，管束2通常由换热管、支持板（或者折流板）和管板5组成，成排的换热管通过支持板（或者折流板）支承，其两端穿进管板5的管孔中，并与管板5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，可以将换热管分成几个流程，以便介质在换热管内来回流动，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。上述管板与管壳3和管箱4等通过焊接或者法兰螺栓加垫片的强制密封固定装配即得一台列管式换热器。

当换热管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。这种列管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。

上述现有技术中的列管式换热器在应用到恶劣工况时，为了避免流程物料的泄漏，其进出口的接管10即便口径很小，通常设计成与管线直接对焊的方式，而不采用法兰连接的方式；同样，为了避免流程物料的泄漏，大口径的管板5与其两侧的管壳3和管箱4的圆筒体进行焊接，这样使得，管箱4的端部9就不能与管箱4的端盖7之间也采用焊接的方式，主要考虑到方便检修人员能从管箱4的端部9进去进行检测管头等修理工作。

随之，人们一直致力于管箱4的端部9与管箱4的端盖7之间除了不可拆的强度焊接连接之外的更好的密封结构的研究。其中球面膜密封6便是最新的一种有效结构。随着实践应用的深入，人们发现该结构本身也存在以下不利的问题：

第一，结构特殊，球形的弧面加工精度要求高。

第二，需要高水平的氩弧焊接，且是紧固螺柱8后的障碍焊，不能损伤管箱4的端部9与管箱4的端盖7。

第三，安装精度高。

第四，拆卸不便，需要去除密封焊缝，边环属易损件，维护困难。

综上，复杂或庞大的换热器装配拆卸麻烦，维修不便。特别是装置大修期间，能缩短一天检修时间都能产生显著的经济效益。随着环境保护意识的增强，油品质量的提升需要采取更高温高压下的加氢工艺，氢的分子最小、是渗透性非常强的易燃易爆介质，原有的密封结构难以适应新的工艺和管理要求。

随之，人们研发了一种专用密封垫，如图2所示，该密封垫设置于管箱4的端部9与管箱4的端盖7之间，密封垫包括有设置于中间的球面弹性膜片61和沿所述球面弹性膜片61的外周侧设置的密封边环62，所述密封边环62夹紧于管箱的端部的一端面A设置为光滑平面，所述密封边环62夹紧于管箱的端盖的一端面B也设置为光滑平面，本领域的技术人员在考虑此处的密封时，仅是针对球面弹性膜片61的改进产生微量变形，以适应管箱内压波动或热膨胀，而考虑到密封的效果将其与管箱的端盖以及管箱的端部均设置为光滑平面，以减少它们之间的缝隙，避免泄漏。然而，正是由于这种技术偏见阻碍了该专用密封垫的进一步发展，因此，申请人继续结合传统列管式换热器密封存在的问题进行再次改进，研发一种结构简单、密封可靠性好、热效率高，同时拆装方便，便于整体进行装配，且节约能源的新型列管式换热器管箱用密封垫，在工程技术领域具有极为深远和重大的意义。

发明内容

本申请的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种结构简单、装拆方便、密封性能好，同时还能够降低整体制造成本的列管式换热器管箱用密封垫。

本申请的目的通过以下技术方案实现：

提供了一种列管式换热器管箱用密封垫，设置于管箱的端部与管箱的端盖之间，该密封垫包括有设置于中间的球面弹性膜片和沿所述球面弹性膜片的外周侧设置的密封边环，其中，所述密封边环夹紧于管箱的端部的一端面设置为具有凸和/或凹的粗糙面，所述密封边环夹紧于管箱的端盖的一端面设置为具有凸和/或凹的粗糙面。

还提供了一种列管式换热器管箱用密封垫，设置于管箱的端部与管箱的端盖之间，该密封垫包括有设置于中间的球面弹性膜片和沿所述球面弹性膜片的外周侧设置的密封边环，其中，所述密封边环夹紧于管箱的端部的一端面设置为光滑面，所述密封边环夹紧于管箱的端盖的一端面设置为具有凸和/或凹的粗糙面。

再提供了一种列管式换热器管箱用密封垫，设置于管箱的端部与管箱的端盖之间，该密封垫包括有设置于中间的球面弹性膜片和沿所述球面弹性膜片的外周侧设置的密封边环，其中，所述密封边环夹紧于管箱的端部的一端面设置为具有凸和/或凹的粗糙面，所述密封边环夹紧于管箱的端盖的一端面设置为光滑面。

