CN105091634A - 一种内置膨胀节的折流杆式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置膨胀节的折流杆式换热器，其包含管箱组件，壳体组件，管束组件和膨胀节组件；管箱组件包含管箱筒体、管箱封头、管箱法兰、气体入口和气体分布器；管束组件包含管束，管束两端的左管板和右管板，管束组件还包含短节，锥形封头；膨胀节组件包含膨胀节和法兰环；壳体组件包含壳程筒体，壳程封头和加强管；管束组件位于壳程筒体内部，加强管由壳程封头内部延伸至壳程封头外部；壳程筒体靠近管箱一端安装有筒体法兰，筒体法兰和管箱组件的管箱法兰将左管板夹持；右管板为浮动结构，其通过短节与锥形封头的大端连接；锥形封头的小端与膨胀节相连，膨胀节的端部为法兰环，法兰环与壳体组件的加强管的端部密封连接。

Description

一种内置膨胀节的折流杆式换热器

技术领域

本发明涉及一种换热器，尤其涉及化工企业中的管壳式换热器。

背景技术

换热器是化工企业中的常用设备。传统的管壳式换热器各有缺点：浮头式换热器结构较为复杂；U形管换热器流程长、阻力大、直径大；固定管板式换热器会受温差影响且不能更换管束清洗；填函式换热器一般用于压力较低的工况，填料密封易泄露。现代化工技术经常需要高压力，大流量的换热器，传统换热器已经不能满足要求，因此需要发明新型换热器满足现代技术要求以及提高换热效率，同时满足安全性。

具体的，现有管壳式换热器存在以下未能妥善解决的问题：

1、换热器管壳程两侧温差较大，管束与壳程筒体受热后热胀量不同产生较大位移差，引起很大的轴向温差应力；传统解决管壳温差应力的换热器一般将膨胀节设置在壳体上，当压力高、直径大时，造成膨胀节壁厚大、补偿量小和设计困难；

2、U形管换热器至少有两个管程，无法采用单通道来降低管程流动阻力，而增大U型管换热器直径会增加设计难度和制造成本；

3、换热器管壳程的压力高但压差不大，管板和膨胀节等结构按全压设计质量过大，成本很高；

4、设备运行一段时间后会积累渣滓，经常需要拆卸清洗检修，采用一般的法兰连接型式，结构将过于复杂；

5、传统的换热器通过在壳程设置折流板来导流换热，而折流板同时也会增大壳程的流动阻力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的一项或多项不足，提供一种内置膨胀节的折流杆式换热器，其能够妥善解决管壳程间的温差应力问题，减小膨胀节直径的同时，提供可靠的补偿量；本发明采用单管程和折流杆的设计能有效降低管壳程流动阻力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种内置膨胀节的折流杆式换热器，包含管箱组件，壳体组件，管束组件和膨胀节组件；所述管箱组件包含管箱封头、管箱筒体和管箱法兰；所述管束组件包含管束，管束两端分别为左管板和右管板，管束组件还包含短节，锥形封头；所述膨胀节组件包含膨胀节和法兰环；所述壳体组件包含壳程筒体，壳程封头和加强管；上述管束组件位于壳程筒体内部，上述加强管由壳程封头内部延伸至壳程封头外部；上述壳程筒体靠近管箱一端安装有筒体法兰，筒体法兰和上述管箱的管箱法兰将左管板夹持；右管板为浮动结构，其通过短节与锥形封头的大端连接；锥形封头的小端与膨胀节相连，膨胀节的端部为法兰环，法兰环与壳体组件的加强管的端部密封连接。

上述膨胀节组件设计在壳体内部而非壳程筒体上，一端与锥形封头连接，另一端与加强管连接，既解决了管壳程膨胀差的问题，又缩减了膨胀节尺寸。

作为本发明的一种优选实施方式，上述管箱组件还包含气体入口和气体分布器，管箱封头的端部设置有第一入口；

所述管束组件的管束由多个相互平行的换热管排布而成，支撑板将管束支撑；和/或

所述壳体组件还包含鞍座；壳程筒体上的两侧上分别设置有第二入口和第二出口。

作为本发明的一种优选实施方式，换热器管程采用单通道，降低了管程流体阻力。所述管程介质由第一入口进入，由加强管排出。壳程采用折流杆结构，壳程介质由所述第二入口进入，由第二出口排出。

