CN110207508A - 一种换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热器技术领域，具体公开了一种换热器。该换热器中，上管板采用挠性薄管板，上管板受热均匀，温差小，提高了传热效率，减小了上管板在工作中的内应力，从而补偿和平衡了换热管和壳程筒体间的温差应力，减少了由热应力引起的换热管与上管板连接接头的破坏；上管板、管箱筒体和壳程筒体通过h形对接接头的形式连接，与普通的搭接焊接接头相比，减小了焊缝处的高温侧应力，更能保证焊接性能，结合挠性薄管板结构，能够满足管板的协调变形；通过在连接部上设置排气口，解决了壳侧排气死区的排气问题。该换热器节能降耗，安全环保，使用寿命延长。

Description

一种换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，尤其涉及一种换热器。

背景技术

换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在石油化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等广泛应用。在资源环境问题日益突出的今天，合理使用能源，提高换热器的经济可靠性，实现换热器的最优化，减少制造、运行及维修成本，延长换热器的使用寿命，尤为重要。

管壳式换热器是一种常见的换热器，该设备热侧介质为经二段反应器再生后的生成气，管、壳两侧温度较高，且管程和壳程金属壁温差距很大，则管板在热膨胀差很大的情况下，边缘横剪力和边缘弯矩会很大，造成管板应力很高，会导致换热管与管板连接接头破坏。以上问题不利于环保节能，且影响设备的安全运行和设备的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种换热器，能够实现节能降耗、安全生产和延长使用寿命的目的。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种换热器，包括管箱筒体、壳程筒体、上管板和换热管，所述换热管与所述上管板连接，所述上管板为挠性薄管板，所述壳程筒体上部设置有壳程出口，所述壳程筒体在所述壳程出口处筒径扩大，所述管箱筒体、所述壳程筒体和所述上管板通过h形对接接头连接，所述h形对接接头的第一端与所述管箱筒体连接，所述h形对接接头的第二端与所述上管板连接，所述h形对接接头的第三端与所述壳程筒体连接，所述第二端与所述第三端之间设置有连接部，所述连接部位于所述壳程筒体扩径空间的上方，所述连接部上设置有排气口。

作为上述换热器的优选技术方案，所述连接部与所述第二端、所述连接部与所述第三端之间的连接处均为圆弧过渡。

作为上述换热器的优选技术方案，所述第三端与所述第二端平行间隔设置，所述连接部朝向所述壳程筒体所在侧并倾斜向下设置。

作为上述换热器的优选技术方案，所述排气口设置于所述连接部的最高点。

作为上述换热器的优选技术方案，所述壳程筒体内于所述壳程筒体扩径处设置有出口导流筒，所述出口导流筒的顶端与所述上管板之间相距预设距离，壳程流体能沿所述出口导流筒向上流动流至所述上管板后再流至所述壳程出口。

作为上述换热器的优选技术方案，所述出口导流筒与所述壳程筒体之间通过筋板焊接连接。

作为上述换热器的优选技术方案，所述壳程筒体上周向均布设置有多个所述壳程出口。

作为上述换热器的优选技术方案，所述壳程筒体下部设置有壳程入口，所述壳程筒体内设置有入口导流筒，所述入口导流筒的外壁与所述壳程筒体的内壁之间设置有导流通道，所述入口导流筒的底端与下管板之间相距预设距离，壳程流体能从所述壳程入口流入所述导流通道并向下流至所述下管板之后流入所述壳程筒体中。

作为上述换热器的优选技术方案，所述壳程筒体上周向均布设置有多个所述壳程入口，每个所述壳程入口均连通有环管，所述环管上设置有多个连接管，所述连接管的一端与所述环管连通，另一端与所述导流通道连通。

