CN220912076U - 一种无中间管箱的多联换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管壳式换热器技术领域，具体涉及一种无中间管箱的多联换热器，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中的管束，管束包括位于管壳两端部的管板、位于管壳内的多条换热管、安装在管壳内支持多条换热管的折流板与折流杆、以及连接管板与折流板、折流杆的拉杆；相邻两段换热模块的换热管的端部焊接固定于对应管板的管孔，相邻两个换热模块的管板相互直接固定且彼此换热管相接驳连通。相邻两段管束之间管程的连接没有通常的管箱作为过渡结构，显著提高了两块管板及其所在管束的整体强度和整体刚度，节省了设备空间和建造成本，降低了管程介质进入和离开中间管箱的能耗，具有结构简单、质量高及使用寿命长的特点。

Description

一种无中间管箱的多联换热器

技术领域

本发明涉及装备工程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、电力设施的热交换装备，具体涉及一种无中间管箱的多联换热器。

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，一般是由管束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011通过支持板(或者折流板)012支承，其两端穿进管板014的管孔中，并与管板014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，以防止管程流体泄漏。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，增加了工程建设费用，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，大型法兰及垫片的问题。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。

第三，大型厚管板的问题。换热器式反应器的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，如果增加管板的厚度会带来所需要的大毛坯大钢锭、锻坯热处理所需要的大型加热炉、管板加工所需要的大型机床、长距离运输所需要的大型车辆，等等。

第四，大型构件的轻量化设计问题。随着石油化工工艺深度加工的温度越来越高，余热回收充分利用的指标越来越严，薄管板在轻量化设计中替代厚壁大锻件管板越来越普遍，但是薄管板的承压能力欠缺，单靠其自身结构难以应对新的挑战。

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。

发明内容

针对现有技术存在上述技术问题，本发明提供一种无中间管箱的多联换热器。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

提供一种无中间管箱的多联换热器，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中的管束，管束包括位于管壳两端部的管板、位于管壳内并列地穿设固定于两端管板之间的多条换热管、安装在多条换热管上的折流板、以及连接管板与折流板的拉杆；位于两端的换热模块连接有端部管箱；其特征是：

相邻两段换热模块的换热管的端部焊接固定于对应管板的管孔，且彼此的管孔一一对齐连通，相邻两个换热模块的管板相互直接固定且彼此换热管相接驳连通。

作为进一步可选方案，相邻两段换热模块的管板之间为相互焊接固定；或通过锁紧结构固定：管板周缘焊接有法兰，法兰配合螺栓螺母将相邻管板紧贴支撑固定。

作为进一步可选方案，相邻两段换热模块的管板在组装时即相互无缝密封贴紧；相邻两段换热模块的换热管端口均位于对应管板的管孔内，或其中一段换热模块的换热管端口从对应管板侧面穿出且插入相邻换热模块的管板之管孔中。

作为进一步可选方案，相邻两段换热模块的换热管的端部从对应的管板侧面穿出且在组装时即一一对应相互焊接连通。

作为进一步可选方案，相邻两段换热模块的管板相向侧面周缘处设置有防泄环，防泄环与相邻管板共同围成防泄腔，防泄环与管板相互焊接或一体锻造成型。

作为进一步可选方案，相邻两段换热模块：换热管端口之间预留有组装间隙，至少一块管板为薄壁板，以使得运行状态下换热管热伸长变形而相互顶紧接驳。

作为进一步可选方案，相邻两段换热模块的换热管的端部均从对应的管板侧面穿出至防泄腔，或其中一段换热模块的换热管端口从对应管板侧面穿出且插入相邻换热模块的管板之管孔。

作为进一步可选方案，换热管的位于防泄腔中的节段开有侧孔，从而使相邻换热模块的多条换热管相互连通，且位于周侧的换热管的侧孔朝内布置，而位于中间的换热管的侧孔朝外布置。

作为进一步可选方案，相邻换热模块的换热管管径不同，且小管径的换热管端部插入大直径的换热管端部。

作为进一步可选方案，所述管箱为封头管箱或圆锥形管箱。

本发明的有益效果：

本发明的一种无中间管箱的多联换热器，与现有技术相比，具有如下优点：

(1)、减少了相邻换热模块之间管箱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。

(2)、减少了相邻换热模块之间管箱连接密封的大型垫片，免去了运输的麻烦以及安装、紧固等工作。

(3)、管束整体强度和刚度高。传统相邻换热模块之间管箱内是空的，而管束内装满换热管等等内件，两者的强度和刚度差异较大，造成整体结构调整强度和刚度都不连续，削弱了整体结构调整强度和刚度。而本申请无中间管箱结构显著提高了管束的整体强度和刚度，管束在装运吊卸过程，在组装进管壳或抽出检修的过程能更好地保持原有的结构尺寸精度。

