CN107576219B - 一种具有热补偿功能的组合管板换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明将整体管板划分成三组相对独立的环形管板，其中第一组管板位于换热器管板中心，形状呈圆形，其他两组管板呈环形，第二组管板位于第一组管板外侧，第三组管板位于第二组管板外侧；第二和第三组管板分别采用隔板划分成若干扇环形结构，然后采用半圆环形筒体作为封头。扇环形单元、隔板和半圆环形筒体组成了一个管板单元，每一个管板单元之间相互独立，可以进行单独设计，降低了管板的当量尺寸，从而降低管板的厚度。每一层管板的管板单元通过连接管与独立的管箱相连，管箱与外界相连，起到了收集工作介质和缓冲的作用。同时，三组管板之间采用柔性连接，相互之间能够沿轴向发生一定程度的相对运动，从而降低了整体热应力。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有热补偿功能的组合管板换热器。
背景技术
换热装置是过程工业中最为常用的设备，广泛应用于化工、炼油、动力、原子能、食品、轻工、制药、机械等众多工农业部门。管壳式换热器是最为常用的换热装置之一，在大尺寸管壳式换热器中，换热器的管板由于承受载荷比较复杂，设计计算和制造都较为困难。为了保证大尺寸换热器管板具有足够的刚性和强度，一般管板的壁厚取值较大，安装和检修都十分困难。当换热器直径较大，操作压力和温度较高时，管板设计和制造十分困难，因此研究大直径换热器管板的设计理论与方法，降低管板厚度尺寸具有明显意义。
发明内容
本发明公开了一种组合管板换热器，可以有效降低管板厚度；同时管板与筒体之间采用柔性连接，允许发生一定的相对运动，从而降低了热应力。
本发明采用如下技术方案：
本发明将整体管板划分成三组相对独立的环形管板，其中第一组管板位于换热器管板中心，形状呈圆形，其他两组管板呈环形，第二组管板位于第一组管板外侧，第三组管板位于第二组管板外侧；第二和第三组管板分别采用隔板划分成若干扇环形结构，然后采用半圆环形筒体作为封头。扇环形单元、隔板和半圆环形筒体组成了一个管板单元，每一个管板单元之间相互独立，可以进行单独设计，降低了管板的当量尺寸，从而降低管板的厚度。每一层管板的管板单元通过连接管与独立的管箱相连，管箱与外界相连，起到了收集工作介质和缓冲的作用。同时，三组管板之间采用柔性连接，相互之间能够沿轴向发生一定程度的相对运动，从而降低了整体热应力。
本发明的积极效果如下：
本发明将大尺寸的整体管板划分成了若干较小尺寸的管板单元，每个单元可以独立设计，可以采用较小的管板厚度，从而降低了换热器的设计难度，大大降低了管板的制造难度；由于各组管板及管板与筒体之间采用了柔性连接方式，可以有效降低热应力对整体强度的危害。
附图说明
附图1为本发明总体结构图；
附图2为组合管板示意图；
附图3为筒体上端部示意图；
附图4为筒体下端部示意图；
附图5为第三组上管板示意图；
附图6为第三组下管板示意图；
附图7为第三组管板封头示意图；
附图8为第二组上管板示意图；
附图9为第二组下管板示意图；
附图10为第二组管板封头示意图；
附图11为第一组管板示意图；
附图12为上管箱示意图；
附图13为下管箱示意图。
在附图中：1 第一组管程出口， 2上管箱，3 第三组上管板封头，4 壳程进口，5上管板，6支座，7 筒体，8 下管板，9 第三组下管板封头，10 下管箱， 11 第一组管程进口，12筒体下封头， 13 第一组下管板封头，14 第二组下管板封头，15 壳程出口，16 第二组管束，17 第三组管束，18 第一组管束，19 第二组上管板封头，20 筒体上封头，21 第一组上管板封头，22第三组管板支撑圈，23第二组管板支撑圈，24第一组管板支撑圈，25 管板连接组件，26隔板，27 第一组管板，28 第二组管板，29 第三组管板，30 卡槽，31 卡板，32 管孔，33 半圆环筒体，34 第三组连接管，35 第二组连接管，36 第三组上管箱，37第二组上管箱，38 第二组上管箱出口，39第三组上管箱出口，40第二组上管箱进口，41第三组上管箱进口，42 第三组下管箱出口，43 第三组下管箱，44第二组下管箱，45第二组下管箱出口，46第二组下管箱进口，47 第三组下管箱进口。
