CN117288004A - 立式固定管板换热器 - Google Patents

Abstract

本发明属于换热器技术领域，公开了一种立式固定管板换热器，包括壳程腔和设置在壳程腔的两端的管程腔，壳程腔的两端分别设有壳程进口和壳程出口，两个管程腔分别设有管程进口和管程出口，壳程腔与管程腔之间设有管板以隔离，管板包括上管板和下管板，壳程出口和管程进口之间设有上管板，管程出口与壳程进口之间设有下管板，上管板朝向管程腔的一侧为平面，上管板朝向壳程腔的一侧为凸面。本发明避免了壳程腔内介质在上管板处长时间积聚，保证了上管板沿半径方向的温差一致，使得沿上管板厚度方向两侧温升幅度较小，降低上管板温差应力。

Description

立式固定管板换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，尤其涉及一种立式固定管板换热器。

背景技术

固定管板换热器包括壳程腔和两端的管程腔，壳程腔和管程腔之间为管板，两端管板同时承受管程和壳程两侧介质的压力及温度作用，是固定管板换热器中最主要的受压元件之一。固定管板换热器工作时，高温工艺介质由管程腔顶部的管程进口进入，经过换热管内部，与壳程介质进行热量交换，冷却后由管程腔底部的管程出口流出；壳程腔内的冷却介质由壳程下端的壳程进口进入，与管程腔内高温工艺介质换热后沸腾汽化，形成汽水混合物，之后从壳程腔上端的壳程出口流出，从而实现换热功能。

常规立式固定管板换热器，管板包括上管板和下管板，上管板和下管板的上下端面均为平面，壳程内的形成的汽水混合物不易流动，导致其长时间在管板处积聚，导致管板沿半径方向的温差增大，温差应力增加。汽水积聚后，在管板表面形成一层较厚的气膜，管板局部温度升高，可能导致换热管内部的高温介质物性改变，影响换热效果，最终影响产品质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种立式固定管板换热器，以解决管板局部温升和温差应力大，影响产品质量的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种立式固定管板换热器，包括壳程腔和设置在所述壳程腔的两端的管程腔，所述壳程腔的两端分别设有壳程进口和壳程出口，两个所述管程腔分别设有管程进口和管程出口，所述壳程腔与所述管程腔之间设有管板以隔离，所述管板包括上管板和下管板，所述壳程出口和所述管程进口之间设有所述上管板，所述管程出口与所述壳程进口之间设有所述下管板，所述上管板朝向所述管程腔的一侧为平面，所述上管板朝向所述壳程腔的一侧为凸面。

可选地，所述凸面为凸圆弧面、凸圆锥面或凸棱锥面，所述凸面的最低点位于所述壳程腔的中轴线上。

可选地，所述壳程腔上设有环管，所述壳程出口与所述环管连通设置，所述环管设有排出口。

可选地，所述立式固定管板换热器还包括：

折流板，所述折流板设有多个，每个所述折流板上均设有多个管孔并形成管孔区域，多个所述折流板沿所述壳程腔的轴线间隔设置，相邻两个所述折流板上所述管孔区域交错设置，多个换热管均贯穿多个所述折流板上的多个所述管孔；所述壳程腔的最下方的所述折流板为第一个所述折流板；

第一支撑板，所述第一支撑板设于第一个所述折流板和所述下管板之间，所述壳程进口位于第一个所述折流板和所述第一支撑板之间；

防冲杆，所述防冲杆正对所述壳程进口设置且所述防冲杆与所述壳程进口的轴线垂直，所述防冲杆的两端分别连接第一个所述折流板和所述第一支撑板。

可选地，所述防冲杆沿所述壳程进口的轴线方向设有至少两排，每排所述防冲杆包括多个所述防冲杆，相邻两排所述防冲杆交错设置。

可选地，所述立式固定管板换热器还包括第二支撑板，所述第二支撑板设于所述第一支撑板和第一个所述折流板之间，所述第二支撑板正对所述壳程进口并沿所述壳程进口的轴线设置，所述防冲杆依次穿设第一个所述折流板、所述第二支撑板和所述第一支撑板并固定。

