热交换器封闭组件及其使用和安装的方法技术

一种热交换器组件包括限定内部室的细长管状热交换器包封件。管板材定位在热交换器包封件的内部室内，从而使内部室分离成壳侧和通道侧。内部部分构造成可移除地接收管束，管束定位在内部室的壳侧内。环形套筒部件定位在热交换器包封件的内部室的通道侧内。环形弹性扭转部件定位在热交换器的内部室的通道侧内，使得套筒部件定位在管板材与弹性扭转部件之间。弹性扭转部件具有内圆周，该内圆周能够相对于弹性扭转部件的外圆周偏转，以用于扭转弹性扭转部件。转部件。转部件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热交换器封闭组件及其使用和安装的方法
[0001]对相关申请的交叉引用本申请要求提交于2018年3月20日的序列号为62/645662的美国专利申请的优先权，该专利申请通过引用以其整体并入本文中。


[0002]公开的实施例涉及热交换器封闭组件以及用于使用和安装该热交换器封闭组件的方法，并且更特别地涉及用于密封具有可移除管束的高压壳管型热交换器的封闭系统和方法，并且还更特别地涉及构造成适应变化的热负荷的热交换器封闭组件，其具有使用锁定组件固定到热交换器的通道的封闭塞组件。

技术介绍

[0003]壳管型热交换器构成化工厂、炼油厂、蒸汽厂以及类似设施中的未燃烧热传递设备的大部分。具有可移除管束(诸如具有U形管和浮动头部的管束)或者具有带有固定管板材的不可移除束的热交换器为当前使用中的壳管式热交换器的主要类型中最受欢迎的交换器之一。在实践中，通常合乎期望的是，具有可移除管束，使得热交换器可从服务中周期性地移除，管束为了清洁和检查而被移除，并且然后重新组装。还可合乎期望的是，利用可移除管束流体静力地或气动地测试管状热交换器的壳侧，使得可进行管接头和管板材垫圈的检查或验证，并且可容易地定位和维修泄漏。为了移除束，必须提供封闭件，其可在变化的热负荷和压力负荷下的长期操作之后快速地且可靠地开启。当管状热交换器相对大(在直径方面超过36英寸)并且旨在用于超过1000 psi的高压操作时，与拆卸、移除、流体静力和气动测试以及重新组装相关联的问题特别严重，因为所需构件的重量变大。为此目的开发的特定类型的封闭件为“螺旋塞”，也被称为“闩锁”型封闭件，其使用多个互锁螺纹以将锁环盖组件固定就位。该类型的系统的主要优点是，其消除了其它常规高压交换器设计的大通道盖凸缘和螺栓连接。存在现有技术中描述的螺旋塞型热交换器的两种常见分类。在其中压力在管板材的两侧上超过1000 psi使得管板材本身仅经受较低的压差的应用中，可能的是，提供完全可移除的“A型”封闭件，由此可移除束，而不移除壳盖。如果压差太高，则移除壳盖以接近束可更方便，在这种情况下，可使用“B型”封闭件。
[0004]此外，在该类型的热交换器中使用的封闭组件必须足够刚性以控制内部压力，而没有封闭组件相对于通道的显著移动，因为这种显著移动将导致用于固定封闭组件的螺纹的部分或完全脱离。然而，组件还必须足够柔性，以适应在操作期间出现的预期热负荷。预期热负荷在温度方面随着时间改变，这可在初始启动或随后维修期间发生，或者在混乱(upset)或工厂跳闸的情况下发生，该单个情况中的任何情况均可造成内部构件相对于通道的差异热膨胀。热负荷(如果在一个或多个实施例中未被恰当地适应)可继而引起内部件的不均匀塑性变形，使得垫圈负荷不再均匀地分布并且最终组件开始泄漏。特别地，因为热交换器的内部构件通常经受比通道更高的热膨胀(这是由于热膨胀系数不同，或者较薄的内部件可比厚的通道材料以更快的速率变热的事实)，所以刚性封闭组件并非合乎期望的
(如果其造成：内部件的塑性变形，这导致垫圈卸载和泄漏；以及在封闭组件和通道的螺纹部分上的较高负荷，这可导致螺纹变形)。所有上述情况和操作条件均已导致许多不同的技术解决方案的采用，这些技术解决方案仅部分成功，因为它们仅解决了一些问题，并且同时引入其它问题(尤其对于其中温度、压力以及大小在高侧上的应用而言)。
