CN114608359B - 一种具有复合管板的换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械化工领域，具体涉及一种具有复合管板的换热器，包括壳体、上管板、下管板、热交换管和螺旋管，上管板和下管板均安装在外壳内，上管板和下管板中的一个为复合管板，另一个为固定管板，复合管板内部开设有密封腔，热交换管与上管板和下管板均固定连接并且与复合管板的密封腔连通，所述与热交换管位于复合管板的相对两侧，螺旋管的一端与密封腔固定连通，螺旋管的一端位于外壳的外部并且安装有用于与工作管路连接的小法兰，所述外壳位于复合管板所在的一端的封头采用焊接方式安装，外壳位于固定管板所在的一端通过大法兰安装，本申请通过合理的设计，从多方面有效降低了设备的成本。

Description

一种具有复合管板的换热器

技术领域

本发明涉及机械化工领域，具体涉及一种具有复合管板的换热器。

背景技术

现在化工领域所使用的冷凝器或加热器，其内部的换热管大多为φ19X2或φ25X2.5不锈钢管或碳钢管，少的百十根，多的几百到上千根，在热交换过程中，由于热胀冷缩，这些直立的换热管对与其连接的上、下管板会产生非常大的推拉应力，会使与其连接的上、下管板会产生变形扭曲，如果管板扭曲，就会引起和管板焊合在一起的冷凝器或加热器的外壳变形，外壳变形就会引起和外壳焊合在一起的法兰变形，最终导致法兰密封失效，所以为了防止管板扭曲变形，管板的厚度设计的非常厚，管板的厚度越厚，刚度越大，阻止换热管变形的能力越强，反而换热管作用在管板上的力越大，通过管板传给冷凝器或加热器外壳的力量也就越大，引起外壳变形的能力也越强，当然外壳变形就会引起和外壳焊合在一起的法兰变形，最终可能导致法兰密封失效,为了防止法兰密封失效，法兰要选用高强度级别的法兰，增加材料及加工成本。

由于管板太厚，管板上少则几十个、多到几百上千个用于穿换热管的孔，无法用激光完成切割，人工打孔非常慢、且成本高。如果能减少换热管对与其连接管板的推拉应力，就可以大大减少管板的厚度，管板厚度一旦不超过16mm，用激光切割非常方便。即使管板厚度达到25mm，仍然可以用激光切割，可以大大降低加工成本，同时也大大提高了加工效率和加工精度。如果管板可以随着换热管的热胀冷缩而上下自由移动，换热管的热胀冷缩对管板产生的推拉应力将大大变小，管板的厚度就可以大大的减薄，既可以达到节约贵金属的使用量，降低成本，也可以减小管板厚度，加工管板可以采用激光切割，以降低加工成本、提高加工精度和效率。同时，由于换热管的热胀冷缩对管板产生的推拉应力将大大变小，管板传给外壳的作用力也大大变小，通过外壳传给法兰的作用力也大大变小，所以法兰的强度等级也不需要太大，所以可以减少法兰的材料用量，达到节约成本的目的。如果将管程的密封口引到壳程外侧，可以节省一对大的法兰，相对于壳程外密封的小法兰，小法兰成本可以忽略不计。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种具有复合管板的换热器，包括壳体、上管板、下管板、热交换管和螺旋管，上管板和下管板均安装在外壳内，上管板和下管板中的一个为复合管板，另一个为固定管板，复合管板内部开设有密封腔，热交换管与上管板和下管板均固定连接并且与复合管板的密封腔连通，所述与热交换管位于复合管板的相对两侧，螺旋管的一端与密封腔固定连通，螺旋管的一端位于外壳的外部并且安装有用于与工作管路连接的小法兰，所述外壳位于复合管板所在的一端的封头采用焊接方式安装，外壳位于固定管板所在的一端通过大法兰安装，本申请通过合理的设计，从多方面有效降低了设备的成本。

本发明为解决上述问题提供的是一种具有复合管板的换热器，包括外壳、上管板、下管板、热交换管和螺旋管，上管板和下管板均安装在外壳内，上管板和下管板中的一个为复合管板，热交换管与上管板和下管板均连接，所述复合管板内部开设有密封腔，热交换管与密封腔连通，螺旋管与密封腔固定连通，螺旋管的一端位于外壳的外部。

