CN104315914B - 回弯式换热器管板端密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了回弯式换热器管板端密封结构，包括壳程壳体、半椭圆垫、壳程法兰、剖分剪切环A、壳程止动法兰、壳程螺母、壳程全螺纹螺柱、换热管、管板裙、管程止动法兰、剖分剪切环B、平垫片、管程螺母、管程全螺纹螺柱、管程法兰、管程壳体、管板等组成。壳程侧密封用半椭圆垫密封，管程侧用平垫片密封。一般应先安装壳程密封部件，后安管程密封部件。该结构管程、壳程分别密封；适应各类不同介质；特别适合高压场合。本发明解决了回弯式换热器管板端密封结构复杂，可靠性差，成本高，无法按现行标准设计的弊端。

Description

回弯式换热器管板端密封结构

技术领域

本发明涉及换热器相关技术领域，特别是涉及回弯式换热器管板端密封结构。

背景技术

管壳式换热器属间壁式换热器，分管程与壳程。根据工艺需要，管程、壳程内分别流动有不同参数、不同种类的介质，用于使需要的介质升温或降温。管壳式换热器换热出口终温一般由工艺过程确定，在确定流体出口温度时，不希望出现温度交叉现象，即热流体出口温度低于冷流出口温度。如果工艺流程需要，则必须选择二壳程或多台串联形式。相比较而言，二壳程换热器比串联形式经济性更好。但二壳程结构自身的不足和拆装时对密封条的损坏，与实际运行效果有较大的出入。目前，最理想的二壳程及以上的多壳换热器结构形式是回弯式（Hairpin Heat Exchanger），但由于该类换热器应具备这样的功能：即连接管束的管板可从壳程壳体的后端穿进和抽出。这样，管板直径就要小于壳程壳体内径，密封十分困难。其结构设计多由国外专利垄断。

美国专利US3155404A公开了三种回弯式换热器管板端部密封结构，其中二种是椭圆垫，要同时密封管程和壳程。其特点是结构较简单，但两端对中性不好。在线拆卸时，管程、壳程都必须停机。剪切剖分环与壳程介质接触，有腐蚀倾向。

美国专利US4612980A公开了四种回弯式换热器管板端部密封结构，可分别密封管程和壳程。其特点是结构较简单，剪切剖分环不与介质接触。但壳程的双锥密封垫，依据现有的技术标准无法准确设计，必须采用有限元进行模拟确定，设计成本高，双锥密封垫制造难度大。

美国专利US4557322A公开了一种回弯式换热器管板端部密封结构，用两种规格平垫同时密封管程和壳程。其特点是结构较简单，适于管程、壳程压力相近场合。在线拆卸时，管程、壳程都必须停机。剪切剖分环与壳程介质接触，有腐蚀倾向。

因此有必要设计一种现行技术标准支持，制造相对简单，运行安全可靠的回弯式换热器管板端部密封结构。

发明内容

为了突破现有技术短板，本发明提供了回弯式换热器管板端密封结构，该密封结构可以实现在压力35MPa，温度600℃以下安全密封，介质不受限制。并且结构简单，用现有的技术标准可以设计。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种回弯式换热器管板端密封结构，包括有壳程壳体、壳程法兰、剖分剪切环A、壳程止动法兰、螺母、螺纹螺柱、换热管、管板裙、管程止动法兰、剖分剪切环B、管程法兰、管程壳体、管板，其特征在于：在管程上设置有一套包括管程法兰、管程密封平垫片，以及管程螺母、管程全螺纹螺柱组成的管程密封结构，该管程密封结构还包括剖分剪切环B镶嵌在管板上的槽内，用于止动管程止动法兰；在壳程上设置有一套包括壳程法兰、壳程密封半椭圆垫，以及壳程螺母、壳程全螺纹螺柱组成的壳程密封结构，该密封结构还包括剖分剪切环A镶嵌在管板裙的凹槽内，用于止动壳程止动法兰；壳程密封半椭圆垫法向剖面一端为椭圆曲线，另一端为直线；所述的管程法兰与管程壳体、壳程法兰与壳程壳体均对焊连接结构。