[0005]在所有这些现有技术解决方案中，螺纹锁环和盖组件(或“封闭塞”)必须旋转若干次，通常20次或更多次，以便使锁环中的螺纹与热交换器的通道中的螺纹完全地接合。这引入特殊的搬运考虑，因为锁环组件必须准确地被定心和支承，同时在通道外部并且旋转到位。特别地，由于封闭塞的重量不可被允许靠在螺纹上，故搬运这样的重的设备件(重达21000 lb)的精度需要为热交换器供应专用夹具。已开发多种夹具设计。在一些情况下，配重的悬臂系统用于使锁环的重量平衡。在其它情况下，夹具直接地附接到通道。
[0006]然而，特殊夹具不具有其它功能，并且可很少被使用，使得在交换器上工作的操作人员缺乏经验，并且完全地依赖由制造商提供的说明书。在最坏的情况下，如果重的组件未正确地固定到夹具，则存在在交换器上工作的工厂人员受伤的风险。在插入或移除期间，始终存在封闭塞可变得被卡住或者螺纹可被损坏的风险。这特别是在封闭塞首先插入到热交换器通道中时是这样。时间在工厂周转或维修期间为至关重要的，因此与阻塞的封闭塞相关联的任何计划外停机均可代表对工厂或精炼厂的显著财务损失。
[0007]搬运锁环的困难意味着，在维护事件期间不止一次插入和移除锁环并非合乎期望的。如果对管或其它保压构件执行维修为必要的，则壳侧流体静力或气动测试必须在盖未就位的情况下执行，以便检查并确保没有泄漏。早期的设计在流体测试热交换器的壳侧时使用临时的内部凸缘来加载垫圈。后来的设计(诸如美国专利No. 4750554中示出的设计)提供用以将来自内部凸缘的负荷与来自内排螺栓的负荷并行地施加的机构。对于这些后来的设计而言，定位在外部锁环中的内排螺栓仅在泄漏的情况下用于加载管板材垫圈。实现该功能所需的内部构件可变得非常复杂，并且虽然设计已被良好优化，但零件的数量和复杂性增加它们可被错误地安装以及引入更多制造成本的风险。由于内部凸缘与过程流体接触，故螺栓可变得被腐蚀或者在焦炭形成时被覆盖，并且可能必须被切割或钻出。此外，内部构件的差异热膨胀可引起内部凸缘组件损坏或者可使该内部凸缘组件变形，从而导致移除和重新使用组件的困难。
[0008]因此，现有技术没有解决在插入/移除期间搬运封闭塞并且在维持内部件的更简单设计的同时允许压力测试的问题。
[0009]虽然螺旋封闭塞热交换器可满足关于压力控制零件的可适用设计规范，但是存在在设备设计的压力边界之内的其它构件，它们将影响该类型设备的可靠性和生命周期成本。存在对如下的装置的需要：该装置将足够刚性以限制在压力负荷下的移动，同时避免内部件在预期热负荷条件下的损坏，并且在极端的热负荷条件下向保压结构(螺纹)等提供失效安全保护。
[0010]因此，在本领域中存在对如下的热交换器封闭组件的未得到满足的需要：该热交换器封闭组件构造成适应变化的热负荷并且包括锁环和盖，该锁环和盖可如需要那样更容易地安装和移除，而不使用专用搬运设备。

技术实现思路

[0011]下文描述的图示的实施例的目的和优点将在以下描述中阐述并且根据该描述显而易见。图示的实施例的额外的优点将通过在书面描述及其权利要求书中以及从附图中特别指出的装置、系统和方法而实现并获得。
[0012]为了实现这些及其它优点，并且根据图示的实施例的目的，在一个方面，描述了用于壳管型热交换器的封闭系统和方法，其中热交换器封闭组件构造成适应变化的热负荷，并且包括使用多个互锁的毂或螺纹固定到热交换器的通道的锁环。
[0013]如前面注意到的，壳管型热交换器的最终用户特别关注以下内容：导致过程流体(诸如氢/碳氢化合物)逸出到环境中的横跨垫圈的泄漏；壳侧和管侧流体之间的过程泄漏；由于封闭塞在插入/移除期间的卡住而产生的比预期更长的维护本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热交换器组件，其包括：细长管状热交换器包封件，其限定内部室；管板材，其定位在所述热交换器包封件的所述内部室内并且使所述内部室分离成壳侧和通道侧，其中内部部分构造成可移除地接收管束，所述管束定位在所述内部室的所述壳侧内；环形套筒部件，其定位在所述热交换器包封件的所述内部室的所述通道侧内；以及环形弹性扭转部件，其定位在所述热交换器的所述内部室的所述通道侧内，其中所述套筒部件定位在所述管板材与所述弹性扭转部件之间，所述弹性扭转部件具有内圆周，所述内圆周能够相对于所述弹性扭转部件的外圆周偏转，以用于扭转所述弹性扭转部件。