CN103148731B - 一种改良的列管式换热器管箱 - Google Patents

Abstract

一种改良的列管式换热器管箱，其中，第一分程隔板的第一隔板以及第一封闭板相接以包围住与介质进口接管相连通的介质进口；第二分程隔板的第二隔板以及第二封闭板相接以包围住与介质出口接管相连通的介质出口；第一封闭板以及第二封闭板与隔膜密封结构之间均留有间距；隔膜密封结构与分程隔板之间设有顶环，管箱端盖通过隔膜密封结构抵顶顶环的一端，以使顶环的另一端抵顶第一封闭板和第二封闭板。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

一种改良的列管式换热器管箱

技术领域

本申请涉及装备工程中的列管式换热器技术，特别涉及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高温高压工况下管箱端部具有隔膜密封结构的改良的列管式换热器管箱。

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5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换热。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和管箱圆筒体进行焊接，这样使得，管箱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，也就是管箱流程，管箱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的端部与管箱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，又因为管箱内大面积的隔板装拆及人员进出管箱的空间提供存在困难，且由于球膜的存在，传统的平面隔板密封结构使得端盖与管箱隔板之间不能设置传统的压紧密封结构，造成管箱内不同流程之间的短路失效，也就是解决了外漏问题但是有引出了内漏的新问题。

第四，结构常开裂，不安全，维护困难。

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、分程效果佳、装卸效率高的管箱，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装卸效率，而且结构简单、密封性能好、分程效果佳的改良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：

提供了一种改良的列管式换热器管箱，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隔膜密封结构，所述管箱短节设置有介质进口接管和介质出口接管，所述管箱短节的内腔设置有分程隔板，其中，所述分程隔板包括有用于分隔所述管箱短节的内腔的第一分程隔板和第二分程隔板，所述第一分程隔板包括有第一隔板以及第一封闭板，所述第一隔板以及所述第一封闭板相接以包围住与所述介质进口接管相连通的介质进口；所述第二分程隔板包括有第二隔板以及第二封闭板，所述第二隔板以及所述第二封闭板相接以包围住与所述介质出口接管相连通的介质出口；所述第一封闭板以及所述第二封闭板与所述隔膜密封结构之间均留有间距；所述隔膜密封结构与所述分程隔板之间设置有顶环，所述管箱端盖通过所述隔膜密封结构抵顶所述顶环的一端，以使所述顶环的另一端抵顶所述第一封闭板和所述第二封闭板。

