CN117606262A - 一种可消除应力的废锅换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热器技术领域，尤其涉及一种可消除应力的废锅换热器，包括头部管箱、壳体和尾部管箱，所述壳体设置在头部管箱与尾部管箱之间；所述头部管箱上安装有伸缩机构，所述伸缩机构包括设置在头部管箱与壳体之间的环形伸缩外套，所述环形伸缩外套内设有膨胀组件，所述膨胀组件包括有环形管道和若干个膨胀块，所述膨胀块套设在环形管道上，所述环形管道上设有充气管路；所述头部管箱上设有工艺气出管，所述充气管路与工艺气出管流体导通。本发明中通过头部管箱、壳体和伸缩机构之间的相互配合，头部管箱与壳体之间的连接处可进行伸缩，进而实现应力的缓解，从而避免了连接处的破裂。

Description

一种可消除应力的废锅换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，尤其涉及一种可消除应力的废锅换热器。

背景技术

换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，又称热交换器，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热管是换热器的元件之一，置于筒体之内，用于两介质之间热量的交换，具有很高的导热性和良好的等温性。管板，就是在圆形钢板上钻出比管子外径一样略大一些的孔，是换热器中起到固定管子以及密封介质作用的圆钢，最开始使用的换热器，是在换热管的两端使用管板进行固定、支撑，且两个管板都与壳体固定连接，这使得换热器有较大的热应力存在，易造成管子与管板结合处拉脱破裂而发生泄漏或管子失稳的情况。

通过公开号为CN110274507A的一种可完全消除热应力的换热器，包括两块管板，所述管板上开有换热管孔，两块管板间设有换热管，换热管两端分别穿过两块管板的换热管孔，所述换热管至少其中一端与换热管孔通过密封圈密封连接，目该端换热管外端固定连接有止动套，这样的结构可以完全消除换热管与管板间的热应力，实现所有换热管在管板处的自由伸缩。

但是我们考虑到在进行一种可消除应力的废锅换热器的使用时，传统中的换热器的消除应力的方式仍具有一定的缺陷，例如：

1、换热器内部的热应力主要集中在于管板与壳体的连接处位置，当热应力较大时会导致连接处膨胀破裂，而通过换热管的伸缩无法实现连接处的热应力消除，虽然避免了换热管破裂，可是管板与壳体连接处的应力仍然较大，会有破裂的风险。

2、换热器的内部由于温度较高产生的热应力会对管板和换热器的连接处造成较大的压力，而仅仅通过换热管的被动伸缩移动，难以将热应力完全消除的，仍会有部分热应力存在于换热器内部。

3、温差是换热器内部热应力产生的原因之一，因此降低换热液体与装置内部温差可以更好的消除内部的热应力，防止温差过大对连接处的连接紧固性造成威胁。

所以亟需一种可消除应力的废锅换热器，用以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可消除应力的废锅换热器，解决了现有技术中换热器内部的热应力主要集中在于管板与壳体的连接处位置，当热应力较大时会导致连接处膨胀破裂，而通过换热管的伸缩无法实现连接处的应力消除，虽然避免了换热管破裂，可是连接处的应力仍然较大，会有破裂的风险的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种可消除应力的废锅换热器，包括头部管箱、壳体和尾部管箱，所述壳体设置在头部管箱与尾部管箱之间；所述头部管箱上安装有伸缩机构，所述伸缩机构包括设置在头部管箱与壳体之间的环形伸缩外套，所述环形伸缩外套内设有膨胀组件，所述膨胀组件包括有环形管道和若干个膨胀块，所述膨胀块套设在环形管道上，所述环形管道上设有充气管路；所述头部管箱上设有工艺气出管，所述充气管路与工艺气出管流体导通；

所述壳体上设置有注液管，所述壳体上安装有预热机构，所述预热机构包括有预热筒和设置在预热筒内部的第二换热管，所述预热筒内滑动密封配合有活塞，所述活塞与第二换热管贯穿滑动连接，所述活塞的一侧与预热筒的内壁之间安装有电弹簧；

所述注液管上设置有可变形的弹性板，所述头部管箱上设有顶杆，所述顶杆的另一端抵顶在弹性板上。

优选的，所述壳体靠近头部管箱的一端设置有内部圆板，所述壳体内设有若干第一换热管，所述第一换热管与内部圆板固定连接，所述内部圆板的侧壁开设有若干个与第一换热管相适配的对接圆孔，所述第一换热管的端部与对接圆孔卡接，所述壳体的内壁设置有若干个交错设置的旋流板。

