CN108981427B - 一种列管式热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列管式热交换器，一种列管式热交换器，包括：外壳，包括自上而下依次设置的上封头、壳体、下封头；上管板，连接在上封头与壳体之间；下管板，设置在壳体与下封头之间，且与下封头相连；管束，上端连接上管板且与上封头内部空间连通，下端与下管板连接且与下封头内部空间连通；所述下管板与壳体下端之间具有间隙；所述壳体上部开设有壳程入口；所述上封头上开设有管程出口和管程入口。本发明壳体与管束分离设计，壳体结构和管束结构可以自由膨胀，消除了热应力对结构的破坏作用；具有结构简单紧凑、成本低、制造容易的优点，有效地简化了设备结构，提高了设备可靠性。

Description

一种列管式热交换器

技术领域

本发明涉及一种热交换器，具体涉及一种列管式热交换器。

背景技术

换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。

铅铋冷却反应堆是***反应堆的主要发展堆型，具有运行温度高、堆芯进出口温差大等特点，堆内布置的蒸汽发生器等热交换器主要由壳体、管板、换热管、封头等组成，壳体内布置多根换热器管束，换热器管束连接在管板上，管板分别焊在壳体两端，并在其上连接有封头，还设置有流体进出口接管。

在铅铋冷却反应堆中以及其他大温差的使用环境条件下，热应力对列管式热交换器的结构影响较大，容易损坏热交换器，例如当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至破坏换热器结构完整性。此外，对于池式铅铋反应堆，需要尽量减少在反应堆容器本体上开孔，以提高反应堆的安全性，但现有技术在反应堆容器筒壁上开孔，安全性较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种列管式热交换器，使壳体与管束分离，使壳体、管束等结构自由膨胀，消除热应力对结构的有害影响。本发明采用以下技术方案：

一种列管式热交换器，包括：外壳，包括自上而下依次设置的上封头、壳体、下封头；上管板，连接在上封头与壳体之间；下管板，设置在壳体与下封头之间，且与下封头相连；管束，上端连接上管板且与上封头内部空间连通，下端与下管板连接且与下封头内部空间连通； 所述下管板与壳体下端之间具有间隙；所述壳体上部开设有壳程入口；所述上封头上开设有管程出口和管程入口。

本方案中的列管式热交换器的工作原理为：主物料从壳程入口流入壳体内，从下管板与壳体下端之间的间隙流出壳体，而介质从管程入口流入，流过管束后通过管程出口流出上封头，在这个过程中管束内的介质与管束外的主物料进行换热。铅铋冷却反应堆具有运行温度高、堆芯进出口温差大等特点，本申请的发明人在长期的研究中发现铅铋冷却反应堆的这种特点对其堆内布置的蒸汽发生器等热交换器在结构上提出了特殊的要求：热交换器在结构上需要能够适应大温差的使用环境条件，并尽量减少热应力对结构的影响。在其他类似大温差介质条件下的热交换应用中，热交换器也有这种要求。为满足上述特殊要求，发明人设计了本技术方案中的列管式热交换器结构，壳体下端与下管板不接触，在下管板与壳体下端之间设置间隙，列管式热交换器这种壳体与管束分离的设计使得壳体结构和管束结构可以自由膨胀，消除了热应力对结构的破坏作用，增加热交换器的使用寿命。

本发明所公开的结构与现有的浮头式换热器存在至少以下区别：首先，浮头式换热器无法适用于高压条件，由于其结构原因，浮头式换热器的工作压力范围在0.2~0.5MPa，而本装置能够在10MPa的高压环境下工作；其次，浮头式换热器结构不适用于池式一体化反应堆，而本装置专门为适用于池式铅铋反应堆而设计；再者，在高温环境下，壳体受热膨胀，使得壳体下端与下管板之间的间隙基本闭合，主物料从壳体上额外设置的壳程出口流出，不会影响壳侧冷却剂的流量分配。

不仅如此，本技术方案中，管程入口和管程出口均设置在上封头上，避免了在反应堆容器上的开孔和设置贯穿件，提高了反应堆的安全性。

作为本发明的一个优选方案，还包括设置在管程入口中的中心给水管，所述中心给水管的上端位于上封头外部，所述中心给水管的下端依次贯穿上封头、上管板、下管板并与下封头内部空间连通。中心给水管上端与给水***连接，中心给水管位于上封头上的管程入口内，其下端依次贯穿上封头、上管板、下管板，最终进入下封头的内部空间。使用时，主物料从壳体的上部的壳程入口进入壳体，在管束的管间自上而下流动，从壳体与下管板之间的间隙流出，或者可以从壳体上开设的壳程出口流出；介质从中心给水管流入，进入下封头后折返进入管束的传热管内，自下而上流动，带出主物料的热量。由于介质经由下封头折返进入管束，实现了给水的预热，增强了换热效果。

作为本发明间隙尺寸的优选方案，所述间隙高度为10~15mm，即壳体下端与下管板之间的距离为10~15mm，优选地，间距为13mm。当工作状态下时，壳体处于300~450°C的温度下受热膨胀，导致间隙在热态时基本闭合，不仅实现了消除管束与壳体之间的热膨胀差的作用，还不会影响壳侧冷却剂的流量分配，此时主物料可从壳体上额外开设的壳程出口流出壳体。

