CN104359333B - 一种气‑气换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气‑气换热器，包括壳体、位于壳体内腔中的上管板与下管板，上管板与下管板将壳体分隔成开设有管程进口的上管箱、内设有多根换热管的壳程、开设有管程出口的下管箱，换热管的上、下两端分别与上管板、下管板相固定连接，换热管的管头与上管板的下端面相焊接密封，壳程的内腔中还设有用于支撑换热管的复合式折流板，本发明的换热器，通过将换热管与上管板的焊接位置设置在上管板的下端面上，大大地减弱了焊缝的疲劳损伤，确保了设备的安全运行，而复合式折流板的设置在调整了阻力降的同时确保了换热管的稳定性，本发明的换热器结构简单、制造成本低、设备运行安全、稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种气-气换热器，适用于煤化工及有机硅、乙醇、丁辛醇、制冷剂、硫酸等行业。
背景技术
目前，在一些煤化工特别是EO-EG项目中或化工工艺系统中，经常遇到利用反应器出口的高温气体来加热反应器进口的物料，这种工况经常是高温气体走管程，低温物料走壳程，当高温物料进入管箱时，高温的物料会对裸露在管板外面的管头进行加热，而壳程侧低温介质会对管板及换热管和管板之间的焊缝进行冷却，由于高温物料的温度经常会达到较高的温度，对换热管和管板之间的焊缝存在直接加热或通过耐火材料进行加热，而壳程的低温介质在不断地将热量带走，热量经过换热管和管板之间的焊缝不断地传递，焊缝部分因壳程的介质将热量带走多少直接影响到焊缝金属的温度，于是此处的焊缝的温度就不断的升高、降低，在这种频繁的温度交变中，焊缝处的温差应力也在不断变化，从而引起温差应力造成的损伤，这种工况经常会引起换热管管头裂纹的情况发生，给设备的安全运行带来隐患，特别是在工业废热锅炉中这种现象更加普遍，气-气换热器是工艺系统中的核心设备，该设备的安全运行直接影响到整个工艺系统的安全和效益，同该设备由于工程的气量大，设备在壳程的流速高，管壳程的压力降问题、能耗问题、设备的振动问题、热膨胀问题都是该设备的核心问题，为此需对该种换热器进行研究。
发明内容
本发明的目的是克服了现有技术的不足，提供一种结构简单、设备运行安全、制作成本低、稳定性好的气-气换热器。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种气-气换热器，包括壳体、位于所述壳体内腔中的上管板与下管板，所述上管板与所述下管板将所述壳体分隔成开设有管程进口的上管箱、内设有多根换热管的壳程、开设有管程出口的下管箱，所述换热管的上、下两端分别固定连接在所述上管板、所述下管板上，所述换热管上端的管头与所述上管板的下端面相焊接密封，所述壳程的内腔中还设有用于支撑所述换热管的复合式折流板。
优选地，所述上管板上开设有与所述换热管内腔相通的通孔，所述通孔与所述换热管在数量上相对应，所述上管板的下端面上位于所述通孔的轴向延伸方向上还固设有凸台，所述凸台的内径与所述通孔的直径相同，所述凸台的外侧壁与所述换热管的所述管头的内侧壁相密封设置。
优选地，所述复合式折流板包括若干弓形折流板以及若干疏压稳定性折流板，所述疏压稳定性折流板上还开设有多个管孔，所述管孔与所述换热管在数量上相对应，所述管孔的直径不小于所述换热管的外径。
进一步优选地，所述复合式折流板至少包括两块所述弓形折流板以及至少一块所述疏压稳定性折流板，相邻两块所述弓形折流板间至少设有一块所述疏压稳定性折流板。
进一步优选地，所述疏压稳定性折流板为开设有多个所述管孔的圆形板，所述管孔呈圆形或方形或异形。