2.根据权利要求1所述的热交换器组件，其特征在于，所述热交换器组件还包括：分隔组件，其包括所述套筒部件，所述套筒部件定位在所述热交换器包封件的所述内部室的所述通道侧内，以将流体从延伸通过所述包封件的端口导引至管束中的至少两个或更多个管；管板材垫圈，其定位在所述管板材与形成在所述热交换器包封件的所述内部室内的肩部之间；以及轴承环，其定位在所述热交换器包封件的所述内部室内，其中所述弹性扭转部件定位在所述套筒部件与所述轴承环之间。3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器还包括至少两个端口，所述至少两个端口延伸通过所述包封件，以用于允许流体进入和离开所述热交换器包封件的所述内部室的所述通道侧。4.根据权利要求3所述的热交换器组件，其特征在于，所述弹性扭转部件构造成弹性地偏转直至弹性偏转极限，并且在所述弹性偏转极限之上塑性地偏转，使得所述弹性扭转部件弹性地偏转，以适应差异热膨胀并且避免在所述热交换器在预负荷以及预期压力负荷和热负荷下时对所述热交换器的构件的损坏。5.根据权利要求4所述的热交换器组件，其特征在于，所述弹性扭转部件构造成在所述弹性扭转部件接触所述套筒部件的第一接触区域处以及在所述弹性扭转部件接触所述轴承环的第二接触区域处枢转。6.根据权利要求1所述的热交换器组件，其特征在于，所述弹性扭转部件具有带有倒圆拐角的四边形横截面。7.根据权利要求1所述的热交换器组件，其特征在于，所述热交换器组件还包括相对于彼此串联堆叠的多个弹性扭转部件。8.根据权利要求6所述的热交换器组件，其特征在于，所述弹性扭转部件构造成具有外半径“A”和内半径“B”，其中所述外半径小于构造成接收管束的所述内部室的通道的内半径，其中“A”与“B”的比率小于3。9.根据权利要求8所述的热交换器组件，其特征在于，所述弹性扭转部件构造成具有为其弹性偏转极限的近似50%的高度“H”，并且具有厚度“T”，使得所述弹性扭转部件在其弹性偏转极限之上塑性地变形。10.根据权利要求6所述的热交换器组件，其特征在于，所述热交换器组件还包括封闭组件，所述封闭组件用于密封所述热交换器包封件的所述内部室的所述通道侧，其中所述
封闭组件包括锁环部件和盖部件，所述锁环部件和所述盖部件利用锁定组件可移除地固定到所述热交换器包封件。11.根据权利要求10所述的热交换器组件，其特征在于，所述锁定组件包括多个间隔开的锁环毂区段，所述锁环毂区段构造成与形成在所述热交换器包封件的圆柱形内表面部分上的对应的通道毂区段互相交叉。12. 根据权利要求10所述的热交换器组件，其特征在于，所述热交换器组件还包括：隔膜，其邻近于所述锁环和盖部件定位在所述内部室的所述通道侧内；以及隔膜垫圈，其在所述锁环部件可移除地固定到所述热交换器包封件时抵靠所述隔膜而被压缩。13. 根据权利要求12所述的热交换器组件，其特征在于，所述封闭组件还包括：多个第一细长压缩部件，其沿着所述封闭组件的外半径部分设置，以便将力传送至第一压缩环，所述第一压缩环将力传送至所述隔膜垫圈和所述隔膜的边缘部分；以及多个第二细长压缩部件，其沿着所述封闭组件的内半径部分设置，以便将力传送至第二压缩环，所述第二压缩环相对于所述隔膜的部分传送力，从而使所述隔膜的部分在所述封闭组件可移除地固定到所述热交换器包封件时远离所述盖部件并且朝向所述弹性扭转部件偏转。14.根据权利要求13所述的热交换器组件，其特征在于，所述管板材、套筒部件、轴承环、第一压缩环和第二压缩环、锁环以及第一压缩部件和第二压缩部件构造成在所述封闭组件固定到所述热交换器包封件时保持弹性直至或高于来自预负荷、热负荷以及压力负荷的总轴向负荷。15.