CN209431921U - 立式管壳式挠性管板换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种立式管壳式挠性管板换热器，具有依次设置的上管箱、壳程筒体与下管箱，上管箱与壳程筒体之间以上管板隔离，下管箱与壳程筒体之间以下管板隔离，在上管板与下管板之间固定有多根换热管，所述多根换热管将上管箱与下管箱连通起来，用于供第一流体通过，在壳程筒体中还流经有第二流体，第一流体与第二流体能够在壳程筒体中完成换热，所述上管板、下管板的周边以具有挠性的过渡段与所述壳程筒体相连。本实用新型采用具有挠性的上、下管板，板厚可以设计得较薄，因此具有挠性而能够凭借变形而降低应力水平，另外较薄的上、下管板具有更好的导热性能，能够减小管板温差应力，从而能够兼顾高温与高压的设计条件。

Description

立式管壳式挠性管板换热器

技术领域

本实用新型涉及一种挠性管板换热器，主要应用于石油化工装置中，本挠性管板换热器采用了立式结构，并设置了导流板结构。

背景技术

固定管板换热器，其结构如图1所示，具有依次设置的上管箱1、壳程筒体2与下管箱3，上管箱1与壳程筒体2之间以上管板4隔离，下管箱3与壳程筒体2之间以下管板5隔离，在上管板4与下管板5之间固定有多根换热管6，所述多根换热管6将上管箱1与下管箱3连通起来，用于供第一流体通过，在壳程筒体2中还流经有第二流体，第一流体与第二流体能够在壳程筒体2中完成换热。

现有的固定管板换热器，主要依据弹性基础上的当量实心板理论来设计。弹性基础上的当量实心板理论把管板布管区简化为受管束弹性支撑的、受开孔均匀削弱的不开孔实体板，对于管板周边的支撑条件进行合理的简化，基于弹性力学进行管板设计。因此，按照该理论设计计算得到的管板基本为平板结构。

现有固定管板换热器的优点有：

(1)设计成本较低，可依据GB/T 151-2014《热交换器》标准给出的设计方法进行设计；

(2)管板的制造偏差容易控制，不易变形。

而现有固定管板换热器的缺点在于：

(1)当管箱、壳程筒体的温度相差较大时，管板的上、下两表面温差较大，容易产生较大的热应力，导致应力集中，引起换热管与管板焊接接头开裂；

(2)对于高温、高压立式换热器，高设计压力要求管板厚度增加，但管板厚度增加导致温差应力增大。高温与高压条件对管板厚度要求相反，两者不能同时兼顾。

(3)对于壳程壳体内存在气液两相流的换热器，在上管板的下表面容易发生气体聚集，形成“气垫”，降低管板两侧介质的换热效率，使管板温度升高，增加失效的风险；

(4)对于管板与换热管连接形式为焊接+贴胀的固定管板换热器，由于管板的管孔与换热管间轴向存在较长的间隙，容易发生缝隙腐蚀，使管板与换热管焊接接头开裂；

(5)管板基本为平板结构，导致管板材料用量大；

(6)由于管板基本为平板结构，换热管有部分长度与管板的厚度重叠，存在换热管材料浪费和换热面积减小的问题；

(7)有时可能需要设置膨胀节。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种立式管壳式挠性管板换热器，解决现有技术中存在的上述技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种立式管壳式挠性管板换热器，具有依次设置的上管箱、壳程筒体与下管箱，上管箱与壳程筒体之间以上管板隔离，下管箱与壳程筒体之间以下管板隔离，在上管板与下管板之间固定有多根换热管，所述多根换热管将上管箱与下管箱连通起来，用于供第一流体通过，在壳程筒体中还流经有第二流体，第一流体与第二流体能够在壳程筒体中完成换热，其特征在于：

所述上管板、下管板的周边以具有挠性的过渡段与所述壳程筒体相连。

所述的立式管壳式挠性管板换热器，其中：在壳程筒体的壳程介质进口位置设置进口导流板，所述进口导流板具有位于壳程介质进口上方的水平遮挡板，所述水平遮挡板末端朝垂向向下延伸有位于壳程介质进口射流方向上的垂向遮挡板，所述垂向遮挡板的下端低于所述壳程介质进口的位置又朝远离所述壳程介质进口的方向延伸有平行于所述下管板布置的底侧板。

