WO2013139172A1 - 一种换热器 - Google Patents

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王健良
胡兴苗
刘利江
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    • F28F2009/029—Other particular headers or end plates with increasing or decreasing cross-section, e.g. having conical shape

Definitions

  • the heat exchanger is a common heat exchange device. As shown in Fig. 6, it comprises a core body 6' and a casing. The casing and the core body are detachably connected, and can also be designed as a non-detachable structure as needed.
  • the housing end structure of the non-removable heat exchanger generally comprises a cylindrical body and a convex head (spherical head or elliptical head) 2' at both ends of the barrel, and the convex head is larger
  • the diameter of the port is designed to be the same as the diameter of the mouth of the barrel.
  • the smaller port of the convex head is provided with a tube plate 5' for supporting the end of the core 6'.
  • a heat exchanger comprising a casing and a core body located in the casing and supported by the pipe plate at both ends; and a shell-side medium inlet and outlet provided on the casing
  • the housing further includes a cylindrical body and a convex sealing head at two ends of the cylindrical body, wherein: the tubular body and the convex sealing head are further provided with a different diameter pipe body having two ports of different diameters, The large-diameter port of the different-diameter pipe body is oppositely fixed to the convex sealing head, the small-diameter port of the different-diameter pipe body is oppositely fixed to the cylindrical body, and the shell-side medium inlet and outlet are disposed at Said convex head.
  • Figure 5 is a schematic structural view of a third embodiment of the present invention.

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Abstract

一种换热器，包括壳体和芯体（6）以及设置在壳体上的壳程介质进出口（3），壳体又包含有筒体（1）和凸形封头（2），筒体与凸形封头之间还设置有两端口口径不等的异径管体（4），该异径管体的大口径端口（43）与凸形封头相对接固定，该异径管体的小口径端口（42）与筒体相对接固定，并且壳程介质进出口设置在凸形封头上。采用上述结构后，使换热器的端部具有足够的空间来容纳作业人员，从而为双面焊、检测和日后维护创造了条件，能有效地降低制造成本和扩大选材范围；同时给壳程介质的流动提供了缓冲区，使得换热更加均匀充分，也便于布设导流板等辅助体，以进一步提高换热器的换热效率，降低运行成本。