优选的，所述头部管箱内设有封堵圆板，所述封堵圆板靠近壳体的一侧上设有若干伸缩圆管，所述伸缩圆管与封堵圆板贯穿连接，所述伸缩圆管一端插入第一换热管内，并与第一换热管的内壁滑动密封连接，所述头部管箱内部的中心处水平设置有空间隔板，所述空间隔板将头部管箱的内部空间分隔为进气腔室和排气腔室，所述头部管箱上设有工艺气进管，所述工艺气进管与进气腔室流体导通，所述工艺气出管与排气腔室流体导通；所述空间隔板的一侧与封堵圆板的侧壁固定连接；

还包括U形连接管，所述空间隔板上方的第一换热管通过U形连接管与空间隔板下方的第一换热管流体导通，所述U形连接管与尾部管箱的内壁之间安装有缓冲弹簧。

优选的，所述头部管箱与壳体相互靠近的一端上均设有第一法兰，所述尾部管箱和壳体相互靠近的一端上均设有第二法兰，所述环形伸缩外套的两侧分别与两个第一法兰固定连接。

优选的，所述充气管路包括第一连通管路和第二连通管路，所述第一连通管路和第二连通管路的两端均分别与环形管道和工艺气出管内部连通，所述第一连通管路上安装有气泵，所述环形管道的底部中心处位置连接有封闭块。

优选的，所述环形伸缩外套内设有支撑组件，所述支撑组件包括水平设置在环形伸缩外套内部的弹性支撑管，所述弹性支撑管的两端均与环形伸缩外套的内壁弹性连接，所述弹性支撑管的内部设置有复位弹簧，所述复位弹簧的两端分别与弹性支撑管的内壁两侧固定连接。

优选的，所述预热筒顶部的一侧设有进液管，所述活塞的一侧设有送液软管，所述活塞上开设有与送液软管相适配的连通孔，所述送液软管的另一端与注液管连通。

优选的，所述预热机构还包括回流管和送流管，所述回流管和送流管分别与第二换热管的两端连通，所述回流管的另一端和送流管的另一端均与工艺气进管的内部连通，所述送流管上安装有预热输送泵，所述预热筒通过支撑架与壳体的顶部连接。

优选的，其中一个所述第一法兰上安装有测距传感器，所述测距传感器的测量方向朝向另一个第一法兰，所述测距传感器与电弹簧电性连接。

优选的，所述壳体上设有排液管，所述排液管与壳体内部连通。

本发明至少具备以下有益效果：

1、本发明中通过头部管箱、壳体和伸缩机构之间的相互配合，头部管箱与壳体之间的连接处可进行伸缩，进而实现应力的缓解，从而避免了连接处的破裂。

2、本发明通过设置伸缩机构，便于实现通过利用工艺气使环形伸缩外套进行膨胀，实现了主动伸缩移动的能力，进一步降低热应力的影响；再利用顶杆和弹性板的配合设置，在排出工艺气温度较高时，注液管内部流通面积自动增大，提高换热液体进入壳体内的效率，降低工艺气排出温度，从而减少能源浪费，且通过提高了换热液体进入壳体内的效率，可以防止装置内温度过高造成热应力较大，从而对装置内各部件造成影响。

3、本发明通过设置预热机构，可以利用工艺气对待换热液体进行前置升温，从而降低了温差产生的热应力，防止温差过大影响连接处的连接紧固性。

4、本发明通过测距传感器、电弹簧和活塞的配合设置，可以自主调节换热液体与第二换热管的接触面积，使换热液体进入壳体内的效率增大时，进入壳体内的液体温度不变化或微变化，防止温差增大造成热应力增大对该装置造成影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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为本发明的结构示意图；

