CN103063075B - 一种列管式换热器管箱结构 - Google Patents

Abstract

一种列管式换热器管箱结构，包括管箱短节、管箱端盖、设于管箱短节的端部与管箱端盖之间的密封结构，管箱短节设有介质进口接管和介质出口接管，管箱短节的内部设有分程隔板，其中，分程隔板为由水平设置的第一隔板和沿第一隔板的端部弯折设置的第二隔板组成的组合式分程隔板，且第二隔板与密封结构之间留有间距。该列管式换热器管箱结构适用于高温高压工况下，管箱短节的端部与管箱端盖之间采用膜密封结构的管箱，具有密封性好、结构简单、制造周期短、成本低、拆装便捷的特点，同时还有利于防备介质流体引起的振动，避免分程隔板与管箱短节内壁面之间连接的焊缝疲劳开裂，提高了分程隔板的承压能力和使用寿命，便于产业上大规模的普及与推广。

Description

一种列管式换热器管箱结构

技术领域

本申请涉及装备工程中的列管式换热器技术，适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，特别适用于高温高压工况下管箱短节的端部与管箱端盖之间采用密封结构的管箱。

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的隔板等的组合，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进行换热。通过上述管板与管壳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，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3和管箱4的圆筒体进行焊接，这样使得，管箱4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4的端部进去进行检测管头等修理工作。而为了安全起见，一般把压力和温度较高的流体介质安排在换热管1的管内流程，也就是管箱4流程，使得管箱4的密封技术就成为整台换热器的关键。

随之，人们一直致力于管箱4的端部与管箱4的端盖之间除了不可拆的强度焊接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。

第二，需要高水平的焊接。如薄壁Ω环结构的密封焊。

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。

如果管箱4端部采用反向法兰和球面膜密封的可靠结构来减轻结构重量，又因为管箱4内大面积的隔板装拆及人员进出管箱4的空间提供存在困难，且由于球面膜密封的存在，传统的平面隔板密封结构使得管箱端盖与管箱隔板之间不能设置传统的压紧密封结构，造成管箱4内不同流程之间的短路失效，也就是解决了外漏问题但是又引出了内漏的新问题。

第四，结构常开裂，不安全，维护困难。

上述传统的平面隔板，例如：中国专利号是201120203863.0的“用于换热器的管箱机构”，其公开了“包括管箱(1)、隔板(2)、接管(3)、法兰(4)、非金属垫(5)和筒体(6)，所述的管箱(1)内安装隔板(2)，管箱(1)上下两侧设有接管(3)，接管(3)上安置法兰(4)，所述的筒体(6)与管箱(1)中设有非金属垫(5)。”该隔板是一水平设置的平面隔板，且其一端与管板连接，其另一端与管箱头部的封头连接，该隔板的长度等于管箱的长度，其承受压力的面积较大，对于平板结构的刚度要求也较高，同时对其拆装也极为不方便。

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，结合管箱端部球面膜密封的新型列管式换热器存在的问题进行改进，研发一种结构简单、密封可靠性好、装卸效率高的列管式换热器管箱隔板，在工程技术领域具有极为深远和重大的意义。

发明内容

本申请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组装质量和拆装效率，结构简单、密封性能好、且具有较好分程效果的列管式换热器管箱结构。

本申请的目的通过以下技术方案实现：

提供了一种列管式换热器管箱结构，包括有管箱短节、管箱端盖、设置于所述管箱短节的端部与所述管箱端盖之间的密封结构，所述管箱短节设置有介质进口接管和介质出口接管，所述管箱短节的内部设置有分程隔板，其中，所述分程隔板为由水平设置的第一隔板和沿所述第一隔板的端部弯折设置的第二隔板组成的组合式分程隔板，且所述第二隔板与所述密封结构之间留有间距。

其中，所述组合式分程隔板的第二隔板向上弯折、以包围住与所述介质进口接管相连通的介质进口。

其中，所述组合式分程隔板的第二隔板向下弯折、以包围住与所述介质出口接管相连通的介质出口。

其中，所述组合式分程隔板的第二隔板分别向上和向下同时弯折、以包围住与所述介质进口接管相连通的介质进口以及与所述介质出口接管相连通的介质出口。

其中，所述第二隔板与所述第一隔板之间的折弯角                                                的范围设置为。

其中，所述第一隔板与所述第二隔板之间通过焊接连接或者通过螺栓垫片强制密封连接。

其中，所述第一隔板设置为一体成型结构或者设置为分段组合的可拆卸式连接结构；所述第二隔板设置为一体成型结构或者设置为分段组合的可拆卸式连接结构。

其中，所述第一隔板设置为弧形曲面的弹性结构。

其中，所述组合式分程隔板与所述管箱短节的内壁面通过焊接连接或者通过螺栓垫片强制密封连接。

其中，所述组合式分程隔板设置有与所述管箱短节的内壁面连接的隔板支撑。

本申请的有益效果：

本申请的一种列管式换热器管箱结构，包括有管箱短节、管箱端盖、设置于所述管箱短节的端部与所述管箱端盖之间的密封结构，所述管箱短节设置有介质进口接管和介质出口接管，所述管箱短节的内部设置有分程隔板，其中，所述分程隔板为由水平设置的第一隔板和沿所述第一隔板的端部弯折设置的第二隔板组成的组合式分程隔板，且所述第二隔板与所述密封结构之间留有间距。

