CN109564077B - 换热器及用于组装换热器的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种组装换热器的方法，所述方法包括以下步骤：在组装地点将多个第一换热器管(26、28、30)流体连通到第一连接管部分(48)以形成第一子组件(18)；在所述组装地点将多个第二换热器管(32、34、36)流体连通到第二连接管部分(56)以形成第二子组件(20)；将所述第一子组件(18)和所述第二子组件(20)从所述组装地点运送到现场安装地点；以及在位于所述第一连接管部分(48)与所述第二连接管部分(56)之间的单个连接点处将所述第一子组件(18)连接到所述第二子组件(20)。

Description

换热器及用于组装换热器的系统和方法
技术领域
本发明的实施例涉及发电厂和发电，并且更确切地说，涉及组装用于发电厂锅炉的换热器的系统和方法。
背景技术
锅炉在众多应用中用作换热器。锅炉通常使用管内的热传递液体吸收来自外部来源的热量，然后将受热流体的大体不含液体的蒸汽部分传送到目标位置使用。例如，锅炉或蒸汽发生器在发电行业中用于产生蒸汽，以便之后用在发电工艺中(例如，蒸汽涡轮机中)中，通过使热气体通过封闭管道来加热横跨此管道设置的管束中的流体。所述热气体可以通过点燃锅炉底部的燃烧器来产生，或者所述热气体可以是许多发电厂中所采用的燃气涡轮机的热排气。
一种特定形式的蒸汽发生器可以由以模块化方式构造的若干部分形成。这些部分在所属领域中公知为预热器(低压节约器)、节约器(高压节约器)、蒸发器和过热器。所述节约器、蒸发器和过热器可以全部与位于热排气通路外部的汽包(steam drum)或分离器流体连通。
许多锅炉可以具有使垂直热排气流通过其中的水平布置换热器管阵列，但是其他布置使用使大体水平热排气流通过其中的垂直管排。在现有锅炉系统中，并且确切地说，在使用水平布置的换热器管的锅炉系统中，组装非常耗时并且劳工密集。确切地说，每个换热器管必须在现场焊接到相邻的管。由于许多系统具有多个管排、每个管排具有150个以上的管，因此连接这些管可能涉及在现场进行1,300次以上的焊接。在许多应用中，对现场焊接执行的用于识别任何缺陷的射线照相测试也是必要的，此过程可能非常繁琐并且增加大量劳动力成本。
鉴于上述情况，需要一种以比现有方法更容易并且更成本效能合算的方式将相邻的换热器管彼此连接以形成换热器的系统和方法。
发明内容
在实施例中，提供一种组装换热器的方法。所述方法包括以下步骤：在组装地点将多个第一换热器管流体连通到第一连接管部分以形成第一子组件；在所述组装地点将多个第二换热器流体连通到第二连接管部分以形成第二子组件；将所述第一子组件和第二子组件从所述组装地点运送到安装地点；以及在位于所述第一连接管部分与所述第二连接管部分之间的单个连接点处将所述第一子组件连接到所述第二子组件。
在另一个实施例中，提供一种用于锅炉的换热器。所述换热器包括：第一管组件，所述第一管组件包括横跨气体流动通路延伸的至少一个第一换热器管；第一连接管部分，所述第一连接管部分流体连通到所述至少一个第一换热器管，所述第一连接管部分具有封闭端和开口端；第二管组件，所述第二管组件包括横跨所述气体流动通路延伸的至少一个第二换热器管；第二连接管部分，所述第二连接管部分流体连通到所述至少一个第二换热器管，所述第二连接管部分具有封闭端和开口端，其中所述第一连接管部分和第二连接管部分的相应开口端在单个连接点处彼此连接，以限定大体垂直于所述第一换热器管和第二换热器管延伸的连接管。
在又一个实施例中，提供一种用于换热器的组装简化设备。所述设备包括：第一连接管部分，所述第一连接管部分配置成接收多个第一换热器管，以便提供所述第一连接管部分与所述多个第一换热器管之间的流体连通，所述第一连接管部分具有封闭端和开口端；以及第二连接管部分，所述第二连接管部分配置成接收多个第二换热器管，以便提供所述第二连接管部分与所述多个第二换热器管之间的流体连通，所述第二连接管部分具有封闭端和开口端。所述第一连接管部分的所述开口端以及所述第二连接管部分的所述开口端配置成通过在所述换热器的安装地点进行焊接而连接在一起。