所述的立式管壳式挠性管板换热器，其中：在壳程筒体的壳程介质排口位置设置排口导流板，所述排口导流板具有位于壳程介质排口下方的水平遮挡板，所述水平遮挡板末端朝垂向向上延伸有位于壳程介质排口排流反方向上的垂向遮挡板，所述垂向遮挡板的上端高于所述壳程介质排口的位置又朝远离所述壳程介质排口的方向延伸有平行于所述上管板布置的顶侧板。

所述的立式管壳式挠性管板换热器，其中：所述上管板、下管板与换热管焊接接头采用背面对接焊接、深孔嵌入式全焊透结构或者采用焊接加贴胀连接。

所述的立式管壳式挠性管板换热器，其中：所述上管板、下管板的厚度在1cm-4.5cm之间。

与现有技术相比较，本实用新型具有的有益效果是：

1、本实用新型采用具有挠性的上、下管板，板厚可以设计得较薄，因此具有挠性而能够凭借变形而降低应力水平，另外较薄的上、管板具有更好的导热性能，能够减小管板温差应力，从而能够兼顾高温与高压的设计条件。

2、本实用新型通过在壳程介质进口、壳程介质排口位置分别设置导流板，可以提高介质流速，保证换热器能够长期稳定运行，并且有利于检维修。

3、上、下管板与换热管焊接接头可采用背面对接焊接或深孔嵌入式全焊透结构，避免间隙。若采用焊接+贴胀，相对于厚管板，轴向间隙的长度较小，降低缝隙腐蚀风险。

4、本实用新型能够降低材料用量。对于高温、高压换热器，相同设计条件下，本实用新型提供的挠性管板厚度仅相当于现有管板的约15％。

5、本实用新型的壳程筒体不需要设置膨胀节。

6、本实用新型不受标准规范中设计方法适用范围的限制。

附图说明

图1是现有固定管板换热器的结构示意图；

图2是本实用新型提供的立式管壳式挠性管板换热器的结构示意图。

附图标记说明：上管箱1；壳程筒体2；下管箱3；上管板4；上管板4a；过渡段4b；下管板5；下管板5a；过渡段5b；换热管6；水平遮挡板71；垂向遮挡板72；底侧板73；水平遮挡板81；垂向遮挡板82；顶侧板83；中间导流板9；壳程介质进口S1；壳程介质排口S2；管程介质入口T1；管程介质出口T2。

具体实施方式

本实用新型是基于光板弯曲理论的管板设计方法来设计。光板弯曲理论是一种基于局部弯曲的粗略的经验方法，该理论将管板连接的刚性较大的元件看作对管板有支撑作用的支撑点或支撑线(圆)，通过两个或两个以上的支撑点、线、圆画出假象圆，并用光板弯曲理论分别计算出各假想圆所需的厚度，取最大值作为管板的厚度，一般需要采用有限元方法进行校核。按照此设计方法计算的管板较薄(约为现有平板结构管板的厚度的15％)，本实用新型称之为挠性管板。

如图2所示，是本实用新型提供的一种立式管壳式挠性管板换热器，具有依次设置的上管箱1、壳程筒体2与下管箱3，上管箱1与壳程筒体2之间以上管板4a隔离，下管箱3与壳程筒体2之间以下管板5a隔离，在上管板4a与下管板5a之间固定有多根换热管6，所述多根换热管6将上管箱1与下管箱3连通起来，用于供第一流体通过，在壳程筒体2中还流经有第二流体，第一流体与第二流体能够在壳程筒体2中完成换热，不同之处在于：

所述上管板4a、下管板5a的中部为平板结构，而周边以具有挠性的过渡段4b、5b与所述壳程筒体2相连，所述过渡段4b、5b具有较高的柔性(即挠性)，相当于在壳程筒体2中设置了膨胀节，可以补偿换热管6与壳体之间的热膨胀差值、压力导致的位移差值，减小上管板4a、下管板5a边缘由变形协调引起的二次应力。

本实用新型使用的时候，上游来的高温低压介质通过上管箱1的管程介质入口T1进入换热管6，被壳程筒体2内的高压低温介质冷却后，从下管箱3的管程介质出口T2进入下游管线。而高压低温介质，通过壳程筒体2底部的壳程介质进口S1进入壳程筒体2，吸收换热管6内高温介质的热量，部分汽化。气液混合物经过壳程筒体2顶部的壳程介质排口S2进入下游管线，完成换热。

