CN114894009A - 一种具有动态随紧密封折流板的换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管壳式换热器技术领域，具体涉及一种具有动态随紧密封折流板的换热器，包括管壳、管束和管箱，管束包括管板、多块折流板、拉杆和多条换热管，每块折流板沿管壳径向布置或相对管壳轴线倾斜布置，拉杆将多块折流板沿长度方向分隔地固定；管壳的内壁为内圆锥面，多块折流板的周边与管壳的内壁紧贴配合，与现有技术相比，装配成时折流板周边与管壳就能贴紧配合，消除折流板周边与管壳内壁之间的径向间隙，运行中折流板周边跟随圆锥变形而位移，完成动态密封，减少壳程介质的短路，与传统的折流板管束相比，提高介质折流效果，管束具有结构简单、质量高及使用寿命长的特点。

Description

一种具有动态随紧密封折流板的换热器

技术领域

本发明涉及管壳式换热器技术领域，特别是涉及适用于石油化工、煤炭化工、化肥工业、空调制冷、电力设施的热交换的一种具有动态随紧密封折流板的换热器。

背景技术

现有技术中，管壳式换热器是应用最为广泛的一种热交换器，管壳式换热器又称为列管式换热器或者列管式冷凝器，广泛应用于化工、石油、医药、食品、轻工、冶金、焦化等领域中的“液——液”、“汽——汽”、“汽——液”热交换的对流传热，以及蒸汽冷凝和液体蒸发传热等换热冷凝流程。

现有技术中的管壳式换热器通常的结构如图1所示，主要由管束1、壳体2、管箱3等主要构件组成，其中管束1是管壳式换热器的核心构件，管束1通常由换热管1-1、支持板(或者折流板)1-2、定距管拉杆组件1-3和管板1-4组成，成排的换热管1-1通过支持板(或者折流板)1-2支承，其两端穿进管板的管孔中，并与管板1-4相固定连接，从而保证接头的密封性和强度，换热管的两端连通管箱3。定距管拉杆组件1-3将多块折流板/支持板固定。

一方面，由图1可知，传统的管束的折流板周边与支持板的周边一样，外圆直径需要略小于筒体内直径才能让管束套进壳体内，折流板越多而且排布越紧密，两块折流板的间距窄，换热管就越难顺利穿过所有的折流板管孔，管束也同样越难顺利套进壳体内。除非折流板或支持板的外圆直径明显小于筒体内直径，形成周边大间隙，才能让管束顺畅套进壳体内，但是这样会使壳体内的更多流体从管束周边的间隙直接以短路的形式流过，不参与换热管的换热，换热效率低下。特别严重的是靠进壳程进口的折流板，由于这里进来的流体压力和动能最大，该处折流板在意外工况下容易被推歪变形，即便折流板与壳体内壁之间的间隙很小，在正常工况下也会产生很明显的流体短路现象，成为防治壳程内部泄漏的关键。

另一方面，随着社会经济的发展，石油化工装置的建设规模越来越大，国家发改委针对石化化工领域专门发布《石化化工重点行业严格能效约束推动节能降碳行动方案(2021-2025年)》，严禁新建1000万吨/年以下常减压，80万吨/年以下石脑油裂解制乙烯，对其他石油化工装置的产能下限也有类似要求。新建换热器的结构尺寸不但突破GB/T 151—2014《热交换器》标准中公称直径不超过4000mm的限制，而且还与反应器一体化组成环氧乙烷反应器、环氧丙烷反应器等等，处理量也越来越大。大尺寸的铆焊结构件容易产生大的形位尺寸偏差，装配时出现较大的间隙或者间隙不均匀，如果是卧式换热器，管束在自重作用下会出现折流板及折流板上部与壳体内壁间隙最大、下部与壳体内壁间隙最小的状况，形成的流态与设计要求偏差大。

最后一方面，随着节能环保技术的发展，石油化工工艺深度加工的温度越来越高，余热回收充分利用的指标越来越严，需要减少管束内流程短路，提高换热效果。

因此，针对上述现有技术中存在的问题进行改进具有工程意义。

发明内容

针对现有技术存在上述技术问题，本发明提供一种具有动态随紧密封折流板的换热器。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