Description

一种换热器
技术领域
本发明涉及一种换热器，具体指一种应用于如高温高压的临氢装置、加氢裂化和加 氢精制装置、 重整和芳烃等炼油和化工装置中的壳体和芯体不可拆的换热器。 背景技术
换热器是一种常见的换热设备， 如图 6所示， 其包括有芯体 6'和壳体， 壳体与芯 体之间可以拆卸连接， 也可以按需设计成不可拆结构。 其中不可拆式换热器的壳体端部 结构一般包括筒体 Γ和位于筒体两端的凸形封头 (球形封头或椭圆形封头) 2'， 且该凸形 封头的较大端口的直径设计成与筒体口部直径相同的结构， 如图 6所示， 该凸形封头的 较小端口处设有管板 5'， 用于支撑芯体 6'的端部， 管板的外侧悍接管箱 7'， 以作为管程 出入口 8'。 采用这种端部结构的换热器， 虽然也能实现换热功能， 但存在着以下缺陷： (1)由于凸形封头的较小端口处要安装管板，所以其较小端口的口径不能过小， 即凸形封 头的较小端口的口径与较大端口的口径较为接近，以至于该凸形封头的轴向尺寸 L不能 过大， 此时， 壳程介质进出口 3'只能设置在筒体 Γ上， 这使得壳程介质在进入壳体时， 一方面在凸形封头处易形成死区， 另一方面， 在壳体的换热有效区域内易发生壳程介质 的偏流且流动阻力不均匀、 流速不一致的现象， 结果将直接导致换热的不均匀， 换热器 效率下降， 压降增大。 因此， 为了满足后续工艺中对物流温度的要求， 常常在换热器的 下游增设加热炉等辅助装置， 以进一步提高物流的温度。 显然， 采用这种换热器势必会 造成整个系统的庞大， 且还提高了初期的投资成本和日后的运行成本。（2)正因为换热器 的端部空间有限， 也无法在端部空间内加设导流板、 挡圈等辅助体， 也就是说， 无法改 善壳程介质的流动形态， 无法有效地提高换热器的换热效率。（3)尤其是， 采用这种端部 结构的换热器， 由于壳体的端口无足够的空间来容纳施工人员， 因此， 筒体与凸形封头 之间的焊接只能是单面焊， 这将影响换热器的选材， 如当壳体为复合钢板材料、 堆焊结 构， 或壳体材料选为铬钼钢等不适合单面焊的情形时， 这种传统结构将使得换热器变得 无法制造， 从而严重影响换热器的设计开发和扩展应用。（4)在悍接后， 检试人员也无法 进入壳体端部进行检验和无损检测。 焊接后， 若在焊接部位需要热处理时， 只能采用外 侧加热模式， 并且对于不锈钢芯体在热处理过程中的敏化很难采取防护措施。 同样， 设 备在日后维护时， 也无法让检修人员进入到壳体内进行作业， 因此日后维护起来也非常 的不便。 发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状， 提供一种便于施工、维护， 能 改进壳程介质流动状况且还能扩展换热器用材范围的换热器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种换热器，包括有壳体和位于壳 体内且两端用管板支撑的芯体以及设置在壳体上的壳程介质进出口，其中壳体又包含有 筒体和位于筒体两端的凸形封头， 其特征在于： 所述的筒体与凸形封头之间还设置有两 端口口径不等的异径管体， 该异径管体的大口径端口与所述的凸形封头相对接固定， 该 异径管体的小口径端口与所述的筒体相对接固定， 并且所述的壳程介质进出口设置在所 述的凸形封头上。
作为本发明的优选方案， 所述的异径管体可以包括有环状主体， 该环状主体的内、 外边沿分别沿轴向相背延伸而形成所述的小口径端口和大口径端口，且该环状主体的厚 度大于该异径管体的两端口的壁厚。 这样， 可以合理设计环状体的内径和外径， 就可以 获得所需的小口径端口和大口径端口， 并且加工方便， 同时该环状主体也为作业人员提 供了一站立的平台。
在上述优选方案中，所述环状主体的内、外边沿处可以分别形成直角边缘，使得内、 外边沿处具有较好的强度， 以适用于高压工况中。 当然也可以使环状主体的内、 外边沿 处分别设计成圆滑过渡结构， 以适用于低压工况中， 在满足强度的同时， 使壳程介质顺 畅流动。
当遇到直径较小的筒体时，作为本发明另一种优选方案，所述的异径管体也可以由 管状体和球冠体连接而成，并且在管状体和球冠体的连接部位的壁厚大于该异径管体的 两端口壁厚， 使得直径较小的筒体同样可以适用于压力较高的工况中。
在上述另一种优选方案中，所述的球冠体内还可以设置有邻近于所述管状体且环绕 芯体的辅助平台， 借助于该辅助平台， 既可以方便作业， 又可以防止在球冠体底部形成 换热死区。
在上述各方案中，优选的是，所述异径管体的大口径端口的外周面可以设计成与所 述的凸形封头外周面相平滑衔接的弧面， 使得壳程介质的流动更加顺畅。
与现有技术相比， 由于本发明巧妙地增设了异径管体， 因此可以按需加大凸形封头 的较大端口的口径， 从而在同等条件下可以加长该凸形封头的轴向尺寸， 这样既可以扩 大换热器壳体的端部空间， 使换热器的端部具有足够的空间来容纳施工人员、检试验人 员， 以便在内部施行焊接、 检验等作业， 因而这样的改进为双面焊创造了条件， 使壳体 可选用复合钢板， 或堆焊结构， 壳体材料可选用铬钼钢等不适合单面悍的情形， 即， 使 换热器的壳体选材范围更广， 设备的设计制造更加可靠， 进而能大大地扩展换热器的应 用领域； 同时又， 由于改进后的端部具有较大的空间和轴向距离， 可以使壳程介质进出 口设置在凸形封头上， 这样一方面可以给壳程介质的流动提供了缓冲区， 使得壳程介质 流动起来更加顺畅， 沿壳体截面的多相介质分布， 以及压力场和速度场等更加均匀， 能 明显提高换热器的传热效率， 降低壳程介质的压力降。 另一方面， 也可以按需在凸形封 头内安装挡板和挡圈， 以减小壳程介质在入口处的冲击力， 同时也可以布置导流板、 分 布圈等辅助体， 以进一步确保壳体内换热区域的充分换热。 因而采用本发明后， 可以使 得物流出口时的温度接近所需的温度， 可以省略加热炉等后序的加热设备， 降低运行成 本， 故值得在现有的高温高压的临氢装置、 加氢裂化和加氢精制装置、 重整和芳烃等炼 油和化工装置中推广应用。 附图说明
图 1为本发明第一实施例的结构示意图；
图 2为 1中的端部结构示意图 (去掉中心管)；
图 3为图 2中异径管体的结构示意图；
图 4为本发明第二实施例的结构示意图；
图 5为本发明第三实施例的结构示意图；
图 6为现有技术中换热器的结构示意图。 具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一
如图 1至图 3所示，该换热器包括有壳体和位于壳体内且两端用管板 5支撑的芯体 6、位于芯体中心的中心管 9以及设置在壳体上的壳程介质进出口 3，壳体又包含有筒体 1和位于筒体 1两端的凸形封头 2， 其中管板、 芯体及中心管 9均为常规结构， 该换热 器主要改进在于： 在筒体 1与凸形封头之间增设了两端口口径不等的异径管体 4; 在本实施例中， 异径管体 4设计成如下结构： 它包括有环状主体 41， 该环状主体 的内、 外边沿分别沿轴向相背延伸而形成小口径端口 42和大口径端口 43 , 大口径端口 43与凸形封头 2的较大端口相对接固定， 小口径端口 42与筒体 1相对接固定， 且上述 环状主体的内、 外边沿处分别形成直角边缘 44， 该环状主体的厚度大于该异径管体 4 的两端口的壁厚。 这种结构适用于高温的工况下。
在这里， 凸形封头 2设计成半球形结构， 壳程介质进出口 3设置在凸形封头上， 异 径管体 4的大口径端口的外周面设计成与凸形封头 2外周面相平滑衔接的弧面， 以使壳 程介质流动更为顺畅。
组装时，异径管体 4的小口径端口与筒体 1之间，异径管体 4的大口径端口与凸形 封头 2之间依次用双面焊进行对接固定，然后将管板 5对接焊接在凸形封头 2的较小端 口处， 再在管板的外侧焊接管箱 7， 以作为管程出入口 8。
由于本实施例利用异径管体 4可以扩大壳体端部的空间，从而为双面焊接、 日后维 护等提供了较好的作业环境， 也为换热器的壳体带来了更为宽广的选材范围， 同时在该 换热器的换热过程中， 利用该端部的较大空间可作为壳程介质的缓冲区， 可优化了壳程 介质的流动状态， 以提高传热效率。 并且这样的端部结构， 也可以按需增设导流板、 挡 圈等辅助体， 可以进一步提高换热效率。 再者由于壳体端部具有足够的空间， 也使得壳 体在焊接部位需要热处理时， 可以在壳体端部内、 外壁放置加热模块进行双侧加热， 并 可以在芯体端部采取隔热措施， 避免不锈钢换热管的敏化。 实施例二
如图 4所示，本实施例二与上述实施例一的不同之处在于：异径管体 4也包括有环 状主体，该环状主体的内、外边沿分别沿轴向相背延伸而形成小口径端口和大口径端口， 并且环状主体的内、外边沿处分别设计成圆滑过渡结构 A。这种结构适用于低压工况下， 以满足不同工况的要求。 实施三
如图 5所示， 本实施例五与上述实施例一不同之处在于： 异径管体 4 由管状体 B 和球冠体 C连接而成，并且在管状体和球冠体连接部位的壁厚大于该异径管体 4的两端 口壁厚。 这种结构用于筒体直径较小的换热器中， 以适用于压力较高的工况中。
为了防止在球冠体内的底部形成死区，在球冠体内还设置有邻近于管状体且环绕芯 体的辅助平台 10。 同时使得施工人员和检试验人员可以利用该辅助平台进行方便作业。