附图说明
参照附图阅读以下非限制性实施例的描述将更好地理解本发明，其中：
图1是根据本发明实施例的锅炉换热器部分的简化侧视图，其中所述换热器部分具有多个换热器管组件。
图2是沿图1中的线A-A截取的图1所示锅炉换热器部分的顶视截面图。
图3是图1所示区域B的放大详图，其中示出根据本发明实施例的组装简化管。
具体实施方式
下文将参考本发明的示例性实施例来详述，这些示例性实施例的示例将参照附图进行说明。在任何可能情况下，附图中所用的相同参考字符是指相同或类似部分。尽管本发明的实施例涉及用于组装具有多个水平换热器管的换热器的系统和方法，但是本发明的实施例也可以适用于组装具有多个垂直布置的换热器管的换热器。更确切地说，为清楚说明，已经选择蒸汽发生器的水平换热器组件。其他适当实施方案可以包括用于循环流化床锅炉、热回收、工业、塔式和双管程蒸汽发生器设计的水平锅炉组件。
本说明书中所用的“操作性地连接”是指直接或间接连接。所述连接不一定是机械附接。本说明书中所用的“以机械方式连接”是指能够支持用于在部件之间的必要力的任何连接方法。本说明书中所用的表述“流体连接”或“流体连通”是指两个或更多个特征的布置，使得所述特征以允许特征之间的流体流动并且允许流体传送的方式连接。本说明书中所用的“现场焊接(field weld)”是指在部件最终安装现场执行以使此焊接所包括部件之后不移动或者预期不移动的现场焊接。本说明书中所用的“车间焊接(shop weld)”或“场外焊接(off-site weld)”是指在将通过焊接连接的部件运送到最终安装现场之前进行的焊接，以便将此部件预期移动或运送到最终安装地点。
本发明的实施例涉及一种用于锅炉的换热器，以及一种用于组装锅炉换热器的方法。参照图1，换热器可以实施在蒸汽发生器的换热部分10(例如，节约器)中。如图所示，锅炉的换热部分10可以包括多个管排，例如沿垂直方向彼此上下布置的管排12、14、16。例如，管排12可以视作下管排，而管排14可以视作上管排。管排12、14、16可以各自包括彼此前后叠加的多个管组件，如图2所示。在图1中，仅示出每个管排12、14、16的最前方管组件(例如，管组件18、20、22)。
每个管组件18、20、22包括多个管，这些管沿大体水平方向横跨管道24所限定的气体流动通路延伸。在实施例中，管道24可以是蒸汽发生器的管道。如图所示，下管排12的管组件18包括三个管26、28、30，这些管以蛇形方式横跨管道24延伸，以限定横跨管道24的多个管程。例如，如图所示，管26、28、30形成横跨管道24的八个管程。在某些实施例中，每个管26、28、30可以形成横跨管道24的少到两个管程，或甚至单个管程，或者横跨通道24的八个以上管程，具体取决于系统参数和规格。
类似地，管排14的管组件20包括三个管32、34、36，这些管类似地以蛇形方式横跨管道24延伸。管组件22还图示成具有以类似方式配置的三个管38、40、42。在实施例中，每个管32、34、36或38、40、42横跨管道的管程数量可以与其他管组件的管程数量相同或不同。此外，每个管组件中的管数量可以与每个其他组件中的管数量相同。在其他实施例中，每个组件18、20、22可以具有横跨管道24延伸的不同数量的管。在又一些其他实施例中，每个管排的每个管组件可以配置有不同数量的管。在各种实施例中，每个管程的长度可以为约30英尺到65英尺。在实施例中，每个管组件可以具有3个到8个中的任何数量的管，或更多个管。
进一步参照图1，下管排12中的每个管组件通过垂直连接管44流体连通到上管排14中的对应管组件。类似地，管排14中的每个管组件通过连接管46流体连通到管排16中的对应管组件。
