CN220250761U - 一种整体强制密封的多联换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石化装备中的管壳式换热器技术领域，具体涉及一种整体强制密封的多联换热器，包括依次串联的多段换热模块，每段换热模块包括管壳和管束，管束包括多条换热管和两块管板，两块管板固定于管壳的两端共同围成壳程，多条换热管并列布置在壳程内，管壳的侧壁设有连通壳程的接管；换热模块之间设有中间管箱，换热模块整体两端设有端部管箱，端部管箱、各换热模块的换热管和中间管箱相连通形成多节管程；位于换热模块的外侧设置有强制密封结构，其同时使依次的多节管程相密封连接，避免了中间各段之间均需法兰螺栓强制密封，减轻了换热器整体重量及其支承结构，节省了设备空间和建造成本，整体具有结构简单、便于装拆及使用寿命长的特点。

Description

一种整体强制密封的多联换热器

技术领域

本实用新型涉及石化装备中的管壳式换热器技术领域，特别是涉及用于石油化工、煤炭化工、化肥工业、空调制冷、电力设施的热交换专用的换热器，具体涉及一种整体强制密封的多联换热器。

背景技术

现有技术中，管壳式换热器是应用最为广泛的一种热交换器，管壳式换热器又称为列管式换热器或者列管式冷凝器，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。

现有技术中的管壳式换热器通常的结构如图1所示，主要是由管束01、壳体02、管箱03等主要构件组成，其中，管束01是管壳式换热器的核心构件，管束01通常由换热管011、支持板(或者折流板)012、定距管拉杆组件013和管板014组成，成排的换热管通过支持板(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。

由图1可知，传统的换热器主体都设置管箱，以便拆卸后检查管束管接头等易损结构，管束与管箱之间必须通过法兰螺栓强制密封，而且是两端的管箱各自强制密封。随着社会经济的发展，石油化工装置的建设规模越来越大，换热器这种传统结构的弊端越来越突出。

第一，炼油及石油化工装置中由台换热器以前后串联的形式组合应用的场景越来越多，单台换热器之间的管道连接占用了不必要的空间，每一处连接都需要一套法兰螺栓紧固件，增加了工程建设费用。如果取消连接管道，虽然节省一定的空间，但是前后串联的换热器之间仍然需要法兰螺栓紧固件密封，结构还是较为复杂，在“双碳”发展目标下有必要改进这类换热器的组合结构。

第二，随着石油化工工艺深度加工的温度越来越高，新建换热器的结构尺寸不但突破GB/T 151—2014《热交换器》标准中公称直径不超过4000mm的限制，而且还与反应器一体化组成环氧乙烷反应器、环氧丙烷反应器等等，处理量也越来越大。一方面，大直径压力壳的密封需要大型锻件加工连接法兰，大型法兰长距离高效运输存在交通安全问题，4000mm以上大直径密封垫片整体制造及其应用过程存在更多的困难。另一方面，大直径法兰的紧固螺栓数量多，装拆工作量大，各螺栓拧紧力难以均衡而带来人为造成的不良结果。还有一方面，反应过程激烈而复杂，温度不均匀附加温差应力增加了压力壳的密封难度，介质内部串漏会影响化工产品的生产及质量，甚至向外泄漏而污染环境。

解决上述发展中的技术瓶颈问题需要推进整体结构思维，在减少成本投入的角度更充分利用已有资源的角度进行结构的特别加强。因此，针对上述现有技术中存在的问题进行改进具有工程意义。

实用新型内容

针对现有技术存在上述技术问题，本实用新型提供一种整体强制密封的多联换热器。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

提供一种整体强制密封的多联换热器，包括依次串联的多段换热模块，每段换热模块包括管壳和位于管壳内的管束，管束包括多条换热管和两块管板，两块管板固定于管壳的两端共同围成壳程，多条换热管并列布置在壳程内且其两端固定于对应的管板，管壳的侧壁设有连通壳程的接管；相邻换热模块之间设有中间管箱，换热模块整体两端设有端部管箱，端部管箱、各换热模块的换热管和中间管箱相连通形成多节管程；位于换热模块的外侧设置有强制密封结构，其同时使依次的多节管程相密封连接。

