CN114636330B - 列管换热器以及列管换热器的封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种列管换热器，该列管换热器包括：上管板箱、下管板箱、多个换热管以及加压螺栓，所述多个换热管的入口端贯穿所述上管板箱，所述多个换热管的出口端贯穿所述下管板箱，所述上管板箱和下管板箱内填充有密封橡胶，所述密封橡胶填充进所述换热管与所述上管板箱的间隙内，且所述密封橡胶填充进所述换热管与所述下管板箱的间隙内，所述加压螺栓设置于所述上管板箱和下管板箱。另外，本发明还涉及一种列管换热器的封装方法。

Description

列管换热器以及列管换热器的封装方法
技术领域
本发明涉及一种列管换热器以及列管换热器的封装方法。
背景技术
列管换热器广泛应用在焦化行业、冶金、化工行业、危险废弃物焚烧系统、锅炉行业、余热回收系统和城市污水处理等领域，通常使用环境比较恶劣，换热工质的工作温度和压力较高，且具有一定的腐蚀性，这要求列管换热器的换热管、换热管与管板封装工艺具有很高的性能指标。而换热管与管板的连接方式主要有胀接、焊接、爆炸连接及胀焊连接等方式，不同的连接方法会影响换热管与管板的连接质量，一方面随着换热管当量直径的减小(如小于1mm)和管壁变薄(如小于0.1mm)，上述连接方式会使换热管管壁发生破裂，而且有些连接方式容易堵塞换热管，加工起来费时费力且难以实现大规模加工，胀接方法也不适用非圆形换热管(如椭圆管、滴形管)与管板的连接；另一方面，对于应用于特殊场合(如强腐蚀性等)的列管换热器，使用非金属换热管时，焊接或胀接的方式不再适用，不恰当的工艺会影响换热器的使用和寿命。
发明内容
综上所述，确有必要提供一种加工起来省时省力且能实现大规模加工，而且不影响使用和寿命的列管换热器以及该列管换热器的封装方法。
一种列管换热器，包括：上管板箱、下管板箱、多个换热管以及加压螺栓，所述多个换热管的入口端贯穿所述上管板箱，所述多个换热管的出口端贯穿所述下管板箱，所述上管板箱和下管板箱内填充有密封橡胶，所述密封橡胶填充进所述换热管与所述上管板箱的间隙内，且所述密封橡胶填充进所述换热管与所述下管板箱的间隙内，所述加压螺栓设置于所述上管板箱和下管板箱。
所述上管板箱、下管板箱分别包括所述上管板、下管板以及侧板，所述上管板箱、下管板箱分别进一步包括多个拉杆，该多个拉杆沿着所述换热管的轴向方向，设置在所述上管板和所述下管板之间，将所述上管板和所述下管板进行刚性固定。
所述密封橡胶为硅橡胶系、聚硫橡胶系、聚氨酯橡胶系或二烯类橡胶系。
所述多个换热管的当量管径为100微米以上，所述多个换热管的管壁壁厚为几十个微米以上。
一种列管换热器的封装方法，包括以下步骤：
(1)提供上管板箱和下管板箱以及多个换热管，所述上管板箱和下管板箱分别具有多个开孔，将所述多个换热管贯穿所述上管板箱和下管板箱的开孔；
(2)在所述上管板箱和下管板箱内填满液体密封橡胶，使液体密封橡胶填充至所述多个换热管与所述上管板箱和下管板箱之间形成的间隙，之后固化所述液体密封橡胶，使所述多个换热管被密封和固定在所述上管板箱和下管板箱内；
(3)将加压螺栓安装在所述上管板箱和下管板箱，用于施加和调节密封压力。
在步骤(1)中，所述上管板箱和下管板箱分别包括上管板、下管板以及侧板，所述上管板、下管板以及侧板形成一腔体，沿着所述换热管的轴向方向，在所述上管板和下管板之间设置拉杆，将所述上管板和下管板进行刚性固定。
