CN117329880A - 一种高压套管式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明属于压力容器领域，提出一种高压套管式换热器，包括壳程、管程、折流板、头管、尾管和隔板，若干所述管程分布成至少三个同心管组，每个所述同心管组在靠近头管的一端均设置有连接其所有管程的头环，位于最外层的同心管组在其靠近尾管的一端焊接有蜂窝板，蜂窝板背向尾管的设置有一侧设置有与其它同心管组嵌套配合的嵌管组，蜂窝板在朝向尾管的一侧设置有把手和浮动组合件，浮动组合件上设置有若干个与管程穿设的弹力条，弹力条的轨迹呈弧形，弹力条远离浮动组合件的一端连接有定位拉板，壳程的外部通过分度孔与分度销连接抱箍式支架。本发明设计合理、具有自除垢机制、便于拆装且综合利用率较高，适合大规模推广。

Description

一种高压套管式换热器

技术领域

本发明属于压力容器领域，涉及一种高压套管式换热器。

背景技术

套管式换热器是工业上常见的换热装置之一。套管式换热器多采用外管和管程组成的，外管也叫壳程，管程也叫管程。壳程中用来通过换热介质，管程中用来通过与换热介质发生换热的流体。壳程两端安装有封管，封管与壳程法兰连接。

由于传统的套管式换热器壳程是通过其两端的端板焊接在壳程的内部的，所以不便拆装和进行除垢处理。现有专利CN202022036785.1公开了一种套管式换热器可拆卸防垢除垢装置，包括管口盘和位于套管式换热器内的防垢除垢单元；所述管口盘设置在套管式换热器外管端口处；所述防垢除垢单元包括螺旋夹板；所述螺旋夹板设置在套管式换热器管程与套管式换热器外管之间；所述螺旋夹板内侧与外侧分别与套管式换热器管程外壁和套管式换热器外管内壁接触。该装置的管程能够拆卸，便于清除存在与套管式换热器管程外壁和外管内壁的污垢。不过，该装置存在的问题是，在一般使用过程中，没有自动除垢与防结垢机制，所以水垢会逐渐积累，在这个过程中会直接影响到换热器的换热性能；再者，该装置的管程单一，虽具有可拆卸功能，但对于一些具有蜂窝形式分布的管程的套管式换热器的话，要拆只能将全部管程一并拆下来，而除了靠外圈的管程切割与焊接比较容易之外，对靠内位置分布的管程执行更换与焊接的难度较大，所以多管程的套管式换热器在拆换方面需要作出特殊的设计与改进；其次，现有的套管式换热器的支撑结构比较简单，多采用与壳程焊接的方式，而壳程上的进出管口也是固定的，所以在实际安装中不变对进出管口的接口方向进行适应性调整。

发明内容

本发明针对上述的套管式换热器所存在的技术问题，提出一种设计合理、具有自除垢机制、便于拆装且综合利用率较高的一种高压套管式换热器。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供的一种高压套管式换热器，包括壳程，所述壳程上设置有用来进出换热介质的介质进管口和介质出管口，所述壳程的内部设置有若干管程和多个轴向间隔分布的折流板，所述壳程的两端设置有头管和尾管，所述头管上设置有用来进出物料的进料管口和出料管口，所述头管的内部设置有用来分隔进出料流程的隔板，若干所述管程分布成至少三个同心管组，每个所述同心管组中包括多个呈圆形阵列分布的管程，每个所述同心管组在靠近头管的一端均设置有连接其所有管程的头环，所有头环呈同心嵌套分布并与管程相贯通，位于最外层的同心管组在其靠近尾管的一端焊接有蜂窝板，所述蜂窝板背向尾管的设置有一侧设置有与其它同心管组嵌套配合的嵌管组，所述蜂窝板在朝向尾管的一侧设置有一对U形的把手，所述把手上设置有浮动组合件，所述浮动组合件上设置有若干个与管程穿设的弹力条，所述弹力条的轨迹呈弧形，所述弹力条在其远离浮动组合件的一端设置有螺杆，所述螺杆的端部与设置在头管内侧的定位拉板连接，所述定位拉板的背面设置有多个与螺杆一一连接的止退螺母，所述壳程的外部设置有安装环槽，所述安装环槽中设置有抱箍式支架，所述抱箍式支架与安装环槽通过分度孔与分度销连接。