作为进一步可选方案，强制密封结构包括第一延伸法兰、第二延伸法兰、双头螺柱和紧固螺母，第一延伸法兰和第二延伸法兰分别固定于不同换热模块的管板，第一延伸法兰和第二延伸法兰之间经由双头螺柱和紧固螺母实现相互固定，从而将第一延伸法兰和第二延伸法兰相向拉紧。

作为进一步可选方案，强制密封结构同时使所有的管程相密封连接：第一延伸法兰固定于首位换热模块的上管板，第二延伸法兰固定于末位换热模块的下管板。

作为进一步可选方案，强制密封结构还包括固定于中间换热模块的管板的第三延伸法兰，双头螺柱分为上螺柱和下螺柱，下螺柱的两端分别穿过第一延伸法兰和第三延伸法兰后旋入紧固螺母，上螺柱的两端分别穿过第二延伸法兰和第三延伸法兰后旋入紧固螺母。

作为进一步可选方案，强制密封结构仅同时使部分的管程相密封连接：第一延伸法兰固定于首位或末位换热模块的管板，第二延伸法兰固定于中部换热模块的管板。

作为进一步可选方案，强制密封结构还包括平台钢结构，平台钢结构固定于外界的钢筋缓凝土基础，部分双头螺柱的两端分别穿过第一延伸法兰和平台钢结构后旋入紧固螺母，另一部分双头螺柱的两端分别穿过第二延伸法兰和平台钢结构后旋入紧固螺母。

作为进一步可选方案，所述接管兼作所述强制密封结构，接管为弯管，弯管的端部设置有衔接法兰、短螺柱和螺母锁紧件，不同换热模块相连通的接管之间经由短螺柱和螺母锁紧件相互连通固定。

作为进一步可选方案，非相邻的相互分隔的换热模块的接管相互连接。

作为进一步可选方案，相邻换热模块的管壳直径相同，该相邻换热模块之间的中间管箱为直筒体；或相邻换热模块的管壳直径不同，该相邻换热模块之间的中间管箱为圆台筒体。

作为进一步可选方案，换热模块还包括位于壳程内的折流板、定距管和拉杆，多块折流板并列布置且开有供换热管穿过的管孔，拉杆的端部固定于管板，且穿过多块折流板，定距管套在拉杆外并轴向抵住折流板，从而限制不同折流板之间的距离。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的一种整体强制密封的多联换热器，与现有技术相比具有如下优点：

(1)避免了现有技术每一连接处都需要独立一套法兰螺栓紧固件，减少了中间各段连接密封的大型法兰，减轻了换热器整体重量及其支承结构，节省了设备空间和建造成本。

(2)换热器运行中管束和管壳的温度高于壳周边紧固件的温度，管壳的热伸长比同类钢材紧固件的热伸长稍长，使各段连接口更加紧密贴到一起加强密封，提高换热器整体强度和整体刚度。

(3)整体强制密封可在装置现场安装，依次串联连接的换热器分段结构可以分段运输，便于安全高效运输，降低运输费用。

(4)整体强制密封可在装置现场安装，分段结构可以分段吊装，便于现场施工组织，降低吊装费用。

(5)节省了设备空间和建造成本，换热器具有结构简单、便于装拆及使用寿命长的特点。

(6)整体强制密封的多联换热器特别适用于管程流体高温、低压和大直径、超长、超重的多段换热工况，既适用于立式多联换热器，也适用于卧式多联换热器，具有结构简单、便于装拆及使用寿命长的特点。

附图说明

图1为现有技术的换热器的结构示意图。

图2为实施例中的一种整体强制密封的多联换热器的实施例一的结构示意图。

图3为实施例中的一种整体强制密封的多联换热器的实施例二的结构示意图。

图4为实施例中的一种整体强制密封的多联换热器的实施例三的结构示意图。

图5为实施例中的一种整体强制密封的多联换热器的实施例四的结构示意图。

图6为实施例中的一种整体强制密封的多联换热器的实施例五的结构示意图。

图7为实施例中的一种整体强制密封的多联换热器的实施例六的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本实用新型进行详细说明。

