CN113970271A - 一种可直接加热的石墨换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可直接加热的石墨换热器，包括支座、下封头、下部换热块、上部换热块，支座上端连接有下封头，下封头上端连接有壳体，支座、下封头、壳体外部通过螺栓连接，且螺栓上穿过支座下半部分安装有弹簧，下端的壳体和下部换热块之间设置有填料函，壳体内部设置有上部换热块，上部换热块和下封头之间设置有下部换热块，下封头上端由多个下部换热块、上部换热块拼接而成。本发明适用于无锅炉或无导热油辅助加热系统的加热方式，既减少了锅炉或导热油系统设备及管线的投资，又简化了现场工艺操作条件，因在设备内直接对物料进行加热，既节约能源，又安全环保，具有设备投资回收期短，占地面积小，节约能源等优点。

Description

一种可直接加热的石墨换热器

技术领域

本发明涉及换热器领域，特别是涉及一种可直接加热的石墨换热器。

背景技术

化工标准HG/T 3113-1998《YKA型圆块孔式石墨换热器》中涉及的型式为较完善且较早的系列产品。作为石墨换热器系列产品之一，其结构中采用聚四氟乙烯密封材料加装压力弹簧作热胀冷缩自动补偿，对石墨块其保护作用。换热块带有中心孔，具有结构强度高，抗冲击性能好，传热效率高，检修方便等优点。YKA系列产品现已基本被市场逐渐淘汰(见图4)。

新版标准HG/T 3113-2019《圆块孔式不透性石墨换热器》中YK·Ι系列除具有YKA系列优点外，其换热块不带中心孔，增大了单块换热面积，结构强度更高，大有完全替代YKA系列之趋势(见图5)。

在锅炉或导热油辅助加热系统的环境条件下，YKA和YK·Ι系列的换热器壳程的热媒介质通过外设的公用系统，如锅炉或导热油循环系统提供热源；操作并不方便，且其本身的换热效能并不高，会造成了一定的资源浪费。当无锅炉或无导热油辅助加热系统仅仅具备电力、热媒基础资源(处理水、导热油等)的条件下，开发一种可直接加热的石墨换热器非常必要。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种可直接加热的石墨换热器。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种可直接加热的石墨换热器，包括支座、下封头、下部换热块、上部换热块，所述支座上端连接有所述下封头，所述下封头上端连接有壳体，所述支座、所述下封头、所述壳体外部通过螺栓连接，且螺栓上穿过所述支座下半部分安装有弹簧，下端的壳体和所述下部换热块之间设置有填料函，所述壳体内部设置有所述上部换热块，所述上部换热块和所述下封头之间设置有所述下部换热块，所述下封头上端由多个所述下部换热块、所述上部换热块拼接而成，所述下部换热块、所述上部换热块之间设置有块间密封垫片，所述壳体上端安装有上封头，所述上封头上端设置有上盖板，所述上封头上成型有通道，所述上封头和所述上盖板之间设置有石墨管，所述上盖板上端设置有壳体吊环；

所述壳体上外部设置有第一吊耳、第二吊耳、第三吊耳、辅助支座、排气口、排净口、测压口和备用口，所述第一吊耳、所述第二吊耳对称设置在所述壳体两侧，所述第三吊耳设置在所述第二吊耳下侧，所述辅助支座设置在所述壳体中下端；所述排气口设置在壳体的最上部，所述排净口设置在壳体的最下部，所述测压口和备用口设置在壳体的上部。

上封头处采用二道密封时，所述石墨管上端连接所述二次密封法兰，所述二次密封法兰和所述通道之间设置有二次密封密封圈，所述石墨管一端设置有二次密封外接管，所述二次密封法兰通过二次密封螺栓连接所述石墨管，所述二次密封螺栓上设置有二次密封螺帽。