其中，所述顶环的外侧面与所述管箱短节的内径相配，在所述管箱端盖的作用下，所述顶环的外侧面贴紧于所述管箱短节的内壁面。

其中，所述顶环的一端与所述隔膜密封结构之间设置有环形密封垫；和/或所述顶环的另一端与所述第一封闭板以及所述第二封闭板之间设置有环形密封垫。

其中，所述第一分程隔板和所述第二分程隔板将所述管箱短节的内腔分隔为对称结构或者不对称结构。

其中，所述第一隔板与所述第二隔板之间通过接触贴合连接、螺栓强制密封连接和焊接连接中的任一种连接方式。

其中，所述第一隔板与所述管箱短节内壁面之间的间隙填充设置有条形密封垫；所述第二隔板与所述管箱短节内壁面之间的间隙填充设置有条形密封垫。

其中，所述第一隔板与所述第一封闭板之间一体成型设置或者通过螺栓强制密封连接；所述第二隔板与所述第二封闭板之间一体成型设置或者通过螺栓强制密封连接。

其中，所述管箱短节的内壁面设置有两个呈相对面设置的隔板槽，所述第一隔板和所述第二隔板均设置于所述隔板槽内，且通过密封垫与所述隔板槽紧密连接。

其中，所述隔板槽为由两条围筋组成的隔板槽。

其中，所述第一隔板为薄型的第一隔板，且所述第一隔板设置有加强筋条；所述第二隔板为薄型的第二隔板，且所述第二隔板设置有加强筋条。

本申请的有益效果：

本申请的一种改良的列管式换热器管箱，增设有两个分程隔板，以致于能够将管箱内腔分隔为两个腔室，同时还由于设置了顶环，既限定了隔板的位移，又增强了封闭板平板结构的刚度，有利于防备流体引起的振动，避免隔板的焊缝疲劳开裂，提高隔板的密封性能。该改良的列管式换热器管箱结构与现有技术相比，集多种结构优点于一体，基本是平板结构，但各平板可拆卸地组合到一起，使得零件数量少，能从管箱端部或普通大小的人孔进出，能满足管箱端部采用反向法兰和球面膜密封的要求，同时两个分程隔板之间还能相互支持，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。

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是本申请的一种改良的列管式换热器管箱的第一种局部结构示意图。

图3是本申请的一种改良的列管式换热器管箱的第二种局部结构示意图。

图4是本申请的一种改良的列管式换热器管箱的第三种局部结构示意图。

图5是本申请的一种改良的列管式换热器管箱的第四种局部结构示意图。

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：

41——管箱短节、5——球面隔膜、6——管箱端盖、7——螺柱螺母、8——介质进口接管、9——介质出口接管、10——第一隔板、11——第二隔板、12——第一封闭板、13——第二封闭板、14——顶环、

22——环形密封垫、23——条形密封垫、25——加强筋条、26——紧固件、

27——围筋、

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

本申请的一种改良的列管式换热器管箱的具体实施方式之一，参考图2所示的管箱的侧向剖视图，包括有管箱短节41、管箱端盖6、设置于所述管箱短节41的端部与所述管箱端盖6之间的隔膜密封结构，所述管箱短节41设置有介质进口接管8和介质出口接管9，所述管箱短节41的内腔设置有分程隔板，该改良的列管式换热器还具备现有技术中的列管式换热器管箱的其它基本结构功能，在安装后可充入干净的水以检验分程隔板的密封性。

本申请人创造性的改进在于：所述分程隔板包括有用于分隔所述管箱短节41的内腔的第一分程隔板和第二分程隔板，所述第一分程隔板包括有第一隔板10以及第一封闭板12，所述第一隔板10以及所述第一封闭板12相接以包围住与所述介质进口接管8相连通的介质进口；所述第二分程隔板包括有第二隔板11以及第二封闭板13，所述第二隔板11以及所述第二封闭板13相接以包围住与所述介质出口接管9相连通的介质出口；所述第一封闭板12以及所述第二封闭板13与所述隔膜密封结构之间均留有间距；所述隔膜密封结构与所述分程隔板之间设置有顶环14，所述管箱端盖6通过所述隔膜密封结构抵顶所述顶环14的一端，以使所述顶环14的另一端抵顶所述第一封闭板12和所述第二封闭板13。图2中箭头所指是介质进口接管8之后和介质出口接管9之前的介质流动方向。

螺柱上紧于管箱短节41的端部，螺母将管箱端盖6压紧于管箱短节41的端部，通过螺柱螺母7的作用，管箱端盖6和管箱短节41的端部之间夹住球面隔膜5（为上述隔膜密封结构中的一种形式），球面隔膜5的内侧压紧顶环14的一端，同时顶环14的另一端压紧第一分程隔板中的第一封闭板12以及第二分程隔板中的第二封闭板13，以确保避免第一隔板10以及第二隔板11沿管箱轴向的松动。第一隔板10与第二隔板11之间可以相互支撑以提高隔板的强度和刚性，又可以灵活的从管箱短节41的端部抽出以利于提供检修空间。

由于本申请的主要改进之处在于增设有两个分程隔板，以致于能够将管箱内腔分隔为两个腔室，同时还由于设置了顶环14，既限定了隔板的位移，又增强了封闭板平板结构的刚度，有利于防备流体引起的振动，避免隔板的焊缝疲劳开裂，提高隔板的密封性能。该列管式换热器管箱结构优点明显，设计技术简便成熟、密封性能好、结构简单、制造周期短、成本低。

