CN108827038B - 一种加强结构的板束及其组成的板壳式热交换器 - Google Patents

Abstract

一种加强结构的板束及其组成的板壳式热交换器，属于热交换器设计与制造技术领域。本发明预先将端部镶块焊接在波纹板上，在板束的加工环节，将相邻的端部镶块焊接在一起，如此增加了管板端部的焊缝余高，从而提高了板束的强度。其次设置了较大的介质缓冲空间及分离条，冲击的液柱柱塞不会直接作用在板束上，起到了保护板束的作用。同时较大空间的板束上封头及较大空间的板管上部区域，有利于预先换热，起到了减小温差进而降低热应力的作用。本发明解决了实际生产过程中热交换器板束抗内压能力差、温差热应力大、抗热冲击能力弱的缺点。

Description

一种加强结构的板束及其组成的板壳式热交换器

技术领域

本发明属于热交换器设计与制造技术领域，涉及一种加强结构的板束及该板束组成的板壳式热交换器。

背景技术

板壳式热交换器主要应用于石油石化的重整、歧化、异构化等工艺，这些工艺的特点是高温高压，因此要求工艺线上的装备，不但要具备优良的热交换性能、而且还需具备较高的抗内压能力、同时自身的热应力要小、另外还需具备抗液柱冲击的能力。

现有技术中由于板束加工工艺所限，板管端部的焊缝余高小，因此焊缝的强度较低，抗内压的能力较差，系统一旦出现较大的压力波动，往往会造成板管端部焊缝的开裂，从而引起介质的泄露，导致热交换器失效。

热交换器板束的上封头附近为热端，此处由于两种介质的温差大，因此热端的热应力也大，较大的热应力也会造成板束的开裂。

通常设备检修、维护时都需要停车，此阶段系统管路中不可避免会存在未知液柱的停留，从而造成管路的堵塞，这种堵塞的液柱即为柱塞。开车时，在系统内压的推动下，柱塞犹如离膛的炮弹瞬间射入热交换器，巨大的冲击往往会造成热交换器板片的撕裂，从而造成热交换器的失效。板壳式热交换器突出的优点是换热效率高，最大的缺点是抗压能力弱。可见柱塞对板壳式热交换器的影响是致命的。如专利号为 ZL2005100768695的专利为内压式板束，介质二流经的空间首先是板束下封头，此处相对空间较小，因此抗柱塞冲击的能力较弱。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，消除安全隐患，提供一种可靠性能优良、耐压、耐高温差，同时又具备良好抗冲击的板束形成方法及该板束组成的板壳式热交换器。

为此，本发明所采用的技术方案是：

一种加强结构的板束，包括具有长周边和短周边的波纹板片，该短周边有端部平边及与该端部平边两端成角度的侧部平边，该端部平边和侧部平边的周边位于同一平面，而长周边为阶梯形状，所述波纹板片短周边的端部平边和侧部平边处分别固接端部镶块和侧部镶块，且侧部镶块、端部镶块分别位于所述波纹板片的两个传热面上，当两张该波纹板片对扣合成板管时，两张波纹板片的长周边即两长阶梯边固接为一体，两张波纹板片上的侧部镶块固接为一体，从而形成全焊接板管；该板管的内空间为介质一流通的通道；将两两板管叠放在一起，在板管长周边间放置长镶条，该长镶条与长周边固接在一起，同时将两个板管的端部镶块固接为一体，如此叠摞一定数量的板管，最后，在板管两端加上压紧板、侧板，并在其两端即板束的板程设置板束上、下封头，形成所述强化结构的板束，板管之间所形成的通道为介质二流通的通道。

进一步的：

所述板束设置在外壳内，板束通过与其上部相连的管板吊挂在外壳内的台阶上，该管板和外壳内的台阶之间设有密封垫圈，从而将外壳分为互不联通的上下两部分；板束下端设置分布器集箱，该分布器集箱的分布板上设有排孔，分布管插入分布器集箱内，介质二的入口设置在外壳的下封头上。

所述板束上封头为天圆地方结构，其内安装的分离条和接管内安装的分离条成度角。

所述分离条为角铁形状，板束上封头内的分离条及接管内的分离条均为上下错层分布且分离条的沟槽向上。

所述管板和板束之间固接筋板。

板束由板管及镶条构成，板管由波纹板片及镶条构成。板管与板管叠螺后由于加工空间所限，板管端部的焊缝只能通过手工氩弧焊（电弧焊）封边，由于板片极薄，因而现有技术的焊缝余高小（最大余高等于两张板片的厚度），所以焊缝强度较低，此处的低强度是造成热交换器失效的主要原因，因此也成为全焊接板式热交换器发展的瓶颈。本发明预先将端部镶块焊接在波纹板上，然后焊接端部镶块，如此间接地增加了波纹板板片的厚度，所以焊缝余高加大，从而提高了焊缝的强度，保证了热交换器的正常运转。