可选地，所述第一支撑板和所述第二支撑板上分别设有所述管孔区域，且所述管孔区域的分布沿所述壳程腔的轴线方向交错设置。

可选地，所述立式固定管板换热器还包括滑道，所述滑道设有多个，多个所述滑道均贯穿所述壳程腔的轴线方向，多个所述滑道绕所述换热管的四周设置，多个所述滑道与多个所述折流板连接固定，每个所述滑道的底端与所述下管板固定连接。

可选地，所述滑道为长条形板件或圆柱形长杆件。

可选地，第一个所述折流板、所述第一支撑板和所述第二支撑板朝向所述防冲杆一侧，沿所述壳程进口的轴线方向设有至少五排所述管孔用于减少所述换热管的振动。

本发明的有益效果：

本发明的立式固定管板换热器，通过将上管板朝向壳程腔的一侧设置为凸面，可将壳程腔内汽水混合物中的气相迅速提拉至壳程腔的内侧壁处，最后通过壳程出口引出；由于汽水混合物的流速较快，在上管板的凸面形成的气膜较薄，带走大量热量，既避免了壳程腔内介质在上管板处长时间积聚，保证了上管板沿半径方向的温差一致，又能保证沿上管板厚度方向两侧温升幅度较小，降低上管板温差应力。

附图说明

图1是本发明实施例的立式固定管板换热器的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的立式固定管板换热器中上管板的截面图一；

图3是本发明实施例的立式固定管板换热器中上管板的截面图二；

图4是图1中A-A截面示意图；

图5是图1中B-B截面示意图；

图6是图1中C-C截面示意图；

图7是图1中D-D截面示意图；

图8是图1中E-E截面示意图。

图中：

100、换热管；200、固定组件；201、拉杆；202、螺母；203、定距管；

1、壳程腔；11、壳程进口；12、壳程出口；13、环管；

2、管程腔；21、管程进口；22、管程出口；

3、上管板；31、凸面；4、下管板；5、折流板；6、第一支撑板；7、防冲杆；71、杆孔；8、第二支撑板；9、滑道；91、开槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“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。

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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本发明提供一种立式固定管板换热器，包括壳程腔1和设置在壳程腔1的两端的管程腔2，壳程腔1的两端分别设有壳程进口11和壳程出口12，两个管程腔2分别设有管程进口21和管程出口22，壳程腔1与管程腔2之间设有管板以隔离，管板包括上管板3和下管板4，壳程出口12和管程进口21之间设有上管板3，管程出口22与壳程进口11之间设有下管板4，上管板3朝向管程腔2的一侧为平面，上管板3朝向壳程腔1的一侧为凸面31。

本发明的立式固定管板换热器，如图1所示，管程介质从上向下流动，壳程介质从下向上流动，通过将上管板3朝向壳程腔1的一侧设置为凸面31，可将壳程腔1内换热后形成的汽水混合物中的气相迅速提拉至壳程腔1的周围内侧壁处，液相通过壳程出口12引出；由于汽水混合物的流速较快，在上管板3的凸面形成的气膜较薄，带走大量热量，既避免了壳程腔1内介质在上管板3处长时间积聚，保证了上管板3沿半径方向的温差一致，又能保证沿上管板3厚度方向两侧温升幅度较小，降低上管板3温差应力。

可选地，凸面31为凸圆弧面、凸圆锥面或凸棱锥面，凸面31的最低点位于壳程腔1的中轴线上。

如图2所示，上管板3的凸面31为凸圆弧面，汽水混合物接触到凸圆弧面后，从壳程腔1的中轴线沿径向方向向周围扩散，利于降低表面气膜厚度和降低温差应力。图3所示的上管板3上的凸面31为凸圆锥面，凸圆锥面的顶角α大于90°，进一步，顶角α大于120°，便于汽水混合物中的汽水分离和扩散。凸面31形状规则，结构对称，受力较好。凸面31可以采用整体锻造成圆柱形状后在端面机加工凸圆弧面成型。

