一种板壳式热交换器 |
|||||||
| 申请号 | CN202410114243.1 | 申请日 | 2024-01-28 | 公开(公告)号 | CN117848116A | 公开(公告)日 | 2024-04-09 |
| 申请人 | 李祎坤; | 发明人 | 李祎坤; | ||||
| 摘要 | 一种板壳式 热交换器 ，属于热交换器设计与制造技术领域，其主体结构由板束、 外壳 、膨胀节、混合室及分布器等构成。 管板 位于板叠的下部，承担整个换热芯的重量，同时也是壳内隔离板，将壳程分为上下两个独立的腔室，板叠上分布若干个档板。板管由波纹板片、C型镶条、横镶条及纵镶条等构成。本 发明 将管板设计在板叠的下部，管板与档板之间、档板与档板之间可形成保温层，能有效地降低由于停车而造成的热应 力 。混合室的流速可以通过侧板的间距调节。本发明充分借助外壳承载高压，提高了换热芯的抗压能力。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种板壳式热交换器，其主体结构由换热芯（1）、外壳（2）构成。构成所述换热芯（1）的主要零部件为波纹板片（110）、C型镶条（113）、横镶条（111）、纵镶条（112）。其特征在于，波纹板片（110）是由薄金属板经冲压加工而成，其周边共处一面为平直面，传热区分布有凸波纹及凹波纹，同一传热面上凸、凹波纹相间分布。C型镶条（113）为半围合状镶条，横镶条（111）、纵镶条（112）为矩形条状结构。在波纹板片（110）的上表面的周边分别焊接两条C型镶条（113），在波纹板片（110）的下表面的两个长边焊接两条纵镶条（112），在波纹板片（110）的下表面的两个短边焊接两条横镶条（111），形成1/2板管；其次将两个上述1/2板管对扣，焊接相邻镶条的对应部位，形成一个完整的板管（107）；介于两个C型镶条（113）端部的空间为乙介质出入口（即板管端部中间开孔），板管内的空腔即为板程，板程是乙介质流通的通道。然后将两个板管叠摞在一起，焊接相邻镶条的侧面，两个板管之间的空腔即为壳程，壳程是甲介质流通的通道。重复以上步骤，叠摞一定数量的板管，形成板叠。介于横镶条（111）、纵镶条（112）之间的空间为甲介质出入口（即板管端部两侧的开孔），最后在板叠前后分别加压紧板（102），形成板束（101）。 |
||||||
| 说明书全文 | 一种板壳式热交换器技术领域[0001] 本发明属于热交换器设计与制造技术领域，涉及一种板壳式热交换器板束的制造方法及由该板束构成的热交换器。 背景技术[0002] 板壳式热交换器作为目前换热效率最高的热交换器，在许多领域已经得到了广泛的应用。尤其是在石油石化的重整、歧化、甲醇、异构化等工艺，这些工艺环境苛刻，高温、高压、高热负荷，因此要求工艺线上的装备，不但要具备优良的热交换性能、而且还需具备较高的抗压能力、同时自身的热应力要小、另外还需具备抗高温介质冲击的能力。 [0003] 板壳式热交换器是一种基于压差而设计的热交换器。根据压差情况，板壳式热交换器可分为内压式及外压式两种，板程压力大于壳程压力的为内压式，否则，壳程压力大于板程压力的为外压式。 [0004] 由于压差的存在，为了保证强度、刚度的要求，内压式热交换器裹在板叠外部的压紧板及侧板，其厚度必须足够厚。但是较厚的侧板其热应力会很大，系统一旦出现较大的温差波动，压紧板、侧板与板叠端部连接部位的焊缝往往会开裂，导致介质泄露，从而使热交换器失效。 [0005] 专利 2012101479584 的芯体上端设有镶嵌结构的外侧半圆壳与内侧半圆壳，冷介质A 进入壳体后，首先充满整个壳体，然后进入换热芯进行热量交换后被加热，最后经过外侧半圆壳流出热交换器。由于连接在外侧半圆壳上的接管及膨胀节有一定的长度，因此被加热的介质A与半圆壳外侧的冷介质A又发生二次热量交换，使得流出热交换器的介质A的温度有所下降，如此降低了换热器的换热效率。外侧半圆壳的设置不但增加了换热芯的重量，同时也增加了制造成本，而且增加了换热芯向上膨胀的阻力，使得设备的热应力增大。另外，芯体是通过其上的支架悬挂在壳体内的，而支架又位于芯体上部，这样设备突然停车时，随着温度的急剧下降，引发设备向上收缩，此时芯体的重力方向和设备冷收缩方向相反，芯体的重力就成为设备冷收缩的阻碍因素，因此设备的热应力再次增大。综上所述，该专利设备的可靠性较差。 发明内容[0006] 本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，消除安全隐患，提供一种可靠性优良、耐压、耐高温差的板束及其构成的板壳式热交换器。为此，本发明所采用的技术方案是：构成板叠的主要零部件是波纹板片、C型镶条、横镶条、纵镶条。 [0008] C型镶条为半围合状镶条，横镶条、纵镶条为矩形条状结构，区别在于长度不一。 [0009] 首先在波纹板片的上表面的周边分别焊接两条C型镶条，在波纹板片的下表面的两个长边焊接两条纵镶条，在波纹板片的下表面的两个短边焊接两横条镶条，形成1/2板管；其次将两个上述1/2板管对扣，焊接相邻镶条的对应部位，形成一个完整的板管；介于两个C型镶条端部的空间为乙介质出入口，板管内的空腔即为板程，板程是乙介质流通的通道。然后将两个板管叠摞在一起，焊接相邻镶条的侧面，两个板管之间的空腔即为壳程，壳程是甲介质流通的通道。重复以上步骤，叠摞一定数量的板管，形成板叠，最后在板叠前后分别加压紧板，形成板束。 [0010] 板束上封头、板束下封头分别焊接在板叠上、下端部的中间位置，其内腔与板束的板程相通，板束的上下封头是板程的集箱，是乙介质流通的通道。 [0011] 板束上封头与乙介质入口之间、板束下封头与乙介质出口之间分别焊接有膨胀节。 [0012] 混合室位于板叠下端壳程入口处，分布器布置在混合室内。 [0014] 无论是理论分析还是工程实践经验，均表明约束是引起热应力的重要因素之一。本发明的管板承担整个换热芯的重量，可以看作是换热芯的约束部位。为了减小设备的热应力，本发明将管板设计在板叠的下部。 [0015] 相对设备的突然停车，设备的启动是预知的、可控的，这种可控包括介质进入设备时的流速、流量及升温速率等参数的可控，因此设备的升温过程可以看作是平稳的、缓慢的，如此由设备的升温造成的热膨胀可以忽略不计。设备突然停车时，温度急剧下降，设备会自发收缩，当管板设置在板叠的上部时，设备冷收缩的方向是向上的，此时板叠的重力方向和设备冷收缩方向相反，板叠的重力就成为设备冷收缩的阻碍因素，因此设备的热应力较大。当管板设置在板叠的下部时，板叠的重力方向和设备的冷收缩方向一致，因此设备的热应力较小。 [0016] 在板束上端，流入、流出的不同介质之间存在较大的温差，设备单程启动、停车时温差会更大，为了减小板束上的温差，板叠上设置若干个档板。这样就在管板与档板之间、档板与档板之间形成保温层，从而达到降低热应力的目的。 [0017] 譬如，正常换热状态下，进入壳程的甲介质温度为90℃，经换热流出时上升到480℃，进入板程乙介质温度为500℃，经换热流出时降为100℃。这样板叠上端的温差为500℃‑480℃=20℃，板叠下端的温差为100℃‑90℃=10℃，板叠上、下端的温差在设计范围内。设备运转时，假设乙介质突然中断（停车），在没有档板（即不存在保温层）的情况下，流出壳程的甲介质温度会迅速下降到90℃左右，从480℃下降到90℃是一个巨大的温差，板叠的冷缩量会很大。当存在档板的情况下，同一时刻流出壳程的甲介质温度必定会远大于90℃。可见设置挡板能有效地减小介质突然停车而造成的冷缩量，从而减小设备的热应力。 [0018] 混合室流速可调，两个侧板间的距离可以预先设置，侧板间距越小，流体速度越高。速度越高越有利于甲介质与混合料的混合。 [0019] 本发明充分利用了外壳的承载能力，使壳程压力高于板程压力，换热芯的承载能力较内压式的承载能力有了质的飞跃。 [0020] 形成1/2板管时，波纹板片与C型镶条、横镶条、纵镶条的焊接可以采用电阻滚焊、激光焊，爆炸焊等多种焊接方式。其焊缝位于板片平面与镶条之间，此处焊缝的强度主要取决于焊缝宽度。对电阻滚焊、激光焊而言，为了保证焊接的质量，可以实施多道焊。由于是板片平面与镶条之间的焊接，焊缝的宽度有足够的空间可以施展，因此焊缝能够做到结实可靠。 [0021] 由两个1/2板管形成一个完整的板管时，其焊缝位于C型镶条与C型镶条、横镶条与横镶条、纵镶条与纵镶条之间的侧面上，此处焊缝为对接形式焊缝，可以采取氩弧自动焊，由于镶条的厚度相对较厚，因此焊缝的宽度有足够的空间可以施展，焊缝能够做到结实可靠。由于焊缝平直规则，重复性高，此处焊缝可是实施自动焊，因此焊接的自动化程度高。叠摞一定数量的板管形成板叠的焊接，与单个板管的焊接有着同样的效果。附图说明 [0022] 图 1本发明板束及其构成的热交换器总装图（外壳剖视）图 2本发明热交换器总装图（仰视图） 图 3本发明热交换器外壳结构示意图 图 4本发明换热芯结构示意图 图 5本发明板叠结构示意图 图 6构成本发明1/2板管及完整板管结构示意图 图 7本发明混合室的正视图、剖视图及立体结构示意图 图 8本发明分布器结构示意图 具体实施方式[0023] 下面结合附图对本发明及其效果进一步说明。 [0025] 如图1 图2所示，本发明一种板壳式热交换器，其主体结构由换热芯1和外壳2构~成。 [0026] 如图1、图2、图4所示，板束101、膨胀节3、管板103、档板106、板束上封头104、板束下封头105、混合室4及分布器5等构成本发明的换热芯1。 [0027] 本发明的换热芯1置于外壳2内部。为了便于看清换热芯1的下部结构，本发明附图2将热交换器总装图设计成仰视方式布置。 [0028] 如图3所示，本发明外壳2由设备上封头201、设备下封头202、筒体203、裙座204等构成。整台热交换器的重量由裙座204支撑。 [0029] 在外壳2上设置设备上人孔205、设备下人孔206、混合料入口208、甲介质入口209、甲介质出口210、乙介质入口211、乙介质出口212。 [0030] 设备上人孔205、设备下人孔206是检修孔。 [0031] 在筒体203内部设置支撑圈207，即在筒体203内部设置的一台阶，整个换热芯的重量由支撑圈207支撑。如图3右侧的局部剖视图为支撑圈207结构示意图。 [0032] 管板103及档板106焊接在板束101上，管板103位于板束101的下部，管板103搁置在外壳2的支撑圈207上，管板103不仅承担整个换热芯1的重量，而且它是甲介质在壳体内的隔离板，将壳程分为上下两个独立的腔室，具有密封作用。 [0033] 无论是理论分析还是实践经验，均表明约束是引起热应力的重要原因之一。同时热应力与设备运行的可靠性紧密相关。本发明的管板103承担整个换热芯1的重量，可以看作是换热芯1的约束部位。为了减小设备的热应力，本发明将管板103设计在换热芯1的下部。 [0034] 将管板103设置在换热芯1的下部时，换热芯1的重力方向和设备的冷收缩方向一致，因此设备的热应力较小。 [0035] 换热芯1上设置若干个档板106。档板106与筒体203之间存在间隙，档板106在筒体203内可以随换热芯1上下移动，这样就在管板与档板之间、档板与档板之间形成保温层，从而达到降低热应力的目的。 [0036] 如图5 6所示，本发明板束101的形成过程：~ 构成换热芯1的主要零部件是波纹板片110，它是由薄金属板经冲压加工而成，其周边共处一面为平直面，传热区分布有凸波纹及凹波纹，同一传热面上凸、凹波纹相间分布。 [0037] 首先在波纹板片110的上表面的周边焊接两条C型镶条113，在波纹板片的下表面的周边焊接两条横镶条111及两条纵镶条112，这样形成1/2板管；其次将两个上述1/2板管对扣（图6之下图），焊接相邻镶条的对应部位，形成一个完整的板管107，板管内的空腔即为板程，板程是乙介质流通的通道。板程通道内波纹板片上的凸波纹互相接触形成触点，这些触点形成了板管的刚性支撑；然后将两个板管107叠摞在一起，焊接相邻镶条的侧面，两个板管之间的空腔即为壳程，壳程是甲介质流通的通道。壳程通道内波纹板片上的凸波纹相互接触，形成板管间的刚性支撑。重复以上步骤，叠摞一定数量的板管，形成板叠，最后在板叠前后分别加压紧板102，形成板束101。 [0038] 压紧板102为矩形板。 [0039] 本发明板束上封头104、板束下封头105分别焊接在板束101上、下端部的中间位置，其内腔与板束的板程相通，板束的上下封头是板程的集箱，是乙介质流通的通道。 [0040] 板束上封头104与乙介质入口211之间、板束下封头105与乙介质出口212之间分别焊接有膨胀节3。 [0041] 如图1 2所示，混合室4位于换热芯1下端壳程入口处，分布器5布置在混合室4内。~ [0042] 如图7所示，本发明混合室4由端板401、侧板402、连接板404等构成。 [0043] 在其中一个端板401上设置安装孔403，分布器5从安装孔403插入混合室4。混合室4焊接在换热芯1的下端部，与板束的壳程相通，是板束壳程的集箱，同时也是甲介质与混合料混合的腔室，是混合料与甲介质流通的通道。 [0044] 两个侧板402间的距离可以预先设置，侧板402的间距越小，通过的流体速度越高。 [0045] 连接板404具有分流、导流的作用。 [0047] 本发明的工作过程：甲介质首先由甲介质入口209进入热交换器，充满下部内壳后进入混合室4。混合料由混合料入口208进入分布器5，经排孔501流进混合室4。在高速流甲介质的作用下与其混合，形成混合介质分配给板束的各个壳程，混合介质在波纹板片的一个传热面形成的通道内流动，最后经板束壳程出口进入热交换器的上部内壳，然后从甲介质出口210流出热交换器。乙介质由乙介质入口211进入热交换器，经膨胀节3进入板束上封头104，然后分配给板束的各个板程，乙介质在波纹板片的另一个传热面形成的通道内流动，最后经板束下封头105汇集，经膨胀节3从乙介质出口212流出热交换器。由于两个传热面存在温度差，乙介质、混合介质在波纹板片的两侧进行换热，从而实现其换热的功能。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