现在转到图3，其中更详细地示出连接管44(连接管46大体上相同)。如图所示，连接管44包括第一连接管部分48，所述第一连接管部分为大体圆柱形，并且具有第一加盖端50以及与第一端50相对的第二开口端52。所述第一连接管部分48流体连通到下管排12的管组件18的管26、28、30。例如，管组件18的每个管26、28、30可以通过车间焊接54固定到第一连接管部分48，以便提供管26、28、30与第一连接管部分48之间的流体连通，如下文详细讨论。所述第一连接管部分48以及与其连接的管组件18在本说明书中称为第一子组件64。管排12的每个管组件(及其中的管)可以类似地连接到类似连接管44的相应第一连接管部分，如图2所示，使得管排12的每个管组件连接到所述连接管。
如图3中进一步所示，连接管44还包括第二连接管部分56，所述第二连接管部分为大体圆柱形，并且具有第一加盖端58以及与第一端58相对的第二开口端60。所述第二连接管部分56流体连通到上管排14的管组件20的管32、34、36。例如，管组件20的每个管32、34、36可以通过车间焊接54固定到第二连接管部分56，以便提供管32、34、36与第二连接管部分56之间的流体连通。所述第二连接管部分56以及与其连接的管组件20在本说明书中称为第二子组件66。管排14的每个管组件(及其中的管)可以类似地连接到类似连接管44的相应第二连接管部分，如图2所示，使得管排14的每个管组件连接到所述连接管。在实施例中，所述连接管44(以及其第一连接管部分48和第二连接管部分56)的直径为约2英寸到4英寸。在实施例中，所述管焊接到相应连接管部分，使得所述管大体上垂直于所述连接管部分延伸。
如图3所示，第一连接管部分48和第二连接管部分56的相应开口端52、60通过现场焊接62彼此连接，以便提供第一连接管部分48与第二连接管部分56之间的流体连通。通过这种方式，使得流动通过下管排12例如管组件18的管26、28、30的流体和/或蒸汽能够流动到连接管44中，然后流动到上管排14，例如管组件20的管32、34、36。更一般地说，每个连接管44、46用于将管组件流体连通到位于其上方的对应管组件。
组装期间，管排12的每个管组件(例如，管组件18及其管26、28、30)可以在完整安装管排12的发电厂或锅炉之外的地点焊接到连接管44的第一连接管部分48以形成子组件64。可以对管排12中的每个管组件重复此过程，以此使得每个管组件的管焊接到相应连接管的相应第一连接管部分。类似地，管排14的每个管组件(例如，管组件20及其管32、34、36)可以在场外焊接到连接管46的第二连接管部分56，以形成子组件66。可以对管排14中的每个管组件重复此过程，以此使得每个所述管组件的管焊接到相应连接管的相应第二连接管部分。
执行每个焊接连接54时、并且在运送每个子组件之前，也可以在场外对现场焊接54执行射线照相测试以识别任何缺陷。因此，在将子组件运送到锅炉安装现场之前，可以修复任何缺陷或不充分焊接。一旦所有管组件焊接到相应连接管部分，并且在对所述焊接进行测试之后，将这些子组件64、66运送到发电厂或其他锅炉安装现场。
一旦到达现场，每个管排的子组件64、66随后可以定位并且固定在锅炉内。例如，包括第一连接管部分48和管26、28、30的子组件64可以定位在锅炉的换热部分10内，使得管26、28、30横跨由管道24限定的气体流动通路延伸。包括第二连接管部分56和管32、34、36的子组件66之后可以定位在锅炉的换热部分10内、位于子组件64上方处，使得管32、34、36类似地横跨所述气体流动通路延伸。将所述第一连接管部分48和第二连接管部分56的相应开口端52、60彼此对准并且现场焊接(即，在换热部分10内)，以提供下管排12的管组件18与上管排14的管组件20之间的流体连通。可以对相应管排的每个管组件重复此过程，以将每个管组件与位于其上方的对应管组件互连。