提供一种具有动态随紧密封折流板的换热器，包括管壳、管束和管箱，管束包括管板、多块折流板、拉杆和多条换热管，管板固定于管壳的两端部并共同围成壳程，管箱与管板相固定并共同围成管程，多条换热管并列地位于壳程中并穿过管板连通管程。每块折流板沿管壳径向布置或相对管壳轴线倾斜布置，拉杆将多块折流板沿长度方向分隔地固定。管壳的内壁沿轴向为内圆锥面，多块折流板的周边与管壳的内壁紧贴配合。

作为进一步具体的方案，折流板的周边为外圆锥面，折流板的外圆锥面与管壳的内圆锥面的倾斜角度一致，从而使得两者相紧密贴合。

作为进一步具体的方案，管壳为正圆锥体、斜圆锥体或偏心圆锥体。

作为进一步具体的方案，折流板为弓形折流板或圆环形折流板。

作为进一步具体的方案，管壳设有连通所述壳程的壳程入口和壳程出口，壳程入口位于管壳的大径节段，壳程出口位于管壳的小径节段，以使得壳程的液体沿管壳内径缩小的方向流动。

作为进一步具体的方案，管壳包括第一锥体、第二锥体和圆筒体，第一锥体和第二锥体分别驳接固定于圆筒体的两端，第一锥体、第二锥体和圆筒体分别布置有多块折流板，圆筒体设有流体入口，第一锥体和第二锥体的靠近管板处设有流体出口。或圆筒体设有流体出口，第一锥体和第二锥体的靠近管板处设有流体入口。

作为进一步具体的方案，第一锥体和第二锥体的大径端口驳接于圆筒体，管板固定于第一锥体和第二锥体的小径端口；或第一锥体和第二锥体的小径端口驳接于圆筒体，管板固定于第一锥体和第二锥体的大径端口。

作为进一步具体的方案，第一锥体的拉杆和第二锥体的拉杆端部分别固定于对应的管板。

作为进一步具体的方案，管壳内的拉杆跨越第一锥体、圆筒体和第二锥体，拉杆将多块折流板固定，拉杆的两端部穿过最侧方的折流板后锁紧。

作为进一步具体的方案，拉杆的外侧套有定距管，从而将相邻两块折流板且/或最侧方的折流板与管板之间分隔地定位住。

本发明的有益效果：

本发明的具有动态随紧密封折流板的换热器，与传统的管束相比具有如下优点：

(1)折流板密封效果好。

折流板外圆的圆锥面的锥角度与管壳内圆锥面的圆锥角度一致，常温下装配后折流板周边不但与管壳内壁之间无径向间隙，而且使两者紧密贴合的面积最大化，最大限度地提高了折流板的密封效果。

(2)折流板周边密封协调能力强。

换热器高温介质通常在管程流通，运行中折流板浸泡在壳程介质内，折流板和拉杆等管束零件的温度通常高于管壳的温度，管束的热膨胀位移略大于管壳的热膨胀位移。因此，折流板周边会紧密跟随圆锥体变形位移，完成动态密封。

(3)显著改善管束难以顺畅套进壳体的状况。

传统工艺之所以很难把管束套进壳体，因为折流板外圆与管壳内壁面两者的间隙要控制得很小。本申请是把管束折流板外圆的小端往管壳圆锥体大端口内套进，明显的间隙使管束很容易套进管壳内。当管束的第一块外圆锥面的折流板推进到与管壳圆锥面靠近小端口的内壁并贴合时，后面的每一块外圆锥面的折流板也会被推进到与其相应位置处圆锥体的内壁并贴合到一起，这可以通过制造精度来保证。