进一步的，所述上管板和下管板中的另一个为固定管板，固定管板固定安装在外壳内并将外壳内部分隔，热交换管固定穿设在固定管板上，螺旋管和热交换管分别位于复合管板相对两侧，螺旋管固定穿过外壳。

进一步的，所述螺旋管位于外壳外部的一端安装有小法兰。

进一步的，所述复合管板的密封腔内设置有多个支撑隔板。

进一步的，所述热交换管包括多个短交换管和多个长交换管，短交换管的一端与密封腔内部固定连通，长交换管的一端固定穿设在密封腔内，长交换管与复合管板的上端板和下端板均固接，其位于密封腔内部的管壁上开设有开孔。

进一步的，所述外壳包括中间圆柱壳体和两个封头，中间圆柱壳体为上下两端均敞口的中空圆筒形，两个封头分别安装在中间圆柱壳体的顶端和底端。

进一步的，位于螺旋管所在侧的封头与中间圆柱壳体焊接，该封头上开设有用于螺旋管穿过的安装口，另一个封头通过大法兰安装在中间圆柱壳体的另一端，该封头上设置有管程介质接口。

进一步的，所述中间圆柱壳体与复合管板所在端的封头材质相同。

进一步的，所述中间圆柱壳体与复合管板所在端的封头均为碳钢或不锈钢。

进一步的，所述中间圆柱壳体上设置有壳程介质接口。

与现有技术相比本发明具有的有益效果有：1、由于复合管板的作用，管程内的热介质不与复合管板端的封头接触，所以复合管板端的封头可以和壳程材料一致，当管程需要不锈钢、壳程为碳钢时，那么复合管板端的封头可以采用碳钢，可以节约不少贵金属的使用，大大降低设备成本；2、本方案对换热器内部结构的合理布置，采用具有一定形变能力的螺旋管和可在壳体内沿壳体内壁位置调节的复合管板，有效降低了因换热管热胀冷缩对固定管板、复合管板以及壳体侧壁的影响，从而可采用强度较低、板材较薄、方便加工成的板材原料，可提高加工工艺、加工精度；3、本方案节省了高价的大法兰，可将贵金属封头用普通碳钢来代替，降低了生产成本，能提高加工效率和加工精度。

附图说明

图1是本装置的内部结构示意图；图2是图1中A处的放大示意图；

图中标记：1、中间圆柱壳体，2、固定管板，3、复合管板，4、短交换管，5、螺旋管，6、壳程介质接口，7、管程介质接口，8、长交换管，9、封头，10、小法兰，11、大法兰。

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“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“短”、“长”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“短”、“长”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，除非另有明确具体地限定。

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，短特征在长特征“上”或“下”可以是短和长特征直接接触，或短和长特征通过中间媒介间接接触。而且，短特征在长特征“之上”、“上方”和“上面”可是短特征在长特征正上方或斜上方，或仅仅表示短特征水平高度高于长特征。短特征在长特征“之下”、“下方”和“下面”可以是短特征在长特征正下方或斜下方，或仅仅表示短特征水平高度小于长特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述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。

如图所示：一种具有复合管板3的换热器，包括外壳、上管板、下管板、热交换管和螺旋管5，外壳包括中间圆柱壳体1和两个封头9，中间圆柱壳体1竖直设置，中间圆柱壳体1为上下两端均敞口的中空圆柱体形，两个封头9分别安装在中间圆柱壳体1的顶端和底端，以用于将中间圆柱壳体1的上下两端封堵。上管板和下管板中的一个为复合管板3，复合管板3内部开设有密封腔，上管板和下管板中的另一个为固定管板2，固定管板2固定安装在外壳体内并与外壳内部分隔，热交换管为多个并且均固定穿设在固定管板2上，热交换管将外壳内位于固定管板2两侧的空间连通，热交换管与复合管板3固定连接并与密封腔连通，优选地，所述固定管板2和复合管板3分别位于热交换管的两端。所述热交换管包括多个短交换管4和多个长交换管8，短交换管4的一端与密封腔内部固定连通，长交换管8的一端固定穿设在密封腔内，长交换管8与复合管板3的上端板和下端板均固接，其位于密封腔内部的管壁上开设有开孔，长交换管8连接复合管板3上端板和下端板的部分用于支撑复合管板3，防止其在压力下被挤压变形。