具体实施方式
如附图1所示，本发明主要由筒体7、筒体上封头20、上管箱4、上管板5、上管板封头组件、管束组件、下管板8、下管板封头组件、下管箱10、筒体下封头12组成；所述的筒体7、筒体上封头20、筒体下封头12主要起承压和密封作用；所述的管束组件包括第一组管束18、第二组管束16和第三组管束17，三组管束分别与三组上下管板、管板封头连接；所述的上管板封头组件包括第一组上管板封头21、第二组上管板封头19和第三组上管板封头3，所述的第二组上管板封头19和第三组上管板封头3与上管箱4联通，所述的第一组上管板封头21中的介质直接通过第一组管程出口1排出；所述的下管板封头组件包括第一组下管板封头13、第二组下管板封头14和第三组下管板封头9，工艺介质通过下管箱10中进入所述的第二组下管板封头14和第三组下管板封头9，通过第一组管程进口11进入所述的第一组下管板封头13。
如附图1、附图2所示，整体管板被分成了3组组合管板，每一组组合管板和对应的管板封头，组成了一个管板单元，每一个管板单元相互独立，介质互不连通，因此本发明所述的换热器可以对每一个管板单元进行独立设计，也可以实现一种壳程流体与多种管程流体换热。
如附图2所示，本发明的上管板5和下管板8被分成了三组，分别记为第一组管板27、第二组管板28和第三组管板29；所述的第一组管板27位于组合管板的中心位置，由一块圆形板制成；所述的第二组管板28和第三组管板29分别由若干扇环形单元组成，每一个扇环形单元之间由隔板26隔开，由于设置了隔板26，各扇环形单元的当量尺寸显著降低，减低了管板的无支撑当量尺寸，从而可以大大降低管板的厚度；所述的第三组管板29由设置于筒体7上的第三组管板支撑圈22支撑，并通过管板连接组件25与支撑圈连接；所述的第二组管板28由设置于第三组管板29上的第二组管板支撑圈23支撑，并通过管板连接组件25与支撑圈连接；所述的第一组管板27由设置于第二组管板28上的第一组管板支撑圈24支撑，并通过管板连接组件25与支撑圈连接。
如附图3和附图4所示，筒体7的上端部和下端板分别设置有第三组管板支撑圈22，第三组管板支撑圈22上设置有卡槽30；所述的卡槽30由两块平行的直立筋板组成，筋板上开有螺栓孔，筒体上端部支撑圈上的螺栓孔是圆形的，可以实现第三组管板29与第三组管板支撑圈22的固定连接；筒体下端部支撑圈上的螺栓孔是长圆形的，长轴方向平行于筒体轴线方向，允许下管板8中第三组管板29和筒体7之间产生微量的轴向位移，从而起到热补偿的作用，可以有效降低热应力。
如附图5和附图6所示，第三组管板29上开有管孔32，外侧设置有卡板31，内侧设置有第二组管板支撑圈23，所述的第二组管板支撑圈23上设置有若干卡槽30；设置于第三组管板29上的卡板31的螺栓孔均为圆形，与设置于第三组管板支撑圈22上的卡槽30相互配合，并由螺柱、螺母等紧固组件连接；对于上管板5，设置于第二组管板支撑圈23上的卡槽30的螺栓孔为圆形，对于下管板8，设置于第二组管板支撑圈23上的卡槽30的螺栓孔为长圆形，其作用与设置于第三组管板支撑圈22上的螺栓孔作用相同，也是为了起到降低热应力的作用。
如附图7所示，第三组上管板封头3和第三组下管板封头9的结构一致，都是由半圆环筒体33、隔板26和第三组连接管34组成，隔板26的作用是为了将不同的扇环形单元隔开，第三组连接管34的作用是将第三组上管板封头3和第三组下管板封头9分别于上管箱2和下管箱10连接。
如附图8和附图9所示，第二组管板28的结构与第三组管板29的结构相似，外侧设置有卡板31，内侧设置有第一组管板支撑圈24，所述的第一组管板支撑圈23上设置有卡槽30；第二组管板28外侧设置的卡板31螺栓孔均为圆形；在上管板5一侧，设置于内侧的卡槽30螺栓孔为圆形，在下管板8一侧，螺栓孔为长圆形。