作为本发明的一种优选实施方式，上述壳程封头为球封头，球封头上开孔，加强管向球封头内部延伸一段，并与法兰环连接。

作为本发明的一种优选实施方式，上述膨胀节与加强管间用法兰环及紧固件压紧垫片进行密封，法兰可拆，管束可拆；这种方式最为易于实现，也最易拆卸安装。

作为上述实施方式的一种改进，所述法兰环为反向法兰结构，法兰环的压紧垫片设置在螺栓的外侧。

作为本发明的一种优选实施方式，上述支撑板为多个，其沿着管束轴向分段设置。

作为上述优选实施方式的一种改进，所述支撑板包含有折流杆固定环板和分布在环板上的折流杆。

作为上述优选实施方式的一种改进，所述同一支撑板上的折流杆互相平行，折流杆分层穿过管束，与管束垂直，相邻支撑板的折流杆呈90度角分布。

作为上述优选实施方式的一种改进，所述环板沿管束轴向均匀分布，形成多层角度错位的折流杆。

上述由换热管组成的管束在被折流杆限位，同时折流杆还起到了增加湍流，减少死区和提高换热效果的作用。

本发明的有益效果如下：

1、传统解决管壳温差应力的换热器一般将膨胀节设置在壳体上，但当压力高、直径大时造成膨胀节壁厚大、补偿量小和设计困难。本发明将膨胀节设置在管束上，可减小直径并规避壳体上设置膨胀节带来的困难；

2、本发明管束部分采用压差法设计，结合浮头式换热器和固定管板换热器的特点进行结构设计，不仅节省了材料，还简化了换热器的整体结构；

3、本发明改变了折流板的布置结构，壳程采用折流杆来取代传统的折流板结构，折流杆结构有效降低了管束振动，同时减少壳程压降和提高传热性能；管束中的换热管由不同角度的折流杆夹住固定，限制其径向活动。

4、改变了换热器管程与壳程的连接与密封形式，采用加强管与反向法兰将换热器管程与壳程相连接，减少了材料使用量，同时保证了很好的密封与拆卸效果。

综上所述，本发明公开的内置膨胀节的折流杆式换热器，能有效解决管壳程间温差应力问题；同时还能提高管程流量、降低管程阻力和提高换热效率。

附图说明

图1为本发明一种实施例的整体结构示意图；

图2为图1中支撑板6的一种结构示意图；

图3为与图2中支撑板6相邻的支撑板的结构示意图；

图4为膨胀节12和法兰环11的结构示意图。

附图标记说明：

1-管箱封头，2-管箱筒体，3-管箱法兰，4-左管板，5-筒体法兰，6-支撑板，7-换热管，8-壳程筒体，9-壳程封头，10-加强管，11-法兰环，12-膨胀节，13-锥形封头，14-短节，15-右管板，16-鞍座，17-气体分布器，18-第一入口，19-第二出口，20-第二入口，61-环板，62-折流杆。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

本发明公开了一种内置膨胀节的折流杆式换热器，图1示出了本发明的一种具体实施例，如图1所示，本实施例所示出的一种内置膨胀节的折流杆式换热器，其包括管箱封头1、管箱筒体2、管箱法兰3、左管板4、筒体法兰5、支撑板6、换热管7、壳程筒体8、球封头、加强管10、法兰环11、膨胀节12、锥形封头13、短节14、右管板15、鞍座16、气体分布器17；

管箱封头1与管箱筒体2、管箱法兰3、气体分布器17组成管箱；筒体法兰5与壳程筒体8、球封头、加强管10、鞍座16组成壳体组件，法兰环11和膨胀节12组成膨胀节组件，其余部件组成管束组件；

如图1所示，管束组件的左管板4采用夹持结构，管程气体出口侧右管板15采用浮动结构；右管板15通过短节14与锥形封头13的大端相接，锥形封头13的小端与膨胀节12相连，膨胀节12端部的法兰环11与壳体组件的加强管10端部间用紧固件压紧垫片进行密封。

传统换热器管程与壳程连接与密封形式一般为法兰螺栓的连接形式，具体的是通过与管箱焊接的法兰以及与壳程焊接的法兰将管板夹持住进行连接；如图1所示，本发明采用在壳程封头9（球封头）上直接开孔，通过一个短节14将壳程和管程分隔开；为了使壳程和管程可以拆分，设计了法兰环11，该法兰环11放置在壳程内部，并且采用压差法进行设计，使其尺寸大大减小，节省了材料；

本发明的法兰环11的另一个和以往法兰的不同处在于垫片设置在螺栓的外侧，这样设置的好处一方面方便垫片的安装，另一方面可以减小加强管10的厚度。为了保证加强管10能承受双面腐蚀，内外均采用了堆焊形式。设置在壳程封头上的加强管10还具有人孔的作用，通过加强管进入管束封头内，可以拆卸和安装连接法兰环11的螺栓。