具体的，所述顶环14的外侧面与所述管箱短节41的内径相配，在所述管箱端盖6的作用下，所述顶环14的外侧面贴紧于所述管箱短节41的内壁面。压紧力强，防松动效果更好。

具体的，所述顶环14的一端与所述隔膜密封结构之间设置有环形密封垫22；或者，所述顶环14的另一端与所述第一封闭板12以及所述第二封闭板13之间设置有环形密封垫22。增设了环形密封垫22在顶环14的内侧，对隔板封板与管箱内壁之间的间隙起到密封作用，如果环形密封垫22装在顶环14的外侧，则缓冲顶环14和球面隔膜5之间的硬接触。

具体的，所述第一分程隔板和所述第二分程隔板可以将所述管箱短节41的内腔分隔为对称结构，也可以是不对称的结构，图2所示为一种对称的结构，第一隔板10的长度和第二隔板11的长度一样，第一分程隔板隔出的空间和第二分程隔板隔出的空间一样大；而图3所示为一种不对称的结构，第一分程隔板隔出的空间小，第二分程隔板隔出的空间大，具体结构表现为第一隔板10的长度短，第二隔板11的长度长。当管程介质在换热中发生物性改变，例如：温床高后粘度低更容易流动，或者因为相变从液态变为气液混合态或完全变为气态而出现体积变化时，就需要变化的流道空间。不对称的结构可以是径向方向的不对称，也可以是轴向长度方向的不对称，或者其它类型的尺寸不对称。

具体的，第一封闭板12可以是平板，也可以是弧形板，如图4所示。

具体的，所述第一隔板10与所述第二隔板11之间通过接触贴合连接、螺栓强制密封连接和焊接连接中的任一种连接方式。一般地说，相互间焊接的结构用于管箱筒节的端部没有法兰的场合，以便该结构能从端部无障碍地抽出；相互接触的贴合连接和通过螺栓强制连接的结构既可用于管箱筒节的端部没有法兰的场合，也可用于管箱筒节的端部设有反向法兰的场合。

具体的，所述第一隔板10与所述管箱短节41内壁面之间的间隙填充设置有条形密封垫23；所述第二隔板11与所述管箱短节41内壁面之间的间隙填充设置有条形密封垫23。

通过螺栓强制密封连接，除了紧固件26之外，还增设了条形密封垫23，紧固件26一方面把第一隔板10和第二隔板11组合成整体、一起装进管箱中而不必分先后，另一方面，在第一隔板10和第二隔板11之间压紧一条软性的条形密封垫23，对隔板与管箱内壁之间的间隙起到密封作用。

具体的，所述第一隔板10与所述第一封闭板12之间一体成型设置或者通过螺栓强制密封连接；所述第二隔板11与所述第二封闭板13之间一体成型设置或者通过螺栓强制密封连接。

具体的，所述第一隔板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；所述第二隔板11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。

具体的，所述第一隔板10与所述第一封闭板12之间的折弯角α的范围设置为90°≤α＜180°；所述第二隔板11与所述第二封闭板13之间的折弯角α的范围设置为90°≤α＜180°。

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隔膜密封工况，也适合于类似工况的承压设备人孔。

实施例2

本申请的一种改良的列管式换热器管箱隔板的具体实施方式之二，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：参考图3所示，这是管箱的轴向视图，所述管箱短节41的内壁面设置有两个呈相对面设置的隔板槽，所述第一隔板10和所述第二隔板11均设置于所述隔板槽内，且通过密封垫与所述隔板槽紧密连接。

具体的，所述隔板槽为由两条围筋27组成的隔板槽。四条围筋27可以预先焊在管箱内壁上，每两条围筋27形成一个隔板槽，如果结构尺寸小且加工精密，则隔板与隔板槽之间不必安装柔性垫片。