优选地，所述下管箱的内腔中还设有内置式压差膨胀节，所述内置式压差膨胀节位于所述管程出口与所述下管板间。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的气-气换热器，通过将换热管的管头与上管板的下端面焊接密封，可有效地防止高温反应气从上管箱进入冲刷上管板时，焊缝金属由于受到高温反应气的同时受到壳程侧冷端介质的冷却，导致管头焊缝金属出现裂纹、造成焊缝泄漏或管桥上出现裂纹的情况发生；而在壳程的内腔中设置复合式折流板，该复合式折流板包括弓形折流板与疏压稳定性折流板，通过复合式折流板有效的解决了换热器的阻力降和稳定性问题；在下管箱内设置内置式压差膨胀节解决了由于换热管与壳体间的温度差造成的膨胀差的问题，大大降低了换热管的制造成本，为设备大型化奠定了基础。
附图说明
附图1为本发明所述的气-气换热器的结构示意图；
附图2为本发明所述的气-气换热器中疏压稳定性折流板的结构示意图；
附图3为本发明所述的气-气换热器中上管板与换热管焊接的结构示意图；
其中：10、壳体；1、上管箱；11、管程进口； 2、壳程；21、壳程进口；22、壳程出口；3、下管箱；31、管程出口；32、内置式压差膨胀节；4、上管板；41、通孔；42、凸台；5、下管板；6、换热管；7、弓形折流板；8、疏压稳定性折流板；81、管孔；82、流道。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
参见图1所示，一种气-气换热器，包括壳体10、位于壳体10内腔中的上管板4与下管板5，上管板4与下管板5将壳体10分隔成开设有管程进口11的上管箱1、内设有多根换热管6的壳程2、开设有管程出口31的下管箱3，该换热管6的上、下两端分别固定连接在上管板4、下管板5上，该换热管6的管头与上管板4的下端面相焊接密封，壳程2的内腔中还设有用于支撑换热管6的复合式折流板。
上管板4上开设有与换热管6的内腔相通的通孔41，该通孔41与换热管6在数量上相对应，上管板4的下端面上位于通孔41的轴向延伸方向上还固设有凸台42，凸台42的内径与通孔41的直径相同，凸台42的外侧壁与换热管6管头的内侧壁相密封设置。通过在上管板4的下端面上设置凸台42，将换热管6焊接至上管板4的下端面上，可有效防止在高温反应气体从上管箱1内进入吹至上管板4时，由于壳程2侧的低温气体在带走上管板4热量时，上管板4与换热管6管头的焊接区域温度急剧变化，导致换热管6与上管板4的焊缝没有被及时冷却，管头焊缝金属出现裂纹，焊缝泄漏或管桥上出现裂纹的现象发生，采用管板背面焊接技术，从结构上解决了管头焊缝受热不均的问题，使焊缝一直处于低温的气体中，焊缝区域的温度变化比较平缓，大大的减弱了焊缝的疲劳损伤。其中，凸台42的加工方式如下：先将上管板4加工平整并钻孔，该通孔41的直径与换热管6的内径相同，而后在上管板4的下端面上用数控机床在通孔41的外周边上对管桥进行加工，留下外径与换热管6内径相同的凸台42，在换热管6与凸台42的焊接过程中采用了焊枪进行焊接，焊接为不填丝自熔焊，焊接时，换热管6内外侧同时需提供氩气保护，同时，凸台42的端面需加工平整。
为了从根本上解决换热器的阻力降及稳定性的问题，在壳程2的内腔中还设置了用于支撑换热管6的复合式折流板，该复合式折流板包括若干弓形折流板7以及若干疏压稳定性折流板8，该疏压稳定性折流板8上开设有多个管孔81，管孔81与换热管6在数量上相对应，该管孔81的直径不小于该换热管6的外径，在本实施例中，该疏压稳定性折流板8为开设有多个管孔81的圆形板，该管孔81可以是圆形或方形或异形。通过复合式折流板的设置，使得换热器在调整阻力降及能耗的过程中同时确保了换热管6的稳定性，解决了传统的单弓形折流板7在换热器运用过程中遇到的阻力降和能耗间的矛盾。该复合式折流板至少包括两块弓形折流板7以及至少一块疏压稳定性折流板8，相邻的两块弓形折流板7之间至少设有一块疏压稳定性折流板8，当换热器的直径较大、弓形折流板7间的间距较大时，可以在两块弓形折流板7间设置多块疏压稳定性折流板8来确保换热管6的稳定性，为设备大型化奠定了基础。