图2为本发明的剖视结构示意图；

图3为本发明头部管箱和壳体的爆炸结构示意图；

图4为本发明头部管箱的爆炸结构示意图；

图5为本发明伸缩机构的结构示意图；

图6为本发明支撑组件的结构示意图；

图7为本发明膨胀组件的结构示意图；

图8为本发明伸缩圆管安装的结构示意图；

图9为本发明预热机构的结构示意图；

图10为本发明预热筒的剖视结构示意图；

图11为本发明图1中A处局部放大的结构示意图。

图中：1、头部管箱；2、工艺气进管；3、注液管；4、预热机构；401、送液软管；402、预热输送泵；403、回流管；404、送流管；405、第二换热管；406、进液管；407、预热筒；408、支撑架；409、活塞；410、电弹簧；5、壳体；6、尾部管箱；7、蒸汽出管；8、伸缩机构；9、内部圆板；10、测距传感器；11、第一换热管；12、第一法兰；13、空间隔板；14、封堵圆板；15、第二法兰；16、膨胀组件；1601、环形管道；1602、膨胀块；1603、第一连通管路；1604、气泵；1605、第二连通管路；17、支撑组件；1701、弹性支撑管；1702、复位弹簧；18、伸缩圆管；19、工艺气出管；20、弹性板；21、顶杆；22、环形伸缩外套；23、U形连接管；24、排液管；25、缓冲弹簧。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参照图1和图2，一种可消除应力的废锅换热器，包括头部管箱1、壳体5和尾部管箱6，壳体5设置在头部管箱1与尾部管箱6之间。

如图3、图4和图8所示，壳体5靠近头部管箱1的一端设置有内部圆板9，内部圆板9用于第一换热管11的设置和固定，所述壳体5内设有若干第一换热管11，第一换热管11与内部圆板9固定连接，内部圆板9的侧壁开设有若干个与第一换热管11相适配的对接圆孔，第一换热管11的端部与对接圆孔卡接，所述壳体5的内壁设置有若干个交错设置的旋流板，此处未画出，旋流板用于待换热液体在壳体5的内部进行旋转流动，为现有技术；头部管箱1内设有封堵圆板14，封堵圆板14靠近壳体5的一侧上设有若干伸缩圆管18，伸缩圆管18与封堵圆板14贯穿连接，伸缩圆管18一端插入第一换热管11内，并与第一换热管11的内壁滑动密封连接，温度变化时，通过第一换热管11可滑动，可以降低热应力对第一换热管11的影响；头部管箱1内部的中心处水平设置有空间隔板13，空间隔板13将头部管箱1的内部空间分隔为进气腔室和排气腔室，头部管箱1上设有工艺气进管2，工艺气进管2与进气腔室流体导通，工艺气出管19与排气腔室流体导通；空间隔板13的一侧与封堵圆板14的侧壁固定连接。

如图3所示，还包括U形连接管23，空间隔板13上方的第一换热管11通过U形连接管23与空间隔板13下方的第一换热管11流体导通，U形连接管23与尾部管箱6的内壁之间安装有缓冲弹簧25，通过缓冲弹簧25可以实现对U形连接管23的预拉伸，在出现热应力时出现应力抵消，降低第一换热管11受热应力的影响。

如图3-图7所示，头部管箱1上安装有伸缩机构8，伸缩机构8包括设置在头部管箱1与壳体5之间的环形伸缩外套22，环形伸缩外套22内设有膨胀组件16，膨胀组件16包括有环形管道1601和若干个膨胀块1602，该实施例中，膨胀块1602为中空弹性球，膨胀块1602与环形管道1601内部连通，膨胀块1602套设在环形管道1601上，环形管道1601上设有充气管路；头部管箱1上设有工艺气出管19，充气管路与工艺气出管19流体导通；充气管路包括第一连通管路1603和第二连通管路1605，第一连通管路1603和第二连通管路1605的两端均与环形管道1601内部连通，第一连通管路1603上安装有气泵1604，环形管道1601的底部中心处位置连接有封闭块；环形伸缩外套22内设有支撑组件17，支撑组件17包括水平设置在环形伸缩外套22内部的弹性支撑管1701，弹性支撑管1701的两端均与环形伸缩外套22的内壁弹性连接，弹性支撑管1701的内部设置有复位弹簧1702，复位弹簧1702的两端分别与弹性支撑管1701的内壁两侧固定连接；头部管箱1与壳体5相互靠近的一端上均设有第一法兰12，尾部管箱6和壳体5相互靠近的一端上均设有第二法兰15，环形伸缩外套22的两侧分别与两个第一法兰12固定连接。

如图4-图7所示，通过气泵1604向环形管道1601的内部输气，使膨胀块1602充气膨胀，环形伸缩外套22膨胀；气泵1604停止时，膨胀块1602收缩，复位弹簧1702可以带动弹性支撑管1701进行收缩，带动环形伸缩外套22进行回缩，进而实现了头部管箱1与壳体5之间的靠近和远离，实现主动伸缩，从而对热应力进行主动缓解，避免连接处因压力过大而破裂。

如图1和图11所示，壳体5上设置有注液管3，注液管3用于待换热液体进行添加，壳体5上设有排液管24，排液管24与壳体5内部连通，排液管24用于换热液体的排出，蒸汽出管7起排出蒸汽的作用。