所述拉杆的两端分别固定在所述上管板和所述下管板，所述拉杆的一端焊接在所述上管板或下管板，另一端通过焊接、螺杆连接或螺栓螺母连接固定在所述下管板或上管板。
在步骤(2)中，所述液体密封橡胶的粘度范围为500mpa.s至100000mpa.s。
在步骤(2)中，所述液体密封橡胶的粘度范围为2000mpa.s至20000mpa.s。
所述上管板箱和下管板箱分别通过机械切削焊接加工或3D打印成型。
相较于现有技术，本发明的列管换热器的封装方法改变了传统列管换热管和管板的连接方式(焊接、涨接、涨焊结合等)。通过密封橡胶的弹性，流动性和不可压缩性将换热管与管板密封和固定，实现了换热管与管板的柔性连接。因此，该列管换热器的封装方法能够快速将多个换热管和管板连接，该封装方法便于同时完成换热管与管板的连接与密封，适用于金属或非金属材质的列管换热器加工工艺。故该列管换热器的封装方法为一次性完成封装，省时省力，能实现大规模加工，而且不影响列管换热器的使用和寿命。而且，由于采用橡胶将换热管和管板密封和固定，所以对换热管的形状要求大大降低，而且使用的换热管的管径可以更细，管壁可以更薄。采用更细，更薄换热管的列管换热器其散热效果更优。
附图说明
图1为本发明实施例提供的列管换热器的剖面结构示意图。
图2为本发明实施例提供的列管换热器的俯视结构示意图。
图3为本发明实施例提供的列管换热器的封装方法的流程图。
主要元件符号说明
上管板箱 1
拉杆 2
换热管 3
上管板 4
密封橡胶 5
侧板 6
下管板 7
连接法兰 8
加压螺栓 9
列管换热器 10
下管板箱 11
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。
请参照图1和图2，本发明提供一种列管换热器10，该列管换热器10包括上管板箱1、下管板箱11以及多个换热管3，多个换热管3的入口端贯穿上管板箱1，多个换热管3的出口端贯穿下管板箱11。上管板箱1和下管板箱11的形状不限，可以是长方体、正方体或圆柱体等，对换热管3起到固定支撑和密封的作用。在本实施例中，上管板箱1和下管板箱11为长方体。上管板箱1和下管板箱11的结构相同，与多个换热管3的连接方式和密封方式也相同。所以，本实施例仅以上管板箱1为例进行详细说明。
多个换热管3的材质不限，可以是如玻璃管等的各类非金属管、金属管等。换热管3的横截面形状可以是圆形，也可以是非圆形，例如椭圆形、滴形等，换热管3的当量直径为0.2mm～200mm，换热管3的排列方式可为顺排或叉排，换热管3的间距为换热管当量直径的0.8～3倍，但不限于此。本实施例中，换热管3为金属管，横截面形状是圆形，换热管的直径为0.5mm，各个换热管3相互平行。换热管道为常压、微正压或为负压管道，多个换热管3通过上管板箱1、下管板箱11的管板进行定位和固定。
上管板箱1包括上管板4、下管板7以及侧板6，上管板4、下管板7以及侧板6形成一腔体，上管板4、下管板7分别设置有开孔，上管板4的开孔和下管板7的开孔一一对应。上管板4、下管板7以及侧板6可以通过螺栓固定，或者上管板箱1通过3D打印成型。换热管3的入口端穿设于上管板4和下管板7对应的开孔。上管板箱1的腔体内充满了具有弹性的密封橡胶，换热管3被密封橡胶固定在上管板箱1的腔体内。而且密封橡胶填充进上管板开孔处换热管3与上管板4的间隙内，密封橡胶也填充进下管板开孔处换热管3与下管板7的间隙内，将换热管3与上管板1以及下管板7固定和密封。在本实施例中，换热管3与上管板1以及下管板7的固定和密封方式只是通过密封橡胶实现，并不包含其他的固定和密封方式。密封橡胶起到密封和柔性固定约束的作用。上述的密封橡胶没有具体的类型，可依据列管换热器的具体应用环境进行选型和使用。密封橡胶具体的可以为硅橡胶系、聚硫橡胶系、聚氨酯橡胶系、二烯类橡胶系等。