本发明包括所涉及回弯式换热器壳程是一个倒U形壳体，或数个这样的壳体组合，形成壳程的串联或并联结构。

本发明所涉及的换热管是U形结构。

本发明还包括管程止动法兰和壳程法兰为螺纹孔，或为光孔；当加工成光孔时，配套的管程全螺纹螺柱和壳程全螺纹螺柱相应加长，需要的管程螺母和壳程螺母数量增加一倍。

本发明所述壳程密封半椭圆垫也可是壳程密封半八角垫。

壳程和管程分别密封，使试压和维修更方便。壳程密封：将半椭圆垫和剖分剪切环A安装就位，然后把壳程全螺纹螺柱旋入壳程法兰螺纹孔内。接着安装壳程止动法兰，把壳程螺母拧到壳程全螺纹螺柱上，逐渐压紧壳程止动法兰，即可实现壳程密封；管程密封：先将管程止动法兰穿入管板，并将安装剖分剪切环B的凹槽露出。把剖分剪切环B放入槽内，后拉管程止动法兰，使其与剖分剪切环B靠紧。旋入管程全螺纹螺柱，安好平垫片，安装管程法兰，上好管程螺母并拧紧，即可实现管程密封。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：管程、壳程分别密封，可以针对各自的设计工况选用合适的密封垫片。特别是管程密封垫片的选择余地较大，可以是非金属垫、缠绕式垫片、波齿复合垫、全金属平垫等。管程、壳程剖分剪切环都不与介质接触，不存在腐蚀倾向，且由于管程、壳程相互独立，设备的安全状况得到明显改善。特别在设备压力试验和检修时极为方便快捷，如检修时对换热管与管板焊接接头的维护，只要拆卸管程密封部分就可以了。另外，由于所选用的管程、壳程密封垫片都按现行标准的系列产品选用，备品也容易购得，方便了用户。

附图说明

图1为本发明结构示意简图；

图2为图1中Ⅰ向放大示意简图；

图3为本发明中剖分剪切环（A，B）示意简图；

图4为本发明应用于回弯式换热器示意图。

主要附图标记说明：壳程壳体1，壳程密封半椭圆垫2，壳程法兰3，剖分剪切环A

4，壳程止动法兰5，壳程螺母6，壳程全螺纹螺柱7，换热管8，管板裙9，管程止动法兰10，剖分剪切环B 11，管程密封平垫片12，管程螺母13，管程全螺纹螺柱14，管程法兰15，管程壳体16，管板17。

下面将结合附图并通过实例对本发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求为准。

具体实施方式

由图1-4所示，图中的1为壳程壳体、3为壳程法兰、4为剖分剪切环A、8为壳程止动法兰换热管、9为管板裙、10为管程止动法兰、11为剖分剪切环B、15为管程法兰、16为管程壳体、17为管板，在管程上设置有一套包括管程法兰15、管程密封平垫片12，以及管程螺母13、管程全螺纹螺柱14组成的管程密封结构，该管程密封结构还包括剖分剪切环B11镶嵌在管板上的槽内，用于止动管程止动法兰10；在壳程上设置有一套包括壳程法兰3、壳程密封半椭圆垫2，以及壳程螺母6、壳程全螺纹螺柱7组成的壳程密封结构，该密封结构还包括剖分剪切环A 4镶嵌在管板裙9的凹槽内，用于止动壳程止动法兰5；壳程密封半椭圆垫2的法向剖面一端为椭圆曲线，另一端为直线（图2所示）；所述的管程法兰15与管程壳体16、壳程法兰3与壳程壳体1均对焊连接结构。