如图1所示，本实施例中的管程左侧为第一入口18，管程右侧的加强管10的开口与第一入口18对应，形成第一出口；壳程上的左侧设置有第二出口19，壳程上的右侧设置有第二入口20；

管程介质由第一入口18进入，通过气体分布器17由管箱进入换热管7，再经过锥形封头13和膨胀节12，由壳体球封头上的出口加强管10流出，壳程介质由第二入口20进入，经过所有的支撑板6与换热管7的间隙，与换热管7内的管程介质进行充分的热交换，最后由第二出口19的流出；管束组件与壳体组件两端均是用法兰、垫片和紧固件连接密封。

本发明通过管束组件上的膨胀节12来补偿管壳程由于温差和线胀系数不同而带来的膨胀差。膨胀节所设置的管程直径小，按压差设计，尺寸小且补偿量大，成本大大降低；本发明采用单管程设计在保证流通面积的情况下大大减小了设备直径；如图1所示，沿管束轴向分段设有支撑板6，支撑板6内分布有折流杆；如图2所示，同一支撑板6上的折流杆互相平行，折流杆分层穿过管束，与管束垂直，相邻支撑板6的折流杆呈90度角分布，图2中的支撑板和图3中的支撑板即为相邻的两个支撑板；折流杆固定环板61沿管束轴向均匀分布，形成多层角度错位的折流杆。

上面结合附图对本发明的优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种内置膨胀节的折流杆式换热器，其特征在于：包含管箱组件，壳体组件，管束组件和膨胀节组件；

所述管箱组件包含管箱封头（1）、管箱筒体（2）和管箱法兰（3）；所述管束组件包含管束，管束两端的左管板（4）和右管板（15），管束组件还包含短节（14），锥形封头（13）；所述膨胀节组件包含膨胀节（12）和法兰环（11）；所述壳体组件包含壳程筒体（8），壳程封头（9）和加强管（10）；上述管束组件位于壳程筒体（8）内部，上述加强管（10）由壳程封头内部延伸至壳程封头外部；

上述壳程筒体（8）靠近管箱一端安装有筒体法兰（5），筒体法兰（5）和上述管箱组件的管箱法兰（3）将左管板（4）夹持；右管板（15）为浮动结构，其通过短节（14）与锥形封头（13）的大端连接；锥形封头（13）的小端与膨胀节（12）相连，膨胀节（12）的端部为法兰环（11），法兰环（11）与壳体组件的加强管（10）的端部密封连接。

2.如权利要求1所述的一种内置膨胀节的折流杆式换热器，其特征在于：所述管箱组件还包含气体入口（18）和气体分布器（17），管箱封头（1）的端部设置有第一入口（18）；

所述管束组件的管束由多个相互平行的换热管（7）排布而成，支撑板（6）将管束支撑；和/或

所述壳体组件还包含鞍座（16）；壳程筒体（8）上的两侧上分别设置有第二入口（20）和第二出口（19）。

3.如权利要求2所述的一种内置膨胀节的折流杆式换热器，其特征在于：换热器管程采用单通道，管程介质由所述第一入口（18）进入，由加强管（10）排出；壳程采用折流杆结构，壳程介质由所述第二入口（20）进入，由第二出口（19）排出。

4.如权利要求2所述的一种内置膨胀节的折流杆式换热器，其特征在于：所述壳程封头（9）为球封头，球封头上开孔，加强管（10）向球封头内部延伸一段，并与法兰环（11）连接。

5.如权利要求2所述的一种内置膨胀节的折流杆式换热器，其特征在于：所述膨胀节（12）与加强管（10）间用法兰环（11）及紧固件压紧垫片进行密封，法兰可拆，管束可拆。

6.如权利要求5所述的一种内置膨胀节的折流杆式换热器，其特征在于：所述法兰环（11）为反向法兰结构，法兰环（11）的压紧垫片设置在螺栓的外侧。

7.如权利要求2所述的一种内置膨胀节的折流杆式换热器，其特征在于：所述支撑板（6）为多个，其沿着管束轴向分段设置。

8.如权利要求7所述的一种内置膨胀节的折流杆式换热器，其特征在于：所述支撑板（6）包含有折流杆固定环板（61）和分布在环板（61）上的折流杆（62）。

9.如权利要求8所述的一种内置膨胀节的折流杆式换热器，其特征在于：所述同一支撑板（6）上的折流杆互相平行，折流杆分层穿过管束，与管束垂直，相邻支撑板（6）的折流杆呈90度角分布。

10.如权利要求8或9所述的一种内置膨胀节的折流杆式换热器，其特征在于：所述环板（61）沿管束轴向均匀分布，形成多层角度错位的折流杆。