CN114152113A

CN114152113A - 一种耐高温型换热器

Info

Publication number: CN114152113A
Application number: CN202111295326.8A
Authority: CN
Inventors: 伍龙燕; 汪景新; 张华明
Original assignee: Huaneng Shandong Shidaobay Nuclear Power Co Ltd; Huaneng Nuclear Energy Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: Huaneng Shandong Shidaobay Nuclear Power Co Ltd; Huaneng Nuclear Energy Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2021-11-03
Filing date: 2021-11-03
Publication date: 2022-03-08

Abstract

本发明提出一种耐高温型换热器，包括过热段管束、饱和段管束和气室，过热段管束和饱和段管束通过管板连通于气室内，管内加热蒸汽从气室的蒸汽进口进入，依次流经过热段管束和饱和段管束，最终从气室的冷凝水输出口排出。本发明通过设置过热段管束，降低了饱和段管束的管内蒸汽温度，使饱和段工作温度低于造价相对较低的铁素体不锈钢换热管的允许使用温度上限，这样在设计饱和段的选材时就可选择价格相对较低的铁素体不锈钢。由于一台换热器中其换热管的成本占据了换热器总造价的很大比重，所以采用该结构可提高设备整体的经济性，显著降低高温型汽汽换热器的总造价。

Description

一种耐高温型换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，尤其涉及一种耐高温型换热器。

背景技术

为了提高电厂热循环效率进而提升经济性，通常在热回路系统中设置高(低)加热器，在热端差较大的场合，可采用三个独立的换热器：蒸汽冷却器、饱和段换热器、疏水冷却器，由于设置三个独立的换热器，造价较高，导致经济性较差。因此，在实际工程应用中，广泛采用三段式合体换热器，相当于将三个独立的换热器合并在一个大换热器中，这种换热器结构紧凑，用材相对较少，经济性凸显。在热电厂换热器设计标准中推荐该加热器设计结构。

但这种结构存在以下缺点：此结构主要适用管侧换热管内运行饱和水(液体)介质，壳侧换热管外运行加热蒸汽介质；当管侧和壳侧均运行高温蒸汽介质时，由于高温蒸汽焓值大、温度高，在压力容器设计标准中推荐的可选材料较少，导致换热管选材很困难，温度高导致过热段通常要选用价格较贵的奥氏体不锈钢，并且高温型汽汽换热器比水汽换热器所需的热交换面积大得多，导致换热管、壳体等主材用量增加，设备的体积和重量也增大；如果饱和段也采用奥氏体不锈钢材质，会进一步抬高换热器的设备造价。因此，目前这种高温型汽汽换热器造价普遍较高，经济性较差。

传统的耐高温型汽汽换热器的管束布置方式为换热器的过热段+饱和段均布置在同一个管板上，共用同一个管束，为适用高温设计工况，换热管须共用同种材料奥氏体不锈钢，过热段和饱和段全部采用耐高温奥氏体不锈钢TP316L，造价很高，经济性很差；并且由于管束入口端的温度很高，出口端温度较低，高温蒸汽在换热管整个行程中，会出现管束末端支持板位置处转角很大，会导致管束R弯管末端与支持板的管孔边缘卡涩或弯曲，降低管束的使用寿命。

传统方案的主要缺点：不适用于高温工况；造价高，经济性很差；管束的入口端和出口端温差太大，管束R弯管段存在与支持板的管孔边缘卡涩或弯曲问题，影响设备的运行使用寿命。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种耐高温型换热器，解决了过热段和饱和段的换热管选材困难问题和换热器的经济性问题。

本申请的一方面实施例提出一种耐高温型换热器，包括过热段管束、饱和段管束和气室，所述过热段管束和饱和段管束通过管板连通于气室内，管板固定于气室的一侧，管内加热蒸汽从气室的蒸汽进口进入，依次流经过热段管束和饱和段管束，最终从气室的冷凝水输出口排出。