作为上述换热器的优选技术方案，所述壳程筒体内设置有环形连接板，所述环形连接板的一端连接于所述壳程筒体的内壁，另一端与所述入口导流筒连接。

与现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于：

本发明提供的换热器中，上管板采用挠性薄管板，上管板受热均匀，温差小，提高了传热效率，减小了上管板在工作中的内应力，从而补偿和平衡了换热管和壳程筒体间的温差应力，减少了由热应力引起的换热管与上管板连接接头的破坏；上管板、管箱筒体和壳程筒体通过h形对接接头的形式连接，与普通的搭接焊接接头相比，减小了焊缝处的高温侧应力，更能保证焊接性能，结合挠性薄管板结构，能够满足管板的协调变形；通过在连接部上设置排气口，解决了壳侧排气死区的排气问题。该换热器节能降耗，安全环保，使用寿命延长。

附图说明

图1是本发明提供的换热器的装配结构俯视图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是本发明具体实施方式提供的h形对接接头的结构示意图；

图4是本发明具体实施方式提供的壳程筒体的局部示意图；

图5是图4中B向的向视图(不含上管板和换热管)；

图6是本发明具体实施方式提供的壳程入口处的局部俯视图。

图中：

1-管箱筒体；11-管程入口；12-管程出口；

2-壳程筒体；21-壳程出口；22-壳程入口；23-环管；24-连接管；25-环形连接板；

3-上管板；4-h形对接接头；41-排气口；5-出口导流筒；6-入口导流筒；7-下管板；8-筋板；9-换热管。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明中限定了一些方位词，在未作出相反说明的情况下，所使用的方位词如“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”是指本发明提供的换热器在正常使用情况下定义的，并与附图所示的方位或位置关系一致，“内”、“外”是指相对于各个零件本身轮廓的内外。这些方位词仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不构成对本发明保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实施方式提供了一种换热器，如图1所示，包括管箱筒体1、壳程筒体2和管板，管箱筒体1包括上管箱和下管箱，上管箱和下管箱之间设置有壳程筒体2。上管箱顶端设置有管程入口11，下管箱底端设置有管程出口12。壳程筒体2上部设置有壳程出口21，壳程筒体2下部设置有壳程入口22。换热器中的管板包括上管板3和下管板7，上管板3设置在上管箱和壳程筒体2连接处，下管板7设置在下管箱和壳程筒体2连接处。上管板3和下管板7之间连接有换热管9。壳程筒体2在壳程出口21处进行了扩径处理，即该处的筒径扩大。管箱筒体1、壳程筒体2和上管板3通过h形对接接头4连接。如图2和图3所示，h形对接接头4的第一端与管箱筒体1连接，第二端与上管板3连接，第三端与壳程筒体2连接，第二端与第三端之间设置有连接部，连接部位于壳程筒体2扩径空间的上方，连接部上设置有排气口41。

由于上管板3两侧端面温差高达400℃左右，管板应力很高，如采用传统管板形式，需增加管板厚度来调整管板应力，则管板厚度可能需要很大，会对管板用材及制造造成很大的困难。另一方面，管板厚度增加，其可变形能力变差，会引起应力变大，同时厚管板受热不均，冷热面温差加大，会引起温度应力加大，进一步恶化管板的受力状态，严重时需采用拉撑加固结构解决。因此，本实施例中的上管板3和下管板7均采用挠性薄管板。挠性薄管板受热均匀，温差小，提高了传热效率，减小了管板在工作中的内应力，从而补偿和平衡了换热管9和壳程筒体2间的温差应力，减少了由热应力引起的换热管9与管板连接接头的破坏。

由于壳程筒体2在壳程出口21处进行了扩径处理，因此，挠性结构的上管板3与壳程筒体2焊接后会在连接处形成排气死区，即，连接部下方为排气死区，因此，管箱筒体1、壳程筒体2和上管板3通过h形对接接头4连接。具体而言，h形对接接头4的第一端与管箱筒体1对位焊接，第二端与上管板3对位焊接，第三端与壳程筒体2对位焊接。对位焊接指的是，焊接处的两部件尺寸相同且正对焊接，以达到更好的焊接效果。为了更好的排气，排气口41设置在连接部的最高点。

更进一步地，h形对接接头4的纵截面呈类h型，其第一端与第二端均位于竖直方向上，且位于同一直线上。第三端与第二端平行间隔设置，连接部的一端连接在第一端和第二端之间，另一端朝向壳程筒体2所在侧倾斜向下设置并与第三端连接。该结构的好处在于，能够提高h形对接接头4的结构强度，从而提高连接稳固性。且h形对接接头4三个连接端的厚度可以根据被连接件的厚度进行设计，提高适用性。