下管板箱11的结构和上管板箱1的结构完全相同，在此不再累述。
本实施中，在上管板箱1的侧板6设置了加压螺栓9，该加压螺栓9垂直于换热管3的轴向方向，通过加压螺栓9进行密封压力的施加和调节，以此实现换热管3与管板之间的柔性连接方式。当然，该加压螺栓设置的位置不限，也可以设置在上管板箱的顶板或底板，只要能施加和调节密封压力即可。
所述列管换热器10进一步包括连接法兰8，该连接法兰8沿着换热管的轴向方向与管板箱连接，用来安装列管换热器10的封头箱。
列管换热器10的工作温度不高于密封橡胶的正常使用温度即可。一般的，列管换热器10的内外冷热流体的工作温度为-70～250℃，工作压力可为常压或微正压(负压)。
本实施例换热管与上管板以及下管板的固定和密封方式只是通过密封橡胶实现，并不包含其他的固定和密封方式，所以这种连接方法对换热管的形状要求大大降低，而且使用的换热管的管径可以更细，可以采用当量管径100微米左右的换热管，管壁可以更薄，可以采用管壁壁厚为几十个微米的换热管。采用更细，更薄换热管的列管换热器其散热效果更优。
当上管板4和下管板7的面积较大，上管板箱1的腔体内压力较高时，上管板4和下管板7很有可能会发生变形，从而影响列管换热器10的散热效果。因此，沿着换热管3的轴向方向，在上管板4和下管板7之间设置拉杆2，将上管板4和下管板7进行刚性固定，拉杆2的两端分别固定在上管板4和下管板7上，其中一端焊接在上管板4或下管板7，另一端通过焊接、螺杆连接或螺栓螺母连接固定在下管板7或上管板4，起到防止上管板4和下管板7变形，维持上管板箱1的腔体内压力的作用，增加上管板箱1的刚性。拉杆2的设置数量以及相互之间的间距可以根据实际应用来计算。具体的，拉杆2可以采用金属材料，耐密封橡胶腐蚀即可。例如，该拉杆2可以为铁、铜、铝以及不锈钢等等。在本实施例中，拉杆2可以为铁杆。可以理解，管板箱和拉杆也可以通过机械切削焊接加工或3D打印一体成型。
所述的换热管两端分别穿过上、下两个管板箱管板，并通过密封橡胶和加压螺栓进行固定和连接；管板箱的尺寸可依据换热管的数量以及管径和管间距来确定，并由拉杆来固定管板箱两边管板。通过填充在管板箱中的密封橡胶、加压螺栓和拉杆，实现了管道和管板之间的刚性和柔性连接。
另外，本发明实施例提供一种列管换热器的封装方法。请参阅图3，列管换热器的封装方法包括以下步骤：
(1)提供上管板箱和下管板箱以及多个换热管，上管板箱和下管板箱分别具有多个开孔，将多个换热管贯穿上管板箱和下管板箱的开孔；
(2)在上管板箱和下管板箱内填满液体密封橡胶，使液体密封橡胶填充至换热管与上管板箱和下管板箱之间形成的间隙，之后固化液体密封橡胶，使多个换热管被密封和固定在上管板箱和下管板箱内；
(3)将加压螺栓安装在上管板箱和下管板箱，用于施加和调节密封压力。
在步骤(1)中，上管板箱包括上管板、下管板以及侧板，上管板、下管板以及侧板形成一腔体，上管板、下管板分别设置有开孔，上管板的开孔和下管板的开孔一一对应。上管板、下管板以及侧板可以通过螺栓固定，或者上管板箱通过机械切削焊接加工或3D打印成型，下管板箱的结构与上管板箱的结构相同，在此不再累述。