作为优选，所述浮动组合件包括环形的固定座，所述固定座的两端设置有连接头，所述连接头中设置有与把手连接的连接杆，所述固定座的内部设置有挡肩，所述挡肩处设置有浮动头，所述浮动头包括与挡肩配合的板体部和背向挡肩的柱体部，所述板体部的一端与弹力条固定连接，所述柱体部背向板体部的一端为球弧面，所述球弧面的一侧设置有与其接触配合的平衡弹簧。

作为优选，所述固定座朝向蜂窝板的一端设置有空心的锥形座，所述锥形座上设置有多个轴向分布的穿接孔组，所述穿接孔组穿设同心管组中的弹力条。

作为优选，所述定位拉板包括两个关于隔板上下分布的半圆件，所述半圆件包括半圆体，所述半圆体的一侧设置有与头管和隔板连接的定位件组，所述半圆体背向同心管组的一端设置有半弧形体，所述半弧形体的外曲面与头管的内壁面面配合且设置有密封槽，所述密封槽中设置有C形垫。

作为优选，所述定位件组包括两个与隔板连接的固定柱，所述固定柱的上方设置有活动柱，所述活动柱与设置在头管内壁上的螺纹槽连接。

作为优选，所述抱箍式支架包括两个支撑腿，所述支撑腿的横截面呈十字形，所述支撑腿的顶部设置有底箍板，所述底箍板上设置有与其通过螺栓连接的上箍板，所述上箍板的顶部设置有分度销，所述分度销与设置在安装环槽上的分度孔连接。

作为优选，所述壳程的内部设置有靠近其与头管连接处分布的定位肩，所述壳程与尾管的连接处设置有空心定位套，所述空心定位套包括法兰板部，所述法兰板部的端面设置有与蜂窝板抵接的套筒部，所述套筒部的端部与蜂窝板的边缘密封配合。

作为优选，所述头环的外壁设置密封环槽，所述密封环槽中设置有O形垫。

作为优选，所述折流板的纵截面呈V形且其尖端朝向壳程中心。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明提供的一种高压套管式换热器，管程采用多个可拆卸的同心管组，便于对每个同心管组的单个管程进行切割与焊接，有利于提高管程整体的利用率；浮动组合件与定位拉板之间的弹力条可在动态流体的作用下自动拍打管壁，成为本换热器的自动除垢与防结垢机制，有利于保证换热器的换热性能，而且不必先拆管再洗管，有利于降低工作强度；抱箍式支架与壳程的实际安装角度可调，有利于壳程上的进出管口的接口方向进行适应性调整，从而提高本换热器的利用率。本装置设计合理、具有自除垢机制、便于拆装且综合利用率较高，适合大规模推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例提供的一种高压套管式换热器的内部剖视图；