在一些实施例中，所述气室内设有过热段分程隔板和饱和段分程隔板，将气室分成输入区、过渡区和输出区，蒸汽进口连接输入区和过热段管束的入口，过热段管束的出口和饱和段管束的入口连接过渡区，冷凝水输出口连接输出区和饱和段管束的出口。

在一些实施例中，所述气室内过渡区位于输入区和输出区之间。

在一些实施例中，所述过热段管束和饱和段管束通过管束支撑机构固定在换热器壳体内。

在一些实施例中，所述过热段管束设于饱和段管束的上方。

在一些实施例中，所述过热段管束和饱和段管束均包含若干个U型管。

在一些实施例中，所述管束支撑机构包括若干块相互平行的支撑板，支撑板上均布有用于贯穿过热段管束和饱和段管束的通孔。

在一些实施例中，每块支撑板同时支撑过热段管束和饱和段管束。

在一些实施例中，每块支撑板的上下两端均通过支撑管固定连接于换热器壳体内。

在一些实施例中，所述过热段管束的材质为奥氏体不锈钢，饱和段管束的材质为铁素体不锈钢。

本申请的另一方面实施例提出一种上述的耐高温型换热器在核电、火电或石化领域中的应用。

本发明的有益效果为：

1)通过设置过热段管束，降低了饱和段管束的管内蒸汽温度，使饱和段工作温度低于造价相对较低的铁素体不锈钢换热管的允许使用温度上限，这样在设计饱和段的选材时就可选择价格相对较低的铁素体不锈钢；

2)两个管束处在不同工作温度区间，可以根据所处温度区间的高低采用不同管束材料，由于一台换热器中其换热管的成本占据了换热器总造价的很大比重，所以采用该结构可提高设备整体的经济性，显著降低高温型汽汽换热器的总造价。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，

其中：

图1为本发明实施例中的耐高温型换热器的结构示意图；

图2为图1中管束支撑机构的侧视图；

附图标记：

1-过热段管束；2-支撑板；3-管板；4-过热段分程隔板；5-饱和段分程隔板；6-饱和段管束；7-支撑管；8-气室；81-输入区；82-过渡区；83-输出区；9-蒸汽进口；10-冷凝水输出口；11-通孔。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的耐高温型换热器。

如图1所示，本申请的一方面实施例提出一种耐高温型换热器，包括过热段管束1、饱和段管束6和气室8，过热段管束1设于饱和段管束6的上方。过热段管束1和饱和段管束6均包含若干个U型管。过热段管束2和饱和段管束6通过管板3连通于气室8内，管板3固定于气室8的一侧，管内加热蒸汽从气室8的蒸汽进口9进入，依次流经过热段管束1和饱和段管束6，最终从气室8的冷凝水输出口10排出。

气室8内设有过热段分程隔板4和饱和段分程隔板5，将气室8分成输入区81、过渡区82和输出区83，气室8内过渡区82位于输入区81和输出区83之间。蒸汽进口9连接输入区81和过热段管束1的入口，过热段管束1的出口和饱和段管束6的入口连接过渡区82，冷凝水输出口10连接输出区83和饱和段管束6的出口。

过热段管束1和饱和段管束6通过管束支撑机构固定在换热器壳体内。如图2所示，管束支撑机构包括若干块相互平行的支撑板2，支撑板2上均布有用于贯穿过热段管束1和饱和段管束6的通孔11。在每个支撑位置上，过热段管束1和饱和段管束6共用同一块支撑板2。由于共用关系，可以显著减小管束高度方向的尺寸，提升整个管束的刚性，提升整个管束的抗流致振动性能，同时也有利于两个管束同时进行穿管，提高了装配的效率。每块支撑板2的上下两端均通过支撑管7固定连接于换热器壳体内。