多个换热管的材质不限，可以是如玻璃管等的各类非金属管、金属管等。换热管的横截面形状可以是圆形，也可以是非圆形，例如椭圆形、滴形等，换热管的当量直径为0.2mm～200mm，换热管的排列方式可为顺排或叉排，换热管的间距为换热管当量直径的0.8～3倍，但不限于此。换热管道为常压、微正压或为负压管道，多个换热管的入口端穿设于上管板箱，多个换热管的出口端穿设于下管板箱，多个换热管通过上管板箱、下管板箱的管板进行定位和固定。在本实施例中，换热管为金属管，横截面形状是圆形，换热管的直径为0.5mm，各个换热管相互平行。
在步骤(2)中，在上管板箱和下管板箱内填满液体密封橡胶，使液体密封橡胶填充至换热管与上管板箱和下管板箱之间形成的间隙，之后固化密封橡胶，使多个换热管被密封和固定在上管板箱和下管板箱内。由于液体密封橡胶具有较好的流动性，只要填充的量足够，那么液体密封橡胶可以流入到换热管与上管板箱和下管板箱之间形成的间隙，当固化液体密封橡胶后，液体密封橡胶凝固成固态密封橡胶，变成弹性体，密封橡胶填充进上管板开孔处换热管与上管板的间隙内，密封橡胶也填充进下管板开孔处换热管与下管板的间隙内。液体密封橡胶没有具体的类型，可依据列管换热器的具体应用环境进行选型和使用。液体密封橡胶的粘度范围为500mpa.s至100000mpa.s，优选2000mpa.s至20000mpa.s。液体密封橡胶具体的可以为硅橡胶系、聚硫橡胶系、聚氨酯橡胶系、二烯类橡胶系等。本实施例中，液体密封橡胶为液体硅橡胶系。
可以理解，在填充到上管板箱和下管板箱之前，密封橡胶也可以为颗粒状或粉末状，不过在填充到上管板箱和下管板箱时，要经过高温软化，将颗粒状或粉末的密封橡胶软化成流体，再填充进上管板箱和下管板箱。
在步骤(3)中，将加压螺栓安装在上管板箱和下管板箱，通过加压螺栓进行密封压力的施加和调节，以此实现换热管与管板之间的柔性连接方式。在本实施例中，将加压螺栓安装在上管板箱和下管板箱的侧板，即在垂直于换热管道的方向安装加压螺栓。
上管板箱内和下管板箱内充满了密封橡胶，密封橡胶可耐高低温，具有较好的弹性和不可压缩性，使用温度范围较宽，密封橡胶填充进换热管道与管板之间的缝隙，起到密封和柔性固定约束的作用。在上管板箱和下管板箱安装加压螺栓时，由于密封橡胶具有不可压缩性，所以密封橡胶一被挤压，压力升高，密封橡胶被挤进换热管与管板开孔处的缝隙，将换热管与管板密封和固定。
在步骤(1)中，当上管板箱和下管板箱的面积较大，上管板箱和下管板箱的腔体内压力较高时，上管板箱和下管板箱的上管板和下管板很有可能会发生变形，从而影响列管换热器的散热效果。因此，沿着换热管的轴向方向，在上管板和下管板之间设置拉杆，将上管板和下管板进行刚性固定，拉杆的两端分别固定在上管板和下管板上，其中一端焊接在上管板或下管板，另一端通过焊接、螺杆连接或螺栓螺母连接固定在下管板或上管板，起到防止上管板和下管板变形，维持上管板箱和下管板箱的腔体内压力的作用，增加上管板箱和下管板箱的刚性。拉杆的设置数量以及相互之间的间距可以根据实际应用来计算。具体的，拉杆可以采用金属材料，耐密封橡胶腐蚀即可。例如，该拉杆2可以为铁、铜、铝以及不锈钢等等。可以理解，管板箱和拉杆也可以通过机械切削焊接加工或3D打印一体成型。
本发明实施例列管换热器的封装方法改变了传统列管换热管和管板的连接方式(焊接、涨接、涨焊结合等)。通过密封橡胶的弹性，流动性和不可压缩性将换热管与管板密封和固定，实现了换热管与管板的柔性连接。因此，该列管换热器的封装方法能够快速将多个换热管和管板连接，该封装方法便于同时完成换热管与管板的连接与密封，适用于金属或非金属材质的列管换热器加工工艺。故，该列管换热器的封装方法一次性完成封装，省时省力，能实现大规模加工，而且不影响列管换热器的使用和寿命。