本实用新型的一种整体强制密封的多联换热器的具体实施例之一，如图2所示，包括依次串联的多段换热模块，实际中换热模块的数量可根据需要而改为其它值，图2中示意出了四段换热模块，由下至上分别为第一换热模块1、第二换热模块2、第三换热模块3和第四换热模块4。各段换热模块结构基本相同，图2中仅第三换热模块3具体示意内部结构，其它换热模块简要示意，第三换热模块3包括管壳14和位于管壳14内的管束，管束包括多条换热管11和两块管板12，两块管板12固定于管壳14的两端共同围成壳程，多条换热管11并列布置在壳程内且其两端固定于对应的管板12，管壳14的侧壁设有连通壳程的用于流通冷却介质的接管141。换热模块还包括位于壳程内的折流板10、定距管和拉杆，多块折流板10并列布置且开有供换热管穿过的管孔，拉杆的端部固定于管板12，且穿过多块折流板10，定距管套在拉杆外并轴向抵住折流板10，从而限制不同折流板10之间的距离。相邻换热模块之间设有中间管箱，换热模块整体两端设有端部管箱，如第一换热模块4的下端设有锥形的下端部管箱5，第一换热模块1和第二换热模块2之间设有第一中间管箱6，第二换热模块2和第三换热模块3之间设有第二中间管箱7，第三换热模块3与第四换热模块4之间设有第三中间管箱8，第四换热模块4的顶部设有顶部管箱9。可以看出相邻换热模块的管壳直径可以相同也可以不同，管壳直径相同则该相邻换热模块之间的中间管箱为直筒体；管壳直径不同则该相邻换热模块之间的中间管箱为圆台筒体。下端部管箱5、第一换热模块1的换热管、第一中间管箱6、第二换热模块2的换热管、第二中间管箱7、第三换热模块3的换热管、第三中间管箱8、第四换热模块4的换热管和上端部管箱9依次连通，如此形成多节管程。多个换热模块整体支撑在裙座13上，作为立式的多联换热器，实际可以改为横向布置的卧式的多联换热器。

本实施例中，位于换热模块的外侧设置有强制密封结构，其同时使依次的多节管程相密封连接。具体的：强制密封结构包括第一延伸法兰15、第二延伸法兰16、双头螺柱和紧固螺母17，第一延伸法兰15和第二延伸法兰16分别固定于不同换热模块的管板，图2中强制密封结构是同时使所有的管程相密封连接，第一延伸法兰固定于首位的第一换热模块1的上管板，第二延伸法兰16固定于末位的第四换热模块4的下管板，第一延伸法兰16和第二延伸法兰17之间经由双头螺柱和紧固螺母17实现相互固定，从而将第一延伸法兰15和第二延伸法兰16相向拉紧。多组双头螺柱和紧固螺母17绕换热器的周向布置。

由上可知，相邻两段换热模块之间管程的连接没有直接单独的法兰螺栓强制密封结构，而是所有各段换热模块之间管程的连接都集中通过安装在换热器周边的强制密封结构进行整体的紧固密封。避免了中间各段单独连接密封的大型法兰，减轻了换热器整体重量及其支承结构，节省了设备空间和建造成本，换热器具有整体结构简单、便于装拆及使用寿命长的特点。一套规格的双头螺柱和紧固螺母17就实现了所有各段换热模块的管程及壳程强制连接，高效。

以上双头螺柱为中间不带台肩螺柱，或为中间带有台肩的螺柱，台肩用于抵住对应的延伸法兰，双头螺柱一端的螺母松开了,并不影响双头螺柱另一端螺母的紧固。

实施例2

本实用新型的一种整体强制密封的多联换热器的具体实施例之二，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，如图3所示，强制密封结构仅同时使部分的管程相密封连接：第一延伸法兰15固定于首位的第一换热模块1的上管板，第三延伸法兰18固定于中部的第三换热模块3的下管板。较短的双头螺柱和紧固螺母19就实现了第一换热模块1、第二换热模块2和第三换热模块3管程强制连接。至于第四换热模块4的管程，可采用传统的连接方式，即传统与本次创新的结合兼容模式，本实施例主要示意的是仅部分换热模块的管程采用整体强制密封结构，同理可以改为第一延伸法兰固定于末位的第四换热模块4的下管板，第二延伸法兰改为固定于第二换热模块/第三换热模块的管板，彼此再通过双头螺柱和紧固螺母拉紧，亦可实现部分管程整体强制密封。