板束为两种流体流经的平台，本发明仅在其端部即板束板程设置板束上、下封头，其侧部即板束壳程不另设板束封头。这样加大了板束上下端和外壳之间的空间，对板束上端即高温端而言，较大的空间使得其换热更加充分，热应力减小，对板束下端而言，较大的缓冲空间减小了柱塞对板束的冲击。

根据流体的流动原理，带冲击的柱塞会优先进入阻力小的大空间。本发明设置了较大的介质缓冲空间。介质二挟裹柱塞进入热交换器后，首先充斥管板与外壳下部围成的空间，然后再从分布板进入板束，分布板起到了破碎液柱、吸收动能的作用。介质一挟裹柱塞进入热交换器后，通过分离条破碎液柱、吸收部分液柱动能的方式，最大程度地减小了冲击载荷对板束的冲击，起到了保护板束的作用。

热交换器板束的上封头处为热端，此处由于两种介质的温差大，因此热端的热应力也大，较大的热应力是造成现有技术板束开裂的重要原因，本发明在热端设置了较大空间的板束上封头（天圆地方结构），同时管板与上部外壳围成的空间也较大，因此两种不同温度的介质在此处预先进行了热量交换，因此热介质在进入板束前与外侧的冷介质之间的温差得到了减小，从而降低了设备的热应力。

附图说明

图1为构成本发明板式热交换器的总装示意图；

图2为构成本发明波纹板片的结构示意图；

图3为构成本发明板管的结构示意图；

图4为构成本发明镶条（a为长镶条、b为端部镶块、c为侧部镶块）的结构示意图；

图5为构成本发明板束的结构示意图；

图6为构成本发明板束封头的结构示意图（a为立体图，b为俯视图）；

图7为构成本发明管板连接部位的结构示意图；

图8为构成本发明板束下部的结构示意图

图9为构成本发明分布管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明及其效果进一步说明。

一种加强结构的板束，包括波纹板片，如图2、图3所示，波纹板片为八边形，波纹形状由泡状、或者条状、亦或人字形波纹构成，甚至可以是上述三者的组合。无论是哪一种波纹，其结构均可分为凸波纹104及凹波纹105两种，其分布形式均为相间布置。所述波纹板片具有长周边101和短周边，短周边有端部平边102及与该端部平边102两端成角度的侧部平边103，该端部平边102和侧部平边103的周边位于同一平面，而长周边101为阶梯形状，台阶高度与波纹深度相同。波纹板片由薄金属板经同一幅模具冲压加工而成，为了便于描述，将冲压前薄金属板的上表面定义为A传热面，将冲压前薄金属板的下表面定义为B传热面。传热面上的凸、凹波纹以八边形波纹板片的几何中心呈中心对称分布。板束的形成方法：首先，将侧部镶块20、端部镶块19分别布置在所述波纹板片短周边的侧部平边103及端部平边102处，侧部镶块20、端部镶块19分别位于所述波纹板片的两个传热面上，用电阻焊或者激光焊依次将侧部镶块20与波纹板片的侧部平边103、端部镶块19与波纹板片的端部平边102焊接在一起，然后将两张所述波纹板片对扣，即将两张波纹板片各自的B传热面对扣在一起，使一张波纹板片的凸波纹与另一张波纹板片相应部位的凸波纹相接触，再将两张波纹板片的长周边即两长阶梯边用电阻焊或者激光焊焊接在一起，将两张所述波纹板片上的侧部镶块用氩弧焊或者电弧焊焊接在一起，从而形成全焊接板管；该板管构成的内空间为介质一流通的通道。其次，将两两板管叠放在一起，相互面对的两张波纹板片的A传热面上凸波纹彼此接触；而在板管长周边即长阶梯边间放置长镶条26，如图4a所示，长镶条26与长阶梯边用氩弧焊或者电弧焊焊接在一起，将两个板管的端部镶块19用氩弧焊或者电弧焊焊接在一起，用上述方法叠螺一定数量的板管，最后，板管两端加上压紧板、侧板，形成如图5所示的热交换器板束，板管之间所形成的通道为介质二流通的通道。

所述板束端部即在板束的板程上设置板束上、下封头，板束侧部即在板束的壳程上不另设板束封头，如此进一步加大了板束与外壳之间的空间。

如图1所示，上述方法形成的板束组成的板壳式热交换器，主体由外壳2和板束1构成，外壳上设有介质出入口、人孔4及裙座11。板束上下端外侧有上部压紧板24及上部侧板25合围后，在板束上端部依次连接板束上封头13、接管30及上膨胀节12，板束下端部连接板束下封头17、接管30及下膨胀节9，上膨胀节12、下膨胀节9与外壳上的介质一的入、出口3、8相连；从而形成热交换器板束。

所述板束1布置在外壳2内，管板14与板束焊接在一起，管板搁置在外壳内的台阶上，管板为一种介质换热前后的分隔板，板束通过管板14吊挂在外壳内的台阶上，该管板和外壳内的台阶之间设有密封垫圈27，从而将外壳分为互不联通的上下两部分；板束下端设置分布器集箱，该分布器集箱的分布板上设有排孔，分布管插入分布器集箱内，介质二的入口设置在外壳的下封头上。

