列管式换热器.pdf

本发明公开了一种列管式换热器，旨在提供一种能有效地实现两种液体间的热交换，具有温差补偿能力，可防止壳体与换热管之间因温差应力过大而导致受损的换热器。其包括管程部、壳程部、若干支架，管程部包括管程进管、管程出管、多根换热管，壳程部包括换热器外壳体、壳程进管、壳程出管，换热器外壳体由封头、壳头、管箱构成，壳头与管箱之间设有固定管板，封头与管箱之间设有封头管板，一块管程隔流板将壳头内部隔成管程进流腔、管程出流腔，管箱上设有膨胀节。本发明的有益效果是：可以通过膨胀节处相对易变形的特点，配合可滑动的封头管板，起到结构性的温差补偿作用，避免温差应力过大而造成的结构损坏。

权利要求书
1.  一种列管式换热器，其特征是，包括管程部、壳程部、若干支架，所述的管程部包括管程进管、管程出管、多根换热管，所述的壳程部包括横置的换热器外壳体、壳程进管、壳程出管，所述的换热器外壳体由封头、壳头、两端为通口的管箱共同构成，所述的壳头与管箱之间设有固定管板，所述的封头与管箱之间设有封头管板，所述的换热管两端分别连接在固定管板、封头管板上，所述的换热管处在管箱内，换热管的一端连通至封头内部，换热管的另一端连通至壳头内部，所述的管程进管、管程出管均连接在壳头上，所述的壳程进管、壳程出管均连接在管箱上，一块管程隔流板将壳头内部隔成与管程进管连通的管程进流腔、与管程出管连通的管程出流腔，所述的管箱上设有膨胀节，所述的膨胀节壁厚小于管箱壁厚，所述的膨胀节将管箱隔断为两个半箱段，所述的膨胀节包括两个收口斜环板、一个外封环板，两个收口斜环板分别连接在两个半箱段上，两个半箱段的箱壁之间间隙为膨胀槽口，所述的膨胀槽口的水平宽度小于两个收口斜环板之间的最小水平间距，所述的收口斜环板、外封环板、半箱段为一体成型结构。

2.  根据权利要求1所述的列管式换热器，其特征是，所述的管箱一端通口处设有阶梯翻边缘，所述的封头上设有阶梯翻边缘，管箱上的阶梯翻边缘与封头上的阶梯翻边缘密封对接，且在对接处形成颈管，所述的颈管内设有贴在颈管内壁上的填料函管，填料函管的口径大于管箱口径，所述的封头管板处在填料函管内，所述的封头管板与填料函管的内管壁之间互相密封且滑动连接。

3.  根据权利要求2所述的列管式换热器，其特征是，所述的填料函管的内管壁上设有填料斜封环，所述的填料斜封环处在封头管板与封头之间，所述的填料斜封环具有斜封低端、斜封高端，所述的斜封高端与封头上的阶梯翻边缘接触，所述的斜封低端与封头管板接触。

4.  根据权利要求1所述的列管式换热器，其特征是，所述的管箱内设有若干折流板，所述的折流板与管箱的长度方向垂直。

5.  根据权利要求1所述的列管式换热器，其特征是，所述的管程进流腔内设有搅动叶轮，所述的搅动叶轮包括若干搅动叶片、一根与壳头转动连接的转轴，所述的转轴一端伸入壳头的壁中，转轴另一端伸入固定管板中，所述的管程进管的进液方向朝向搅动叶轮。

6.  根据权利要求5所述的列管式换热器，其特征是，所述的管箱另一端通口处设有法兰缘，所述的壳头上设有法兰缘，管箱上的法兰缘与壳头上的法兰缘分别贴压在固定管板的两个板面上，管箱上的法兰缘、固定管板、壳头上的法兰缘之间通过螺栓固定，还包括若干贮杂兜，所述的贮杂兜包括兜体、兜管，所述的兜管外侧壁与管程隔流板上的贮杂孔螺纹连接，所述的兜管的进口朝向搅动叶轮，所述的兜管处在管程进流腔内，所述的兜体处在管程出流腔内。