实施例3

本实用新型的一种整体强制密封的多联换热器的具体实施例之三，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，如图4所示，亦是所有各段换热模块之间管程的连接都集中通过安装在换热器周边的强制密封结构进行整体的紧固密封。强制密封结构还包括固定于中间换热模块的管板的第三延伸法兰18，双头螺柱分为上螺柱20和下螺柱21，下螺柱21的两端分别穿过第一延伸法兰15和第三延伸法兰18后旋入紧固螺母进行锁紧，上螺柱20的两端分别穿过第二延伸法兰16和第三延伸法兰18后旋入紧固螺母进行锁紧。

本实施例同时使用上螺柱20和下螺柱21这两套规格的双头螺柱，两套规格的双头螺柱沿法兰周向间隔轮流安装，在实现所有各段换热模块的管程及壳程强制连接的同时，拆开上面各段换热模块之间密封之后，能继续保持下面各段换热模块之间的密封，或者反之，在拆开下面各段换热模块之间密封的同时，保持上面各段换热模块之间的密封。

当然，只使用上螺柱20或者下螺柱21这一套规格的双头螺柱也可实现多段换热模块的管程及壳程强制连接，相当于改为了实施例2的结构。

实施例4

本实用新型的一种整体强制密封的多联换热器的具体实施例之四，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，如图5所示，强制密封结构还包括平台钢结构22，平台钢结构22固定于外界的钢筋缓凝土基础25之上，部分双头螺柱24的两端分别穿过第一延伸法兰15和平台钢结构22后旋入紧固螺母，另一部分双头螺柱23的两端分别穿过第三延伸法兰18和平台钢结构22后旋入紧固螺母。这样第一换热模块1、第二换热模块2和第三换热模块3的管程被整体密封。

当然实际中可以把第三延伸法兰18的位置改为实施例1中的固定于第四换热模块4的管板，这样四个换热模块的管程均被强制密封结构所密封。当然结合实施例3的结构，在第四换模块4的下管板设置延伸法兰，该延伸法兰与第三延伸法兰18、平台钢结构22或第一延伸法兰15通过双头螺柱来固定亦可实现整体密封。本实施例中旨在说明可以增加平台钢结构22，给延伸法兰更牢固的支撑，整体连接到一起，整体强度和稳定性有所提高。

实施例5

本实用新型的一种整体强制密封的多联换热器的具体实施例之五，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，如图6所示，管壳的侧壁连通壳程的接管兼作所述强制密封结构，接管为弯管26，弯管26的端部设置有衔接法兰27、短螺柱和螺母锁紧件28，不同换热模块相连通的接管之间经由短螺柱和螺母锁紧件28相互连通固定。

这种种连接方式从整体的角度考虑，上面一段换热模块的壳程接管的拉力对下面一段换热模块的管程、壳程的密封都起到辅助作用，拆检其中上面的强制连接后不影响下面的强制连接。还能够省去了双头长螺柱及其螺母紧固件。

当然，本实施例的接管强制密封，可以与其它实施例的双头拉杆、平台钢结构共存，多方面实现强制密封。两段换热模块之间管程的密封通过运行过程热膨胀的自紧密封来实现,利用平台钢结构和刚性的接管结构共同限制换热器的热伸长，把位移载荷转化为密封载荷来压紧密封垫。