优选的：所述下封头采用补强设计两个通道，下部管口为加热元件插入通道，侧面为被加热物料介质进口通道。

如此设置，利用双通道，方便加热管插入和物料介质的输入至设备中。

优选的：所述下部换热块设计有两个通道，上下管程物料介质通道和热媒侧水平通道，其上端面无中心孔，下端面与所述下封头的加热元件通道相通并用垫片隔离确保可靠密封。

如此设置，保证密封性和热媒介质的传输。

优选的：所述上部换热块采用无中心孔的换热单元块，块间采用阶梯凹凸台阶密封，其上分别加工水线两道或三道。

如此设置，防止串流保证密封垫片本身无渗漏可能性。

优选的：所述壳体上部直接与所述上盖板焊成一体，将系列化工标准中壳程两个密封点由两个减为一个，且与所述上封头间的密封采用耐高温的石棉橡胶板或氟橡胶板等材质。

如此设置，保证所述壳体和所述上盖板上端无渗不漏。

优选的：所述壳体上热媒进出口接管采用偏心大小头接管。

如此设置，下端接管既利于降低热媒对换热块的冲击，又利于排净壳程热媒介质；上端接管既利于降低热媒对换热块的冲击，又利于排空壳程中不凝性气体，同时所述辅助支座便于在设备较重时辅助支承设备重量，可在所述辅助支座下设置压缩弹簧，减少设备震动和缓解壳体热胀冷缩可能引起的问题，所述排气口便于定期排出不凝性气体，否则影响传热效果；所述排净口便于放净热媒介质防止冬季冻坏设备；所述测压口可安装压力表，所述备用口可安装安全阀，防止设备超压超温操作。

优选的：所述壳体吊环通过焊接连接所述上盖板。

如此设置，便于设备组装时吊装壳体。

优选的：所述填料函包裹在所述下部换热块外部。

如此设置，采用所述填料函结构代替系列标准的橡胶o形圈密封结构，并将其改在所述下部换热块底部，且适当增大了所述填料函密封长度，不会出现大量泄漏，万一出现导热油或水渗漏时，只需紧固下部所述填料函处的单台螺栓即可，并且很容易用容器及时收集回收废导热油或废水。

优选的：所述弹簧采用高强度压缩弹簧。

如此设置，通过穿过下部所述支座上的上部法兰与所述壳体下端的兼具密封的所述壳体的法兰进行紧固，并获得高温下的石墨换热零部件之间和所述壳体的热胀冷缩预紧可靠密封。

优选的：所述通道一体成型于所述上封头。

如此设置，解决所述上封头较厚部位换热差问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、适用于无锅炉或无导热油辅助加热系统的加热方式，既减少了锅炉或导热油系统设备及管线的投资，又简化了现场工艺操作条件；

2、因在设备内直接对物料进行加热，既节约能源，又安全环保，具有设备投资回收期短，占地面积小，节约能源等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述一种可直接加热的石墨换热器的总装图；

图2是本发明所述一种可直接加热的石墨换热器的二次密封法兰结构示意图；

图3是本发明所述一种可直接加热的石墨换热器的上部换热块结构示意图；

图4是本发明所述一种可直接加热的石墨换热器的有关的YKA系列总装图；

图5是本发明所述一种可直接加热的石墨换热器的有关的YK·Ι系列总装示意图；

图6是本发明所述一种可直接加热的石墨换热器的有关的改进型YK·Ι总装示意图。

附图标记说明如下：

1、支座；2、下封头；3、下部换热块；4、上部换热块；5、壳体；6、上封头；7、上盖板；8、块间密封垫片；9、填料函；10、弹簧；11、二次密封螺栓；12、二次密封螺帽；13、二次密封法兰；14、二次密封密封圈；15、二次密封外接管；61、通道；62、石墨管；71、壳体吊环；51、第一吊耳；52、第二吊耳；53、第三吊耳；54、排气口；55、排净口；56、测压口；57、备用口；58、辅助支座。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1

如图1-图3所示，一种可直接加热的石墨换热器，包括支座1、下封头2、下部换热块3、上部换热块4，支座1上端连接有下封头2，下封头2上端连接有壳体5，支座1、下封头2、壳体5外部通过螺栓连接，且螺栓上穿过支座1下半部分安装有弹簧10，下端的壳体5和下部换热块3之间设置有填料函9，壳体5内部设置有上部换热块4，上部换热块4和下封头2之间设置有下部换热块3，下封头2上端由多个下部换热块3、上部换热块4拼接而成，下部换热块3、上部换热块4之间设置有块间密封垫片8，壳体5上端安装有上封头6，上封头6上端设置有上盖板7，上封头6上成型有通道61，上封头6和上盖板7之间设置有石墨管62，上盖板7上端设置有壳体吊环71；