Claims

权 利 要 求
1、一种换热器， 包括有壳体和位于壳体内且两端用管板 (5)支撑的芯体 (6)以及设置 在壳体上的壳程介质进出口 (3)， 其中壳体又包含有筒体 (1)和位于筒体两端的凸形封头 (2), 其特征在于： 所述的筒体 (1)与凸形封头 (2)之间还设置有两端口口径不等的异径管 体 (4)，该异径管体 (4)的大口径端口 (43)与所述的凸形封头 (2)相对接固定，该异径管体 (4) 的小口径端口 (42)与所述的筒体 (1)相对接固定，并且所述的壳程介质进出口 (3)设置在所 述的凸形封头 (2)上。
2、 根据权利要求 1所述的换热器， 其特征在于： 所述的异径管体 (4)包括有环状主 体 (41)， 该环状主体的内、 外边沿分别沿轴向相背延伸而形成所述的小口径端口 (42)和 大口径端口 (43)， 且该环状主体 (41)的厚度大于该异径管体 (4)的两端口的壁厚。
3、 根据权利要求 2所述的换热器， 其特征在于： 所述环状主体的内、 外边沿处分 别形成直角边缘 (44)。
4、 根据权利要求 2所述的换热器， 其特征在于： 所述环状主体的内、 外边沿处分 别设计成圆滑过渡结构 (A)。
5、 根据权利要求 1所述的换热器， 其特征在于： 所述的异径管体由管状体 (B)和球 冠体 (C)连接而成， 并且在管状体和球冠体连接部位的壁厚大于该异径管体的两端口壁 厚。
6、 根据权利要求 5所述的换热器， 其特征在于： 所述的球冠体内设置有邻近于所 述管状体且环绕芯体的辅助平台 (10)。
7、 根据权利要求 1至 6任一权利要求所述的换热器， 其特征在于： 所述异径管体 (4)的大口径端口 (43)的外周面设计成与所述的凸形封头 (2)外周面相平滑衔接的弧面。
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