所述螺旋管5设置在外壳内，螺旋管5和热交换管分别位于复合管板3相对两侧，螺旋管5的一端与复合管板3固接并与密封腔内部连通，位于螺旋管5所在侧的封头9上开设有安装口，螺旋管5穿过安装口且其外壁与安装口固接，螺旋管5的另一端穿位于外壳的外部，螺旋管5位于外壳外的一端安装有用于与工作管道连接的小法兰10，相对于原先采用的大法兰11来说，小法兰10的成本几乎可忽略。所述外壳的侧壁上设置有壳程介质接口6，壳程介质接口6为两个、四个或更多个，壳程介质接口6对应处于固定管板2和复合管板3之间。

当上管板为复合管板3时，下管板为固定管板2，此时短交换管4的顶端与复合管板3的下端板固接，短交换管4与密封腔连通，长交换管8固定穿过复合管板3的下端板且其顶端与上端板固接，螺旋管5位于复合管板3的上方并且其顶端位于外壳的上方，此时外壳内位于固定管板2上方包含上方封头9内的空间均为壳程空间，位于外壳上方的封头9可选用与中间圆柱壳体1材质相同的碳钢或不锈钢等材料，上方的封头9与中间圆柱壳体1可通过焊接连接，下方的封头9与中间圆柱壳体1通过大法兰11密封连接，极大的降低了设备的成本，所述管程介质接口7设置在下方的封头9上，由于上方封头9与中间圆柱壳体1材质相同，只有下方的封头9中含有贵金属，再加上上方封头9与中间圆柱壳体1采用焊接的方式，可省去一对价格较高的大法兰11，有效降低了设备成本。当下管板为复合管板3时，上管板为固定管板2，此时外壳内位于上管板下方包含下方封头9内的空间均为壳程空间，短交换管4的底端与复合管板3的上端板固接，长交换管8固定穿过复合管板3的上端板且其底端与下端板固接，螺旋管5位于复合管板3的下方并且其底端位于外壳的下方，下方的封头9与中间圆柱壳体1可选用材质相同的碳钢等材料，下方的封头9与中间圆柱壳体1的底端焊接，上方的封头9与中间圆柱壳体1的底端通过大法兰11密封连接，管程介质接口7设置上方的封头9上，方案中只有上方封头9为含有贵金属的部件，相对于现有的两个封头9均含有贵金属的方式来说，有效降低了设备的成本。长交换管8的数量少于短交换管4，长交换管8与复合管板3的上端板和下端板均固接，长交换管8位于密封腔内的管体对复合管板3进行加固支撑，防止复合隔板被挤压变形。作为替代方案，复合管板3的密封腔内可设置多个支撑隔板，支撑隔板将复合管板3的上端板和下端板连接，以用于在密封腔内加强复合管板3的结构，此时多个热交换管等长度，热交换管的一端与密封腔固定连通。复合管板3不与外壳的内壁连接，复合管板3与外壳内壁之间有用于复合管板3移动调节的余量，复合管板3可在一定程度内摆动调节。