7.  根据权利要求1所述的列管式换热器，其特征是，所述的膨胀节外设有弹性水冷套、弹性进水管、弹性出水管，所述的弹性水冷套、弹性进水管、弹性出水管外设有定位钢套，所述的弹性水冷套与膨胀节之间形成水冷环道，所述的弹性水冷套靠近管箱壁的一端与两个收口斜环板的外壁贴紧密封，所述的弹性进水管连接一进水管路，所述的弹性出水管连接一出水管路，所述的进水管路连通至冷却水供水泵。

8.  根据权利要求7所述的列管式换热器，其特征是，所述的壳程进管上设有反馈调节部，所述的反馈调节部包括反馈接收阀、反馈管路，所述的反馈接收阀包括阀壳、调节弹簧、滑动阀芯，所述的滑动阀芯的一端连接调节弹簧的一端，调节阀芯的另一端接触阀壳，调节弹簧的另一端接触阀壳，所述的阀壳通过两个调节连通口接通在壳程进管上，所述的滑动阀芯将两个调节连通口隔开，所述的滑动阀芯上设有将两个调节连通口连通起来的阀芯内道，所述的阀芯内道内口径与壳程进管内口径一致，阀壳上接触调节阀芯处设有反馈口，所述的反馈口与反馈管路一端连通，反馈管路另一端连通至进水管路。

9.  根据权利要求7或8所述的列管式换热器，其特征是，所述的弹性水冷套上设有一对头部朝向外封环板的胀形凸起环，所述的胀形凸起环的尾端与弹性水冷套相连，所述的胀形凸起环与弹性水冷套为一体成型结构。