通过在将焊接的子组件送至现场之前将相应管组件的每个管焊接到连接管，可以显著减少将管排彼此连接所需的现场焊接数量。确切地说，使用现有系统和方法，在没有连接管的情况下，上管排中的每个管必须向下弯曲，并且下管排中的每个管必须向上弯曲，才能逐个装配和焊接这些管。更确切地说，现有方法要求管组件(例如，管组件18)的每个个体管(例如，管26、管28、管30)向上弯曲，同时每个个体管(例如，管32、管34、管36)向下弯曲。之后必需执行两个焊接才能将每个下管连接到其对应上管。为了连接各自包括三个管的两个管组件，需要6个现场焊接。
但是在使用本发明的情况下，通过在场外将每个管焊接到连接管部分以形成子组件，仅需要单个现场焊接(即，现场焊接62)即可将每个下管组件连接到其对应的上管组件。因此，将每个下管组件连接到每个上管组件所需的现场焊接的数量从6减少到1。结果，大大简化现场安装，并且可以节省安装时间和成本。确切地说，通过在场外将管组件预焊接到连接管的连接部分，现场仅需要执行单个现场焊接。这使得无需仔细地将每个组件的每个管与其上方管排中的对应管对准，此操作由于空间狭小并且每个管的尺寸庞大而特别具有挑战性。此外，通过在现场安装之前对管与连接管部分之间的焊接54执行焊接诊断和测试，大大缩短对焊接62进行现场测试的时间、难度和成本。
一旦组装好并且在操作中，流体可以通过入口70供应到下管排12的管26、28、30中的每一者。流体通过下管排12的蛇形管(包括管26、28、30)进入将下管排12与上管排14连接的连接管44中，并且进入上管排14的管32、34、36中。然后，流体可以继续通过所述管并且进入将管排14与管排16连接的连接管46中。在整个流动通路中，管内的流体通过管道24内的受热气流72加热以形成蒸汽。然后可以输出蒸汽和任何未蒸发的流体以用于进一步加热和/或最终用于一个或多个发电工艺中。
在实施例中，提供一种组装换热器的方法。所述方法包括以下步骤：将多个第一换热器管流体连通到第一连接管部分以形成第一子组件；将多个第二换热器流体连通到第二连接管部分以形成第二子组件；将第一子组件和第二子组件运送到安装地点；以及在位于所述第一连接管部分与所述第二连接管部分之间的单个连接点处将所述第一子组件连接到所述第二子组件。在实施例中，将所述多个第一换热器管流体连通到所述第一连接管部分包括在所述安装地点的场外将所述第一换热器管中的每一者焊接到所述第一连接管部分，并且将所述多个第二换热器管流体连通到所述第二连接管部分包括在所述安装地点的场外将所述第二换热器管中的每一者焊接到所述第二连接管部分。在实施例中，所述方法还可以包括在将所述第一子组件和所述第二子组件运送到所述安装地点之前测试所述第一换热器管与所述第一连接管部分之间的焊接以及所述第二换热器管与所述第二连接管部分之间的焊接。在实施例中，测试所述焊接可以包括对所述焊接的射线照相测试。在实施例中，所述第一连接管部分包括开口端和封闭端，并且所述第二连接管部分包括开口端和封闭端。将所述第一子组件连接到所述第二子组件的步骤可以包括在所述安装地点处将所述第一连接管部分的开口端焊接到所述第二连接管部分的开口端。在实施例中，所述第一连接管部分和第二连接管部分分别定向成大体垂直于所述多个第一换热器管和多个第二换热器管。在实施例中，所述第一连接管部分和第二连接管部分的直径为约2英寸到4英寸。在实施例中，所述第一换热器管和第二换热器管是蛇形的。在实施例中，所述方法还可以包括以下步骤：将所述第一换热器管定位在气流管道内，使得所述第一换热器管大体上横跨所述气流管道延伸，以及将所述第二换热器管定位在所述气流管道内，使得所述第二换热器管大体上横跨所述气流管道延伸。在实施例中，所述气流管道大体上垂直地延伸，并且所述第一换热器管和所述第二换热器管大体上水平地延伸。在实施例中，所述方法还可以包括以下步骤：将第一子组件和第二子组件布置在所述管道内，使得所述第二子组件大体上定位在第一子组件上方。在实施例中，多个第一换热器管是三个第一换热器管，并且多个第二换热器管是三个第二换热器管。