进一步的，所述具有凸和/或凹的粗糙面为波纹形的粗糙面。

进一步的，所述具有凸和/或凹的粗糙面为设置有至少一个凸起的粗糙面。

进一步的，所述具有凸和/或凹的粗糙面为磨砂的粗糙面。

进一步的，所述密封边环夹紧于管箱的端盖的一端面与所述球面弹性膜片平滑过渡形成一体化的球面。

进一步的，所述球面弹性膜片和所述密封边环一体成型设置或者分体组焊成型设置。

进一步的，所述球面弹性膜片的厚度与所述密封边环的厚度相等。

进一步的，所述密封边环的端部向夹紧于管箱的端部弯折形成复合层的密封边环，所述复合层的密封边环之间一体成型设置或者分体组焊成型设置。

本申请的有益效果：

与现有技术相比，本申请采用具有凸和/或凹的粗糙面作为密封边环与管箱的端部的夹紧面或者密封边环与管箱的端盖的夹紧面，突破了本领域常规思维模式，增加了横向的抵接触作用力，以从多段水平圈圆周方向阻隔沿密封边环与管箱的端部之间的夹紧面的泄漏及内压冲击力，在多段圈凸和/或凹的粗糙面的阻隔下，使得泄漏作用力降低至零，以最终提升了管箱的端部及管箱的端盖的密封性能，同时，从纵径向而言，也增大了密封边环与管箱的端部以及管箱的端盖之间的摩擦力，使得在高温高压作用下，仅通过球面弹性膜片即可进行变形补偿，防止平垫边环的纵径向位移，以降低泄漏的风险；再者该密封垫结构简单，在管箱的端部及管箱的端盖之间组装简易，避免了现有技术中的球面膜密封需要较高的安装精度，而且其周侧易泄漏的问题，同时也无需增加高水平的氩弧焊接，避免了损伤管箱的端部与管箱的端盖的风险，具体成本低的特点，同时拆卸方便，便于更换与维修，在实际生产作业中具有广阔的实用性。

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是现有技术中列管式换热器管箱球面膜密封的局部结构示意图。

图2是现有技术中列管式换热器管箱密封垫的局部结构示意图。

图3是本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的实施例4的局部结构示意图。

图4是本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的实施例5的局部结构示意图。

图5是本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的实施例7的局部结构示意图。

图6是本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的实施例8的一种结构的局部示意图。

图7是本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的实施例9的一种结构的局部示意图。

图8是本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的实施例9的另一种结构的局部示意图。

图9是本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的实施例10的一种结构的局部示意图。

图10是本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的实施例10的另一种结构的局部示意图。

在图1中包括有：

2——管束、3——管壳、4——管箱、5——管板、6——球面膜密封、7——端盖、8——紧固螺柱、9——端部、10——接管、

在图2至图10中包括有：

11——凸台、

12——对接焊缝、

13——波纹形的粗糙面、

14——连接焊缝、

61——球面弹性膜片、62——密封边环、63——复合层的密封边环、

T——密封边环厚度、t、t1、t2——球面弹性膜片厚度、SR——球面弹性膜片的球半径、A——密封边环夹紧于管箱的端部的一端面、B——密封边环夹紧于管箱的端盖的一端面。

具体实施方式

结合以下实施例对本申请作进一步详细描述。

实施例 1

本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的具体实施方式之一，参考图1和图2所示，设置于管箱4的端部9与管箱4的端盖7之间，该密封垫包括有设置于中间的球面弹性膜片61和沿所述球面弹性膜片61的外周侧设置的密封边环62。上述技术特征与现有技术中的列管式换热器管箱的密封垫的传统结构相同。

本申请的改进之处在于，所述密封边环62夹紧于管箱4的端部9的一端面A设置为具有凸和/或凹的粗糙面；所述密封边环62夹紧于管箱4的端盖7的一端面B设置为具有凸和/或凹的粗糙面。