可选地，壳程腔1上设有环管13，壳程出口12与环管13连通设置，所述环管13设有排出口。

如图1和图2所示，凸面31为中心对称结构，两个壳程出口12对称设置在凸面31中心的两侧，即壳程腔1的中心轴的两侧，两个壳程出口12的轴线共线，与壳程出口12对应的壳程腔1的外壁设有环管13，环管13与壳程出口12连通设置，壳程出口12的上边缘均低于凸面31的最低点设置，便于汽水混合物经过凸面31中心向四周扩散后，通过壳程出口12排出至环管13内，然后通过环管13上的排出口排出。

可选地，立式固定管板换热器还包括折流板5、第一支撑板6和防冲杆7，折流板5设有多个，多个折流板5沿壳程腔1的轴线间隔设置，相邻两个折流板5上管孔分布区域交错设置，多个换热管100均贯穿多个折流板5上的多个管孔；壳程腔1的最下方的折流板5为第一个折流板5；第一支撑板6设于第一个折流板5和下管板4之间，壳程进口11位于第一个折流板5和第一支撑板6之间；防冲杆7正对壳程进口11设置且防冲杆7与壳程进口11的轴线垂直，防冲杆7的两端分别连接第一个折流板5和第一支撑板6。

如图1所示，沿壳程腔1的轴线方向，折流板5设有多个，多个折流板5间隔设置，起到折流以增加换热的作用。多个换热管100均穿设在折流板5的管孔内以固定，为了提高换热效果，相邻两个折流板5上的管孔区域不重叠或尽量减少重叠，管孔区域呈交错设置，以便增加换热效果。常规防冲杆7采用在下管板4上开孔，将防冲杆7一端拧入下管板4相应开孔中，这种做法可能会削弱下管板4的局部强度，同时介质可能进入防冲杆7与下管板4的孔间隙，造成腐蚀，因此为了避免防冲杆7直接与下管板4连接，本发明实施例中设置第一支撑板6，第一支撑板6和第一个折流板5对称设置在壳程进口11的上下两侧，第一支撑板6和第一个折流板5上分别设有便于防冲杆7穿设的杆孔71，防冲杆7的两端分别穿设在第一支撑板6和第一个折流板5，并焊接固定。防冲杆7正对壳程进口11，使得壳程进口11进入的介质能够直接冲击在防冲杆7上，减少对换热管100的冲击。由于防冲杆7的两端均固定在第一个折流板5和第一支撑板6上，与现有技术中直接固定在下管板4上相比，减少了对下广管板4的结构改变，利于确保下管板4的自身强度。

可选地，防冲杆7沿壳程进口11的轴线方向设有至少两排，每排防冲杆7包括多个防冲杆7，相邻两排防冲杆7交错设置。

如图4和图6所示，第一个折流板5和第一支撑板6上朝向壳程进口11的一侧均设有两排杆孔71，两排杆孔71交错设置，每个防冲杆7的两端均对应穿设在多个杆孔71内，并焊接固定，使得第一个折流板5和第一支撑板6能够支撑防冲杆7上的冲击力，减少了防冲杆7与下管板4的直接连接。如图1和图4，防冲杆7的上下两端均超过壳程进口11的上边缘和下边缘，同理，防冲杆7的布局宽度均超过壳程进口11的左边缘和右边缘，进而使得防冲杆7形成的交错网格能够完全覆盖壳程进口11，完全承载通过壳程进口11的介质的冲击载荷，减缓介质流速，便于介质匀速流入壳程腔1。

可选地，立式固定管板换热器还包括第二支撑板8，第二支撑板8设于第一支撑板6和第一个折流板5之间，第二支撑板8正对壳程进口11并沿壳程进口11的轴线设置，防冲杆7依次穿设第一个折流板5、第二支撑板8和第一支撑板6并固定。