在另一个实施例中，提供一种用于锅炉的换热器。所述换热器包括：第一管组件，所述第一管组件包括横跨气体流动通路延伸的至少一个第一换热器管；第一连接管部分，所述第一连接管部分流体连通到所述至少一个第一换热器管，所述第一连接管部分具有封闭端和开口端；第二管组件，所述第二管组件包括横跨所述气体流动通路延伸的至少一个第二换热器管；第二连接管部分，所述第二连接管部分流体连通到所述至少一个第二换热器管，所述第二连接管部分具有封闭端和开口端，其中所述第一连接管部分和第二连接管部分的相应开口端在单个连接点处彼此连接，以限定大体垂直于所述第一换热器管和第二换热器管延伸的连接管。在实施例中，所述至少一个第一换热器管和所述第一连接管部分通过至少一个第一焊接彼此流体连通，其中所述第一焊接在将所述至少一个第一换热器管定位成横跨所述气体流动通路之前执行，并且所述至少一个第二换热器管和所述第二连接管部分通过至少一个第二焊接彼此流体连通，其中所述第二焊接在将所述至少一个第二换热器管定位成横跨所述气体流动通路之前执行。在实施例中，所述气体流动通路包括蒸汽发生器的管道。在实施例中，所述至少一个第一换热器管是大体蛇形的并且以多个管程横跨所述管道延伸，并且所述至少一个第二换热器管是大体蛇形的并且以多个管程横跨所述管道延伸。在实施例中，所述第一连接管部分和第二连接管部分的相应开口端通过在单个连接点处执行现场焊接而彼此连接以形成连接管。
在又一个实施例中，提供一种用于换热器的组装简化设备。所述设备包括：第一连接管部分，所述第一连接管部分配置成接收多个第一换热器管，以便提供所述第一连接管部分与所述多个第一换热器管之间的流体连通，所述第一连接管部分具有封闭端和开口端；以及第二连接管部分，所述第二连接管部分配置成接收多个第二换热器管，以便提供所述第二连接管部分与所述多个第二换热器管之间的流体连通，所述第二连接管部分具有封闭端和开口端。所述第一连接管部分的所述开口端以及所述第二连接管部分的所述开口端配置成通过在所述换热器的安装地点进行焊接而连接在一起。在实施例中，所述第一连接管部分配置成通过在所述安装地点的场外执行车间焊接来连接到所述多个第一换热器管，并且所述第二连接管部分配置成通过在所述安装地点的场外执行车间焊接来连接到所述多个第二换热器管。
应了解，上述说明旨在说明而非限定。例如，上述实施例(和/或其方面)可以彼此结合使用。另外，可以在不背离其范围前提下做出许多修改以使具体情况或材料适应本发明的教义。尽管本说明书中所述材料的尺寸和类型旨在定义本发明的参数，但是它们不以任何方式限定，并且仅为示例性实施例。在查阅上述描述后，许多其他实施例对于所属领域中的技术人员而言将显而易见。因此，本发明的范围应参照随附权利要求书以及所述权利要求书的全范围等效物确定。在随附权利要求书中，术语“包括(including)”和“其中(inwhich)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简明英语等效物。此外，在随附权利要求书中，术语例如“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“底部”、“顶部”等仅用作标签，并不用于对相应对象做出数值或位置要求。此外，随附权利要求书中的限制并非以装置加功能的格式撰写，并且并不旨在基于《美国法典》第35编第112条第六项来解释，除非且直到所述权利要求限制明确使用词语“装置用于”，后跟不含进一步结构的功能说明。