如图1、图9和图10所示，壳体5上安装有预热机构4，预热机构4包括有预热筒407和设置在预热筒407内部的第二换热管405，预热筒407内滑动密封配合有活塞409，预热筒407顶部的一侧设有进液管406，活塞409的一侧设有送液软管401，活塞409上开设有与送液软管401相适配的连通孔，送液软管401的另一端与注液管3连通；预热机构4还包括回流管403和送流管404，回流管403和送流管404分别与第二换热管405的两端连通，回流管403的另一端和送流管404的另一端均与工艺气进管2的内部连通，送流管404上安装有预热输送泵402，预热筒407通过支撑架408与壳体5的顶部连接；预热输送泵402启动将工艺气输入第二换热管405，可以对待换热液体进行提前升温，从而实现进入壳体5内部的液体具有一定温度，可以降低温差，从而可以降低温差所产生的热应力。为了更好的消除壳体5焊缝处的应力，在本实施例中，所述的壳体5上可固定连接有若干支腿，所述的支腿上均连接有万向轮，此处未画出，通过所述的支腿和万向轮的设置，可以抵消一定的焊缝应力，保证了壳体5焊缝处整体的稳定性。

实施例2

基于第一实施例提供的可消除应力的废锅换热器，在实际使用过程中，受进入工艺气的温度高、换热液体进入量少等因素影响，工艺气出管19排出的工艺气温度较高，会造成工艺气热量的浪费。

为了解决上述问题，如图1和图7所示，第一连通管路1603和第二连通管路1605的两端均分别与环形管道1601和工艺气出管19内部连通；膨胀块1602为温控记忆金属制作，膨胀块1602套设在环形管道1601上；图1和图11所示，注液管3上设置有可变形的弹性板20，弹性板20为金属板制作，受外力施压时可变形，头部管箱1上设有顶杆21，顶杆21的另一端抵顶在弹性板20上；如图8和图10所示，活塞409与第二换热管405贯穿滑动连接，活塞409的一侧与预热筒407的内壁之间安装有电弹簧410，其中一个第一法兰12上安装有测距传感器10，测距传感器10的测量方向朝向另一个第一法兰12，测距传感器10与电弹簧410电性连接。

如图5和图7所示，通过气泵1604将工艺气出管19内部排出的工艺气进行抽取，再通过第一连通管路1603向环形管道1601的内部进行工艺气的送入，使膨胀块1602受热膨胀，环形伸缩外套22膨胀，从而对热应力进行主动缓解；工艺气出管19排出工艺气温度越高时，即第一换热管11温度越高，第一换热管11连接处受热应力影响越大，膨胀块1602的体积受工艺气出管19排出工艺气温度变化而变化，即温度越高，热应力越大，头部管箱1与壳体5之间距离越远，进而降低热应力的影响。

如图1、图2和图11所示，初始状态下，顶杆21的另一端抵顶在弹性板20上，即注液管3内部的流通面积最小；工艺气出管19排出工艺气温度升高时，环形伸缩外套22膨胀，头部管箱1远离壳体5，顶杆21不再抵顶弹性板20，弹性板20恢复原状，使注液管3内部的流通面积增大，进而提高了换热液体进入壳体5内的效率，从而提高换热效率，降低工艺气出管19排出的工艺气温度，减少能源浪费，且通过提高了换热液体进入壳体5内的效率，可以防止装置内温度过高造成热应力较大，从而对装置各部件造成影响。

如图8、图9和图10所示，预热机构4内的受热面积固定情况下，注液管3内部的流通面积增大，使换热液体进入壳体5内效率增大，预热筒407内的换热液体输出量增加会导致液体温度会下降，导致温差增大使热应力增大；通过测距传感器10和电弹簧410的配合设置，在工艺气出管19排出工艺气温度越高时，头部管箱1远离壳体5运动，使测距传感器10测量头部管箱1与壳体5之间的距离增大时，传输信号并使电弹簧410通电，电流大小根据头部管箱1与壳体5之间的距离而定，电弹簧410单匝间设置为不接触或者绝缘，电弹簧410通电时相当于一个通电螺线管，每匝弹簧相当于环形电流，每匝弹簧中电流方向相同，根据同向电流之间相互吸引可知，每匝弹簧都与相邻弹簧相互吸引，于是电弹簧410整体会收缩进行收缩，电弹簧410收缩量根据电流大小而定，活塞409滑动使换热液体与第二换热管405的换热面积增加，保证换热液体进入壳体5内的效率增大时，液体温度不变化或微变化，防止温差增大导致热应力增大对该装置的部件造成影响；活塞409滑动时可以清除第二换热管405表面附着的杂质，从而防止该装置长期使用后，第二换热管405上附着较多杂质使换热效率下降。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种可消除应力的废锅换热器，其特征在于，包括头部管箱、壳体和尾部管箱，所述壳体设置在头部管箱与尾部管箱之间；所述头部管箱上安装有伸缩机构，所述伸缩机构包括设置在头部管箱与壳体之间的环形伸缩外套，所述环形伸缩外套内设有膨胀组件，所述膨胀组件包括有环形管道和若干个膨胀块，所述膨胀块套设在环形管道上，所述环形管道上设有充气管路；所述头部管箱上设有工艺气出管，所述充气管路与工艺气出管流体导通；