壳体5上外部设置有第一吊耳51、第二吊耳52、第三吊耳53、辅助支座58、排气口54、排净口55、测压口56和备用口57，第一吊耳51、第二吊耳52对称设置在壳体5两侧，第三吊耳53设置在第二吊耳52下侧，辅助支座58设置在壳体5中下端；排气口54设置在壳体5的最上部，排净口55设置在壳体5的最下部，测压口56和备用口57设置在壳体5的上部。

上封头处采用二道密封时，石墨管62上端连接二次密封法兰13，二次密封法兰13和通道61之间设置有二次密封密封圈14，石墨管62一端设置有二次密封外接管15，二次密封法兰13通过二次密封螺栓11连接石墨管62，二次密封螺栓11上设置有二次密封螺帽12。

优选的：下封头2采用补强设计两个通道，下部管口为加热元件插入通道，侧面为被加热物料介质进口通道，利用双通道，方便加热管插入和物料介质的输入至设备中；下部换热块3设计有两个通道，上下管程物料介质通道和热媒侧水平通道，其上端面无中心孔，下端面与下封头2的加热元件通道相通并用垫片隔离确保可靠密封，保证密封性和热媒介质的传输；上部换热块4采用无中心孔的换热单元块，块间采用阶梯凹凸台阶密封，其上分别加工水线两道或三道，防止串流保证密封垫片本身无渗漏可能性；壳体5上部直接与上盖板7焊成一体，将系列化工标准中壳程两个密封点由两个减为一个，且与上封头6间的密封采用耐高温的石棉橡胶板或氟橡胶板等材质，保证壳体5和上盖板7上端无渗不漏；壳体5上热媒进出口接管采用偏心大小头接管，下端接管既利于降低热媒对换热块的冲击，又利于排净壳程热媒介质；上端接管既利于降低热媒对换热块的冲击，又利于排空壳程中不凝性气体，同时辅助支座58便于在设备较重时辅助支承设备重量，可在辅助支座58下设置压缩弹簧，减少设备震动和缓解壳体5热胀冷缩可能引起的问题，排气口54便于定期排出不凝性气体，否则影响传热效果；排净口55便于放净热媒介质防止冬季冻坏设备；测压口56可安装压力表，备用口57可安装安全阀，防止设备超压超温操作；壳体吊环71通过焊接连接上盖板7，便于设备组装时吊装壳体5；填料函9包裹在下部换热块3外部，采用填料函9结构代替系列标准的橡胶o形圈密封结构，并将其改在下部换热块3底部，且适当增大了填料函9密封长度，不会出现大量泄漏，万一出现导热油或水渗漏时，只需紧固下部填料函9处的单台螺栓即可，并且很容易用容器及时收集回收废导热油或废水；弹簧10采用高强度压缩弹簧，通过穿过下部支座1上的上部法兰与壳体5下端的兼具密封的壳体5的法兰进行紧固，并获得高温下的石墨换热零部件之间和壳体5的热胀冷缩预紧可靠密封；通道61一体成型于上封头6，解决上封头6较厚部位换热差问题。

工作原理：设备壳体5的壳程通入常温处理水、热水、饱和水蒸汽或导热油等热媒介质；管程走腐蚀性的且需要加热的物料介质，管程通过系统内送料泵投入物料介质，在有下部换热块3和上部换热块4构成的换热器内通过和壳体5之间的热媒介质进行间壁传热，热媒介质通过在下封头2下端进口处插入加热管或电加热组件直接加热，完成热量交换过程，输出满足工艺温度条件要求的物料介质；

当设备壳程热源不同时，会引起壳程壳体5上的进出热媒的流向不同，当壳体5壳程通入常温水或热水或导热油时，采用低进高出；当壳体5壳程通入蒸汽时，采用高进低出的流向。管程流向一般从下端侧面进、上端中间出得到满足工艺温度等要求的物料介质，此时需要辅助泵加压将物料介质由低向高通过下部换热块3、上部换热块4构成的石墨换热器管程和上封头6上石墨管62的孔道；当壳体5壳程热媒介质由上向下流动时，仍需泵送至壳程顶部热媒通道，针对某一壳程、管程的流向而言，下部换热块3、上部换热块4构成的石墨换热器的传热方式可分为逆流或并流传热，传热方式的不同，直接影响对数平均温差的大小，进而影响整台设备的换热面积大小。