如附图10所示，第二组上管板封头19和第二组管板下封头14结构一致，均由半圆环筒体33、隔板26和第二组连接管35组成。隔板26的作用是为了分隔不同的扇环形单元，第二组连接管35是为了与上管箱2和下管箱10连接。
如附图11所示，第一组管板27由圆形板构成，开有管孔32，外侧设置有卡板31，所述卡板31的螺栓孔均为圆形；由于第一组管板27的结构为圆形，因此没有设置隔板26，封头形式可以采用标准凸形封头。
如图12所示，上管箱2的基本结构为矩形截面的环形容器，通过在环形容器中间设置隔板将其分为上下两层，其中上层为第三组上管箱36，下层为第二组上管箱37；上管箱2中的工作介质分别通过第二组上管箱出口38和第三组上管箱出口39排出换热器，第二组上管箱出口38和第三组上管箱出口39为一组同心圆管，其中内管内侧为第二组上管箱出口38，内管与外管之间的环形空间为第三组上管箱出口39；第三组上管箱36通过第三组上管箱进口41与第三组连接管34连接实现与第三组上管板封头3联通；第二组上管箱37通过第二组上管箱进口40实现与第二组连接管35连接实现与第二组上管板封头19联通。
如附图13所示，下管箱10的结构形式与上管箱2基本一致，但方向相反；下管箱10的上层是第二组下管箱44，下层是第三组下管箱43，分别通过第二组下管箱出口45和第三组下管箱出口42与管板封头相连；第二组下管箱进口46和第三组下管箱进口47与设置于上管箱2的第二组上管箱出口38和第三组上管箱出口39结构类似，为一组同心圆管。
工作时，壳程流体由壳程进口4进入换热器，与管程流体换热后由壳程出口15排出；管程流体分别由第一组管程进口11、第二组下管箱进口46和第三组下管箱进口47进入换热器；进入第一组管城进口11的流体直接进入第一组管板27与第一组下管板封头13组成的空间，然后经由设置于第一组管板上的管孔32进入第一组管束18；进入第二组下管箱进口46和第三组下管箱进口47的流体经由下管箱10缓冲后，分别由第二组连接管35和第三组连接管34进入第二组管板28、第二组下管板封头14、第三组管板29和第三组下管板封头9组成的管板单元中，然后由分别流入第二组管束16和第三组管束17；第一组管束18中的流体与壳程流体换热后汇聚于第一组管板27和第一组上管板封头21组成的空间，然后经由第一组管程出口1流出换热器；第二组管束16和第三组管束17中的流体，与壳程流体换热后，分别进入第二组管板28与第二组上管板封头19组成的空间和第三组管板29与第三组上管板封头3组成的空间，然后通过第二组连接管35和第三组连接管34进入上管箱2，汇聚后经由第二组上管箱进口40、第三组上管箱出口39流出换热器。
工作中，三组管束中可以通入相同工作介质，也可以通入不同工作介质或者流动参数不同的同类型介质，从而实现一种壳程流体与3种不同管程流体换热。
Claims (1)
1.一种具有热补偿功能的组合管板换热器，其特征在于其包含组合式的上管板(5)、下管板(8)、上管箱(2)和下管箱(10)，所述的上管板(5)、下管板(8)与上管箱(2)和下管箱(10)之间采用第二组连接管(35)和第三组连接管(34)连接；所述的上管板(5)、下管板(8)包含圆形的第一组管板(27)和圆环形的第二组管板(28)、第三组管板(29)，所述的第二组管板(28)、第三组管板(29)由隔板(26)划分为若干独立的扇环形结构，所述的第二组管板(28)、第三组管板(29)采用半圆环筒体(33)作为封头；所述的上管箱(2)主体结构呈现矩形截面的环形腔体，所述的环形腔体中间采用隔板分成两层，分别为第三层上管箱(36)和第二层上管箱(37)；所述的下管箱(10)结构与上管箱(2)相同，其上层为第二层下管箱(44)，下层为第三层下管箱(43)；所述的第三组管板(29)与筒体(7)之间连接的螺栓孔上端采用圆形，下端采用长圆形，能够降低管程和壳程之间的热应力；所述的第三组管板与第二组管板以及第一组管板与第二组管板之间，也采用上端圆形螺栓孔、下端长圆形螺栓孔的连接方式，从而降低了热应力。
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