如图1和图5所示，第一支撑板8上开设有杆孔71，与第一支撑板6和第一个折流板5上的多个杆孔71相对应设置，使得防冲杆7能够顺次穿设第一个折流板5、第二支撑板8和第一支撑板6并固定，利于提高防冲杆7的安装强度。同时，第二支撑板8正对壳程进口11的轴线方向，通过壳程进口11进入的壳程介质能够正对第二支撑板8的端面进入，由第二支撑板8与防冲杆7共同承载壳程介质的冲击载荷，当换热管100的管束振动较大的工况，第二支撑板8能够降低壳程进口11处的换热管100的振动。为了达到较好的效果，如图4-图6所示，第一个折流板5、第一支撑板6和第二支撑板8朝向防冲杆7一侧，沿壳程进口11的轴线方向设有至少五排管孔用于多个换热管100的固定，至少五排管孔用于穿设固定换热管100，进而降低壳程进口11处的换热管100的振动。

可选地，第一支撑板6和第二支撑板8上管孔区域的分布沿壳程腔1的轴线方向交错设置。

如图5和图6所示，图5显示的阴影区域为第二支撑板8上管孔分布区域，图6显示的阴影区域为第一支撑板6上管孔分布区域，本实施例中，第一支撑板6的作用是对左侧的防冲杆7进行固定，并同时对周向的滑道9进行固定，因此，第一支撑板6采用框架结构，该框架结构能够便于壳程介质贯通至第一支撑板6的上下，对附近的换热管100进行换热。第一支撑板6上管孔区域与第二支撑板8上管孔区域交错设置，使得壳程介质折返流动，具有与折流板5相同的作用，利于换热。结合图7和图8，第一个折流板5向上依次为第二个折流板5和第三个折流板5，相邻的第二个折流板5和第三个折流板5上管孔分布交错设置，根据壳程腔1的轴向长度，依次设置交错的多组折流板5实现折流换热。

可选地，立式固定管板换热器还包括滑道9，滑道9设有多个，多个滑道9均贯穿壳程腔1的轴线方向，多个滑道9绕换热管100的四周设置，多个滑道9与多个折流板5连接固定，每个滑道9的底端与下管板4固定连接。

如图1所示，对于大直径、长度较大的固定管式换热器，换热管100长度大，管束的刚性相对交错，为增加管束刚性，在管束四周设置滑道9。如图4所示，本实施例中设置四个滑道9，分设于壳程腔1的四周，折流板5、第一支撑板6、第二支撑板8的四周分别设有开槽91，滑道9沿轴线顺次穿设在多个开槽9内并焊接固定，滑道9的底端固定在下管板4上，向上依次焊接固定第一支撑板6、第二支撑板8和多个折流板5，实现对管束的增强效果。

优选的实施例中，滑道9为长条形板件或圆柱形长杆件。开槽91的形状与滑道9的外壁形状相配合。当滑道9为圆柱形长杆件时，开槽91为圆形开口槽，滑道9与开槽9之间的焊缝不小于圆柱形长杆件的半圆弧长度，当滑道9为长条形板件时，开槽91为长条形开口槽，滑道9与开槽91之间的焊缝为滑道9的外周壁的全长度。

需要说明的是，本发明实施例中，多个折流板5、第一支撑板6、第二支撑板8和滑道9，均通过固定组件200固定在下管板4上。如图1所示，固定组件200设有多个，多个固定组件200根据管束实际需求间隔分布在壳程腔1内。固定组件200包括拉杆201，拉杆201的底端固定在下管板4上，向上依次穿设固定第一支撑板6、第二支撑板8和多个折流板5，任意相邻的两个板之间如相邻的两个折流板5之间设置定距管203，定距管203用于定距，最后拉杆201的顶端通过螺母202旋紧固定。该固定组件200为常规结构，具体数量和布局不限。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.立式固定管板换热器，包括壳程腔(1)和设置在所述壳程腔(1)的两端的管程腔(2)，所述壳程腔(1)的两端分别设有壳程进口(11)和壳程出口(12)，两个所述管程腔(2)分别设有管程进口(21)和管程出口(22)，所述壳程腔(1)与所述管程腔(2)之间设有管板以隔离，其特征在于，所述管板包括上管板(3)和下管板(4)，所述壳程出口(12)和所述管程进口(21)之间设有所述上管板(3)，所述管程出口(22)与所述壳程进口(11)之间设有所述下管板(4)，所述上管板(3)朝向所述管程腔(2)的一侧为平面，所述上管板(3)朝向所述壳程腔(1)的一侧为凸面(31)。