实施例6

本实用新型的一种整体强制密封的多联换热器的具体实施例之六，本实施例的主要技术方案与实施例5相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例5中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例5的区别在于，如图6所示，非相邻的相互分隔的换热模块的接管相互连接，如第一换热模块1与第三换热模块3之间的接管30，第二换热模块2与第四换热模块4之间的接管31，这种连接方式从整体的角度同时实现了第一换热模块1、第二换热模块2和第三换热模块3的强制连接，也实现了第二换热模块2、第三换热模块3和第四换热模块4的强制连接，两次强制连接之间有交叉重叠，拆检其中之一的强制连接后不影响另一次的强制连接。同时，也实现了第一换热模块1与第三换热模块3之间壳程的强制连接，以及第二换热模块2与第四换热模块4之间壳程的强制连接，还省去了双头长螺柱及其螺母紧固件。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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实用新型中的具体含义。

本实用新型使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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)

1.一种整体强制密封的多联换热器，其特征是：包括依次串联的多段换热模块，每段换热模块包括管壳和位于管壳内的管束，管束包括多条换热管和两块管板，两块管板固定于管壳的两端共同围成壳程，多条换热管并列布置在壳程内且其两端固定于对应的管板，管壳的侧壁设有连通壳程的接管；相邻换热模块之间设有中间管箱，换热模块整体两端设有端部管箱，端部管箱、各换热模块的换热管和中间管箱相连通形成多节管程；位于换热模块的外侧设置有强制密封结构，其同时使依次的多节管程相密封连接。

2.根据权利要求1所述的一种整体强制密封的多联换热器，其特征是：强制密封结构包括第一延伸法兰、第二延伸法兰、双头螺柱和紧固螺母，第一延伸法兰和第二延伸法兰分别固定于不同换热模块的管板，第一延伸法兰和第二延伸法兰之间经由双头螺柱和紧固螺母实现相互固定，从而将第一延伸法兰和第二延伸法兰相向拉紧。

3.根据权利要求2所述的一种整体强制密封的多联换热器，其特征是：强制密封结构同时使所有的管程相密封连接：第一延伸法兰固定于首位换热模块的上管板，第二延伸法兰固定于末位换热模块的下管板。

4.根据权利要求3所述的一种整体强制密封的多联换热器，其特征是：强制密封结构还包括固定于中间换热模块的管板的第三延伸法兰，双头螺柱分为上螺柱和下螺柱，下螺柱的两端分别穿过第一延伸法兰和第三延伸法兰后旋入紧固螺母，上螺柱的两端分别穿过第二延伸法兰和第三延伸法兰后旋入紧固螺母。

5.根据权利要求2所述的一种整体强制密封的多联换热器，其特征是：强制密封结构仅同时使部分的管程相密封连接：第一延伸法兰固定于首位或末位换热模块的管板，第二延伸法兰固定于中部换热模块的管板。

6.根据权利要求2所述的一种整体强制密封的多联换热器，其特征是：强制密封结构还包括平台钢结构，平台钢结构固定于外界的钢筋缓凝土基础，部分双头螺柱的两端分别穿过第一延伸法兰和平台钢结构后旋入紧固螺母，另一部分双头螺柱的两端分别穿过第二延伸法兰和平台钢结构后旋入紧固螺母。

7.根据权利要求1所述的一种整体强制密封的多联换热器，其特征是：所述接管兼作所述强制密封结构，接管为弯管，弯管的端部设置有衔接法兰、短螺柱和螺母锁紧件，不同换热模块相连通的接管之间经由短螺柱和螺母锁紧件相互连通固定。

8.根据权利要求7所述的一种整体强制密封的多联换热器，其特征是：非相邻的相互分隔的换热模块的接管相互连接。

9.根据权利要求1所述的一种整体强制密封的多联换热器，其特征是：相邻换热模块的管壳直径相同，该相邻换热模块之间的中间管箱为直筒体；或相邻换热模块的管壳直径不同，该相邻换热模块之间的中间管箱为圆台筒体。

10.根据权利要求1所述的一种整体强制密封的多联换热器，其特征是：换热模块还包括位于壳程内的折流板、定距管和拉杆，多块折流板并列布置且开有供换热管穿过的管孔，拉杆的端部固定于管板，且穿过多块折流板，定距管套在拉杆外并轴向抵住折流板，从而限制不同折流板之间的距离。