(4)、管束适用场合广而且特别适用于薄管板。无中间管箱结构使相邻的两块管板紧贴到一起并相互支撑，显著提高了两块管板及其所在管束的整体强度和整体刚度。

(5)、管束具有高温自紧功能。当管束的管程温度高于壳程温度时，换热管的热伸长比同类钢材管壳的热伸长稍长，使室温组装时相邻贴合的两块管板更加紧贴到一起并相互支撑，显著提高了两块管板及其所在管束的整体强度和整体刚度。

(6)、无中间管箱的分段结构可以分段运输，便于安全高效运输，降低运输费用。

(7)、无中间管箱的分段结构可以分段吊装，便于现场施工组织，降低吊装费用。

(8)、无中间管箱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。

(9)、管束性价比高。管束取消中间管箱结构的同时提高了换热器整体强度和刚度，加强了薄管板的承压能力，具有结构简单、质量高及使用寿命长的特点。

(10)、无中间管箱的多联换热器特别适用于管程流体高温和低压，大直径和薄管板，超长和超重的多段换热工况及其换热器，既适用于立式多联换热器，也适用于卧式多联换热器。

附图说明

图1是现有技术中的管壳式换热器的结构示意图。

图2是本申请的一种无中间管箱的多联换热器的第一种结构示意图。

图3是本申请的一种无中间管箱的多联换热器的第二种和第三种结构示意图。

图4是本申请的一种无中间管箱的多联换热器的第四种和第五种结构示意图。

图5是本申请的一种无中间管箱的多联换热器的第六种和第七种结构示意图。

图6是本申请的一种无中间管箱的多联换热器的第八种结构示意图。

图7是本申请的一种无中间管箱的多联换热器的第九种结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。

本实施例的一种无中间管箱的多联换热器，如图2所示，包括依次串联的多段换热模块，图2示出了四段，分别为第一换热模块1、第二换热模块2、第四换热模块3和第四换热模块4，位于两端的换热模块连接有端部管箱，管箱可以为封头管箱6或圆锥形管箱5，当然这两种管箱可根据实际需要改用。结合图3所示，每段换热模块包括管壳13和位于管壳13中的管束，管壳13设置有壳程出入口，管束包括位于管壳13两端部的管板、位于管壳13内并列地穿设固定于两端管板之间的多条换热管10、安装在管壳内支撑多条换热管的折流板11(以及折流杆)、以及连接管板与折流板的拉杆。位于管壳还连接有鞍式支座12。各段换热模块的外直径包括等直径的和不等直径的结构。

各个换热模块的换热管的端部焊接固定于对应管板的管孔，且相邻两段换热模块的彼此的管孔一一对齐连通，相邻两个换热模块的管板相互直接固定且彼此换热管相接驳连通，如图2中第一换热模块1和第二换热模块2之间相固接的两块管板副7、第二换热模块2和第三换热模块3之间相固接的两块管板副8、第三换热模块3和第四换热模块4之间相固接的两块管板副9。换热器具有结构简单、质量高及使用寿命长的特点。省去两段管束之间管程连接的过渡中间管箱结构，节省了设备空间和建造成本，降低了管程介质进入和离开中间管箱的能耗。

如图3所示，包含了管板两种固定方式，左边换热模块的管板和中间换热模块的管板为相互焊接固定，经由两块管板周边的焊缝来焊接固定，这种结构适合管板周缘固定于管壳13的内壁或端口。中间换热模块的管板和右边换热模块的管板则通过锁紧结构14(螺栓螺母)固定：管板周缘焊接有法兰，法兰配合螺栓螺母将相邻管板紧贴支撑固定。这种结构适合管板固定于管壳13的端口。显著提高了两块管板及其所在管束的整体强度和整体刚度。便于不同的密封、安装和拆卸检修所需等等，提高工作效率。

如图4和图5所示，示出了三段换热模块，分别为中间换热模块15、左段换热模块16和右段换热模块17，以及对应的两组管板副，具体见图4和图5左边的管板副，共同点是左段换热模块16的换热管19和中间换热模块15的换热管20在组装时就相互定位，不同点是图4左边的两块管板存在距离，相邻两段换热模块的换热管的端部从对应的管板侧面穿出且在组装时即一一对应相互焊接连通。图5左边的两块管板在组装时即相互无缝密封贴紧，相邻两段换热模块的换热管端口均位于对应管板的管孔内。实际中可设计为其中一段换热模块的换热管端口从对应管板侧面穿出且插入相邻换热模块的管板之管孔中。