与现有技术相比，该列管式换热器管箱结构适用于高温高压工况下，管箱短节的端部与管箱端盖之间采用密封结构的管箱，本申请的结构能够避免管箱内不同流程之间的短路失效，具有较好的密封性和分程效果；而且结构简单、制造周期短、成本低、拆装便捷，使得管箱内部留有足够大的空间，以便拆装、检修或维修等作业；同时由于本申请中的组合式分程隔板的承压面积减少，使得对于分程隔板本身的刚度要求也有所降低；再者，这种组合式分程隔板的支撑力较好，有利于防备介质流体引起的振动，避免分程隔板与管箱短节内壁面之间连接的焊缝疲劳开裂，提高了分程隔板的承压能力和使用寿命，便于产业上大规模的普及与推广。

附图说明

利用附图对本申请作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本申请的任何限制，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是本申请的一种列管式换热器管箱结构的实施例1的结构示意图。

图3是本申请的一种列管式换热器管箱结构的实施例2的结构示意图。

图4是本申请的一种列管式换热器管箱结构的实施例3的结构示意图。

图5是本申请的一种列管式换热器管箱结构的实施例4的结构示意图。

在图1中包括有：

1——换热管、2——管束、3——管壳、4——管箱、

在图2、图3、图4和图5中包括有：

5——管板、6——管箱短节、7——管箱端盖、8——球面膜密封盘、9——第一隔板、10——第二隔板、11——介质进口接管、12——介质出口接管、13——隔板支撑、

α——折弯角。

具体实施方式

结合以下实施例对本申请作进一步详细描述。

实施例1

本申请的一种列管式换热器管箱结构的具体实施方式之一，参考图2所示，其包括有管箱短节6、管箱端盖7、设置于所述管箱短节6的端部与所述管箱端盖7之间的密封结构，所述管箱短节6设置有介质进口接管11和介质出口接管12，所述管箱短节6的内部设置有分程隔板，其中，所述分程隔板为由水平设置的第一隔板9和沿所述第一隔板9的端部弯折设置的第二隔板10组成的组合式分程隔板，且所述第二隔板10与在管箱短节6的端部与管箱端盖7之间的所述密封结构之间留有间距。优选的，第一隔板10沿管板的中部设置，更加有利于支撑，同时能够平衡不同流程之间的压力等。

第一隔板9的位于管箱端盖7一侧的端部并不与管箱端盖7紧密接触，而是缩短一段，留出空间组装第二隔板10和球面膜密封盘8，同时第二隔板10和球面膜密封盘8之间也留有适当空间，以利于球面膜密封盘8在受到内压作用时的弹性动态变形。现有技术中公开的隔板长度与管箱长度等长，其承受压力的面积大，对于平板结构的刚度要求也较高，本申请的组合式分程隔板缩短一段后，承受压力的面积减少，对于平板结构的刚度要求也有所降低，再加上第二隔板10的支撑作用，使该组合式分程隔板的总体刚度要求明显降低，有利于防备流体引起的振动，避免分程隔板或其与管箱筒节的内壁面之间的连接焊缝疲劳开裂，提高了分程隔板的密封性能、承压能力和使用寿命，便于产业上大规模的普及与推广。尤其适用于高温高压工况下，管箱短节6的端部与管箱端盖7之间采用密封结构的管箱，能够避免管箱内不同流程之间的短路失效，具有较好的密封性；而且结构简单、制造周期短、成本低、拆装便捷，使得管箱内部留有足够大的空间，以便拆装、检修或维修等作业；提高了分程隔板的承压能力和使用寿命，便于产业上大规模的普及与推广。

本申请的一种列管式换热器管箱结构的安装过程：首先，管板5组装管束，再将组装好管束的管板5与带法兰的管箱短节6进行组焊；其次，组装第一隔板9，一般采用焊接连接不可拆的方式与管板5进行固定连接；然后，通过螺栓、螺母和垫片等强制密封元件组装第二隔板10，第二隔板10的安装采用可拆卸连接，便于检修方便；最后，通过管箱端盖7压紧安装球面膜密封盘8。在安装球面膜密封盘8前，可从介质进口接管11充入干净的水以检验分程隔板的密封性。

本申请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。

具体的，所述第二隔板10与所述第一隔板9之间的折弯角的范围设置为。优选的，折弯角可设置为90°或者120°。采用具备倾斜的折弯角有利于缓冲介质的冲击力，减少分程隔板的冲击，延长使用寿命。

实施例2

本申请的一种列管式换热器管箱结构的具体实施方式之二，参考图3所示，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，所述组合式分程隔板的第二隔板10向上弯折、以包围住与所述介质进口接管11相连通的介质进口。

实施例3

本申请的一种列管式换热器管箱结构的具体实施方式之三，参考图4所示，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，所述组合式分程隔板的第二隔板10向下弯折、以包围住与所述介质出口接管12相连通的介质出口。