本说明书使用示例来公开本发明的若干实施例，包括最佳模式，同时也让所属领域中的普通技术人员能够实践本发明的实施例，包括制造和使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的专利保护范围由权利要求书限定，并且可以包括所属领域中的普通技术人员得出的其他示例。如果其他示例的结构构件与权利要求书的字面意义相同，或者如果所述示例包括的等效结构构件与权利要求书的字面意义无实质差别，则所述示例也应在权利要求书的覆盖范围内。
如本说明书中所使用，除非明确排除，否则以单数形式表示并前跟字词“一个”或“一种”的元件或步骤应理解为不排除多个所述元件或步骤。此外，对本发明“一个实施例”的引用并不旨在解释为排除存在同样包括所述特征的额外实施例。此外，除非明确指出相反情况，否则“包含”、“包括”或“具有”具备特定性质的元件或多个元件的实施例可以包括不具备所述性质的其他元件。
由于可以在不背离本说明书中所涉及的本发明精神和范围的情况下对上述系统和方法进行特定改变，因此上述说明或者附图中图示的所有主题应仅仅解释为说明本说明书中的发明概念的示例，并不视作限制本发明。

Claims (5)

1.一种用于锅炉的换热器，所述换热器包括：
以多个管程横跨气体流动通路延伸的多个第一蛇形换热器管；
第一连接管部分，所述第一连接管部分流体连通到所述多个第一蛇形换热器管，具有第一封闭端和第一开口端，并且具有多个第一穿孔，其中所述多个第一穿孔中的每一个与多个所述第一蛇形换热器管中相应的蛇形换热器管流体连通；
以多个管程横跨所述气体流动通路延伸的多个第二蛇形换热器管；
第二连接管部分，所述第二连接管部分流体连通到所述多个第二蛇形换热器管，具有第二封闭端和第二开口端，并且具有多个第二穿孔，其中所述多个第二穿孔中的每一个与多个所述第二蛇形换热器管中相应的蛇形换热器管流体连通；
其中所述第一连接管部分的所述第一开口端和第二连接管部分的所述第二开口端现场焊接而彼此焊接以在其间限定单个连接点，并且
所述换热器被配置成使流体从所述多个第一蛇形换热器管通过所述第一连接管部分、所述单个连接点和所述第二连接管部分流到所述多个第二蛇形换热器管。
2.根据权利要求1所述的换热器，其中：
所述多个第一蛇形换热器管中的至少一个和所述第一连接管部分通过至少一个第一焊接彼此流体连通，其中所述至少一个第一焊接在将所述多个第一蛇形换热器管的所述至少一个定位成横跨所述气体流动通路之前执行；并且
所述多个第二蛇形换热器管中的至少一个和所述第二连接管部分通过至少一个第二焊接彼此流体连通，其中所述至少一个第二焊接在将所述多个第二蛇形换热器管中的所述至少一个定位成横跨所述气体流动通路之前执行。
3.根据权利要求1或2所述的换热器，其中：
所述气体流动通路包括热回收蒸汽发生器的管道。
4.一种用于换热器的组装简化设备，所述组装简化设备包括：
第一连接管部分，所述第一连接管部分具有第一封闭端、第一开口端以及多个第一穿孔，并且被配置成通过所述多个第一穿孔接收多个第一蛇形换热器管，以提供所述第一连接管部分与所述多个第一蛇形换热器管之间的流体连通；以及
第二连接管部分，所述第二连接管部分具有第二封闭端、第二开口端以及多个第二孔，并且被配置成通过所述多个第二孔接收多个第二蛇形换热器管，以提供所述第二连接管部分与所述多个第二蛇形换热器管之间的流体连通；
其中所述第一连接管部分的所述第一开口端以及所述第二连接管部分的所述第二开口端配置成通过在所述换热器的安装地点进行焊接而连接在一起，以在其间限定接缝，并且
所述组装简化设备被配置成使流体从所述多个第一蛇形换热器管通过所述第一连接管部分、所述接缝和所述第二连接管部分流到所述多个第二蛇形换热器管。
5.根据权利要求4所述的组装简化设备，其中：
所述第一连接管部分配置成通过在所述安装地点的场外执行车间焊接来连接到所述多个第一蛇形换热器管；并且
所述第二连接管部分配置成通过在所述安装地点的场外执行车间焊接来连接到所述多个第二蛇形换热器管。
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