图2为实施例提供的一种高压套管式换热器的外部示意图；

图3为实施例提供的一种高压套管式换热器的内部主视图；

图4为图1中A结构的放大示意图；

图5为浮动组合件、弹力条和定位拉板的工作轴测图；

图6为浮动组合件(无平衡弹簧)的轴测图；

图7为定位拉板的轴测图；

图8为浮动组合件、弹力条和定位拉板的主视图；

图9为管程的装配轴测图；

图10为管程在另一方向上的工作轴测图；

以上各图中，1、壳程；1a、介质进管口；1b、介质出管口；1c、安装环槽；1d、定位肩；2、管程；21、同心管组；22、头环；23、蜂窝板；24、嵌管组；25、把手；26、密封环槽；27、O形垫；3、折流板；4、头管；41、进料管口；42、出料管口；5、尾管；6、隔板；7、浮动组合件；71、固定座；72、连接头；73、连接杆；74、浮动头；741、板体部；742、柱体部；75、平衡弹簧；76、锥形座；77、穿设孔组；8、弹力条；81、螺杆；82、止退螺母；9、定位拉板；91、半圆件；911、半圆体；912、半弧形体；92、C形垫；93、定位件组；931、固定柱；932、活动柱；10、抱箍式支架；101、支撑腿；102、底箍板；103、上箍板；104、分度孔；11、空心定位套。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例，如图1～10所示，本发明提供的一种高压套管式换热器，包括壳程1，所述壳程1上设置有用来进出换热介质的介质进管口1a和介质出管口1b，壳程1的内部设置有若干管程2和多个轴向间隔分布的折流板3，壳程1的两端设置有头管4和尾管5，头管4上设置有用来进出物料的进料管口41和出料管口42，头管4的内部设置有用来分隔进出料流程的隔板6。其中，物料从进料管口41进入隔板6的一侧，从一部分管程2中朝尾管5方向流动，尾管5中的物料从管程2中进入隔板6的下方，最后从出料管口42排走；换热介质从介质进管口1a进入，通过管程2外壁来与管程2内的物料实现换热，换热介质最后从介质出管口1b排走。

本发明中的若干所述管程2分布成至少三个同心管组21，每个所述同心管组21中包括多个呈圆形阵列分布的管程，每个所述同心管组21在靠近头管4的一端均设置有连接其所有管程的头环22，所有头环22呈同心嵌套分布并与管程相贯通，位于最外层的同心管组21在其靠近尾管5的一端焊接有蜂窝板23，蜂窝板23背向尾管5的设置有一侧设置有与其它同心管组21嵌套配合的嵌管组24，蜂窝板23在朝向尾管5的一侧设置有一对U形的把手25，把手25上设置有浮动组合件7，浮动组合件7上设置有若干个与管程穿设的弹力条8，弹力条8的轨迹呈弧形，弹力条8在其远离浮动组合件7的一端设置有螺杆81，螺杆81的端部与设置在头管4内侧的定位拉板9连接，定位拉板9的背面设置有多个与螺杆81一一连接的止退螺母82，壳程1的外部设置有安装环槽1c，安装环槽1c中设置有抱箍式支架10，抱箍式支架10与安装环槽1c通过分度孔104与分度销连接。

在本装置中，管程2采用多个可拆卸的同心管组21，除了最外层的同心管组21与蜂窝板23采用焊接之外，其它同心管组21则与嵌管组24嵌套而加在蜂窝板23上，一方面利于拆卸，另一方方面则能保证同心管组21在嵌套节点位置的密封性，防止换热介质与物料出现大面积混合；进一步地，手持把手25将所有管程2拖出之后，可将不同的同心管组21依次抽出，所以在局部的管程出现泄漏或者腐蚀的话，就可直接将相应的同心管组21抽出，并对该管程进行切割与焊接，延长本管程2整体的使用寿命，降低成本，提高管程2的利用率。在本装置中，浮动组合件7与定位拉板9之间的弹力条8可在动态流体的作用下自动拍打管壁，而浮动组合件7本身可随弹力作一定长度的位移，以适应弹力条8伸展情况的变化而自动调整，而弹力条8在不断拍打的过程中可降低管壁上出现结垢的概率，所以也是本换热器的自动除垢与防结垢机制，有利于保证换热器的换热性能；并且，浮动组合件7、弹力条8与定位拉板9采用与管程2同步安装、在线除垢的方式，不必先拆管再洗管，有利于降低拆卸除垢的频率，降低工作强度。抱箍式支架10与壳程1通过选择不同的分度孔104来与分度销连接，可获得不同的安装角度，尤其实现对壳程1上的进出管口的接口方向进行适应性调整，从而提高本换热器的利用率。

为了提高本装置自动除垢与防结垢机制的工作性能，本发明提供的浮动组合件7包括环形的固定座71，固定座71的两端设置有连接头72，连接头72中设置有与把手25连接的连接杆73，固定座71的内部设置有挡肩，挡肩处设置有浮动头74，浮动头74包括与挡肩配合的板体部741和背向挡肩的柱体部742，板体部741的一端与弹力条8固定连接，柱体部742背向板体部741的一端为球弧面，球弧面的一侧设置有与其接触配合的平衡弹簧75。其中，球弧面的设计一方面可提高其与平衡弹簧75的接触均匀性，便于平衡弹簧75施加弹力，另一方面可令回程上的流体从球弧面表面流走并朝出料管口42方向流动，而保证进程上的流体能够不断朝浮动头74施压推力。这样的话，浮动组合件7通过连接杆73与把手25连接，所以把手25既作为抽拉管程2的结构，同时也是浮动组合件7的安装基础；浮动头74在固定座71的内部可轴向活动，而平衡弹簧75与弹力条8从不同方向上对浮动头74施压，同时管程2中流体向板体部741施加推力，所以在流体不断流动的过程中，浮动头74一致处于非静止状态，而为了达到平衡状态，所有的弹力条8也不断拉伸与收缩，从而达到对管程2内壁拍打的目的。

