CN112728973A - 一种管式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管式换热器，属于石油化工用换热器领域，包括上侧板、下侧板、侧板内衬板、立柱、立柱内衬板、柔性连接管、换热器管束、壳程箱板及管程箱板，所述换热器管束由若干根换热管与两块矩形管板组成，所述换热器管束安装于由立柱、上侧板和下侧板组成的框架内，所述框架四周分别与管程箱板和壳程箱板通过壳程垫片、管程垫片以及螺栓密封连接；所述立柱内侧装有与其自身部分吻合的立柱内衬板，所述上侧板和下侧板与立柱间均安装有侧板内衬板。本发明的管式换热器具有流程组合灵活、易清洗的特点，该换热器结构可设计为系列化产品，可方便更换换热器管束，换热器的管程、壳程无流动死区，传热效率高。

Description

一种管式换热器

技术领域

本发明涉及石油化工用换热器技术领域，尤其涉及一种管式换热器。

背景技术

石油化工等行业中，管壳式换热器作为一种的典型换热器结构，其应用较为广泛，管壳式换热器的换热元件为换热管，具备良好的承压能力，管内通道可实现自由流。

现有管壳式换热器受其结构制约，主要存在以下问题：

1、在两侧介质流量差异大的场合，管壳式换热器流程组合变化灵活性差，难以实现两侧传热及压降匹配最优，因而很难实现高效传热，对于小流量场合，采用套管式、发卡式换热器，占地面积大。

2、壳程主流动方向一般与换热管轴线垂直，沿圆形截面的流动面积不断变化，不同区域流动均匀性差，尤其是折流板缺口处附近易发生短路、偏流，致使传热效率低；面对介质组分、组成复杂，粘度大、含杂质等场合，流动的非均匀性易导致壳程局部结垢、堵塞。

3、管束抽芯后方可进行壳程清洗；管程流程较长(换热管长度一般不小于6米)，清理难度大，作业量大。

4、在腐蚀场合，管束及壳体与介质直接接触，需采用贵重耐蚀金属，设备成本高、经济性差。

现有专利CN 202057215U和专利CN 103791739 A公开了一种焊接板式换热器。其整体结构为四面可拆箱板，可用于两侧介质均需要清理的场合，其核心传热元件是将2个波纹板片两边焊接形成板管，再整体叠摞形成板束。受波纹板片承压能力限制，该换热器难以实现通道自由流且承受高压差的场合。另外，其板束与框架通过翼板连接或板束与边框弯板直接焊接连接，板束与框架产生的热膨胀无法释放，在高温场合连接处产生较大温差应力。承受高压差及较大温差应力的情况下，此连接部位易发生变形破坏。

现有专利CN104204706A和专利CN103459966A公开了一种焊接板式换热器。该换热器亦为四面可拆结构，其核心传热元件是波纹板片，为提高承载能力且实现一侧通道自由流(无接触通道)，采用两张板片结合处焊接、板片通道间设置加强板、顶底板处设置加强结构等方式改善承载能力。但其结构复杂，导致设备检维护难度显著增加。

因此，发明一种能够承受更高温度与压差、易于实现两侧清理、检维修操作简单方便的换热器是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种管式换热器。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种管式换热器，包括上侧板、下侧板、侧板内衬板、立柱、立柱内衬板、柔性连接管、换热器管束、壳程箱板及管程箱板，所述换热器管束由若干根换热管与两块矩形管板组成，所述换热器管束安装于由立柱、上侧板和下侧板组成的框架内，所述框架四周分别与管程箱板和壳程箱板通过壳程垫片、管程垫片以及螺栓密封连接，其中一个所述壳程箱板外侧的下部设有壳程入口管，另一个所述壳程箱板外侧的上部设有壳程出口管，其中一个所述管程箱板外侧的上部设有管程入口管，另一个所述管程箱板外侧的下侧设有管程出口管；

所述立柱内侧装有与其自身部分吻合的立柱内衬板，所述上侧板和下侧板与立柱间均安装有侧板内衬板，所述立柱内衬板与上下两个侧板内衬板的连接处焊接固定，所述壳程箱板及管程箱板分别装有箱板衬板；

所述矩形管板、立柱以及管程箱板组成的框架空间内安装多个管程分程隔板，所述管程分程隔板与矩形管板、立柱以及管程箱板为可拆卸连接；

所述换热器管束的两个矩形管板之间设置有多个壳程分程隔板，所述壳程分程隔板穿设在换热管之间，且壳程分程隔板仅有一端与壳程箱板的内壁接触，同侧的通道侧通过在换热管排间距的任意设置安装多个壳程分程隔板，所述壳程分程隔板与换热管、矩形管板、立柱以及壳程箱板为可拆卸连接。