为了解决换热器存在的温差问题，在本实施例中，在下管箱3的内腔中还设置了内置式压差膨胀节32，该膨胀节位于管程出口31与下管板5间，通过将膨胀节设置在下管箱3内，减少了膨胀节的设计压力，同时，设置在下管箱3内的膨胀节较之在壳程2内的膨胀节，其设计直径大大减少，同时也大大降低了成本，该膨胀节可以设计成厚壁或薄壁膨胀节，也可以设计成多波膨胀节，为设备的大型化奠定了基础。
在换热过程中，高温气体从管程进口11进入，冲刷在上管板4上而后进入换热管6内与换热管6外侧壳程2内腔中的壳程物料进行换热，而后经下管板5从下管箱3末端的管程出口31流出，在壳程2上开设有供壳程物料流通的壳程进口21与壳程出口22，在疏压稳定性折流板8上还开设有供壳程物料流通的流道82。
综上所述，本发明的气-气换热器，相较于传统的换热器具有如下几个特点：
1）本发明的气-气换热器内的上管板采用了背面焊接技术，将换热管的管头焊接在上管板的下端面上，有效地防止了当高温反应气体进入上管箱后冲刷至上管板上，使得换热管与上管板间的焊缝不能被及时的冷却，导致管头焊缝金属出现裂纹，焊缝泄漏或管桥上出现裂纹的现象发生；彻底解决了焊缝金属高温疲劳损伤的问题，确保了设备的安全运行；
2）在壳程内设置复合式折流板，即在弓形折流板间设置疏压稳定性折流板，从根本上解决了换热器阻力降与稳定性的问题，同时疏压稳定性折流板还能梳理流体的流动状态，为设备的大型化奠定了基础，大大的节约了能源；
3）下管箱内在管程出口与下管板间设置内置式压差膨胀节，改变了传统的膨胀节的位置，大大缩小了膨胀节的直径，将膨胀节的设计压力，由原来的壳程压力改为管壳程的压力差，大大减少了膨胀节的壁厚，同时解决了由于换热管和壳体温度差而造成定位膨胀差问题，大大降低了换热器的制造成本。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种气-气换热器，包括壳体、位于所述壳体内腔中的上管板与下管板，所述上管板与所述下管板将所述壳体分隔成开设有管程进口的上管箱、内设有多根换热管的壳程、开设有管程出口的下管箱，其特征在于：所述换热管的上、下两端分别固定连接在所述上管板、所述下管板上，所述换热管上端的管头与所述上管板的下端面相焊接密封，所述壳程的内腔中还设有用于支撑所述换热管的复合式折流板，所述上管板上开设有与所述换热管内腔相通的通孔，所述通孔与所述换热管在数量上相对应，所述上管板的下端面上位于所述通孔的轴向延伸方向上还固设有凸台，所述凸台的内径与所述通孔的直径相同，所述凸台的外侧壁与所述换热管的所述管头的内侧壁相密封设置。
2.根据权利要求1所述的气-气换热器，其特征在于：所述复合式折流板包括若干弓形折流板以及若干疏压稳定性折流板，所述疏压稳定性折流板上还开设有多个管孔，所述管孔与所述换热管在数量上相对应，所述管孔的直径不小于所述换热管的外径。
3.根据权利要求2所述的气-气换热器，其特征在于：所述复合式折流板至少包括两块所述弓形折流板以及至少一块所述疏压稳定性折流板，相邻两块所述弓形折流板间至少设有一块所述疏压稳定性折流板。
4.根据权利要求2所述的气-气换热器，其特征在于：所述疏压稳定性折流板为开设有多个所述管孔的圆形板，所述管孔呈圆形或方形或异形。
5.根据权利要求1所述的气-气换热器，其特征在于：所述下管箱的内腔中还设有内置式压差膨胀节，所述内置式压差膨胀节位于所述管程出口与所述下管板间。
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