进一步地，中心给水管位于壳体的中心轴线上。中心给水管设置在壳体的中心轴线上，使得壳体内部的传热更加均匀。

进一步地，所述壳体下部外壁还开设有壳程出口。壳程出口的设置使得当间隙在热态基本关闭时，主物料能够通过壳程出口流出壳体。

进一步地，所述壳程出口和壳程入口的形状为矩形。壳程出口和壳程入口设置为矩形槽能够进一步增大流通面积。

进一步地，作为壳体的优选结构，所述壳体为中空圆筒。

进一步地，所述壳体由不锈钢制成。不锈钢材质不仅确保壳体具备足够的刚度，同时，在工作温度下，壳体下端能够产生一定形变以封闭间隙，避免主物料从间隙中流出。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的列管式热交换器采用了壳体与管束分离的设计，壳体结构和管束结构可以自由膨胀，消除了热应力对结构的破坏作用，同时，间隙在热态时基本闭合，不仅实现了消除管束与壳体之间的热膨胀差的作用，还不会影响壳侧冷却剂的流量分配；

2、本发明的列管式热交换器的管程入口和管程出口均设置在热交换器的上封头上，避免了在反应堆容器上的开孔和设置贯穿件，提高了反应堆的安全性；

3、本发明的列管式热交换器使得介质经由下封头折返进入管束，实现了给水的预热，增强了换热效果；

4、本发明的列管式热交换器，结构简单紧凑、成本低、制造容易，有效地简化了设备结构，提高了设备可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的列管式热交换器结构示意图；

图2为本发明具体实施例的列管式热交换器的下部结构局部示意图。

附图标记及对应的零部件名称：

1-上封头，2-上管板，3-中心给水管，4-管束，5-折流板，6-壳体，7-下管板，8-下封头，9-壳程入口，10-壳程出口，11-管程入口，12-管程出口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

【实施例1】

如图1和图2所示，一种列管式热交换器，包括：

外壳，包括自上而下依次设置的上封头1、壳体6、下封头8；

上管板2，连接在上封头1与壳体6之间；

下管板7，设置在壳体6与下封头8之间，且与下封头8相连；

管束4，上端连接上管板2且与上封头1内部空间连通，下端与下管板7连接且与下封头8内部空间连通；

所述下管板7与壳体6下端之间具有间隙；所述壳体6上部开设有壳程入口9；所述间隙高度为10~15mm；

所述上封头1上开设有管程出口12和管程入口11；

所述壳体6下部外壁还开设有壳程出口10。

本实施例中，主物料从壳体6的上部的壳程入口9流入壳体6内，在管束4的管间自上而下流动，从壳程出口10流出壳体6，而介质从管程入口11流入，流过管束4后通过管程出口12流出上封头1，在这个过程中管束4内的介质与管束4外的主物料进行换热。

在处于工作温度时，例如450°C下，壳体6下端与下管板7之间的间隙基本闭合，消除了热应力的同时主物料仅从壳程出口10流出，不会影响壳侧冷却剂的流量分配。另外，管程入口11和管程出口12均设置在上封头1上，避免了在反应堆容器上的开孔和设置贯穿件，提高了反应堆的安全性。

应用在铅铋冷却反应堆时，主物料为一次侧铅铋冷却剂，介质为二次侧给水。

【实施例2】

在实施例1的基础上，本实施例还包括设置在管程入口11中的中心给水管3，所述中心给水管3的上端位于上封头1外部，所述中心给水管3的下端依次贯穿上封头1、上管板2、下管板7并与下封头8内部空间连通。

使用时，主物料从壳体6的上部的壳程入口9进入壳体6，在管束4的管间自上而下流动，从壳程出口10流出；介质从中心给水管3流入，进入下封头后8折返进入管束4的传热管内，自下而上流动，通过管程出口12流出上封头1，在这个过程中管束4的管道内的介质与管束4的管道外的主物料进行换热，带出主物料的热量。由于介质经由下封头8折返进入管束4，实现了介质的预热，增强了换热效果。

【实施例3】

在实施例2的基础上，本实施例中，中心给水管3位于壳体6的中心轴线上；所述壳程出口10和壳程入口9的形状为矩形；所述壳体6为中空圆筒；壳体6由不锈钢制成。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种列管式热交换器，包括：

外壳，包括自上而下依次设置的上封头（1）、壳体（6）、下封头（8）；

上管板（2），连接在上封头（1）与壳体（6）之间；

下管板（7），设置在壳体（6）与下封头（8）之间，且与下封头（8）相连；

管束（4），上端连接上管板（2）且与上封头（1）内部空间连通，下端与下管板（7）连接且与下封头（8）内部空间连通；其特征在于，

所述下管板（7）与壳体（6）下端之间具有间隙；所述壳体（6）上部开设有壳程入口（9）；

所述上封头（1）上开设有管程出口（12）和管程入口（11）。

2.根据权利要求1所述的一种列管式热交换器，其特征在于，还包括设置在管程入口（11）中的中心给水管（3），所述中心给水管（3）的上端位于上封头（1）外部，所述中心给水管（3）的下端依次贯穿上封头（1）、上管板（2）、下管板（7）并与下封头（8）内部空间连通。

3.根据权利要求2所述的一种列管式热交换器，其特征在于，所述间隙高度为10~15mm。

4.根据权利要求2所述的一种列管式热交换器，其特征在于，所述中心给水管（3）位于壳体（6）的中心轴线上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种列管式热交换器，其特征在于，所述壳体（6）下部外壁还开设有壳程出口（10）。

6.根据权利要求5所述的一种列管式热交换器，其特征在于，所述壳程出口（10）和壳程入口（9）的形状为矩形。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的一种列管式热交换器，其特征在于，所述壳体（6）为中空圆筒。

8.根据权利要求7所述的一种列管式热交换器，其特征在于，所述壳体（6）由不锈钢制成。