进一步地，所述换热管与矩形管板可采用焊接、胀接或组合方式连接。

进一步地，所述矩形管板通过柔性连接管与立柱及上下两侧的侧板内衬板固定连接。

进一步地，所述柔性连接管为任意角度圆弧管或Ω形管的一种。

进一步地，所述换热管可采用光管、扭曲管、扁管、螺纹管、翅片管中的一种。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供一种流程组合灵活、易清洗的管式换热器。该换热器主要结构特征在于换热器管束结构为矩形结构，换热器管束的换热管长度短、且系列化，换热管排列按照一定模数系列规整排列。换热管、壳程可根据需要设计为单排单程或多排一程。仅通过调整壳程分程隔板和管程分程隔板的数量、位置组合，实现最佳换热流程设计需要。因此该换热器结构可设计为系列化产品。

2、对于需要通过清理来恢复工艺性能的场合，该换热器的侧面壳程箱板和管程箱板设计为可拆结构；打开壳程箱板和管程箱板，无须拆出换热器管束，即可进行管程、壳程的机械清理。对于需要更换换热器管束的情况，换热器管束的周边设计为易于拆装的结构，设备经济性好。

3、本发明的换热器的管程、壳程无流动死区，传热效率高。

综上所述，本发明的管式换热器具有流程组合灵活、易清洗的特点，该换热器结构可设计为系列化产品，可方便更换换热器管束，换热器的管程、壳程无流动死区，传热效率高。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明提出的一种管式换热器的整体结构示意图；

图2为本发明提出的一种管式换热器的结构爆炸图；

图3为本发明壳程箱板侧的立面剖视图；

图4为本发明管程箱板侧的立面剖视图；

图5为本发明的顶面剖视图；

图6为图5中a部分结构的放大图。

图中：1上侧板、101壳程入口管、102壳程出口管、2壳程分程隔板、201管程入口管、202管程出口管、3壳程箱板、4下侧板、5壳程垫片、6管程垫片、7管程分程隔板、8管程箱板、9立柱、10立柱内衬板、11柔性连接管、12矩形管板、13换热管、14侧板内衬板、15换热器管束、16箱板衬板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-6，一种管式换热器，包括上侧板1、下侧板4、侧板内衬板14、立柱9、立柱内衬板10、柔性连接管11、换热器管束15、壳程箱板3及管程箱板8，换热器管束15由若干根换热管13与两块矩形管板12组成，换热器管束15安装于由立柱9、上侧板1和下侧板4组成的框架内，框架四周分别与管程箱板8和壳程箱板3通过壳程垫片5、管程垫片6以及螺栓密封连接，其中一个壳程箱板3外侧的下部设有壳程入口管101，另一个壳程箱板3外侧的上部设有管程出口管202，其中一个管程箱板8外侧的上部设有管程入口管201，另一个管程箱板8外侧的下侧设有管程出口管202；

当换热器用于需要通过清理来恢复工艺性能的场合时，壳程箱板3及管程箱板8与框架设计为可拆结构，由于管程、壳程流程均较短，解除立柱9与壳程箱板3及管程箱板8的连接螺栓，打开壳程箱板3及管程箱板8后极易实现管程、壳程机械清理或高压水冲洗。

立柱9内侧装有与其自身部分吻合的立柱内衬板10，上侧板1和下侧板4与立柱9间均安装有侧板内衬板14，立柱内衬板10与上下两个侧板内衬板14的连接处焊接固定；壳程箱板3及管程箱板8分别装有箱板衬板16。使用在材料耐蚀性要求高的腐蚀场合时，上侧板1、下侧板4、壳程箱板3及管程箱板8可采用常规碳钢，仅侧板内衬板14和箱板衬板16采用耐蚀性材料，可节省贵重金属材料耗量，降低设备成本。

矩形管板12、立柱9以及管程箱板8组成的框架空间内安装多个管程分程隔板7，管程分程隔板7与矩形管板12、立柱9以及管程箱板8为可拆卸连接；

换热器管束15的两个矩形管板12之间设置有多个壳程分程隔板2，壳程分程隔板2穿设在换热管13之间，且壳程分程隔板2仅有一端与壳程箱板3的内壁接触，同侧的通道侧通过在换热管排间距的任意设置安装多个壳程分程隔板2，壳程分程隔板2与换热管13、矩形管板12、立柱9以及壳程箱板3为可拆卸连接。