可选地，在本实施例中，连接部与竖直方向的夹角α为45°，排气口41的轴线方向垂直于连接部的延伸方向，方便排气口41的加工。更进一步地，为了避免排气死区的气体残留，连接部与第二端、连接部与第三端之间的连接处均为圆弧过渡，从而避免了气体排不尽的现象发生，提高排气效率。圆弧过渡的圆角大小可根据实际情况而设计，本实施例不做具体限制。

本实施例中的换热器的上管板3、管箱筒体1和壳程筒体2通过h形对接接头4的形式连接，与普通的搭接焊接接头相比，减小了焊缝处的高温侧应力，更能保证焊接性能，结合挠性薄管板结构，能够满足管束的协调变形。通过在连接部上设置排气口41，解决了壳侧排气死区的排气问题。

由于壳程锅炉给水产生蒸汽为气液两相流动，因此在壳程出口21靠近上管板3位置处，蒸汽易积聚造成传热死区，从而导致上管板3下表面温度过高及厚度方向温度不均，应力不均，进而导致换热管9与上管板连接接头破坏。

为了避免蒸汽积聚形成传热死区，如图4所示，在壳程筒体2内于壳程筒体2扩径处设置有出口导流筒5，即出口导流筒5的外壁与壳程筒体2的内壁之间为上述扩径空间。出口导流筒5的顶端与上管板3之间相距预设距离，壳程流体能沿出口导流筒5向上流动流至上管板3后再流至壳程出口21。壳程流体的流向如图4中箭头C所示。优选地，该预设距离在满足流通面积要求的前提下尽可能小，以强制气液两相流冲刷上管板3折流后再进入壳程出口21，解决了蒸汽积聚造成传热死区的问题，从而解决了上管板3下表面温度过高和温度不均的问题。

在本实施方式中，如图5所示，壳程筒体2上周向均布设置有多个壳程出口21，可提高蒸汽冲刷上管板3的均匀性，以及排气均匀性。可选地，本实施方式中设置有八个壳程出口21。更进一步地，出口导流筒5与壳程筒体2之间通过筋板8焊接在一起，以提高出口导流筒5的安装稳固性。优选地，筋板8沿壳程筒体2的中心轴线圆周均布设置，可以使出口导流筒5受力均匀，进一步提高出口导流筒5的安装稳固性。

壳程流体从壳程入口22流入换热器后，壳程流体从壳程入口22直接进入设备内，如图1中箭头D所示，而不能与下端的换热管9充分换热，导致壳程流体温度过高。

为了实现壳程流体与下端换热管9的充分换热，在本实施方式中，壳程筒体2内设置有入口导流筒6，入口导流筒6的外壁与壳程筒体2的内壁之间设置有导流通道，入口导流筒6的底端与下管板7之间相距预设距离，壳程流体能从壳程入口22流入导流通道并向下流动，流至下管板7之后再向上流入壳程筒体2中，实现和下端的换热管9充分换热。壳程流体的流向如图1中箭头E所示。如图6所示，入口导流筒6与壳程筒体2之间通过筋板8焊接在一起，以提高入口导流筒6的安装稳固性。优选地，筋板8沿壳程筒体2的中心轴线圆周均布设置，可以使入口导流筒6受力均匀，进一步提高入口导流筒6的安装稳固性。更进一步地，壳程筒体2内设置有环形连接板25，环形连接板25的一端连接于壳程筒体2的内壁，另一端与入口导流筒6连接。可选地，环形连接板25与壳程筒体2共轴线设置，其外沿焊接在壳程筒体2内壁上，内沿与入口导流筒6焊接，可以将导流通道的上端封闭。通过设置环形连接板25，一方面，实现了导流通道的固定作用，另一方面，实现了导流通道上端的封闭，使得壳程流体进入壳程入口22后只能沿着导流通道先向下冲刷下管板7再向上流入设备内。可以理解的是，在另一实施方式中，也可以不设置环形连接板25，而是将入口导流筒6设计为顶端带有翻边的筒形件，翻边的外沿焊接于壳程筒体2内壁上，实现入口导流筒6的固定和导流作用。