说明书列管式换热器
技术领域
本发明属于化工换热技术领域，尤其涉及一种列管式换热器。
背景技术
换热器是进行热量传递的工艺设备，其在炼油、石化工业及其他一般化学工业中被广泛应用。例如冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等。换热器由于使用条件的多样性（腐蚀性、温度、压力、介质、杂质、热交换量等），也需要有合理的结构及形式。
列管式换热器（管壳式换热器）是目前应用最广泛的传热设备之一，其将两种液体进行热交换的方式为：一种液体流过壳体内、换热管外，另一种液体流过换热管内，换热管内外进行热交换，从而实现其功能。
目前的列管式换热器，虽然能较好地实现换热功能，但在实际应用中，经常会有壳壁与管壁温差大的状况（两种液体温差较大等因素所致），导致壳体与换热管的受热伸长量明显不同，会在壳体与换热管之间产生相当大的温差应力以及结构间的挤压破坏力，导致设备严重受损。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的不足，提供了一种能有效地实现两种液体间的热交换，工作过程中具有结构性温差补偿能力，可防止壳体与换热管之间因温差应力过大而导致结构受损的换热器。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种列管式换热器，包括管程部、壳程部、若干支架，所述的管程部包括管程进管、管程出管、多根换热管，所述的壳程部包括横置的换热器外壳体、壳程进管、壳程出管，所述的换热器外壳体由封头、壳头、两端为通口的管箱共同构成，所述的壳头与管箱之间设有固定管板，所述的封头与管箱之间设有封头管板，所述的换热管两端分别连接在固定管板、封头管板上，所述的换热管处在管箱内，换热管的一端连通至封头内部，换热管的另一端连通至壳头内部，所述的管程进管、管程出管均连接在壳头上，所述的壳程进管、壳程出管均连接在管箱上，一块管程隔流板将壳头内部隔成与管程进管连通的管程进流腔、与管程出管连通的管程出流腔，所述的管箱上设有膨胀节，所述的膨胀节壁厚小于管箱壁厚，所述的膨胀节将管箱隔断为两个半箱段，所述的膨胀节包括两个收口斜环板、一个外封环板，两个收口斜环板分别连接在两个半箱段上，两个半箱段的箱壁之间间隙为膨胀槽口，所述的膨胀槽口的水平宽度小于两个收口斜环板之间的最小水平间距，所述的收口斜环板、外封环板、半箱段为一体成型结构。
作为优选，所述的管箱一端通口处设有阶梯翻边缘，所述的封头上设有阶梯翻边缘，管箱上的阶梯翻边缘与封头上的阶梯翻边缘密封对接，且在对接处形成颈管，所述的颈管内设有贴在颈管内壁上的填料函管，填料函管的口径大于管箱口径，所述的封头管板处在填料函管内，所述的封头管板与填料函管的内管壁之间互相密封且滑动连接。
作为优选，所述的填料函管的内管壁上设有填料斜封环，所述的填料斜封环处在封头管板与封头之间，所述的填料斜封环具有斜封低端、斜封高端，所述的斜封高端与封头上的阶梯翻边缘接触，所述的斜封低端与封头管板接触。
作为优选，所述的管箱内设有若干折流板，所述的折流板与管箱的长度方向垂直。
作为优选，所述的管程进流腔内设有搅动叶轮，所述的搅动叶轮包括若干搅动叶片、一根与壳头转动连接的转轴，所述的转轴一端伸入壳头的壁中，转轴另一端伸入固定管板中，所述的管程进管的进液方向朝向搅动叶轮。
作为优选，所述的管箱另一端通口处设有法兰缘，所述的壳头上设有法兰缘，管箱上的法兰缘与壳头上的法兰缘分别贴压在固定管板的两个板面上，管箱上的法兰缘、固定管板、壳头上的法兰缘之间通过螺栓固定，还包括若干贮杂兜，所述的贮杂兜包括兜体、兜管，所述的兜管外侧壁与管程隔流板上的贮杂孔螺纹连接，所述的兜管的进口朝向搅动叶轮，所述的兜管处在管程进流腔内，所述的兜体处在管程出流腔内。
作为优选，所述的膨胀节外设有弹性水冷套、弹性进水管、弹性出水管，所述的弹性水冷套、弹性进水管、弹性出水管外设有定位钢套，所述的弹性水冷套与膨胀节之间形成水冷环道，所述的弹性水冷套靠近管箱壁的一端与两个收口斜环板的外壁贴紧密封，所述的弹性进水管连接一进水管路，所述的弹性出水管连接一出水管路，所述的进水管路连通至冷却水供水泵。