因此这特别适用于换热器组装时管束难以顺畅套进壳体的状况，例如结构上适用于壳体大直径、超长换热管、折流板密集及间距窄的换热器。

(4)换热器整体结构稳固，能抵御流体振动冲击。

由于折流板与管壳圆锥面贴合到一起，成为可传递受力的连接结构，换热器整体结构更加稳固。

立式安装时管束可以与管壳一起组成带芯的“实柱”共同承担抵御风载等弯矩的作用，卧式安装时管束可以与管壳一起组成带芯的“实樑”共同承担设备和流体自重的弯矩作用。

当壳程流体横向流过换热管时，换热管通过折流板把流体推力和诱导力传递到圆锥管壳上，能抵御流体的强烈振动而管束不振动。

当壳程流体的流向与折流板外圆锥面贴向圆锥壳体内壁的方向一致时，折流板能抵御流体的强烈冲击。

进一步的：

(5)管板的结构完整性得到很好的保护。

当两个圆锥体的小口端通过中间圆筒体焊接连接一起时，拉杆不必安装在任何管板上，拉杆通过两端的螺母紧固，把两侧圆锥体内的折流板板牢牢地往中间圆筒体方向收紧。重要的受力元件管板不必开设拉杆螺纹孔，管板强度不回受到这类开孔的削弱。

(6)管束性价比高。

密封结构简单，设计技术经典，制造技术娴熟，折流板只改变周边结构，壳体只略加锥度，就获得了良好的性能，适用场合广，应用灵活。

总的来说，本申请能减少乃至消除壳程介质的短路，抗振防冲击，与传统的折流板管束相比，提高介质折流效果，管束具有结构简单、质量高及使用寿命长的特点。

附图说明

图1是现有技术中的一种管壳式换热器的结构示意图。

图2是本申请的一种动态随紧密封折流板的换热器的第一种结构示意图。

图3是本申请的一种动态随紧密封折流板的换热器的第二种结构示意图。

图4是本申请的一种动态随紧密封折流板的换热器的第三种结构示意图。

图5是本申请的一种动态随紧密封折流板的换热器的第四种结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。

本实施例的具有动态随紧密封折流板的换热器，如图2至图5所示，包括现有换热的基础结构：管壳2、管束和管箱，管束包括管板、多块折流板12、拉杆13和多条换热管11，左管板141和右管板142固定于管壳2的两端部并共同围成壳程，管箱与左右管板相固定并共同围成管程，多条换热管并列地位于壳程中并穿过左管板141和右管板142连通对应管程。每块折流板12沿管壳2径向布置或相对管壳轴线倾斜布置，拉杆13将多块折流板12沿长度方向分隔地固定；折流板12为弓形折流板或圆环形折流板，从而留有引流的缺口。折流板12开有供换热管11和拉杆穿过的管孔。本申请重点改进在于：

如图2所示，管壳2的内壁沿为内圆锥面，多块折流板12的周边与管壳2的内壁紧贴配合，与现有技术相比，装配时就能够从管壳2的大径端口大间隙地置入折流板12，直到逐渐嵌入紧贴，使得装配时折流板12周边与管壳2就能贴紧配合，消除折流板12周边与管壳2内壁之间的除了缺口之外的其它位置的径向间隙，运行中折流板12周边跟随圆锥变形而位移，完成动态密封，减少壳程介质的短路，与传统的折流板管束相比，提高介质折流效果，管束具有结构简单、质量高及使用寿命长的特点。

实际中，折流板12的外圆锥面一体加工成型，或额外组合锥环而形成。本实施例为卧式安装的换热器，实际中立式安装的换热器也可采用本案的折流板和管壳配合结构。

本实施例中，结合图5所示，折流板12的周边为外圆锥面，折流板12的外圆锥面与管壳的内圆锥面的倾斜角度θ一致，从而使得两者相紧密贴合。贴合的面积最大化可以提高密封效果，贴合的面积过小可能会使两者局部受力过高，引起损伤。折流板12外圆的圆锥面两侧稍为倒角，以免装配中损伤圆锥体内壁面。

其中，管壳2为正圆锥体、斜圆锥体或偏心圆锥体。圆锥体通常是圆锥角较小的圆锥体。

如图2所示，管壳2设有连通所述壳程的壳程入口和壳程出口，壳程入口位于管壳的大径节段，壳程出口位于管壳的小径节段，以使得壳程的液体沿管壳内径缩小的方向流动。这样工作时流体介质对折流板12施加朝向管壳2小径方向的推力，如果折流板的周边存在变形能力，则在流体冲击下会进一步往密封的方向变形。其中拉杆的端部固定于远离壳程入口的左管板141，这样壳程流体会压紧折流板到管壳的内壁。此处大径和小径仅为锥形相对关系，对端口尺寸无具体约束。