进一步地，固定座71朝向蜂窝板23的一端设置有空心的锥形座76，锥形座76上设置有多个轴向分布的穿接孔组77，穿接孔组77穿设同心管组21中的弹力条8。锥形座76除了提高穿插弹力绳的穿接孔组77之外，还起到一定的导流作用，令流体朝尾管5方向流动与混合，并且令进入其内部的流体能够向板体部741的整个板面上施压，令浮动头74能够产生动态推力。

为了提高定位拉板9的稳定性，并且与头管4中隔板6设计相适应地，本发明提供的定位拉板9包括两个关于隔板6上下分布的半圆件91，半圆件91包括半圆体911，半圆体911的一侧设置有与头管4和隔板6连接的定位件组93，半圆体911背向同心管组21的一端设置有半弧形体912，半弧形体912的外曲面与头管4的内壁面面配合且设置有密封槽，密封槽中设置有用来提高定位拉板9与头管4之间密封性的C形垫。其中，定位件组93用来对半圆件91进行定位，并且半弧形体912与头管4的端部弧面接触之后也产生面支撑效果，所以可以令定位拉板9在隔板6上下表面确立稳定位置关系；同时，弹力条8上的螺杆81穿过半圆体911之后用半圆体911背面的止退螺母82连接，这样既能降低连接难度，也可以避免止退螺母82生锈，当然也为弹力条8提供固定端，便于弹力条8发挥除垢作用。

为了提高定位件组93的定位性能，本发明提供的定位件组93包括两个与隔板6连接的固定柱931，固定柱931的上方设置有活动柱932，活动柱932与设置在头管4内壁上的螺纹槽连接。其中，在未安装定位拉板9之前先不拧活动柱932，在定位拉板9位置摆正之后再旋上活动柱932，这样的话，两个固定组与活动柱932构成三点支撑，能够有效提高定位拉板9在隔板6上的稳定性。

为了提高本换热器上管口与生产线上其它管网的连接性能，本发明提供的抱箍式支架10包括两个支撑腿101，支撑腿101的横截面呈十字形，支撑腿101的顶部设置有底箍板102，底箍板102上设置有与其通过螺栓连接的上箍板103，所述上箍板103的顶部设置有分度销，所述分度销与设置在安装环槽1c上的分度孔104连接。这样的话，以支撑腿101和底箍板102来支撑壳程1的圆弧面，而在转动壳程1之后可令不同的分度孔104来与分度销对中，这样就可以实现对壳程1角度的调节，从而达到调节本换热器上所有管口结构的实际方向的目的。

为了提高管程2在壳程1中的稳定性，本发明在壳程1的内部设置有靠近其与头管4连接处分布的定位肩1d，定位肩1d的内径小于管程2上最大头环22的外径，所以可与管程2的一端实现抵靠，而壳程1与尾管5的连接处设置有空心定位套11，空心定位套11包括法兰板部，法兰板部的端面设置有与蜂窝板23抵接的套筒部，套筒部的端部与蜂窝板23的边缘密封配合。这样的话，空心定位套11与定位肩1d从管程2的两端对管程2实现定位与密封，不仅提高管程2在壳程1中位置的稳定性，也降低换热介质与物料混合的概率。