根据权利要求14所述的热交换器组件，其特征在于，当所述细长压缩部件被预加载时，所述压缩部件将所述预负荷通过第一轴向负荷路径施加到所述弹性扭转部件的第一接触区域，所述第一接触区域将所述预负荷通过穿过所述弹性扭转部件的扭转负荷路径传送至所述弹性扭转部件的第二接触区域，所述第二接触区域将所述预负荷通过第二轴向负荷路径传送至管板材垫圈。16.根据权利要求15所述的热交换器组件，其特征在于：来自所述热交换器中的过程流体的压力负荷在正常的规定阈值范围内，所述弹性扭转部件构造成弹性地变形，从而使得其外圆周能够朝向所述封闭组件沿轴向移动；来自所述热交换器包封件中的过程流体的压力负荷通过使所述封闭组件远离所述管板材变形而减小所述弹性扭转部件上的负荷；并且所述弹性扭转部件构造成弹性地偏转直至弹性偏转极限并且在所述弹性偏转极限之上塑性地偏转，使得所述弹性扭转部件适应差异热膨胀，以避免在所述热交换器在预负荷以及预期压力负荷和热负荷下时对所述热交换器的构件的损坏。17.一种用于组装管式热交换器组件的过程，其包括：提供细长热交换器包封件，其具有内部室并且限定纵向轴线并且具有开放式圆柱形通道端部；提供具有锁定组件的封闭组件，所述锁定组件构造成固定到所述细长热交换器包封件的所述开放式圆柱形通道端部；将所述封闭组件的所述锁定组件沿着所述热交换器的所述内部室的所述纵向轴线沿
轴向插入到所述开放式圆柱形通道端部中，使得所述细长热交换器包封件的内壁和所述封闭组件中的每个的负荷承载表面彼此不接触；以及使所述封闭组件围绕所述细长热交换器包封件的所述纵向轴线转动，以使所述锁定组件可移除地固定到协作的锁定组件，所述协作的锁定组件设在所述细长热交换器包封件的所述内壁上，以使所述负荷承载表面彼此接触，使得负荷在所述封闭组件与所述细长热交换器之间传递。18.根据权利要求17所述的用于组装管式热交换器的过程，其特征在于，所述封闭组件转动小于360度，以使所述封闭组件的所述锁定组件可移除地固定到设在所述细长热交换器包封件的所述内壁上的所述协作的锁定组件。19.根据权利要求18所述的用于组装管式热交换器的过程，其特征在于，所述封闭组件的所述锁定组件和设在所述细长热交换器包封件的所述内壁上的所述锁定组件协作地形成卡口锁定组件。20. 根据权利要求19所述的用于组装管式热交换器的过程，其特征在于，所述卡口锁定组件包括：多个间隔开的锁环毂区段，其设在所述封闭组件的外表面部分上；以及多个间隔开的锁环毂区段，其设在所述细长热交换器包封件的所述内壁上，构造成与形成在所述封闭组件上的对应的通道毂区段互相交叉。21.根据权利要求19所述的用于组装管式热交换器的过程，其特征在于，所述过程还包括，并且在插入所述锁定组件之前：将管板材垫圈沿着所述细长热交换器包封件的所述纵向轴线沿轴向插入到所述开放式圆柱形通道端部中，以定位成邻近所述细长热交换器包封件中形成的通道肩部构造；将管板材沿着所述细长热交换器包封件的所述纵向轴线沿轴向插入到所述开放式圆柱形通道端部中，以定位成邻近所述管板材垫圈，以便在所述细长热交换器包封件的所述内部室内限定壳侧和通道侧，其中所述内部室构造成可移除地接收定位在所述内部室的所述壳侧内的管束；将环形套筒部件沿着细长热交换器包封件的所述纵向轴线沿轴向插入到所述开放式圆柱形通道端部中，以定位成邻近所述管板材；将弹性扭转部件沿着所述细长热交换器包封件的所述纵向轴线插入到所述开放式圆柱形通道端部中，以便定位成邻近所述套筒部件；将轴承环沿着所述细长热交换器包封件的所述纵向轴线插入到所述圆柱形通道的所述开放式端部中，以便定位成邻近所述弹性扭转部件；以及将隔膜沿着所述细长热交换器包封件的所述纵向轴线插入到所述圆柱形通道的所述开放式端部中，以便定位成邻近所述轴承环。22. 根据权利要求21所述的用于组装管式热交换器的过程，其特征在于，所述过程还包括：调节沿着所述封闭组件的外半径部分设置的多个第一外部细长压缩部件，所述多个第一外...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：鲁姆斯科技公司，
类型：发明
国别省市：