结合图3所示，管壳2包括第一锥体21、第二锥体22和圆筒体23，第一锥体21和第二锥体22分别驳接固定焊在圆筒体23的两端，第一锥体21、第二锥体22和圆筒体23分别布置有多块折流板12，圆筒体23设有流体入口，第一锥体21和第二锥体22的靠近管板处设有流体出口。第一锥体21和第二锥体22的大径端口驳接于圆筒体23，管板固定于第一锥体21和第二锥体22的小径端口。第一锥体21的拉杆和第二锥体22的拉杆13端部分别固定于对应的管板。

或者改为结合图4所示，第一锥体21和第二锥体22的小径端口驳接于圆筒体23，管板固定于第一锥体21和第二锥体22的大径端口，管壳内的拉杆13跨越第一锥体21、圆筒体23和第二锥体22，拉杆13将多块折流板12固定，拉杆12的两端部穿过最侧方的折流板后通过螺母锁紧。拉杆13不必安装在任何管板上，拉杆13通过两端的螺母紧固，把两侧圆锥体内的折流板板牢牢地往中间圆筒体方向收紧。重要的受力元件管板不必开设拉杆螺纹孔，管板强度不回受到这类开孔的削弱。

实际中，可以在拉杆的外侧套有定距管，从而将相邻两块折流板且/或最侧方的折流板与管板之间分隔地定位住。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种具有动态随紧密封折流板的换热器，包括管壳、管束和管箱，管束包括管板、多块折流板、拉杆和多条换热管，管板固定于管壳的两端部并共同围成壳程，管箱与管板相固定并共同围成管程，多条换热管并列地位于壳程中并穿过管板连通管程；每块折流板沿管壳径向布置或相对管壳轴线倾斜布置，拉杆将多块折流板沿长度方向分隔地固定；其特征是：管壳的内壁为内圆锥面，多块折流板的周边与管壳的内壁紧贴配合。

2.根据权利要求1所述的一种具有动态随紧密封折流板的换热器，其特征是：折流板的周边为外圆锥面，折流板的外圆锥面与管壳的内圆锥面的倾斜角度一致，从而使得两者相紧密贴合。

3.根据权利要求1所述的一种具有动态随紧密封折流板的换热器，其特征是：管壳为正圆锥体、斜圆锥体或偏心圆锥体。

4.根据权利要求1所述的一种具有动态随紧密封折流板的换热器，其特征是：折流板为弓形折流板或圆环形折流板。

5.根据权利要求1所述的一种具有动态随紧密封折流板的换热器，其特征是：管壳设有连通所述壳程的壳程入口和壳程出口，壳程入口位于管壳的大径节段，壳程出口位于管壳的小径节段，以使得壳程的液体沿管壳内径缩小的方向流动。

6.根据权利要求1所述的一种具有动态随紧密封折流板的换热器，其特征是：管壳包括第一锥体、第二锥体和圆筒体，第一锥体和第二锥体分别驳接固定于圆筒体的两端，第一锥体、第二锥体和圆筒体分别布置有多块折流板，圆筒体设有流体入口，第一锥体和第二锥体的靠近管板处设有流体出口；或圆筒体设有流体出口，第一锥体和第二锥体的靠近管板处设有流体入口。

7.根据权利要求6所述的一种具有动态随紧密封折流板的换热器，其特征是：第一锥体和第二锥体的大径端口驳接于圆筒体，管板固定于第一锥体和第二锥体的小径端口；或第一锥体和第二锥体的小径端口驳接于圆筒体，管板固定于第一锥体和第二锥体的大径端口。

8.根据权利要求7所述的一种具有动态随紧密封折流板的换热器，其特征是：第一锥体的拉杆和第二锥体的拉杆端部分别固定于对应的管板。

9.根据权利要求7所述的一种具有动态随紧密封折流板的换热器，其特征是：管壳内的拉杆跨越第一锥体、圆筒体和第二锥体，拉杆将多块折流板固定，拉杆的两端部穿过最侧方的折流板后锁紧。

10.根据权利要求1所述的一种具有动态随紧密封折流板的换热器，其特征是：拉杆的外侧套有定距管，从而将相邻两块折流板且/或最侧方的折流板与管板之间分隔地定位住。

Images