另外，所述管箱防止隔板转动的结构包括焊接在内壁上的档板，或者设置在隔板、顶环14和端盖上的机构。如果所述隔板与已焊接于管箱内壁面上的隔板槽通过密封垫连接，则不再需要专门设置防转动结构。

实施例3

本申请的一种改良的列管式换热器管箱隔板的具体实施方式之三，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：参考图5所示，增设了加强筋条25，可以在第一隔板10增设也可以在第二隔板11增设，还可以同时在第一隔板10以及第二隔板11分别增设，由于增加了加强筋条25，可减薄大尺寸隔板的厚度，减轻装卸隔板的重量。

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 (10)

1.一种改良的列管式换热器管箱，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隔膜密封结构，所述管箱短节设置有介质进口接管和介质出口接管，所述管箱短节的内腔设置有分程隔板，其特征在于：所述分程隔板包括有用于分隔所述管箱短节的内腔的第一分程隔板和第二分程隔板，所述第一分程隔板包括有第一隔板以及第一封闭板，所述第一隔板以及所述第一封闭板相接以包围住与所述介质进口接管相连通的介质进口；所述第二分程隔板包括有第二隔板以及第二封闭板，所述第二隔板以及所述第二封闭板相接以包围住与所述介质出口接管相连通的介质出口；所述第一封闭板以及所述第二封闭板与所述隔膜密封结构之间均留有间距；所述隔膜密封结构与所述分程隔板之间设置有顶环，所述管箱端盖通过所述隔膜密封结构抵顶所述顶环的一端，以使所述顶环的另一端抵顶所述第一封闭板和所述第二封闭板。

2. 根据权利要求1所述的一种改良的列管式换热器管箱，其特征在于：所述顶环的外侧面与所述管箱短节的内径相配，在所述管箱端盖的作用下，所述顶环的外侧面贴紧于所述管箱短节的内壁面。

3. 根据权利要求1所述的一种改良的列管式换热器管箱，其特征在于：所述顶环的一端与所述隔膜密封结构之间设置有环形密封垫；和/或所述顶环的另一端与所述第一封闭板以及所述第二封闭板之间设置有环形密封垫。

4.根据权利要求1所述的一种改良的列管式换热器管箱，其特征在于：所述第一分程隔板和所述第二分程隔板将所述管箱短节的内腔分隔为对称结构或者不对称结构。

5.根据权利要求1所述的一种改良的列管式换热器管箱，其特征在于：所述第一隔板与所述第二隔板之间通过接触贴合连接、螺栓强制密封连接和焊接连接中的任一种连接方式进行连接。

6.根据权利要求5所述的一种改良的列管式换热器管箱，其特征在于：所述第一隔板与所述管箱短节内壁面之间的间隙填充设置有条形密封垫；所述第二隔板与所述管箱短节内壁面之间的间隙填充设置有条形密封垫。

7. 根据权利要求1所述的一种改良的列管式换热器管箱，其特征在于：所述第一隔板与所述第一封闭板之间一体成型设置或者通过螺栓强制密封连接；所述第二隔板与所述第二封闭板之间一体成型设置或者通过螺栓强制密封连接。

8. 根据权利要求1所述的一种改良的列管式换热器管箱，其特征在于：所述管箱短节的内壁面设置有两个呈相对面设置的隔板槽，所述第一隔板和所述第二隔板均设置于所述隔板槽内，且通过密封垫与所述隔板槽紧密连接。

9. 根据权利要求8所述的一种改良的列管式换热器管箱，其特征在于：所述隔板槽为由两条围筋组成的隔板槽。

10. 根据权利要求1所述的一种改良的列管式换热器管箱，其特征在于：所述第一隔板为薄型的第一隔板，且所述第一隔板设置有加强筋条；所述第二隔板为薄型的第二隔板，且所述第二隔板设置有加强筋条。