如图4和图5右边的管板副所示，右段换热模块17的管板和中间换热模块15的管板相向侧面周缘处设置有防泄环21，防泄环21与相邻两块管板共同围成防泄腔22，防泄环21与管板相互焊接或一体锻造成型。相邻两段换热模块：换热管端口之间预留有组装间隙，右段换热模块17的管板为薄壁板，以使得运行状态下换热管热伸长变形而相互顶紧接驳。需要说明的是，薄管板的“薄”是相对值而并非限制具体厚度尺寸，满足换热管热伸长变形时能够带动管板拱起变形即可。图4中相邻两段换热模块的换热管的端部均从对应的管板侧面穿出至防泄腔22。图5的其中一段换热模块的换热管端口从对应管板侧面穿出且插入相邻换热模块的管板之管孔，这种结构的防泄环的长度明显能够做的更短，只需要满足管板中部有拱起形变的空间即可。设置微小的间隙可便于高温管程流体下换热管伸长引起薄壁管板获得适当的弹性变形位移空间，变形后的换热管端部之间恰好顶到一起贴紧，减少其热膨胀变形引起的热应力，薄壁管板可以节省锻件。

需要强调的是，本申请的防泄环形似现有中间管箱，但两者有实质性的区别，现有的中间管箱是单独的模块，作为两个换热模块的管程过渡，是前一个换热模块管程的介质完全进入中间管箱后再传递至后一个换热模块的管程。而本申请旨在相邻两个换热模块管程接驳，防泄环仅是起到少部分介质的防泄作用，大部分管程介质都在换热管中流动。本申请的防泄环应视为管板的一部分，为换热管热伸长提供形变空间，以及起到防止介质泄露的作用。

如图6所示，换热管的位于防泄腔中的节段开有侧孔，从而使相邻换热模块的多条换热管相互连通，且位于周侧的换热管的侧孔23朝内布置(朝向管壳中心轴)，而位于中间的换热管的侧孔24朝外布置(朝向管壳的内壁)。便于上一段管束的管程流体适度混合后再进入到下一管束的换热管内，减少换热管之间的流体温差。特别是管束中间的换热管和管束周边的换热管之间，管中介质温度、压力、流速之间存在差异，适宜混合，则管束中间换热管的开孔向外对着管壳方向，管束周边换热管的开孔向内对着管束中心方向，便于大直径管束管程流体沿径向迅速混合。

如图7所示，相邻换热模块的换热管管径不同，且小管径的换热管端部插入大直径的换热管端部。如小直径换热管25的端部插入大直径换热管2的端部，便于管程流体顺畅地从外直径小的换热管端口进入到外直径大的换热管内，减少动能损耗。同理此处的大小仅是相对而言，并非限定具体尺寸。

在本发明的描述中，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发明中的具体含义。

本发明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发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明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，本发明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发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种无中间管箱的多联换热器，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中的管束，管束包括位于管壳两端部的管板、位于管壳内并列地穿设固定于两端管板之间的多条换热管、安装在多条换热管上的折流板、以及连接管板与折流板的拉杆；位于两端的换热模块连接有端部管箱；其特征是：

相邻两段换热模块的换热管的端部焊接固定于对应管板的管孔，且彼此的管孔一一对齐连通，相邻两个换热模块的管板相互直接固定且彼此换热管相接驳连通。

2.根据权利要求1所述的一种无中间管箱的多联换热器，其特征是：相邻两段换热模块的管板之间为相互焊接固定；或通过锁紧结构固定：管板周缘焊接有法兰，法兰配合螺栓螺母将相邻管板紧贴支撑固定。

3.根据权利要求1所述的一种无中间管箱的多联换热器，其特征是：相邻两段换热模块的管板在组装时即相互无缝密封贴紧；相邻两段换热模块的换热管端口均位于对应管板的管孔内，或其中一段换热模块的换热管端口从对应管板侧面穿出且插入相邻换热模块的管板之管孔中。

4.根据权利要求1所述的一种无中间管箱的多联换热器，其特征是：相邻两段换热模块的换热管的端部从对应的管板侧面穿出且在组装时即一一对应相互焊接连通。

5.根据权利要求1所述的一种无中间管箱的多联换热器，其特征是：相邻两段换热模块的管板相向侧面周缘处设置有防泄环，防泄环与相邻管板共同围成防泄腔，防泄环与管板相互焊接或一体锻造成型。

6.根据权利要求5所述的一种无中间管箱的多联换热器，其特征是：相邻两段换热模块：换热管端口之间预留有组装间隙，至少一块管板为薄壁板，以使得运行状态下换热管热伸长变形而相互顶紧接驳。

7.根据权利要求6所述的一种无中间管箱的多联换热器，其特征是：相邻两段换热模块的换热管的端部均从对应的管板侧面穿出至防泄腔，或其中一段换热模块的换热管端口从对应管板侧面穿出且插入相邻换热模块的管板之管孔。

8.根据权利要求6所述的一种无中间管箱的多联换热器，其特征是：换热管的位于防泄腔中的节段开有侧孔，从而使相邻换热模块的多条换热管相互连通，且位于周侧的换热管的侧孔朝内布置，而位于中间的换热管的侧孔朝外布置。

9.根据权利要求6所述的一种无中间管箱的多联换热器，其特征是：相邻换热模块的换热管管径不同，且小管径的换热管端部插入大直径的换热管端部。

10.根据权利要求1所述的一种无中间管箱的多联换热器，其特征是：所述管箱为封头管箱或圆锥形管箱。