壳程和管程分别密封。为保证尺寸精度，应先将留有加工裕量的管板裙9和管板

17组焊。为消除焊接残余应力，还应进行焊后热处理。将该组焊件所有要求尺寸加工到位。参照附图3将壳程部件组装好（换热管8弯曲段的管箱先不要组装），从后端按编号依次将换热管8穿入对应的管板17管孔内，与管板17焊好后先进行壳程密封。将半椭圆垫2和剖分剪切环A 4安装就位，然后把壳程全螺纹螺柱7旋入壳程法兰3螺孔内。接着安装壳程止动法兰5，把壳程螺母6拧到壳程全螺纹螺柱7上，逐渐压紧壳程止动法兰5，即可实现管板端壳程密封。再将换热管8弯曲段的管箱安装好，进行壳程试压。壳程试压合格后才可进行管程密封。先将管程止动法兰10穿入管板17，并将安装剖分剪切环B 11的凹槽露出。把剖分剪切环B 11放入槽内，后拉管程止动法兰10，使其与剖分剪切环B 11靠紧。旋入管程全螺纹螺柱14，安好平垫片12，安装管程法兰15，上好管程螺母13并拧紧，即可实现管程密封。管程试压合格后，完成了全部密封要求。拆修时遵循先管程后壳程顺序。

本发明更进一步方案是：半椭圆垫2是该发明设计基础，其尺寸已系列化，因此，由壳程法兰3和管板裙9构成的锥面角度与尺寸须满足GB150.3-2011图C.28结构尺寸图规定。半椭圆垫2密封面平均直径应等于管板裙9最大外径与壳程法兰3内径的算数平均值。

本发明所述剖分剪切环A 4、剖分剪切环B 11，应满足各自配套法兰在预紧和操作状态下（取其中大值），其材料剪切应力不高于许用应力的要求。

本发明为保证管程法兰15处于活连接要求，管程壳体16可以是等径或变径，再与工艺要求的法兰连接；也可以设计成带进（出）口的管箱。

本发明所采用的换热管8，可以是普通光管、各种适于管壳式换热器使用的强化换热管。可以采用现行管壳式换热器标准推荐的布管形式。

本发明为了适应不同的换热场合需要，可采用折流板、折流杆、自支撑等所有适于换热管支承结构。

本发明根据介质和换热器的运行环境选择材质。换热器设计为卧式，可采用型钢钢结构框架或鞍式支座支撑。构成U型壳程的两个直筒轴线可按如附图3所示，位于铅锤平面内，也可位于同一水平平面内。为防止热损失，运行时外部应设保温层。

本发明为适应不同的流量和阻力要求，可将数台采用此结构的回弯式换热器并联或串联或他们的组合。

本发明除特殊指明外，所有的设计要求应满足GB150.3-2011、GB151-1999、JB4732-1995（2005年确认）。

Claims (5)

1.一种回弯式换热器管板端密封结构，包括有壳程壳体、壳程法兰、剖分剪切环A、壳程止动法兰、螺母、螺纹螺柱、换热管、管板裙、管程止动法兰、剖分剪切环B、管程法兰、管程壳体、管板，其特征在于：在管程上设置有一套包括管程法兰、管程密封平垫片，以及管程螺母、管程全螺纹螺柱组成的管程密封结构，该管程密封结构还包括剖分剪切环B镶嵌在管板上的槽内，用于止动管程止动法兰；在壳程上设置有一套包括壳程法兰、壳程密封半椭圆垫，以及壳程螺母、壳程全螺纹螺柱组成的壳程密封结构，该密封结构还包括剖分剪切环A镶嵌在管板裙的凹槽内，用于止动壳程止动法兰；壳程密封半椭圆垫法向剖面一端为椭圆曲线，另一端为直线；所述的管程法兰与管程壳体、壳程法兰与壳程壳体均对焊连接结构。

2.根据权利要求1所述的回弯式换热器管板端密封结构，其特征在于：所涉及回弯式换热器壳程是一个倒U形壳体，或数个这样的壳体组合，形成壳程的串联或并联结构。

3.根据权利要求1所述的回弯式换热器管板端密封结构，其特征在于：换热管是U形结构。

4.根据权利要求1所述的回弯式换热器管板端密封结构，其特征在于：管程止动法兰和壳程法兰为螺纹孔，或为光孔；当加工成光孔时，配套的管程全螺纹螺柱和壳程全螺纹螺柱相应加长，需要的管程螺母和壳程螺母数量增加一倍。

5.根据权利要求1所述的回弯式换热器管板端密封结构，其特征在于：所述壳程密封半椭圆垫也可是壳程密封半八角垫。