矩形管板12采用拉撑薄管板，换热管13较短，尤其适用于管程压力高于壳程压力，且管程和壳程温差较大的场合。

矩形管板12通过柔性连接管11与立柱9及上下两侧的侧板内衬板14固定连接。柔性连接管11为任意角度圆弧管或Ω形管的一种。

柔性连接管11根本作用在于连接换热器管束15与框架形成的两侧介质通道，其柔性结构可在吸收换热器管束15与框架热膨胀的同时承受两侧介质压差。

换热管13与矩形管板12可采用焊接、胀接或组合方式连接。

换热管13可采用光管、扭曲管、扁管、螺纹管、翅片管中的一种。

参照图3图4，换热器管束15及框架流动空间内分别设置壳程分程隔板2及管程分程隔板7。壳程分程隔板2两边与矩形管板12焊接，另两边的其中一端通过换热管13的间隙穿过换热器管束15并留有折流空间，另两边的另一端与壳程箱板3通过壳程垫片5压紧密封。管程分程隔板7一端与矩形管板12焊接，对边与管程箱板8通过管程垫片6压紧密封，其余两边与立柱内衬板10焊接。通过设置壳程分程隔板2及管程分程隔板7可实现管程、壳程两侧介质传热及压降的最佳匹配。

本发明的工作原理及使用流程：

热媒通过管程入口管201流至换热器的换热管13内，通过设置的管程分程隔板7，可按照图4中换热器内部的箭头方向流动，最后从管程出口管202流出；

冷媒通过壳程入口管101流至换热器的换热管13间隙内，通过设置的壳程分程隔板2，可按照图3中换热器内部的箭头方向流动，最后从壳程出口管102流出；在此过程中热媒和冷媒实现热交换。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种管式换热器，包括上侧板(1)、下侧板(4)、侧板内衬板(14)、立柱(9)、立柱内衬板(10)、柔性连接管(11)、换热器管束(15)、壳程箱板(3)及管程箱板(8)，其特征在于：所述换热器管束(15)由若干根换热管(13)与两块矩形管板(12)组成，所述换热器管束(15)安装于由立柱(9)、上侧板(1)和下侧板(4)组成的框架内，所述框架四周分别与管程箱板(8)和壳程箱板(3)通过壳程垫片(5)、管程垫片(6)以及螺栓密封连接，其中一个所述壳程箱板(3)外侧的下部设有壳程入口管(101)，另一个所述壳程箱板(3)外侧的上部设有壳程出口管(202)，其中一个所述管程箱板(8)外侧的上部设有管程入口管(201)，另一个所述管程箱板(8)外侧的下侧设有管程出口管(202)；

所述立柱(9)内侧装有与其自身部分吻合的立柱内衬板(10)，所述上侧板(1)和下侧板(4)与立柱(9)间均安装有侧板内衬板(14)，所述立柱内衬板(10)与上下两个侧板内衬板(14)的连接处焊接固定，所述壳程箱板(3)及管程箱板(8)分别装有箱板衬板(16)；

所述矩形管板(12)、立柱(9)以及管程箱板(8)组成的框架空间内安装多个管程分程隔板(7)，所述管程分程隔板(7)与矩形管板(12)、立柱(9)以及管程箱板(8)为可拆卸连接；

所述换热器管束(15)的两个矩形管板(12)之间设置有多个壳程分程隔板(2)，所述壳程分程隔板(2)穿设在换热管(13)之间，且壳程分程隔板(2)仅有一端与壳程箱板(3)的内壁接触，同侧的通道侧通过在换热管排间距的任意设置安装多个壳程分程隔板(2)，所述壳程分程隔板(2)与换热管(13)、矩形管板(12)、立柱(9)以及壳程箱板(3)为可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的一种管式换热器，其特征在于，所述换热管(13)与矩形管板(12)可采用焊接、胀接或组合方式连接。

3.根据权利要求1所述的一种管式换热器，其特征在于，所述矩形管板(12)通过柔性连接管(11)与立柱(9)及上下两侧的侧板内衬板(14)固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种管式换热器，其特征在于，所述柔性连接管(11)为任意角度圆弧管或Ω形管的一种。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种管式换热器，其特征在于，所述换热管(13)可采用光管、扭曲管、扁管、螺纹管、翅片管中的一种。

Images