更进一步地，壳程筒体2上周向均布设置有多个壳程入口22，每个壳程入口22均连通有环管23，环管23上设置有多个连接管24，连接管24的一端与环管23连通，另一端与导流通道连通。该结构使得壳程流体从壳程入口22先进入环管23，再通过多个连接管24均匀的进入导流通道中，在导流通道的导向作用下均匀进入设备内。可选地，壳程入口22的数量可根据系统管线要求进行设计，本实施方式中设计为两个壳程入口22。每个壳程入口22均连通有一个环管23，环管23对应圆心角为180°，每个环管23上设置有四个连接管24，每个连接管24均与导流通道连通。上述结构可实现壳程流体能同时从八个连接管24均匀进入设备内部，再结合八个壳程出口21的设计，本实施方式中的换热器采用八进八出的结构，实现了壳程流体的充分均匀换热效果。

在本实施方式中，出口导流筒5和入口导流筒6均为两端具有开口的圆柱形筒体。

此外，本实施方式提供的换热器中，在满足允许压降的条件下尽量减小设备的直径以提高管内的流速，从而减少换热管9内的结垢，提高传热效率。因此，本实施方式优选φ25*2mm换热管9。

显然，本发明的上述实施方式仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种换热器，其特征在于，包括管箱筒体(1)、壳程筒体(2)、上管板(3)和换热管(9)，所述换热管(9)与所述上管板(3)连接，所述上管板(3)为挠性薄管板，所述壳程筒体(2)上部设置有壳程出口(21)，所述壳程筒体(2)在所述壳程出口(21)处筒径扩大，所述管箱筒体(1)、所述壳程筒体(2)和所述上管板(3)通过h形对接接头(4)连接，所述h形对接接头(4)的第一端与所述管箱筒体(1)连接，所述h形对接接头(4)的第二端与所述上管板(3)连接，所述h形对接接头(4)的第三端与所述壳程筒体(2)连接，所述第二端与所述第三端之间设置有连接部，所述连接部位于所述壳程筒体(2)扩径空间的上方，所述连接部上设置有排气口(41)。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述连接部与所述第二端、所述连接部与所述第三端之间的连接处均为圆弧过渡。

3.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述第三端与所述第二端平行间隔设置，所述连接部朝向所述壳程筒体(2)所在侧并倾斜向下设置。

4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述排气口(41)设置于所述连接部的最高点。

5.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，在所述壳程筒体(2)内于所述壳程筒体(2)扩径处设置有出口导流筒(5)，所述出口导流筒(5)的顶端与所述上管板(3)之间相距预设距离，壳程流体能沿所述出口导流筒(5)向上流动流至所述上管板(3)后再流至所述壳程出口(21)。

6.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于，所述出口导流筒(5)与所述壳程筒体(2)之间通过筋板(8)焊接连接。

7.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述壳程筒体(2)上周向均布设置有多个所述壳程出口(21)。

8.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述壳程筒体(2)下部设置有壳程入口(22)，所述壳程筒体(2)内设置有入口导流筒(6)，所述入口导流筒(6)的外壁与所述壳程筒体(2)的内壁之间设置有导流通道，所述入口导流筒(6)的底端与下管板(7)之间相距预设距离，壳程流体能从所述壳程入口(22)流入所述导流通道并向下流至所述下管板(7)之后流入所述壳程筒体(2)中。

9.根据权利要求8所述的换热器，其特征在于，所述壳程筒体(2)上周向均布设置有多个所述壳程入口(22)，每个所述壳程入口(22)均连通有环管(23)，所述环管(23)上设置有多个连接管(24)，所述连接管(24)的一端与所述环管(23)连通，另一端与所述导流通道连通。

10.根据权利要求8所述的换热器，其特征在于，所述壳程筒体(2)内设置有环形连接板(25)，所述环形连接板(25)的一端连接于所述壳程筒体(2)的内壁，另一端与所述入口导流筒(6)连接。