与现有技术相比，本申请采用具有凸和/或凹的粗糙面作为密封边环62与管箱4的端部9的夹紧面或者密封边环与管箱4的端盖7的夹紧面，突破了本领域常规思维模式，增加了接触作用力，以从多圈圆周方向阻隔沿密封边环62与管箱4的端部9之间的夹紧面的泄漏及内压冲击力，在多圈凸和/或凹的粗糙面的阻隔下，使得泄漏作用力降低至零，以最终提升了管箱4的端部9及管箱4的端盖7的密封性能，同时，从径向而言，也增大了密封边环62与管箱4的端部9以及管箱4的端盖7之间的摩擦力，使得在高温高压作用下，仅通过球面弹性膜片61即可进行变形补偿，防止平垫边环62的径向位移，以降低泄漏的风险；再者该密封垫结构简单，在管箱4的端部9及管箱4的端盖7之间组装简易，避免了现有技术中的球面膜密封需要较高的安装精度，而且其周侧易泄漏的问题，同时也无需增加高水平的氩弧焊接，避免了损伤管箱4的端部9与管箱4的端盖7的风险，具体成本低的特点，同时拆卸方便，便于更换与维修，在实际生产作业中具有广阔的实用性。

实施例 2

本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的具体实施方式之二，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，所述密封边环62夹紧于管箱4的端部9的一端面A设置为光滑面，所述密封边环62夹紧于管箱4的端盖7的一端面B设置为具有凸和/或凹的粗糙面。在密封边环62的两个夹紧面中选择夹紧于管箱4的端盖7的一端面B为具有凸和/或凹的粗糙面，也可以起到加强密封等优点，但其效果略差于实施例1中的技术方案。

实施例 3

本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的具体实施方式之三，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，所述密封边环62夹紧于管箱4的端部9的一端面A设置为具有凸和/或凹的粗糙面，所述密封边环62夹紧于管箱4的端盖7的一端面B设置为光滑面。在密封边环62的两个夹紧面中选择夹紧于管箱4的端部9的一端面A为具有凸和/或凹的粗糙面，可以起到加强密封等优点，但其效果略差于实施例1中的技术方案，但优于实施例2中的技术方案。

实施例 4

本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的具体实施方式之四，本实施例的主要技术方案与实施例1至实施例3中任一项相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1至实施例3中的解释，在此不再进行赘述。参考图3所示，本实施例与实施例1至实施例3的区别在于，所述具有凸和/或凹的粗糙面为波纹形的粗糙面13。密封边环62一侧A不是光滑的环形平面，而是加工有一圈圈环形的波纹线组成的波纹形的粗糙面13，达到更好的密封效果。或者，密封边环62一侧B不是光滑的环形平面，而是加工有一圈圈环形的波纹线组成的波纹形的粗糙面13，达到更好的密封效果。

实施例 5

本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的具体实施方式之五，本实施例的主要技术方案与实施例1至实施例3中任一项相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1至实施例3中的解释，在此不再进行赘述。参考图4所示，本实施例与实施例1至实施例3的区别在于，所述具有凸和/或凹的粗糙面为设置有至少一个凸起的粗糙面。密封边环62原来压紧面一侧B的环形平面上设置了一个凸台11，端盖7（参见图1所示）原来施加给压紧面B的力将集中在凸台11处承受，而密封边环62一侧A与凸台11水平相对应之处，在管箱端部安装有O形环密封圈的位置。

上述凸台11还可以设置为两个以上的凸台11。

或者，密封边环62原来压紧面一侧A的环形平面上设置了一个凸台11，端盖7原来施加给压紧面A的力将集中在凸台11处承受，而密封边环62一侧B与凸台11水平相对应之处，在管箱端盖安装有O形环密封圈的位置。

实施例 6

本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的具体实施方式之六，本实施例的主要技术方案与实施例1至实施例3中任一项相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1至实施例3中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1至实施例3的区别在于，所述具有凸和/或凹的粗糙面为磨砂的粗糙面。增加摩擦性，具有加强密封的作用，进一步起到抵制泄漏的作用。

实施例 7

本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的具体实施方式之七，本实施例的主要技术方案与实施例1至实施例3中任一项相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1至实施例3中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1至实施例3中的区别在于，参考图5所示，所述密封边环62夹紧于管箱的端盖的一端面B与所述球面弹性膜片平滑过渡形成一体化的球面。该密封边环62的压紧面一侧B从环形平面缩小为尖形的环形边缘，原来压紧面一侧B的环形平面的位置与球面弹性膜片61顺畅过渡为球半径为SR的球面。便于密封弹性的补偿。

实施例 8

本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的具体实施方式之六，本实施例的主要技术方案与实施例1至实施例3中任一项相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1至实施例3中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1至实施例3中的区别在于，可参考图2和图7所示，所述球面弹性膜片61和所述密封边环62一体成型设置；或者，参考图6所示，所述球面弹性膜片61和所述密封边环62分体组焊成型设置。密封边环62与球面弹性膜片61分别由不同的材料毛坯加工好了，再通过对接焊缝12组焊到一起，也能减少加工余量，节约材料成本和加工成本；还可以在旧球面膜回收利用方面发挥作用，更换其中损坏的部分，节约材料。

