CN202470835U - 一种列管式换热器 - Google Patents

Abstract

一种列管式换热器，包括有管束、管壳和管箱，管束包括有换热管、支持板和管板，换热管成排地穿过支持板，换热管的两端部穿进管板的管孔中并与管板相连接，管板与管壳及管箱固定连接，其中：管箱设置有球面膜密封盘，球面膜密封盘设置于管箱的端部与管箱的端盖之间；球面膜密封盘包括有设置于中间的球面膜片和沿球面膜片的外圆周侧设置的平垫边环；管箱的端部与管箱的端盖通过螺柱螺母固定连接。与现有技术相比，该列管式换热器集多种结构优点于一体，其设计技术简便成熟、密封性能好、结构简单、制造周期短、成本低。其技术原理是：中间的球面膜片具有一定的弹性，当管箱的内压发生波动和热膨胀时，能够产生微量变形而不影响密封效果。

Description

一种列管式换热器

技术领域

本实用新型涉及装备工程中的列管式换热器技术，特别是涉及用于石油炼制与化工、煤化工、化肥工业、空调、空冷、电力设施的热交换节能设备专用的一种列管式换热器。

背景技术

现有技术中，列管式换热器是应用最为广泛的一种热交换器，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。

现有技术中的列管式换热器通常的结构如图1所示，一般是由管束2、管壳3、管箱4等主要构件组成，其中，管束2是列管式换热器的核心构件，管束2通常由换热管1、支持板（或者折流板）和管板组成，成排的换热管1通过支持板（或者折流板）支承，其两端穿进管板的管孔中，并与管板相连接，从而保证接头的密封性和强度。通过管束2与管箱4的隔板的组合，可以将换热管1分成几个流程，以便介质在换热管1内来回流动，从而能够延长换热流程，增加换热时间，充分地与管外的壳程介质换热。上述管板与管壳3和管箱4等通过焊接或者法兰螺栓加垫片的强制密封固定装配即得一台列管式换热器。

当换热管1管内的热交换介质为冷介质，管外的热交换介质为强制对流的烟气时，则构成加热炉方式；当换热管1管内的热交换介质为热介质，管外的热交换介质为强制对流的空气时，则构成冷却器方式；加热炉方式和冷却器方式均为热交换器的一种热交换方式。这种列管式换热器的制造工艺较为成熟，安全性能也较高，是换热设备中关键的能耗设备。

上述现有技术中的列管式换热器在应用到恶劣工况时，为了避免流程物料的泄漏，其进出口接管即便口径很小，通常设计成与管线直接对焊的方式，而不采用法兰连接的方式；同样，为了避免流程物料的泄漏，大口径的管板与其两侧的管壳和管箱圆筒体进行焊接，这样使得，管箱的端部就不能与端盖之间也采用焊接的方式，主要考虑到方便检修人员能从管箱的端部进去进行检测管头等修理工作。

随之，人们一直致力于管箱的端部与管箱的端盖之间除了焊接密封连接之外的更好的密封结构的研究。

虽然人们在上述密封结构的研究中做了长期的努力，形成了例如：T形槽金属垫法兰密封结构、薄壁Ω环结构的密封焊法兰密封结构、螺纹锁紧环密封结构等传统强制密封结构；也形成了例如：B形环、C形环、O形环、楔形环、卡扎里密封、Bridgman密封等自紧密封结构。上述密封结构因强化效果还不够，特别是随着实践应用的深入，人们发现这些结构本身也存在一些不利的地方。主要存在的问题是：

第一，结构复杂。螺纹锁紧环换热器管箱密封，其中所采用的压紧板、密封板和螺栓均是易损件；当密封出现泄漏时，需要人工上紧螺栓进行调节补偿，带压带温操作，使得操作麻烦又不安全。

例如，中国实用新型专利（授权公告号为：CN 201751794U）于2011年2月23日公开了“一种螺纹锁紧环空冷器管箱”，其技术方案包括“由进出口接管、顶板、丝堵板、管板、端板组成，其特征是采用螺纹锁紧环结构，在丝堵板上开较大的孔，里侧采用垫片密封，外侧设有密封板(8)和压紧板(10)，压紧板(10)外侧为螺纹锁紧环(6)，螺纹锁紧环(6)的外圈制造成螺纹，与管箱丝堵板(4)的螺纹相连接，螺纹锁紧环里设有压紧环(7)。” 