作为优选，所述的壳程进管上设有反馈调节部，所述的反馈调节部包括反馈接收阀、反馈管路，所述的反馈接收阀包括阀壳、调节弹簧、滑动阀芯，所述的滑动阀芯的一端连接调节弹簧的一端，调节阀芯的另一端接触阀壳，调节弹簧的另一端接触阀壳，所述的阀壳通过两个调节连通口接通在壳程进管上，所述的滑动阀芯将两个调节连通口隔开，所述的滑动阀芯上设有将两个调节连通口连通起来的阀芯内道，所述的阀芯内道内口径与壳程进管内口径一致，阀壳上接触调节阀芯处设有反馈口，所述的反馈口与反馈管路一端连通，反馈管路另一端连通至进水管路。
所述的弹性水冷套上设有一对头部朝向外封环板的胀形凸起环，所述的胀形凸起环的尾端与弹性水冷套相连，所述的胀形凸起环与弹性水冷套为一体成型结构。
本发明的有益效果是：能有效进行两种液体的换热，当换热器壳体与换热管受热伸长量之差较大时，可以通过膨胀节处相对易变形的特点，配合整个管箱的伸长来实现结构性温差补偿，避免温差应力过大而造成的结构损坏；同时还具备可滑动的封头管板，能随着换热管的伸长而横向滑动，也能起到结构性的温差补偿作用；又具有搅动叶轮结构，能避免杂质粘附集聚，保证换热管内流通顺畅，并配合贮杂兜来实现大体积杂质的收集，避免大杂质影响壳头内液体流动的顺畅性；具有针对膨胀节的水冷管路，避免本身相对刚性较差、易变形的膨胀节因受高温高压而引起的损坏；水冷管路与膨胀节配合形成反馈系统，当壳程内压过大时可以反馈、自动调节进液量，实现对整体结构的动态保护。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明搅动叶轮处的结构示意图；
图3是本发明颈管处的结构示意图；
图4是本发明膨胀节处的结构示意图；
图5是本发明出水管路处的结构示意图；
图6是本发明反馈接收阀处的结构示意图；
图7是本发明反馈口处的结构示意图。
图中：支架1、管程进管2、管程出管3、换热管4、壳程进管5、壳程出管6、封头7、壳头8、管箱9、固定管板10、封头管板11、管程隔流板12、管程进流腔13、管程出流腔14、膨胀节15、收口斜环板16、外封环板17、阶梯翻边缘18、填料函管19、填料斜封环20、折流板21、搅动叶片22、转轴23、法兰缘24、兜体25、兜管26、弹性水冷套27、弹性进水管28、弹性出水管29、定位钢套30、水冷环道31、进水管路32、出水管路33、反馈接收阀34、反馈管路35、阀壳36、调节弹簧37、滑动阀芯38、调节连通口39、阀芯内道40、反馈口41、胀形凸起环42。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示的实施例中，一种列管式换热器，包括管程部、壳程部、若干支架1，所述的管程部包括管程进管2、管程出管3、多根换热管4，所述的壳程部包括横置的换热器外壳体、壳程进管5、壳程出管6，所述的换热器外壳体由封头7、壳头8、两端为通口的管箱9共同构成，所述的壳头与管箱之间设有固定管板10，所述的封头与管箱之间设有封头管板11，所述的换热管两端分别连接在固定管板、封头管板上，所述的换热管处在管箱内，换热管的一端连通至封头内部，换热管的另一端连通至壳头内部，所述的管程进管、管程出管均连接在壳头上，所述的壳程进管、壳程出管均连接在管箱上，一块管程隔流板12将壳头内部隔成与管程进管连通的管程进流腔13、与管程出管连通的管程出流腔14，所述的管箱上设有膨胀节15，所述的膨胀节壁厚小于管箱壁厚，所述的膨胀节将管箱隔断为两个半箱段，所述的膨胀节包括两个收口斜环板16、一个外封环板17，两个收口斜环板分别连接在两个半箱段上，两个半箱段的箱壁之间间隙为膨胀槽口，所述的膨胀槽口的水平宽度小于两个收口斜环板之间的最小水平间距，所述的收口斜环板、外封环板、半箱段为一体成型结构。