实施例 9

本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的具体实施方式之九，本实施例的主要技术方案与实施例1至实施例3中任一项相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1至实施例3中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1至实施例3中的区别在于，所述球面弹性膜片61设置为厚度相等或者厚度变化的球面弹性膜片61；所述密封边环62设置为厚度相等或者厚度变化的密封边环62。密封边环62的厚度T与球面弹性膜片61的厚度t相等（可参见图7所示），可由同一厚度的钢板制造，没有太多需去除的加工余量，节约材料成本和加工成本。密封边环62的厚度T与球面弹性膜片61的厚度t还可以不相等设置，参考图8所示，球面弹性膜片61的从边缘向中心从厚度t2过渡到厚度t1。

实施例 10

本申请的一种列管式换热器管箱用密封垫的具体实施方式之十，本实施例的主要技术方案与实施例1至实施例3中任一项相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1至实施例3中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1至实施例3中的区别在于，参考图9和图10所示，所述密封边环62的端部向夹紧于管箱的端部弯折形成复合层的密封边环63，所述复合层的密封边环63之间一体成型设置或者通过连接焊缝14分体组焊成型设置。此处焊缝需经过检测无泄漏。

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 (9)

1.一种列管式换热器管箱用密封垫，设置于管箱的端部与管箱的端盖之间，该密封垫包括有设置于中间的球面弹性膜片和沿所述球面弹性膜片的外周侧设置的密封边环，其特征在于：所述密封边环夹紧于管箱的端部的一端面设置为具有凸出和/或凹进所述密封边环夹紧于管箱的端部的一端面的粗糙面，所述密封边环夹紧于管箱的端盖的一端面设置为具有凸出和/或凹进所述密封边环夹紧于管箱的端盖的一端面的粗糙面，所述密封边环的端部向夹紧于管箱的端部弯折形成复合层的密封边环，所述复合层的密封边环之间一体成型设置或者分体组焊成型设置。

2. 一种列管式换热器管箱用密封垫，设置于管箱的端部与管箱的端盖之间，该密封垫包括有设置于中间的球面弹性膜片和沿所述球面弹性膜片的外周侧设置的密封边环，其特征在于：所述密封边环夹紧于管箱的端部的一端面设置为光滑面，所述密封边环夹紧于管箱的端盖的一端面设置为具有凸出和/或凹进所述密封边环夹紧于管箱的端盖的一端面的粗糙面，所述密封边环的端部向夹紧于管箱的端部弯折形成复合层的密封边环，所述复合层的密封边环之间一体成型设置或者分体组焊成型设置。

3. 一种列管式换热器管箱用密封垫，设置于管箱的端部与管箱的端盖之间，该密封垫包括有设置于中间的球面弹性膜片和沿所述球面弹性膜片的外周侧设置的密封边环，其特征在于：所述密封边环夹紧于管箱的端部的一端面设置为具有凸出和/或凹进所述密封边环夹紧于管箱的端部的一端面的粗糙面，所述密封边环夹紧于管箱的端盖的一端面设置为光滑面，所述密封边环的端部向夹紧于管箱的端部弯折形成复合层的密封边环，所述复合层的密封边环之间一体成型设置或者分体组焊成型设置。

4. 根据权利要求1至3中任一项所述的一种列管式换热器管箱用密封垫，其特征在于：所述具有凸和/或凹的粗糙面为波纹形的粗糙面。

5. 根据权利要求1至3中任一项所述的一种列管式换热器管箱用密封垫，其特征在于：所述具有凸和/或凹的粗糙面为设置有至少一个凸起的粗糙面。

6. 根据权利要求1至3中任一项所述的一种列管式换热器管箱用密封垫，其特征在于：所述具有凸和/或凹的粗糙面为磨砂的粗糙面。

7. 根据权利要求1至3中任一项所述的一种列管式换热器管箱用密封垫，其特征在于：所述密封边环夹紧于管箱的端盖的一端面与所述球面弹性膜片平滑过渡形成一体化的球面。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的一种列管式换热器管箱用密封垫，其特征在于：所述球面弹性膜片和所述密封边环一体成型设置或者分体组焊成型设置。

9. 根据权利要求1至3中任一项所述的一种列管式换热器管箱用密封垫，其特征在于：所述球面弹性膜片的厚度与所述密封边环的厚度相等。