本专利申请的方案中，中间圆柱壳体1与固定管板2连接的一端通过大法兰11与封头9连接，中间圆柱壳体1与放置复合管板3的一端采用直接焊接的方式与封头9连接，省去了一对大法兰11，利用螺旋管5端部安装的小法兰10与工作管路连接，而小法兰10相对于大法兰11来说，价格几乎可忽略，从而有效降低了设备的成本。由于采用了螺旋管5，螺旋管5自身具有很大的弹性变形能力，其弹性变形能力远远大于膨胀节的变形能力，所以无论管程和壳程之间的温差多大，膨胀节完全可以省去，节约了膨胀节的成本。再者，由于螺旋管5道可以有很大的弹性变形，换热管的热胀冷缩可推动复合管板3自由伸缩，螺旋管5道不会对复合管板3产生太大的作用力，所以复合管板3和固定管板2所用的板材厚度也可以降低，加工复合管板3和固定管板2时就可以采用价格较低激光切割的方式，降低加工成本、提高加工精度和效率。同样由于管板受到的作用力大大降低，固定管板2和复合管板3传递到外壳的作用力也大大降低，外壳受到的作用力减小，外壳的变形也会变小，连接封头9和中间圆柱壳体1的法兰也可选用低强度的法兰，从法兰上降低了设备的成本。而且位于复合管板3一侧的封头9与中间圆柱壳体1采用焊接的方式连接，相对于现有的两个封头9均通过法兰与中间圆柱壳体1连接的方式，省去了一对大法兰11，也会降低本设备的成本。

本装置在使用时，将螺旋管5的端部通过小法兰10与工作管道连接，壳程热交换介质从一个壳程介质接口6通入外壳内并从另一个壳程介质接口6排出，管程热交换介质从螺旋管5进入到外壳内，经过密封腔后沿多个热交换管流入管程介质接口7排出，壳程热交换介质对管程热交换介质进行换热，实现对管程热交换介质的冷凝或者加热，本装置采用螺旋管5和具有密封腔的复合管板3配合对换热器进行优化，使设备采用较低强度材质的板材和较低强度的法兰即可完成原有的功能，有效降低了设备生产成本，同时本方案的设备不局限于立式，外壳、长交换管8、短交换管4还可以根据使用需要采用卧式结构。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种具有复合管板的换热器，包括外壳、上管板、下管板、热交换管和螺旋管（5），上管板和下管板均安装在外壳内，上管板和下管板中的一个为复合管板（3），热交换管与上管板和下管板均连接，其特征在于：所述复合管板（3）内部开设有密封腔，热交换管与密封腔连通，螺旋管（5）与密封腔固定连通，螺旋管（5）的一端位于外壳的外部;

所述上管板和下管板中的另一个为固定管板（2），固定管板（2）固定安装在外壳内并将外壳内部分隔，热交换管固定穿设在固定管板（2）上，螺旋管（5）和热交换管分别位于复合管板（3）相对两侧，螺旋管（5）固定穿过外壳；

所述热交换管包括多个短交换管（4）和多个长交换管（8），短交换管（4）的一端与密封腔内部固定连通，长交换管（8）的一端固定穿设在密封腔内，长交换管（8）与复合管板（3）的上端板和下端板均固接，其位于密封腔内部的管壁上开设有开孔。

2.如权利要求1所述的一种具有复合管板的换热器，其特征在于：所述螺旋管（5）位于外壳外部的一端安装有小法兰（10）。

3.如权利要求1或2所述的一种具有复合管板的换热器，其特征在于：所述复合管板（3）的密封腔内设置有多个支撑隔板。

4.如权利要求1所述的一种具有复合管板的换热器，其特征在于：所述外壳包括中间圆柱壳体（1）和两个封头（9），中间圆柱壳体（1）为上下两端均敞口的中空圆筒形，两个封头（9）分别安装在中间圆柱壳体（1）的顶端和底端。

5.如权利要求4所述的一种具有复合管板的换热器，其特征在于：位于螺旋管（5）所在侧的封头（9）与中间圆柱壳体（1）焊接，该封头（9）上开设有用于螺旋管（5）穿过的安装口，另一个封头（9）通过大法兰（11）安装在中间圆柱壳体（1）的另一端，该封头（9）上设置有管程介质接口（7）。

6.如权利要求5所述的一种具有复合管板的换热器，其特征在于：所述中间圆柱壳体（1）与复合管板（3）所在端的封头（9）材质相同。

7.如权利要求6所述的一种具有复合管板的换热器，其特征在于：所述中间圆柱壳体（1）与复合管板（3）所在端的封头（9）均为碳钢或不锈钢。

8.如权利要求4所述的一种具有复合管板的换热器，其特征在于：所述中间圆柱壳体（1）上设置有壳程介质接口（6）。