具有自消应力能防污染的气体低温热交换器制造技术

具有自消应力能防污染的气体低温热交换器，属于低温工程与低温技术领域，本发明专利技术包括低温热交换器筒体、低温热交换器下封头、低温热交换器上封头、Ａ、Ｂ、Ｃ和Ｄ四个管壳式换热器、管板、支撑板、低温热交换器管程进口管、低温热交换器管程出口管、低温热交换器壳程进口管和低温热交换器壳程出口管。其中四个管壳式换热器的壳体呈窄矩形，换热管采用Ｕ形换热管，四个管壳式换热器呈方阵置放在低温热交换器筒体内，相互串联连接。低温热交换器采用的材料是０Ｃｒ１８Ｎｉ９／３０４，该种材料的透气性小、内表面光滑且耐磨损、抗腐蚀能力强、性能稳定，防止了气体被污染。另外在低温下，考虑了材料的热胀冷缩所产生的应力，使应力能够自行消除，提高了它的密封性能，最终使低温热交换器密封性能好，防止了气体被污染。具有显著的经济效益和社会效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种气体低温热交换器，特别是一种具有自消应力能防污染的气体低温热交换器。属于低温工程与低温

技术介绍
上海市科委重大项目阿尔法磁谱仪02(AMS-02)地面支持设备系统研究中，地面支持设备系统是在AMS-02发射前对超导磁体完成冷却、测试和超流氦加注的重要系统。此套系统将完成AMS-02超导磁体从环境温度到1.8K的冷却以及注满超流氦的全过程，其中300-80K受控冷却系统是AMS-02探测器的低温地面支持设备系统中的重要子系统，其主要作用是实现AMS-02磁体从常温(约300K)到接近液氮温度(约80K)的冷却。该子系统所用的介质是常温氦气，使用低温热交换器将其冷却到液氮温度，该套系统所要求的介质纯度很高，达到99.999％，所以低温热交换器必须保证能够防污染。现有的低温热交换器，其材料主要是低碳钢或铜，低碳钢材料的透气性比较大，大气中的氧、水分容易渗透进来；铜管虽然导热系数比较大，但是铜管内表面对杂质活性很高，容易引起腐蚀，而且，铜管也劣于不锈钢的耐磨性能，在气流冲刷下产生的金属粉尘相对较多。另外在低温下，热交换器材料的热胀冷缩效果较显著，会产生较大的应力，使它的密封性能达不到预期的效果，致使热交换器内的气体被污染。已有技术中，专利号为03219108.1，名称为“自动清灰和自消应力高温换热器”的技术专利是以石墨环取代波纹式补偿器的板管、外管与换热管连接结构，密封良好、伸缩自如，可以有效消除应力。但是该技术所获得的介质纯度不是很高，而且结构复杂。专利号为200520069007.5，名称为“高温热管气-气换热器”的技术专利提供一种能减少积灰堵塞现象、无污染、热风温度高而设备体积小的高温热管气-气换热器。但是该专利所使用的换热管是直管，没有考虑热胀冷缩所产生的应力对换热器密封性能的影响。上述专利都是应用在高温的场合，而且也达不到同时满足防污染和自消应力的要求。
技术实现思路
为了克服已有技术的不足和缺陷，本专利技术提供一种具有自消应力能防污染的气体低温热交换器。本专利技术是通过下述技术方案实现的，本专利技术包括低温热交换器筒体、低温热交换器下封头、低温热交换器上封头、A、B、C和D四个管壳式换热器、管板、支撑板、低温热交换器管程进口管、低温热交换器管程出口管、低温热交换器壳程进口管和低温热交换器壳程出口管。