为了提高相邻同心管组21在头环22位置的密封性，本发明在头环22的外壁设置密封环槽26，密封环槽26中设置有O形垫27。

为了提高换热介质在壳程1内部的流动性能，本发明提供的折流板3的纵截面呈V形且其尖端朝向壳程1中心，这样设计还有一个好处就是可将流体在折流板3表面出现涡流的概率，减小对折流板3的冲蚀与剥蚀，有利于延长折流板3的实际使用寿命。需要说明的是，折流板3常用开孔的设计来与不同的管程穿插，所以不会影响本装置中同心管组21的可拆功能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是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、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种高压套管式换热器，包括壳程，所述壳程上设置有用来进出换热介质的介质进管口和介质出管口，所述壳程的内部设置有若干管程和多个轴向间隔分布的折流板，所述壳程的两端设置有头管和尾管，所述头管上设置有用来进出物料的进料管口和出料管口，所述头管的内部设置有用来分隔进出料流程的隔板，其特征在于，若干所述管程分布成至少三个同心管组，每个所述同心管组中包括多个呈圆形阵列分布的管程，每个所述同心管组在靠近头管的一端均设置有连接其所有管程的头环，所有头环呈同心嵌套分布并与管程相贯通，位于最外层的同心管组在其靠近尾管的一端焊接有蜂窝板，所述蜂窝板背向尾管的设置有一侧设置有与其它同心管组嵌套配合的嵌管组，所述蜂窝板在朝向尾管的一侧设置有一对U形的把手，所述把手上设置有浮动组合件，所述浮动组合件上设置有若干个与管程穿设的弹力条，所述弹力条的轨迹呈弧形，所述弹力条在其远离浮动组合件的一端设置有螺杆，所述螺杆的端部与设置在头管内侧的定位拉板连接，所述定位拉板的背面设置有多个与螺杆一一连接的止退螺母，所述壳程的外部设置有安装环槽，所述安装环槽中设置有抱箍式支架，所述抱箍式支架与安装环槽通过分度孔与分度销连接。

2.根据权利要求1所述的一种高压套管式换热器，其特征在于，所述浮动组合件包括环形的固定座，所述固定座的两端设置有连接头，所述连接头中设置有与把手连接的连接杆，所述固定座的内部设置有挡肩，所述挡肩处设置有浮动头，所述浮动头包括与挡肩配合的板体部和背向挡肩的柱体部，所述板体部的一端与弹力条固定连接，所述柱体部背向板体部的一端为球弧面，所述球弧面的一侧设置有与其接触配合的平衡弹簧。

3.根据权利要求2所述的一种高压套管式换热器，其特征在于，所述固定座朝向蜂窝板的一端设置有空心的锥形座，所述锥形座上设置有多个轴向分布的穿接孔组，所述穿接孔组穿设同心管组中的弹力条。

4.根据权利要求3所述的一种高压套管式换热器，其特征在于，所述定位拉板包括两个关于隔板上下分布的半圆件，所述半圆件包括半圆体，所述半圆体的一侧设置有与头管和隔板连接的定位件组，所述半圆体背向同心管组的一端设置有半弧形体，所述半弧形体的外曲面与头管的内壁面面配合且设置有密封槽，所述密封槽中设置有C形垫。

5.根据权利要求4所述的一种高压套管式换热器，其特征在于，所述定位件组包括两个与隔板连接的固定柱，所述固定柱的上方设置有活动柱，所述活动柱与设置在头管内壁上的螺纹槽连接。

6.根据权利要求1所述的一种高压套管式换热器，其特征在于，所述抱箍式支架包括两个支撑腿，所述支撑腿的横截面呈十字形，所述支撑腿的顶部设置有底箍板，所述底箍板上设置有与其通过螺栓连接的上箍板，所述上箍板的顶部设置有分度销，所述分度销与设置在安装环槽上的分度孔连接。

7.根据权利要求1所述的一种高压套管式换热器，其特征在于，所述壳程的内部设置有靠近其与头管连接处分布的定位肩，所述壳程与尾管的连接处设置有空心定位套，所述空心定位套包括法兰板部，所述法兰板部的端面设置有与蜂窝板抵接的套筒部，所述套筒部的端部与蜂窝板的边缘密封配合。

8.根据权利要求1所述的一种高压套管式换热器，其特征在于，所述头环的外壁设置密封环槽，所述密封环槽中设置有O形垫。

9.根据权利要求1所述的一种高压套管式换热器，其特征在于，所述折流板的纵截面呈V形且其尖端朝向壳程中心。