一种复合式结构的换热器制造技术

本发明专利技术公开一种复合式结构的换热器，包括管板、限定一壳程空间的壳程筒体、穿过所述壳程空间的多根换热管、处在壳程筒体内沿换热管长度方向设置的多块折流板，所述管板与壳程筒体、换热管连接为一体，所述换热管包括内层换热管和将内层换热管包围在里侧的外层换热管，所述外层换热管的轴向刚度小于内层换热管的轴线刚度。本装置有效地解决了管板边缘、周边换热管及壳体端部之间所存在的较大的温差应力，也解决了管板过厚而造成的难以安装和工艺复杂等问题，提高了换热设备的经济性及安全性、可靠性，延长了换热设备的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热量交换
，具体涉及一种复合式结构的换热器。
技术介绍
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，管壳式换热器是一种常见的 热量交换设备，被广泛地应用于各种工艺过程中，比如化工工艺、环境工程工艺、能量回收 利用系统中。管壳式换热器主要结构由封头、管束、筒体、管板、换热管等一系列组件连接而 成，换热管是主要的传热元件；管板与筒体、管束和管箱连接，同时还承受热膨胀和以上三 部件传递来的载荷，是承受压力的主要元件和管壳式换热器强度的关键结构部件。其中，进 行换热的流体有两种，一种是在换热管内流动，称为管程流体；另一种是在换热管外流动， 称为壳程流体。流体每通过管束一次称为一个管程，每通过壳体一次称为一个壳程。管箱 和换热管内是一种介质，承受管程压力；壳体和换热管外是另一介质，承受壳程压力；一般 管程侧和壳程侧压力、介质温度均不相同。 因此换热器合理的结构设计和力学性能的改善对于提高换热设备的经济性及安 全性、可靠性，延长寿命有着重要的意义。 当管程和壳程介质温差较大时，或换热管束与壳体采用两种线膨胀系数相差较大 的材料时，壳体的热膨胀量和换热管的热膨胀量相差较大。壳体和换热管通过管板间接相 连，它们相互约束，导致管板、换热管及壳体局部区域存在较大的温差应力，为提高换热设 备的经济性及安全性、可靠性，现有技术已经作出了改进，如下：①波纹管换热器，使用带波 纹的换热管作为主要的传热元件，具有较强的温差变形补偿能力和较大的膜传热系数，但 是标准规定只适用于管壳程设计压力不大于4MPa的场合，不适用于压力较高和直径较大 的的场合；②壳程设置膨胀节的直管换热器，使用光滑的直管作为主要的传热元件，在壳程 筒体设置膨胀节，以起到释放温差应力的作用，但承受压力载荷的能力下降，且需要增加管 板厚度；③预变形安装制造，预变形与工作过程温差变形相反，预变形抵消部分温差变形， 降低温差应力，但是预变形的操作工况易对换热管产生潜在的损伤，尤其是在有腐蚀介质 的情况下，会影响换热器的使用性能，其次，预变形制造工艺复杂，无法精确计算预变形量。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种复合式结构的换热器。本装置 有效地解决了管板边缘、周边换热管及壳体端部之间所存在的较大的温差应力，也解决了 管板过厚而造成的难以安装和工艺复杂等问题，提高了换热设备的经济性及安全性、可靠 性，延长了换热设备的使用寿命。 为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案： -种复合式结构的换热器，包括管板、限定一壳程空间的壳程筒体、穿过所述壳程 空间的多根换热管、处在壳程筒体内沿换热管长度方向设置的多块折流板，所述管板与壳 程筒体、换热管连接为一体，所述换热管包括内层换热管和将内层换热管包围在里侧的外 层换热管，所述外层换热管的轴向刚度小于内层换热管的轴线刚度。 优选的，所述内层换热管为刚性换热管，外层换热管为柔性换热管。 优选的，所述柔性换热管沿壳程筒体的环向均匀分布。 优选的，所述柔性换热管环绕在刚性换热管的外侧，且所述柔性换热管设置为一 层或多层。 更为优选的，所述柔性换热管设为波节管。 进一步的，多根所述柔性换热管环绕而成的外管体组的中心线与多根所述刚性换 热管围成的内管体组的中心线彼此重合。 进一步的，处于中心区域的所述刚性换热管围设呈正多边形或正方形或同心圆的 排列方式。 进一步的，所述折流板通过两端均固定在管板上的拉杆以及套在拉杆上的定距管 均匀地固定在壳程筒体内，且所述折流板的板面与所述换热管的轴线垂直设置。 本专利技术的有益效果在于：1)、本专利技术实质上是将外层换热管束中设置为柔性元件，即作为柔性元件的外层 换热管的轴向刚度小于内层换热管的轴线刚度。本专利技术根据具体情况在管板布管区周边设 置一定层数的柔性换热管（即作为柔性元件的外层换热管），换热管束与壳程筒体的轴向 温差变形主要由柔性换热管和管板的弯曲变形吸收，解决了壳程筒体与换热管束轴向温差 变形的协调问题。管程压力及壳程压力在不布管区产生的轴向应力由壳程筒体承受，壳程 筒体轴向承载能力不会下降，管程筒体的轴向承载和管板周边的壳程压力承载不会传给管 板和换热管。本专利技术中的技术方案具有普遍的适用性，有效地解决了管板边缘、周边换热管 因高温差产生的高应力及管板过厚的问题，提高了换热设备的经济性及安全性、可靠性。 2)、本专利技术在柔性换热管布管区的中心区域设置一定数量的刚性换热管，从而管 板布管区管桥上压力载荷产生的轴向应力主要由刚性换热管承受，克服了柔性管换热器承 压能力差，容易发生管束整体轴向失稳的缺点。保证了本专利技术的可靠性。 3)、本专利技术提供的柔性管与刚性管复合式换热器相较于波纹管换热器在相同的设 计压力、设计温度下相比，管板厚度大幅减薄，可实现节约材料的目的。柔性管与刚性管复 合式换热器能承受比波纹管换热器更高的设计压力、更大的管壳程温差，更大的材料线胀 系数差；即可应用于更恶劣的工况，适用范围更广。 同时，柔性管与刚性管复合式换热器与壳程设置膨胀节的直管换热器相比，能避 免因在壳程筒体上设置膨胀节导致壳程轴向承载能力急剧下降、管程筒体的轴向承载和管 板周边的壳程压力承载及膨胀节内腔压力承载均传给管板和换热管，使管板边缘弯矩和剪 力及周边换热管轴向应力急遽增大，为满足强度要求，大大增加管板设计厚度的问题。 4)、本专利技术中柔性换热管沿壳程筒体环向均匀分布，柔性换热管环绕而成的外管 体与刚性换热管围成的内管体的轴线采用互相重合的设置，使管板受力均匀，处于中心区 域的刚性换热管可设置为正多边形、正方形、同心圆排列方式。此种结构有效保证了刚性换 热管束与壳程筒体的轴向温差变形被柔性当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合式结构的换热器，包括管板(2)、限定一壳程空间(10)的壳程筒体(1)、穿过所述壳程空间(10)的多根换热管(3)、处在壳程筒体(1)内沿换热管长度方向设置的多块折流板(4)，所述管板(2)与壳程筒体(1)、换热管(3)连接为一体，其特征在于：所述换热管(3)包括内层换热管和将内层换热管包围在里侧的外层换热管，所述外层换热管的轴向刚度小于内层换热管的轴向刚度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永东，李超，吴晓红，周兵，程沛，于改革，李志，周秀芝，
申请(专利权)人：合肥通用机械研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34