其中管板位于低温热交换器筒体的上端，低温热交换器上封头和低温热交换器筒体上端均与管板外缘焊接在一起；四个管壳式换热器均为立式窄通道，呈方阵布置在低温热交换器筒体内，其壳体呈窄矩形，半圆形的上封头和窄矩形壳体上端均分别与管板焊接在一起；支撑板位于低温热交换器筒体的下部，四个管壳式换热器的窄矩形壳体下端与支撑板焊接，支撑板与低温热交换器筒体内壁之间留有间隙；两组相同数量的U形换热管分别置放在相邻两个管壳式换热器窄矩形壳体内，一组U形换热管的两个直管段分别穿过A、B管壳式换热器底部支撑板，其两个直管段端部与管板焊接在一起；另一组U形换热管的两个直管段分别穿过C、D管壳式换热器底部支撑板，其两个直管段端部也与管板焊接在一起。两组U形换热管的U形管段位于支撑板下面，U形换热管的直管段在立式窄通道管壳式换热器矩形壳体内呈正三角形布置。低温热交换器管程进口管、低温热交换器管程出口管、低温热交换器壳程进口管和低温热交换器壳程出口管均穿过低温热交换器上封头并与低温热交换器上封头焊接连接。四个立式管壳式换热器串联连接，在B管壳式换热器上封头中心开有管程进口孔，低温热交换器管程进口管与管程进口孔连接，A管壳式换热器上封头和C管壳式换热器上封头通过连接管连通，D管壳式换热器上封头中心开有管程出口孔，低温热交换器管程出口管与管程出口孔连接；低温热交换器壳程进口管与D管壳式换热器壳体上部进口相连接，D管壳式换热器下部的壳体出口和C管壳式换热器下部的壳体进口相连通，C管壳式换热器上部的壳体出口和A管壳式换热器壳体上部的壳体进口相连通，A管壳式换热器壳体下部的壳体出口和B管壳式换热器壳体下部的壳体进口相连通，低温热交换器壳程出口管与B管壳式换热器壳体上部出口相连通。在每一个窄矩形管壳式换热器壳体内壁上均焊接有三个折流板，与管壳式换热器壳体进口最近的折流板的缺口方向与壳体气体的进口方向相反，其余依次相互交错放置，保证折流板之间的距离在壳体内均布，同时保证U形换热管的直管段与管板相互垂直。该低温热交换器采用双面镀铝涤纶薄膜或铝箔与隔热纸一一间隔组合的绝热结构。其所用的材料都是0Cr18Ni9/304，且换热管和壳体的内壁均采用了电抛光处理，该种材料的透气性小、内表面光滑且耐磨损、抗腐蚀能力强、性能稳定，防止了气体被污染。在管板周边开有若干小孔，使得低温热交换器上封头内和低温热交换器筒体之间的压差为零，有效地防止了管板焊接变形和管壳式换热器窄矩形壳体受压。该低温热交换器的U形换热管的直管段两个端口固定在同一管板上，管束可以自由伸缩，与其它管子和壳体无关，从而解决了热补偿问题。该热交换器的U形换热管与支撑板不是焊接在一起的，并且各矩形窄通道管壳式换热器也没有下封头。由于低温下的热胀冷缩效果较显著，这样的布置使得U形换热管能够自由伸缩，使产生的温差应力自行消除，减小了因此而产生的管束和壳体变形。该低温热交换器的支撑板与低温热交换器筒体内壁之间留有空隙，支撑板能够随着管壳式换热器壳体的热胀冷缩而发生上下移动，也能使产生的应力自行消除，最终使管壳式换热器的壳体密封性能好，防止了气体被污染。从低温热交换器管程进口管流入的高温气体介质进入B管壳式换热器上封头内，通过B管壳式换热器和A管壳式换热器的U形换热管再流入C管壳式换热器和D管壳式换热器的U形换热管内，最后通过D管壳式换热器上封头的出口孔经低温热交换器管程出口管流出；从低温热交换器壳程进口管流入的低温气体介质进入D管壳式换热器壳体内，通过C管壳式换热器和A管壳式换热器，再到B管壳式换热器壳体内，最后通过B管壳式换热器壳体出口经低温热交换器壳程出口管流出。本专利技术的有益效果该低温热交换器所用的材料是0Cr18Ni9/304，且换热管和壳体的内壁均采用了电抛光处理，该种材料的透气性小、内表面光滑且耐磨损、抗腐蚀能力强、性能稳定，防止了气体被污染。另外在低温下，考虑了材料的热胀冷缩所产生的应力，使应力能够自行消除，提高了它的密封性能，最终使低温热交换器密封性能好，防止了气体被污染。具有显著的经济效益和社会效益。