实施例4

本申请的一种列管式换热器管箱结构的具体实施方式之四，参考图5所示，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，所述组合式分程隔板的第二隔板10分别向上和向下同时弯折、以包围住与所述介质进口接管11相连通的介质进口以及与所述介质出口接管12相连通的介质出口。上述第二隔板10分别向上和向下弯折的角度可以采用相同设置，也可以采用不同设置。

实施例5

本申请的一种列管式换热器管箱结构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，所述第一隔板9与所述第二隔板10之间通过焊接连接或者通过螺栓垫片强制密封连接。焊接操作和通过螺栓垫片强制密封连接均可通过人孔进入操作，由于该组合式分程隔板非整体板，便于隔板的拆装、检修和维修等作业，同时当其中某部分的隔板需要更换时，无需拆掉整体板，仅需更换损坏部分即可，从长远意义上降低了使用厂家的成本。

实施例6

本申请的一种列管式换热器管箱结构的具体实施方式之六，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，所述第一隔板9设置为一体成型结构或者设置为分段组合的可拆卸式连接结构。

采用一体成型结构的第一隔板9，无需再进行分段隔板之间的连接作业，节省安装时间；采用分段组合的可拆卸式连接结构，由于管箱的直径较大，内部组装分段的隔板，螺栓紧固的每段可从管箱端部的人孔抽出，以利于提供检修空间。

实施例7

本申请的一种列管式换热器管箱结构的具体实施方式之七，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，所述第二隔板10设置为一体成型结构或者设置为分段组合的可拆卸式连接结构。

采用一体成型结构的第二隔板10，无需再进行分段隔板之间的连接作业，节省安装时间；采用分段组合的可拆卸式连接结构，由于管箱的直径较大，内部组装分段的隔板，螺栓紧固的每段可从管箱端部的人孔抽出，以利于提供检修空间。

实施例8

本申请的一种列管式换热器管箱结构的具体实施方式之八，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，所述第一隔板9设置为弧形曲面的弹性结构。

优选的，正对介质流体进口的隔板部分设置成弧形曲面的弹性结构以承受冲击，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。由于管箱的直径较大，内部组焊一块弧形隔板，其结构具有更好的自主补偿功能和耐疲劳性。

实施例9

本申请的一种列管式换热器管箱结构的具体实施方式之九，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，所述组合式分程隔板与所述管箱短节6的内壁面通过焊接连接或者通过螺栓垫片强制密封连接。如果组合式分程隔板与所述管箱短节6的内壁面通过焊接连接，则第二隔板10上设置有人孔及人孔盖，以便人员进入检修。

实施例10

本申请的一种列管式换热器管箱结构的具体实施方式之十，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，所述组合式分程隔板设置有与所述管箱短节6的内壁面连接的隔板支撑13。

参考图4所示，所述第一隔板9的顶部增设隔板支撑13，以提高第一隔板9的强度和刚性，有利于防备流体引起的振动，避免隔板本体或其与管箱短节6之间的焊缝疲劳开裂，提高隔板的密封性能。这特别适合于管箱短节6内径较大的管箱。隔板支撑13与第一隔板9之间的连接，以及隔板支撑13与管箱短节6之间的连接，可以采用焊接或其它有效的连接方式均可。

参考图3所示，当第二隔板10向上弯折、以包围住与所述介质进口接管11相连通的介质进口时，此时的隔板支撑13设置于第一隔板9的下方。优选的，隔板支撑13与第一隔板9垂直设置。

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

Claims (4)

1.一种列管式换热器管箱结构，包括有管箱短节、管箱端盖、设置于所述管箱短节的端部与所述管箱端盖之间的密封结构，所述管箱短节设置有介质进口接管和介质出口接管，所述管箱短节的内部设置有分程隔板，所述分程隔板为由水平设置的第一隔板和沿所述第一隔板的端部弯折设置的第二隔板组成的组合式分程隔板，且所述第二隔板与所述密封结构之间留有间距，其特征在于：

所述组合式分程隔板的第二隔板分别向上和向下同时弯折、以包围住与所述介质进口接管相连通的介质进口以及与所述介质出口接管相连通的介质出口；

所述第二隔板与所述第一隔板之间的折弯角                                               设置为120°；

所述第一隔板设置为分段组合的可拆卸式连接结构；所述第二隔板设置为分段组合的可拆卸式连接结构；

正对介质流体进口的隔板部分设置为弧形曲面的弹性结构。

2.根据权利要求1所述的一种列管式换热器管箱结构，其特征在于：所述第一隔板与所述第二隔板之间通过焊接连接或者通过螺栓垫片强制密封连接。

3.根据权利要求1所述的一种列管式换热器管箱结构，其特征在于：所述组合式分程隔板与所述管箱短节的内壁面通过焊接连接或者通过螺栓垫片强制密封连接。

4.根据权利要求1所述的一种列管式换热器管箱结构，其特征在于：所述组合式分程隔板设置有与所述管箱短节的内壁面连接的隔板支撑。