第二，需要高水平的焊接。如薄壁Ω环结构的密封焊。

例如，中国实用新型专利（授权公告号为：CN201945238U）于2011年8月24日公开了一种“空冷器管箱密封装置” ，其技术方案包括：“该装置呈箱形，主要由盖板、顶板、两块端板、底板和管板构成，所述的盖板、顶板、底板和管板为长方形，两块端板为长方形或正方形，顶板、两块端板、底板和管板之间以焊接相连；其特征在于，该密封装置还包括欧米噶环密封板和长方形的欧米噶环密封盘，欧米噶环密封板和欧米噶环密封盘的四周外端均为半圆形欧米噶环；欧米噶环密封板为等厚长方形环，其四周内端与顶板、两块端板和底板的端部相焊接，欧米噶环密封盘置于欧米噶环密封板上并在两者最外端半圆形欧米噶环顶部四周相焊接；盖板盖在欧米噶环密封盘上面并通过螺柱与顶板、两块端板以及底板的端部相连接。”

第三，结构庞大。如普通大法兰型密封，法兰和端盖很厚，且无温度补偿调节。

 第四，结构常开裂，不安全，维护困难。

综上，复杂或庞大的换热器结构制造周期长、生产费用高，装配拆卸麻烦，维修不便。特别是装置大修期间，能缩短一天检修时间都能产生显著的经济效益。随着环境保护意识的增强，油品质量的提升需要采取更高温高压下的加氢工艺，氢的分子最小、是渗透性非常强的易燃易爆介质，原有的密封结构难以适应新的工艺和管理要求，由此可见，结合传统列管式换热器密封存在的问题进行改进，研发一种结构简单、密封可靠性好、热效率高，同时节约能源的新型列管式换热器，在工程技术领域具有极为深远和重大的意义。

发明内容

本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种能够提高管束的组装质量，结构简单、密封性能好，同时还能够降低整体制造成本的列管式换热器。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

提供了一种列管式换热器，包括有管束、管壳和管箱，所述管束包括有换热管、支持板和管板，所述换热管成排地穿过所述支持板，所述换热管的两端部穿进所述管板的管孔中并与所述管板相固定连接，所述管板与所述管壳及所述管箱固定连接，其中：

所述管箱设置有球面膜密封盘，所述球面膜密封盘设置于所述管箱的端部与所述管箱的端盖之间；

所述球面膜密封盘包括有设置于中间的球面膜片和沿所述球面膜片的外圆周侧设置的平垫边环；

所述管箱的端部与所述管箱的端盖通过螺柱螺母固定连接。

其中，所述球面膜密封盘的所述球面膜片和所述平垫边环一体成型设置。

其中，所述球面膜密封盘的所述平垫边环在所述螺柱螺母的作用下，其一端面夹紧于所述管箱的端部，其另一端面夹紧于所述管箱的端盖。

其中，所述管箱的端部在与所述平垫边环夹紧的一侧开设有环形槽，所述环形槽内设置有O形橡胶环。

其中，所述平垫边环的外圆周侧与所述管箱的端部焊接。

其中，所述管箱的端部在与所述平垫边环之间增设有过渡层。

其中，所述平垫边环的外圆周侧与所述过渡层焊接。

其中，所述球面膜片为等厚度的球面膜片；或者，所述球面膜片为中部厚周边薄的球面膜片。

其中，所述球面膜片为两个等厚度的球面膜片叠加的双层结构复合的球面膜片；或者，所述球面膜片为两个中部厚周边薄的球面膜片叠加的双层结构复合的球面膜片；或者，所述球面膜片为三个以上的等厚度的球面膜片叠加的多层结构复合的球面膜片；或者，所述球面膜片为三个以上的中部厚周边薄的球面膜片叠加的多层结构复合的球面膜片。

其中，所述球面膜片为单层波纹结构的球面膜片；或者，所述球面膜片为由两个单层波纹结构的球面膜片叠加的双层波纹结构的球面膜片；或者，所述球面膜片为由三个以上单层波纹结构的球面膜片叠加的多层波纹结构的球面膜片。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的一种列管式换热器，包括有管束、管壳和管箱，所述管束包括有换热管、支持板和管板，所述换热管成排地穿过所述支持板，所述换热管的两端部穿进所述管板的管孔中并与所述管板相固定连接，所述管板与所述管壳及所述管箱固定连接，其中：所述管箱设置有球面膜密封盘，所述球面膜密封盘设置于所述管箱的端部与所述管箱的端盖之间；所述球面膜密封盘包括有设置于中间的球面膜片和沿所述球面膜片的外圆周侧设置的平垫边环；所述管箱的端部与所述管箱的端盖通过螺柱螺母固定连接。

与现有技术相比，该列管式换热器集多种结构优点于一体，其设计技术简便成熟、密封性能好、结构简单、制造周期短、成本低。其技术原理是：中间的球面膜片具有一定的弹性，当管箱的内压发生波动和热膨胀时，能够产生微量变形而不影响密封效果，具体的该球面膜密封盘的密封可靠性原理是在高温高压下，球面膜片的径向变形补偿量与管箱的端口径向开口位移的一致性。