附图说明图1是本专利技术低温热交换器内部结构主示意图； 图2是本专利技术低温热交换器内部结构左示意图；图3是本专利技术低温热交换器内部结构俯视图；图4是本专利技术低温热交换器壳程气体介质流动示意图。图中，1是低温热交换器上封头、2是低温热交换器筒体、3是低温热交换器下封头、4是A管壳式换热器、5是B管壳式换热器、6是C管壳式换热器、7是D管壳式换热器、8是管板、9是支撑板、10是低温热交换器管程进口管、11是低温热交换器管程出口管、12是低温热交换器壳程进口管、13是低温热交换器壳程出口管、14是折流板、15是U形换热管。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的具体实施作进一步描述。如图1、图2、图3和图4所示，本专利技术包括低温热交换器上封头1、低温热交换器筒体2、低温热交换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有自消应力能防污染的气体低温热交换器，包括低温热交换器上封头（１）、低温热交换器筒体（２）、低温热交换器下封头（３）、低温热交换器管程进口管（１０）、低温热交换器管程出口管（１１）、低温热交换器壳程进口管（１２）和低温热交换器壳程出口管（１３）、Ｕ形换热管（１５），其特征在于还包括Ａ管壳式换热器（４）、Ｂ管壳式换热器（５）、Ｃ管壳式换热器（６）、Ｄ管壳式换热器（７）、管板（８）和支撑板（９），其中管板（８）位于低温热交换器筒体（２）的上端，低温热交换器上封头（１）和低温热交换器筒体（２）上端均与管板（８）外缘焊接在一起；Ａ管壳式换热器（４）、Ｂ管壳式换热器（５）、Ｃ管壳式换热器（６）和Ｄ管壳式换热器（７）均为立式窄通道，呈方阵布置在低温热交换器筒体（２）内，其壳体呈矩形，半圆形的上封头和窄矩形壳体上端均分别与管板（８）焊接在一起；支撑板（９）位于低温热交换器筒体（２）的下部，四个管壳式换热器的窄矩形壳体底端与支撑板（９）焊接，支撑板（９）与低温热交换器筒体（２）内壁之间留有间隙；两组相同数量的Ｕ形换热管（１５）分别置放在相邻两个窄矩形壳体内，一组Ｕ形换热管（１５）的两端直管段分别穿过支撑板（９）置放在相邻的Ａ管壳式换热器（４）和Ｂ管壳式换热器（５）的窄矩形壳体内；另一组Ｕ形换热管（１５）的两个直管段分别穿过支撑板（９）置放在相邻的Ｃ管壳式换热器（６）和Ｄ管壳式换热器（７）的窄矩形壳体内，两组Ｕ形换热管（１５）的直管段端部均与管板８焊接在一起；Ｕ形管段位于支撑板（９）下面，Ｕ形换热管（１５）的直管段在立式窄通道管壳式换热器矩形壳体内呈正三角形布置；低温热交换器管程进口管（１０）、低温热交换器管程出口管（１１）、低温热交换器壳程进口管（１２）和低温热交换器壳程出口管（１３）均穿过低温热交换器上封头（１）并与低温热交换器上封头（１）焊接连接；四个管壳式换热器串联连接，在Ｂ管壳式换热器（５）上封头中心开有管程进口孔，低温热交换器管程进口管（１０）与管程进口孔连接，Ａ管壳式换热器（４）上封头和Ｃ管壳式换热器（６）上封头通过连接管连通，Ｄ管壳式换热器（７）上封头中心开有管程出口孔，低温热交换器管程出口管（１１）与管程出口孔连接；低温热交换器壳程进口管（１２）与Ｄ管壳式换热器（７）壳体上部进口相连接，Ｄ管壳式换热器（７）下部的壳体出口和Ｃ管壳式换热器（６）下部的壳体进口相连通，Ｃ管壳式换热器（６）上部的壳体出口和在Ａ管...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪荣顺，石玉美，陈树军，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]