而且，由于采用橡胶将换热管和管板密封和固定，所以对换热管的形状要求大大降低，而且使用的换热管的管径可以更细，管壁可以更薄。采用更细，更薄换热管的列管换热器其散热效果更优。
当上管板箱和下管板箱的面积较大时，在上管板箱和下管板箱的上管板和下管板之间设置拉杆，将上管板和下管板进行刚性固定，可以起到防止上管板和下管板变形，维持上管板箱和下管板箱的腔体内压力的作用，增加上管板箱和下管板箱的刚性。
本发明的列管换热器的封装方法主要针对换热管和管板之间的连接，适用于低温烟气余热回收、污水处理等领域，换热管的材料可为金属管或非金属管，管径变化范围较宽，可在常压或微正压(负压)下工作。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种列管换热器，包括：上管板箱、下管板箱、多个换热管以及加压螺栓，所述多个换热管的入口端贯穿所述上管板箱，所述多个换热管的出口端贯穿所述下管板箱，所述上管板箱和下管板箱内填充有密封橡胶，所述密封橡胶填充进所述换热管与所述上管板箱的间隙内，且所述密封橡胶填充进所述换热管与所述下管板箱的间隙内，所述加压螺栓设置于所述上管板箱和下管板箱，且垂直于所述换热管的轴向方向，仅通过该加压螺栓进行密封压力的施加和调节。
2.如权利要求1所述的列管换热器，所述上管板箱、下管板箱分别包括所述上管板、下管板以及侧板，所述上管板箱、下管板箱分别进一步包括多个拉杆，该多个拉杆沿着所述换热管的轴向方向，设置在所述上管板和所述下管板之间，将所述上管板和所述下管板进行刚性固定。
3.如权利要求1所述的列管换热器，所述密封橡胶为硅橡胶系、聚硫橡胶系、聚氨酯橡胶系或二烯类橡胶系。
4.如权利要求1所述的列管换热器，所述多个换热管的当量管径为100微米以上，所述多个换热管的管壁壁厚为几十个微米以上。
5.一种列管换热器的封装方法，包括以下步骤：
(1)提供上管板箱和下管板箱以及多个换热管，所述上管板箱和下管板箱分别具有多个开孔，将所述多个换热管贯穿所述上管板箱和下管板箱的开孔；
(2)在所述上管板箱和下管板箱内填满液体密封橡胶，使液体密封橡胶填充至所述多个换热管与所述上管板箱和下管板箱之间形成的间隙，之后固化所述液体密封橡胶，使所述多个换热管被密封和固定在所述上管板箱和下管板箱内；
(3)将加压螺栓安装在所述上管板箱和下管板箱，使该加压螺栓垂直于所述换热管的轴向方向，仅通过该加压螺栓进行密封压力的施加和调节。
6.如权利要求5所述的列管换热器的封装方法，在步骤(1)中，所述上管板箱和下管板箱分别包括上管板、下管板以及侧板，所述上管板、下管板以及侧板形成一腔体，沿着所述换热管的轴向方向，在所述上管板和下管板之间设置拉杆，将所述上管板和下管板进行刚性固定。
7.如权利要求6所述的列管换热器的封装方法，所述拉杆的两端分别固定在所述上管板和所述下管板，所述拉杆的一端焊接在所述上管板或下管板，另一端通过焊接、螺杆连接或螺栓螺母连接固定在所述下管板或上管板。
8.如权利要求5所述的列管换热器的封装方法，在步骤(2)中，所述液体密封橡胶的粘度范围为500mpa.s至100000mpa.s。
9.如权利要求5所述的列管换热器的封装方法，在步骤(2)中，所述液体密封橡胶的粘度范围为2000mpa.s至20000mpa.s。
10.如权利要求5所述的列管换热器的封装方法，所述上管板箱和下管板箱分别通过机械切削焊接加工或3D打印成型。
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