如图6a、6b所示，为了减缓柱塞的冲击，所述板束1的板束上封头13为空间尺寸较大的天圆地方结构，板束上封头13内安装的分离条和接管30内安装的分离条成90度角，俯视图（图6b）为网状结构。分离条均为上下错层分布，板束上封头13内的分离条其长度方向与上部压紧板24平行分布，接管30内的分离条其长度方向与上部压紧板24垂直分布，板束上封头13依次连接接管30、上膨胀节12、然后由外壳的封头3处导出。

所述的分离条为角铁形状，为了使液柱的冲击得到充分的释放，分离条的沟槽采用向上的方式布置，目的是经分离条的阻挡产生回流，利用回流降低冲击流的速度。无论是板束上封头13内的分离条，还是接管30内的分离条都会占用流体的空间，造成流动截面的减小，进而影响流体的流速及压降，为了减小分离条对流体流动的影响，同时兼顾上端封头抗外压的稳定性能，分离条采用上下错层布置。

如图7所示，管板14与板束1焊接在一起，为了增强板管的刚性，在管板14和板束1之间焊接筋板23。外壳内的台阶处焊接数个支撑块21，支撑块沿壳体内圆周均布。支撑块21通过螺栓22与管板14连接在一起，管板14为介质二的分隔板，换热器前后的介质二在管板14处被隔开。

如图8所示，板束下封头17处设有分布器集箱，由下部压紧板18、下部侧板15合围构成外框，该外框的一端和板束1的下端相连，外框的另一端上下两侧安装分布板29，隔板28的一端与板束1的下端相连，另一端与分布板29相连，两侧分别与下部压紧板18相连。分布管如图9所示。下部压紧板18、下部侧板15、隔板28、分布板29及板束下部的侧向进口共同组成分布器集箱，分布管7插入分布器集箱，分布管7的竖接管71从外壳的下封头处导入，分布板29上设有排孔，排孔具有均匀流体的分布、提高流速的作用。分布管7的横接管72上分布数排喷射孔73。介质二由分布板29上的排孔进入分布器集箱。介质三由分布管7进入热交换器，在一定压力的情况下，经喷射孔形成雾状物，在分布器集箱与被加速的介质二充分混合，然后进入板束，经板束从上部侧向出口流出板束。

本发明的原理：介质一首先经介质一入口3进入板束上封头13，然后将其分配给各个板管，即介质一在介质一通道（B传热面形成的通道）内流动，然后经板束另一端的板束下封头，由介质一出口8流出热交换器；介质二由外壳上的介质二入口6进入热交换器，首先填充管板14与外壳2下部围成的空间，其次由板束下部的分布板29进入分布器集箱，经分布板上的排孔形成高速流；同时介质三由分布管7进入分布器集箱，经喷射孔形成雾状物，在分布器集箱内与介质二充分混合，再次将其分配给各个板管，即混合介质在介质二通道（A传热面形成的通道）内流动，经板束从上部侧出口流出板束，最后填充管板14与外壳上部围成的空间后从混合介质出口5流出热交换器；由于存在温度差，介质一及混合介质在波纹板片的两侧（A、B）传热面进行换热，从而实现其换热的功能。

Claims (5)

1.一种加强结构的板束，包括具有长周边和短周边的波纹板片，该短周边有端部平边及与该端部平边两端成角度的侧部平边，该端部平边和侧部平边的周边位于同一平面，而长周边为阶梯形状，其特征在于：所述波纹板片短周边的端部平边和侧部平边处分别固接端部镶块和侧部镶块，且侧部镶块、端部镶块分别位于所述波纹板片的两个传热面上，当两张该波纹板片对扣合成板管时，两张波纹板片的长周边即两长阶梯边固接为一体，两张波纹板片上的侧部镶块固接为一体，从而形成全焊接板管；该板管的内空间为介质一流通的通道；将两两板管叠放在一起，在板管长周边间放置长镶条，该长镶条与长周边固接在一起，同时将两个板管的端部镶块固接为一体，如此叠摞一定数量的板管，最后，在板管两端加上压紧板、侧板，并在其两端即板束的板程设置板束上、下封头，形成所述强化结构的板束，板管之间所形成的通道为介质二流通的通道。

2.一种如权利要求1所述板束组成的板壳式热交换器，其特征在于：所述板束设置在外壳内，板束通过与其上部相连的管板吊挂在外壳内的台阶上，该管板和外壳内的台阶之间设有密封垫圈，从而将外壳分为互不联通的上下两部分；板束下端设置分布器集箱，该分布器集箱的分布板上设有排孔，分布管插入分布器集箱内，介质二的入口设置在外壳的下封头上。

3.根据权利要求2所述的板壳式热交换器，其特征在于：所述板束上封头为天圆地方结构，其内安装的分离条和接管内安装的分离条成90度角。

4.根据权利要求3所述的板壳式热交换器，其特征在于：所述分离条为角铁形状，板束上封头内的分离条及接管内的分离条均为上下错层分布且分离条的沟槽向上。

5.根据权利要求2所述的板壳式热交换器，其特征在于：所述管板和板束之间固接筋板。