所述壳体上设置有注液管，所述壳体上安装有预热机构，所述预热机构包括有预热筒和设置在预热筒内部的第二换热管，所述预热筒内滑动密封配合有活塞，所述活塞与第二换热管贯穿滑动连接，所述活塞的一侧与预热筒的内壁之间安装有电弹簧；

所述注液管上设置有可变形的弹性板，所述头部管箱上设有顶杆，所述顶杆的另一端抵顶在弹性板上。

2.根据权利要求1所述的一种可消除应力的废锅换热器，其特征在于，所述壳体靠近头部管箱的一端设置有内部圆板，所述壳体内设有若干第一换热管，所述第一换热管与内部圆板固定连接，所述内部圆板的侧壁开设有若干个与第一换热管相适配的对接圆孔，所述第一换热管的端部与对接圆孔卡接，所述壳体的内壁设置有若干个交错设置的旋流板。

3.根据权利要求2所述的一种可消除应力的废锅换热器，其特征在于，所述头部管箱内设有封堵圆板，所述封堵圆板靠近壳体的一侧上设有若干伸缩圆管，所述伸缩圆管与封堵圆板贯穿连接，所述伸缩圆管一端插入第一换热管内，并与第一换热管的内壁滑动密封连接，所述头部管箱内部的中心处水平设置有空间隔板，所述空间隔板将头部管箱的内部空间分隔为进气腔室和排气腔室，所述头部管箱上设有工艺气进管，所述工艺气进管与进气腔室流体导通，所述工艺气出管与排气腔室流体导通；所述空间隔板的一侧与封堵圆板的侧壁固定连接；

还包括U形连接管，所述空间隔板上方的第一换热管通过U形连接管与空间隔板下方的第一换热管流体导通，所述U形连接管与尾部管箱的内壁之间安装有缓冲弹簧。

4.根据权利要求1所述的一种可消除应力的废锅换热器，其特征在于，所述头部管箱与壳体相互靠近的一端上均设有第一法兰，所述尾部管箱和壳体相互靠近的一端上均设有第二法兰，所述环形伸缩外套的两侧分别与两个第一法兰固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种可消除应力的废锅换热器，其特征在于，所述充气管路包括第一连通管路和第二连通管路，所述第一连通管路和第二连通管路的两端均分别与环形管道和工艺气出管内部连通，所述第一连通管路上安装有气泵，所述环形管道的底部中心处位置连接有封闭块。

6.根据权利要求1所述的一种可消除应力的废锅换热器，其特征在于，所述环形伸缩外套内设有支撑组件，所述支撑组件包括水平设置在环形伸缩外套内部的弹性支撑管，所述弹性支撑管的两端均与环形伸缩外套的内壁弹性连接，所述弹性支撑管的内部设置有复位弹簧，所述复位弹簧的两端分别与弹性支撑管的内壁两侧固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种可消除应力的废锅换热器，其特征在于，所述预热筒顶部的一侧设有进液管，所述活塞的一侧设有送液软管，所述活塞上开设有与送液软管相适配的连通孔，所述送液软管的另一端与注液管连通。

8.根据权利要求1所述的一种可消除应力的废锅换热器，其特征在于，所述预热机构还包括回流管和送流管，所述回流管和送流管分别与第二换热管的两端连通，所述回流管的另一端和送流管的另一端均与工艺气进管的内部连通，所述送流管上安装有预热输送泵，所述预热筒通过支撑架与壳体的顶部连接。

9.根据权利要求4所述的一种可消除应力的废锅换热器，其特征在于，其中一个所述第一法兰上安装有测距传感器，所述测距传感器的测量方向朝向另一个第一法兰，所述测距传感器与电弹簧电性连接。

10.根据权利要求1所述的一种可消除应力的废锅换热器，其特征在于，所述壳体上设有排液管，所述排液管与壳体内部连通。