附图说明

利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是现有技术中的一种列管式换热器的结构示意图。

图2是本实用新型的一种列管式换热器的局部结构示意图。

图3是本实用新型的一种列管式换热器的实施例1的局部结构示意图。

图4是本实用新型的一种列管式换热器的实施例2的局部结构示意图。

在图1、图2、图3和图4中包括有：

1——换热管、2——管束、3——管壳、4——管箱、

5——管板、

6——球面膜密封盘、61——球面膜片、62——平垫边环、

7——端盖、

8——螺柱螺母、

9——端部、

10——接管、

11——过渡层、

12——环形槽、

13——O形橡胶环、

14——密封焊。

具体实施方式

结合以下实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1

本实用新型的一种列管式换热器的具体实施方式之一，参考图1所示，包括有管束2、管壳3和管箱4，管束2包括有换热管1、支持板和管板5，换热管1成排地穿过支持板，换热管1的两端部穿进管板5的管孔中并与管板5相固定连接，管板5与管壳3及管箱4固定连接。上述技术特征与现有技术中的列管式换热器的结构相同。该列管式换热器也具备现有技术中的列管式换热器的其它基本结构，例如，参考图2中所示的接管10。本实用新型的改进之处在于，参考图2所示，管箱4设置有球面膜密封盘6，球面膜密封盘6设置于管箱4的端部9与管箱4的端盖7之间；球面膜密封盘6包括有设置于中间的球面膜片61和沿球面膜片61的外圆周侧设置的平垫边环62；所述管箱4的端部9与所述管箱4的端盖7通过螺柱螺母8固定连接。需要解释说明的是，图中的螺柱螺母8为简化画法。

该列管式换热器集多种结构优点于一体，其设计技术简便成熟、密封性能好、结构简单、制造周期短、成本低。其技术原理是：中间的球面膜片61具有一定的弹性，当管箱4的内压发生波动和热膨胀时，能够产生微量变形而不影响密封效果，具体的该球面膜密封盘6的密封可靠性原理是在高温高压下，球面膜片61的径向变形补偿量与管箱4的端口径向开口位移的一致性。具体设计步骤是根据管箱4的端口的径向位移来确定球面膜片61需贡献的弹性补偿量，进而确定能提供该补偿量的球面膜片61的具体几何尺寸，最后计算球面膜片61的壁厚。

具体的，所述球面膜密封盘6的所述球面膜片61和所述平垫边环62一体成型设置。

具体的，所述球面膜密封盘6的所述平垫边环62在所述螺柱螺母8的作用下，其一端面夹紧于所述管箱4的端部9，其另一端面夹紧于所述管箱4的端盖7。球膜密封盘的平垫边环62作为第一道密封。

具体的，所述管箱4的端部9在与所述平垫边环62夹紧的一侧开设有环形槽12，所述环形槽12内设置有O形橡胶环13。增设环形槽12，同时在环形槽12内安装O形橡胶环13(参照GB/T 3452)作为第二道密封，起辅助密封作用。由于O形橡胶环13的成本低，精度要求不高，对环形槽12不会造成压痕等损伤，同时具有更换方便的特点。

具体的，所述平垫边环62的外圆周侧与所述管箱4的端部9焊接。平垫边环62的外圆周侧与管箱4端部9之间通过焊接能够起到良好的密封作用，因而此密封焊14作为第三道密封。

现有技术中的密封平垫的两侧均与强制元件(法兰)组成贴合面，两侧均存在高压介质渗入的可能性，球面膜片61的密封性能主要体现在把管箱4内的介质和端盖7隔离开，使得只一侧存在高压介质渗入的可能性，另一侧不与介质接触。在管箱4端口的球面膜密封盘6中，平垫边环62作为第一道密封的作用是基础性的，而密封焊14作为第二道密封要满足可靠性。如果没有球面膜片61，单靠平垫边环62两侧均与强制元件(法兰)相焊也可实现密封，但为了满足焊接需要增加平垫厚度所带来的预紧力、以及焊接给端盖7带来的结构变化等，都使设计制造复杂化，所以不便于市场化的普及与推广。

本实用新型具体可应用于石油炼制与化工、煤化工、化肥、空调、空冷、电力设施装备等的热交换要求上，包括给介质加热或冷却等应用方式，特别适合于高温高压临氢载荷波动的工况，也适合于类似工况的承压设备人孔。

实施例2

本实用新型的一种列管式换热器的具体实施方式之二，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，所述管箱4的端部9在与所述平垫边环62之间增设有过渡层11。