本实用新型通过冷热流体逆流布置，一方面使传热温差最大，有利于减小换热面积，节约初投资；另一方面，使管板两侧的温差最小，有利于运行安全。换热器的传热设计过程，兼顾传热效率、流速、压降及强度、管束振动等因素，确定换热器的内部结构。

另外，本实用新型在壳程筒体2的壳程介质进口S1位置设置进口导流板，以提高介质流速，避免壳程筒体2内的介质中的固体杂质积聚在下管板5a的上部空间，不利于排除；所述进口导流板具有位于壳程介质进口S1上方的水平遮挡板71，所述水平遮挡板71末端朝垂向向下延伸有位于壳程介质进口S1射流方向上的垂向遮挡板72，所述垂向遮挡板72的下端低于所述壳程介质进口S1的位置又朝远离所述壳程介质进口S1的方向延伸有平行于所述下管板5a布置的底侧板73，凭借所述底侧板与所述下管板5a之间的较为狭窄的缝隙，提高介质流速，使壳程筒体2内的介质中的固体杂质被急速的水流冲走，避免固定杂质积聚在下管板5a的上部空间。

同样地，本实用新型在壳程筒体2的壳程介质排口S2位置设置排口导流板，以提高气液两相区的流速，保证流体以合适的速度通过上管板4a下部空间，避免发生气体聚集形成“气垫”，保证上管板4a与介质的充分换热，得到充分冷却；所述排口导流板具有位于壳程介质排口S2下方的水平遮挡板81，所述水平遮挡板81末端朝垂向向上延伸有位于壳程介质排口S2排流反方向上的垂向遮挡板82，所述垂向遮挡板82的上端高于所述壳程介质排口S2的位置又朝远离所述壳程介质排口S2的方向延伸有平行于所述上管板4a布置的顶侧板83，凭借所述顶侧板与所述上管板4a之间的较为狭窄的缝隙，提高介质流速，使壳程筒体2内的介质中的气体被急速的水流冲走，避免形成“气垫”，保证上管板4a与介质的充分换热，得到充分冷却。

此外，本实用新型的上管板4a、下管板5a与换热管6焊接接头可采用背面对接焊接或深孔嵌入式全焊透结构，避免间隙。若采用焊接+贴胀，相对于现有平板结构管板，本实用新型的轴向间隙的长度较小，降低了缝隙腐蚀风险。

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种立式管壳式挠性管板换热器，具有依次设置的上管箱、壳程筒体与下管箱，上管箱与壳程筒体之间以上管板隔离，下管箱与壳程筒体之间以下管板隔离，在上管板与下管板之间固定有多根换热管，所述多根换热管将上管箱与下管箱连通起来，用于供第一流体通过，在壳程筒体中还流经有第二流体，第一流体与第二流体能够在壳程筒体中完成换热，其特征在于：

所述上管板、下管板的周边以具有挠性的过渡段与所述壳程筒体相连。

2.根据权利要求1所述的立式管壳式挠性管板换热器，其特征在于：在壳程筒体的壳程介质进口位置设置进口导流板，所述进口导流板具有位于壳程介质进口上方的水平遮挡板，所述水平遮挡板末端朝垂向向下延伸有位于壳程介质进口射流方向上的垂向遮挡板，所述垂向遮挡板的下端低于所述壳程介质进口的位置又朝远离所述壳程介质进口的方向延伸有平行于所述下管板布置的底侧板。

3.根据权利要求1所述的立式管壳式挠性管板换热器，其特征在于：在壳程筒体的壳程介质排口位置设置排口导流板，所述排口导流板具有位于壳程介质排口下方的水平遮挡板，所述水平遮挡板末端朝垂向向上延伸有位于壳程介质排口排流反方向上的垂向遮挡板，所述垂向遮挡板的上端高于所述壳程介质排口的位置又朝远离所述壳程介质排口的方向延伸有平行于所述上管板布置的顶侧板。

4.根据权利要求1所述的立式管壳式挠性管板换热器，其特征在于：所述上管板、下管板与换热管焊接接头采用背面对接焊接、深孔嵌入式全焊透结构或者采用焊接加贴胀连接。

5.根据权利要求1所述的立式管壳式挠性管板换热器，其特征在于：所述上管板、下管板的厚度在1cm-4.5cm之间。