金属壳体与石墨零部件上封头等之间的密封方式一般为橡胶o形圈参与密封，因橡胶o形圈往往存在接头或老化变形失效而影响密封效果，o形圈一般安装在设备上部，也往往因渗漏或泄漏，污染现场操作环境，特别是壳程为高温导热油热媒时，泄漏危害更甚，本实施例壳体5与上封头6处为氟橡胶模压o形圈参与密封；壳体5下部为填料函9密封。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种可直接加热的石墨换热器，其特征在于：包括支座(1)、下封头(2)、下部换热块(3)、上部换热块(4)，所述支座(1)上端连接有所述下封头(2)，所述下封头(2)上端连接有壳体(5)，所述支座(1)、所述下封头(2)、所述壳体(5)外部通过螺栓连接，且螺栓上穿过所述支座(1)下半部分安装有弹簧(10)，下端的壳体(5)和所述下部换热块(3)之间设置有填料函(9)，所述壳体(5)内部设置有所述上部换热块(4)，所述上部换热块(4)和所述下封头(2)之间设置有所述下部换热块(3)，所述下封头(2)上端由多个所述下部换热块(3)、所述上部换热块(4)拼接而成，所述下部换热块(3)、所述上部换热块(4)之间设置有块间密封垫片(8)，所述壳体(5)上端安装有上封头(6)，所述上封头(6)上端设置有上盖板(7)，所述上封头(6)上成型有通道(61)，所述上封头(6)和所述上盖板(7)之间设置有石墨管(62)，所述上盖板(7)上端设置有壳体吊环(71)；

所述壳体(5)上外部设置有第一吊耳(51)、第二吊耳(52)、第三吊耳(53)、辅助支座(58)、排气口(54)、排净口(55)、测压口(56)和备用口(57)，所述第一吊耳(51)、所述第二吊耳(52)对称设置在所述壳体(5)两侧，所述第三吊耳(53)设置在所述第二吊耳(52)下侧，所述辅助支座(58)设置在所述壳体(5)中下端；所述排气口(54)设置在壳体(5)的最上部，所述排净口(55)设置在壳体(5)的最下端，所述测压口(56)和备用口(57)设置在壳体(5)上部。

上封头处采用二道密封时，所述石墨管(62)上端连接所述二次密封法兰(13)，所述二次密封法兰(13)和所述通道(61)之间设置有二次密封密封圈(14)，所述石墨管(62)一端设置有二次密封外接管(15)，所述二次密封法兰(13)通过二次密封螺栓(11)连接所述石墨管(62)，所述二次密封螺栓(11)上设置有二次密封螺帽(12)。

2.根据权利要求1所述的一种可直接加热的石墨换热器，其特征在于：所述下封头(2)采用补强设计两个通道，下部管口为加热元件插入通道，侧面为被加热物料介质进口通道。

3.根据权利要求1所述的一种可直接加热的石墨换热器，其特征在于：所述下部换热块(3)设计有两个通道，上下管程物料介质通道和热媒侧水平通道，其上端面无中心孔，下端面与所述下封头(2)的加热元件通道相通并用垫片隔离确保可靠密封。

4.根据权利要求1所述的一种可直接加热的石墨换热器，其特征在于：所述上部换热块(4)采用无中心孔的换热单元块，块间采用阶梯凹凸台阶密封，其上分别加工水线两道或三道。

5.根据权利要求1所述的一种可直接加热的石墨换热器，其特征在于：所述壳体(5)上部直接与所述上盖板(7)焊成一体，将系列化工标准中壳程两个密封由两个减为一个，且与所述上封头(6)间的密封采用耐高温的石棉橡胶板或氟橡胶板等材质。

6.根据权利要求1所述的一种可直接加热的石墨换热器，其特征在于：所述壳体(5)上热媒进出口接管采用偏心大小头接管。

7.根据权利要求1所述的一种可直接加热的石墨换热器，其特征在于：所述壳体吊环(71)通过焊接连接所述上盖板(7)。

8.根据权利要求1所述的一种可直接加热的石墨换热器，其特征在于：所述填料函(9)包裹在所述下部换热块(3)外部。

9.根据权利要求1所述的一种可直接加热的石墨换热器，其特征在于：所述弹簧(10)采用高强度压缩弹簧。

10.根据权利要求1所述的一种可直接加热的石墨换热器，其特征在于：所述通道(61)一体成型于所述上封头(6)。

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