具体的，所述平垫边环62的外圆周侧与所述过渡层11焊接。

实施例3

本实用新型的一种列管式换热器的具体实施方式之三，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，所述球面膜片61为等厚度的球面膜片61；该等厚度的球面膜片61的结构简单，有自主补偿功能，应用较为广泛，可局部失稳。

或者，所述球面膜片61为中部厚周边薄的球面膜片61。该中部厚周边薄的球面膜片61的结构简单，有整体自主补偿功能，应用较为广泛。

实施例4

本实用新型的一种列管式换热器的具体实施方式之四，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，所述球面膜片61为两个等厚度的球面膜片61叠加的双层结构复合的球面膜片61；该球面膜片61的结构具有较好的自主补偿功能，耐疲劳性好。

或者，所述球面膜片61为两个中部厚周边薄的球面膜片61叠加的双层结构复合的球面膜片61；该球面膜片61的结构具有较好的自主补偿功能，耐疲劳性好。

或者，所述球面膜片61为三个以上的等厚度的球面膜片61叠加的多层结构复合的球面膜片61；该球面膜片61的结构具有更好的自主补偿功能，耐疲劳性更好。

或者，所述球面膜片61为三个以上的中部厚周边薄的球面膜片61叠加的多层结构复合的球面膜片61。该球面膜片61的结构具有更好的自主补偿功能，耐疲劳性更好。

实施例5

本实用新型的一种列管式换热器的具体实施方式之五，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，所述球面膜片61为单层波纹结构的球面膜片61；该球面膜片61具有较好的整体自主补偿功能，耐疲劳效果好。

或者，所述球面膜片61为由两个单层波纹结构的球面膜片61叠加的双层波纹结构的球面膜片61；或者，所述球面膜片61为由三个以上单层波纹结构的球面膜片61叠加的多层波纹结构的球面膜片61。上述球面膜片61具有更好的整体自主补偿功能，耐疲劳效果更好。

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

Claims (10)

1.一种列管式换热器，包括有管束、管壳和管箱，所述管束包括有换热管、支持板和管板，所述换热管成排地穿过所述支持板，所述换热管的两端部穿进所述管板的管孔中并与所述管板相固定连接，所述管板与所述管壳及所述管箱固定连接，其特征在于：

所述管箱设置有球面膜密封盘，所述球面膜密封盘设置于所述管箱的端部与所述管箱的端盖之间；

所述球面膜密封盘包括有设置于中间的球面膜片和沿所述球面膜片的外圆周侧设置的平垫边环；

所述管箱的端部与所述管箱的端盖通过螺柱螺母固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种列管式换热器，其特征在于：所述球面膜密封盘的所述球面膜片和所述平垫边环一体成型设置。

3. 根据权利要求2所述的一种列管式换热器，其特征在于：所述球面膜密封盘的所述平垫边环在所述螺柱螺母的作用下，其一端面夹紧于所述管箱的端部，其另一端面夹紧于所述管箱的端盖。

4. 根据权利要求3所述的一种列管式换热器，其特征在于：所述管箱的端部在与所述平垫边环夹紧的一侧开设有环形槽，所述环形槽内设置有O形橡胶环。

5. 根据权利要求4所述的一种列管式换热器，其特征在于：所述平垫边环的外圆周侧与所述管箱的端部焊接。

6. 根据权利要求3所述的一种列管式换热器，其特征在于：所述管箱的端部在与所述平垫边环之间增设有过渡层。

7. 根据权利要求6所述的一种列管式换热器，其特征在于：所述平垫边环的外圆周侧与所述过渡层焊接。

8. 根据权利要求1或2所述的一种列管式换热器，其特征在于：所述球面膜片为等厚度的球面膜片；或者，所述球面膜片为中部厚周边薄的球面膜片。

9. 根据权利要求1或2所述的一种列管式换热器，其特征在于：所述球面膜片为两个等厚度的球面膜片叠加的双层结构复合的球面膜片；或者，所述球面膜片为两个中部厚周边薄的球面膜片叠加的双层结构复合的球面膜片；或者，所述球面膜片为三个以上的等厚度的球面膜片叠加的多层结构复合的球面膜片；或者，所述球面膜片为三个以上的中部厚周边薄的球面膜片叠加的多层结构复合的球面膜片。

10. 根据权利要求1或2所述的一种列管式换热器，其特征在于：所述球面膜片为单层波纹结构的球面膜片；或者，所述球面膜片为由两个单层波纹结构的球面膜片叠加的双层波纹结构的球面膜片；或者，所述球面膜片为由三个以上单层波纹结构的球面膜片叠加的多层波纹结构的球面膜片。

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