本发明工作时，一种液体从管程进管进入，经与管程进流腔连通的换热管群流入至封头，再经与管程出流腔连通的换热管群、管程出管流出；另一种液体从壳程进管流入，流经管箱内部后从壳程出管流出，两种液体通过换热管的管壁进行热交换，结构合理，换热高效。当换热器外壳体（主要为管箱）受热伸长时，由于其壁厚远大于换热管等原因，很多时候其伸长量显然不及换热管的伸长量，此时由于膨胀节的存在，可以降低管箱伸长难度，辅助弥补换热器外壳体伸长量过小的缺点，减少结构间温差应力。
所述的管箱一端通口处设有阶梯翻边缘18，所述的封头上设有阶梯翻边缘，管箱上的阶梯翻边缘与封头上的阶梯翻边缘密封对接，且在对接处形成颈管，所述的颈管内设有贴在颈管内壁上的填料函管19，填料函管的口径大于管箱口径，所述的封头管板处在填料函管内，所述的封头管板与填料函管的内管壁之间互相密封且滑动连接。填料函是机械工程中常用的密封结构，其可由环氧树脂胶泥等多种材料构成，通常视使用环境而定。填料函管主要的作用就是密封，以及配合与封头管板相对滑动。当换热器外壳体（主要为管箱）与换热管的温差大、受热伸长量差异明显时，换热管会相对换热器外壳体明显地缩短或伸长，此时，长度变化的换热管会带着封头管板一起横向移动，封头管板在颈管内沿着颈管轴线方向滑动，提供了结构性温差补偿，从而消除了换热管长度相对变化大而造成的结构挤压，大大减少了温差应力，保障了整体结构的稳定牢靠。
所述的填料函管的内管壁上设有填料斜封环20，所述的填料斜封环处在封头管板与封头之间，所述的填料斜封环具有斜封低端、斜封高端，所述的斜封高端与封头上的阶梯翻边缘接触，所述的斜封低端与封头管板接触。封头管板之所以横移，是因为换热管受热伸长带动封头管板移动，而封头处由于受热，也会变形膨胀，当两种液体尤其是流经管程部的液体温度不是很高时，封头膨胀量有限，此时管板与颈管之间的密封性仍能较好地保证，但当两种液体尤其是流经管程部的液体温度较高时，封头管板会向着封头移动不少距离，此时封头受热膨胀量较大、颈管内径变化量较大，可能导致封头管板与颈管之间密封性变得很差甚至不密封，此时由于填料斜封环的存在，能够有效地保证封头管板侧缘与颈管内壁之间的贴紧、贴合，充分保证密封，维持工作过程稳定。
所述的管箱内设有若干折流板21，所述的折流板与管箱的长度方向垂直。在管箱内部流通的液体，会被折流板所隔成的流道所导流，从而形成相对长度更长的流通通道，变相缩减了流通口径、增大了热交换时间，良好地提升了换热效率。
所述的管程进流腔内设有搅动叶轮，所述的搅动叶轮包括若干搅动叶片22、一根与壳头转动连接的转轴23，所述的转轴一端伸入壳头的壁中，转轴另一端伸入固定管板中，所述的管程进管的进液方向朝向搅动叶轮。在许多情况下，液体内都是含有杂质的，尤其是一些小体积杂质或絮状杂质，普通过滤无法分离，不可能仅为了热交换的收益而花高成本将其清除，因此热交换时其会必然会存留在液体中。一种液体是从管程进管进入管程进流腔的，理论上来说，小体积杂质、絮状杂质若能均匀地分布在液体中，就能随着液体一起流入换热管并顺利流出，不会造成局部阻塞。但实际上，由于各种因素，杂质并不一定会均匀的分布在液体中，尤其是管程进流腔的口径显然大于管程进管，液体在管程进流腔内流速减慢，絮状杂质、小体积杂质易临时沉积、互相粘附，形成体积更大的杂质，这个时候体积较大的杂质就会阻塞孔径相对很小的换热管，导致换热不顺利。而搅动叶轮的存在，使得液体从管程进管进入后先冲击搅动叶片，带动搅动叶轮转动，转动过程中，在管程进流腔内形成搅动流，使得絮状杂质、小体积杂质无法临时沉积，也不能良好地互相粘附，而是会被均匀打散在液体中，从而能够顺利地随着液体进入换热管并流出，防止了换热管的阻塞，保障了换热过程的顺利进行。