2.根据权利要求1所述的立式固定管板换热器，其特征在于，所述凸面(31)为凸圆弧面、凸圆锥面或凸棱锥面，所述凸面(31)的最低点位于所述壳程腔(1)的中轴线上。

3.根据权利要求2所述的立式固定管板换热器，其特征在于，所述壳程腔(1)上设有环管(13),所述壳程出口(12)与所述环管(13)连通设置，所述环管(13)设有排出口。

4.根据权利要求1所述的立式固定管板换热器，其特征在于，还包括：

折流板(5)，所述折流板(5)设有多个，每个所述折流板(5)上均设有多个管孔并形成管孔区域，多个所述折流板(5)沿所述壳程腔(1)的轴线间隔设置，相邻两个所述折流板(5)上所述管孔区域交错设置，多个换热管(100)均贯穿多个所述折流板(5)上的多个所述管孔；所述壳程腔(1)的最下方的所述折流板(5)为第一个所述折流板(5)；

第一支撑板(6)，所述第一支撑板(6)设于第一个所述折流板(5)和所述下管板(4)之间，所述壳程进口(11)位于第一个所述折流板(5)和所述第一支撑板(6)之间；

防冲杆(7)，所述防冲杆(7)正对所述壳程进口(11)设置且所述防冲杆(7)与所述壳程进口(11)的轴线垂直，所述防冲杆(7)的两端分别连接第一个所述折流板(5)和所述第一支撑板(6)。

5.根据权利要求4所述的立式固定管板换热器，其特征在于，所述防冲杆(7)沿所述壳程进口(11)的轴线方向设有至少两排，每排所述防冲杆(7)包括多个所述防冲杆(7)，相邻两排所述防冲杆(7)交错设置。

6.根据权利要求4所述的立式固定管板换热器，其特征在于，还包括第二支撑板(8)，所述第二支撑板(8)设于所述第一支撑板(6)和第一个所述折流板(5)之间，所述第二支撑板(8)正对所述壳程进口(11)并沿所述壳程进口(11)的轴线设置，所述防冲杆(7)依次穿设第一个所述折流板(5)、所述第二支撑板(8)和所述第一支撑板(6)并固定。

7.根据权利要求6所述的立式固定管板换热器，其特征在于，所述第一支撑板(6)和所述第二支撑板(8)上分别设有所述管孔区域，且所述管孔区域的分布沿所述壳程腔(1)的轴线方向交错设置。

8.根据权利要求4所述的立式固定管板换热器，其特征在于，还包括滑道(9)，所述滑道(9)设有多个，多个所述滑道(9)均贯穿所述壳程腔(1)的轴线方向，多个所述滑道(9)绕所述换热管(100)的四周设置，多个所述滑道(9)与多个所述折流板(5)连接固定，每个所述滑道(9)的底端与所述下管板(4)固定连接。

9.根据权利要求8所述的立式固定管板换热器，其特征在于，所述滑道(9)为长条形板件或圆柱形长杆件。

10.根据权利要求6所述的立式固定管板换热器，其特征在于，第一个所述折流板(5)、所述第一支撑板(6)和所述第二支撑板(8)朝向所述防冲杆(7)一侧，沿所述壳程进口(11)的轴线方向设有至少五排所述管孔用于减少所述换热管(100)的振动。