并且由于设置了两个管束，单个管束的入口端和出口端温差变小了，温差应力降低了，高温蒸汽在换热管整个行程中，不会出现管束末端支撑板2位置处转角增大，不会导致管束R弯管末端与支撑板2的管孔边缘卡涩或弯曲问题，能显著提升设备的可靠性，延长管束的使用寿命。适用换热器的高温工况，造价低，经济性较好。

过热段管束1的材质可选用奥氏体不锈钢，饱和段管束6的材质可选用铁素体不锈钢。

在高温型汽汽换热器的管侧结构设计中设置独立的过热段管束，其目的在于：将高温过热蒸汽在过热段管束1内降低至蒸汽的饱和温度，使饱和段管束6能选择铁素体不锈钢换热管的允许使用温度上限。这样设计结构更紧凑，经济合理。换热器还是两段式设计，但换热器的过热段和饱和段分别独立布置在同一个管板3上，设计布置成两个独立的管束；过热段管束1选用耐高温奥氏体不锈钢管TP316L，而饱和段管束6选用铁素体不锈钢管TP439。

在本实施例中，换热管内为加热蒸汽，温度较高，换热管外为被加热蒸汽，温度比换热管内温度低，本实施例中的换热器通过管内蒸汽加热管外蒸汽，为典型的汽汽换热器。

蒸汽流动过程：

管内过热蒸汽通过蒸汽进口9进入气室8，先经过U型的过热段管束1加热管外蒸汽，经过过热段换热后，管内蒸汽温度下降到饱和蒸汽。饱和蒸汽在饱和段分程隔板5的作用下，流入饱和段管束6的入口，经过饱和段换热后，凝结成水由冷凝水输出口10输出。

管外蒸汽自下而上，先经过饱和段管束6加热，再经过过热段管束1加热。

由于经过两级换热，管内蒸汽经过饱和段管束时温度已经降低，两个管束处在不同温度区间，两个管束可以选取不同材质的换热管，高温区选用奥氏体换热管，低温区选用价格相对较低的铁素体换热管。

本申请的耐高温型换热器可应用于核电、火电或石化等领域中的承压换热设备中。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种耐高温型换热器，其特征在于，包括过热段管束、饱和段管束和气室，所述过热段管束和饱和段管束通过管板连通于气室内，管板固定于气室的一侧，管内加热蒸汽从气室的蒸汽进口进入，依次流经过热段管束和饱和段管束，最终从气室的冷凝水输出口排出。

2.根据权利要求1所述的耐高温型换热器，其特征在于，所述气室内设有过热段分程隔板和饱和段分程隔板，将气室分成输入区、过渡区和输出区，蒸汽进口连接输入区和过热段管束的入口，过热段管束的出口和饱和段管束的入口连接过渡区，冷凝水输出口连接输出区和饱和段管束的出口。

3.根据权利要求1所述的耐高温型换热器，其特征在于，所述过热段管束和饱和段管束通过管束支撑机构固定在换热器壳体内。

4.根据权利要求1所述的耐高温型换热器，其特征在于，所述过热段管束设于饱和段管束的上方。

5.根据权利要求1所述的耐高温型换热器，其特征在于，所述过热段管束和饱和段管束均包含若干个U型管。

6.根据权利要求3所述的耐高温型换热器，其特征在于，所述管束支撑机构包括若干块相互平行的支撑板，支撑板上均布有用于贯穿过热段管束和饱和段管束的通孔。

7.根据权利要求6所述的耐高温型换热器，其特征在于，每块支撑板同时支撑过热段管束和饱和段管束。

8.根据权利要求6所述的耐高温型换热器，其特征在于，每块支撑板的上下两端均通过支撑管固定连接于换热器壳体内。

9.根据权利要求1所述的耐高温型换热器，其特征在于，所述过热段管束的材质为奥氏体不锈钢，饱和段管束的材质为铁素体不锈钢。

10.一种权利要求1-9任一项所述的耐高温型换热器在核电、火电或石化领域中的应用。