所述的管箱另一端通口处设有法兰缘24，所述的壳头上设有法兰缘，管箱上的法兰缘与壳头上的法兰缘分别贴压在固定管板的两个板面上，管箱上的法兰缘、固定管板、壳头上的法兰缘之间通过螺栓固定，还包括若干贮杂兜，所述的贮杂兜包括兜体25、兜管26，所述的兜管外侧壁与管程隔流板上的贮杂孔螺纹连接，所述的兜管的进口朝向搅动叶轮，所述的兜管处在管程进流腔内，所述的兜体处在管程出流腔内。管箱、壳头之间通过法兰缘、螺栓连接固定，因此拆卸起来也是较为方便的。贮杂兜与贮杂孔螺纹连接，因此也是便于拆装的部件。当管程进流腔内的小体积杂质、絮状杂质等因流速变化、受热粘附等各种因素沉积、吸引、粘附在一起时，会形成较大的杂质，这些体积较大的杂质数量虽少，但易对换热管造成堵塞。搅动叶轮会一直转动，在管程进流腔内形成一定的旋流和离心流，大杂质就会被时不时地推到远离搅动叶轮的腔壁上，然后随着腔内乱流再次无序流动。而配合贮杂兜，则能使得这些中大体积的杂质被搅动叶轮推开后，进入到贮杂兜中，并且一旦进入，由于贮杂兜内相对乱流、紊流小，杂质就很难再离开贮杂兜了，从而保证了管程进流腔内不会有中大体积杂质的积留，避免导热管堵塞。当本发明工作完成后，则可以方便地卸下贮杂兜进行杂质清理。
所述的膨胀节外设有弹性水冷套27、弹性进水管28、弹性出水管29，所述的弹性水冷套、弹性进水管、弹性出水管外设有定位钢套30，所述的弹性水冷套与膨胀节之间形成水冷环道31，所述的弹性水冷套靠近管箱壁的一端与两个收口斜环板的外壁贴紧密封，所述的弹性进水管连接一进水管路32，所述的弹性出水管连接一出水管路33，所述的进水管路连通至冷却水供水泵。弹性水冷套、弹性进水管、弹性出水管是用于通过冷却水的。膨胀节由于其自身的功能性，且壁厚小于管箱壁厚，是更易变形的，因此其刚性、强度等显然是整个管箱结构上最弱的，因此当壳程处在内压高、温度高等状况下时，膨胀节虽然进行了温差补偿，但是其最易胀形、受损的特点也是必然存在。冷却水从由冷却水供水泵起，经过进水管路、弹性进水管、弹性水冷套、弹性出水管、出水管路，从而对整个膨胀节进行有效的外部水冷，从而在一定程度上避免了膨胀节处温度偏高，适度维持其刚性，防止其变形过度。从而对整个管箱结构上较弱的位置进行了有效保护。
所述的壳程进管上设有反馈调节部，所述的反馈调节部包括反馈接收阀34、反馈管路35，所述的反馈接收阀包括阀壳36、调节弹簧37、滑动阀芯38，所述的滑动阀芯的一端连接调节弹簧的一端，调节阀芯的另一端接触阀壳，调节弹簧的另一端接触阀壳，所述的阀壳通过两个调节连通口39接通在壳程进管上，所述的滑动阀芯将两个调节连通口隔开，所述的滑动阀芯上设有将两个调节连通口连通起来的阀芯内道40，所述的阀芯内道内口径与壳程进管内口径一致，阀壳上接触调节阀芯处设有反馈口41，所述的反馈口与反馈管路一端连通，反馈管路另一端连通至进水管路。当壳程内为高温、高压液体状态时，尤其是当壳程进管处的平均进液量较大时，整个换热器外壳体尤其是管箱会受到很大的压力，此时最敏感的结构莫过于膨胀节，其通过两个收口斜环板的相对分离，以及收口斜环板、外封环板的向外胀形来进行适应性调节和变化。而当膨胀节膨胀程度很大，接近临界值时，膨胀节的外壁与弹性进水管贴紧，此时整个水冷被隔断，冷却水不能通向出水管路，转而流向反馈管路、反馈口，从而在壳程内压过大时形成反馈流，这股反馈流逐渐增压，推动滑动阀芯压缩调节弹簧，使得壳程进管的实际进流口径缩减，从而起到了节流的效果，一旦节流，则壳程内压立即降低，此时膨胀节处的胀形自然会减少，回复一定形态，如此则包括水冷环道在内的整个冷却水管路再次变为通路，壳程进管的实际进流口径也相应再次变大。这个过程是动态的，其触发起始点为整个管箱结构上最敏感、刚度最弱的膨胀节，即时性高、反应快，而通过膨胀节的反应（变形）配合上反馈系统，自动实现节流调整，可对整体结构进行有效的保护。
所述的弹性水冷套上设有一对头部朝向外封环板的胀形凸起环42，所述的胀形凸起环的尾端与弹性水冷套相连，所述的胀形凸起环与弹性水冷套为一体成型结构。胀形凸起环能更好的与胀形后的膨胀节配合密封，从而阻断水冷环道，且密封位置为胀形凸起环与外封环板的接触位置，不再需要整个膨胀头胀形到接近极限才能实现断流，可防止膨胀节胀形过度，调节灵敏度更高、密封效果更好，进一步降低膨胀节受损的可能性。