專利名稱：一種換熱芯可外抽的耐腐蝕雙軸向流螺旋板式換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種換熱芯可外抽的耐腐蝕雙軸向流螺旋板式換熱器，它適用于腐蝕性介質(zhì)的熱交換工況中，特別適用于海上采油平臺、遠(yuǎn)洋艦船和沿海工廠用海水作為冷卻介質(zhì)的換熱器。
背景技術(shù)：
隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，腐蝕性化學(xué)制劑應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，海洋采油平臺和艦船直接使用海水作為冷卻介質(zhì)，均迫切需要耐腐蝕性能優(yōu)良的換熱器。為解決腐蝕性介質(zhì)在生產(chǎn)和使用過程中必須的換熱器的腐蝕難題，工業(yè)上出現(xiàn)過多種用耐腐蝕材料制造的換熱器。非金屬的有石墨、玻璃、陶瓷，金屬的有各種不銹鋼、耐腐蝕合金、鈦、鉭、鋯等制造的換熱器。石墨、玻璃、陶瓷易碎，玻璃、陶瓷的導(dǎo)熱性能差，制成的換熱器的體積大、熱效率低。耐腐蝕金屬材料價(jià)格昂貴。將焊接好的整體換熱器進(jìn)行Ni-P鍍，是工業(yè)上己采用的一種提高耐蝕性工藝，但困難的是，鍍層質(zhì)量無法撿驗(yàn)，不能保證換熱器在使用時(shí)的可靠性。由申請人發(fā)明的“一種可拆卸耐壓多程雙軸向流螺旋板式換熱器”(公開號CN1538137A)和“一種螺旋波紋板式換熱器”(申請?zhí)朇N200510038575.3初審合格，即將公開。)具有緊湊性好、占地面積小、自重和操作重量輕、傳熱效率高、運(yùn)行可靠、維修簡單等顯著的可比優(yōu)勢。前者雖已在某石化股份有限公司煉油廠的大型工業(yè)裝置上得到成功的應(yīng)用，但是，螺旋板換熱芯所采用的材料還是耐腐蝕程度不高的304不銹鋼，由于304鋼和制造外殼的碳鋼互焊性好，采用常規(guī)的焊接工藝，確保換熱器兩流體間的密封，在制造上沒有困難。但是當(dāng)采用耐腐蝕性更高的金屬(如鈦、鉭、鋯等制作換熱芯時(shí))，由于它們和碳鋼互焊性很差，保證換熱器兩流體間的密封，在制造上有很大的困難。雖然從技術(shù)層面上看，將外殼也采用和換熱芯一樣的耐腐蝕材料來制造換熱器是可能的，但在經(jīng)濟(jì)上是很不合理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在保留IV型螺旋板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，依托有益的技術(shù)措施，盡量減少貴重耐腐蝕材料的消耗量，達(dá)到使生產(chǎn)成本最小化的目的。
腐蝕性介質(zhì)種類很多，每種介質(zhì)都有其最適用的耐腐蝕材料，按照介質(zhì)的特性，選擇適合的耐腐蝕材料，是項(xiàng)個(gè)性化很強(qiáng)的工作。世界還沒有“萬能”的耐腐蝕材料。為了敘述上的方便，下面我們用鈦材作為耐腐蝕材料的代表。工程實(shí)踐證明，鈦是一種理想的耐腐蝕材料，價(jià)格上是可接受的一種貴重金屬，且市場上可供應(yīng)的規(guī)格比較齊全。
本發(fā)明的換熱器是由兩流體的進(jìn)出口、鈦制換熱芯總成、碳鋼制外殼和結(jié)構(gòu)件總成所組成，其特征在于鈦制換熱芯總成和碳鋼制外殼總成間，不用焊接而用可拆卸的靜密封來保證兩流體間的密封的，換熱芯總成可以從外殼總成中抽出，它具有傳熱、耐腐蝕和強(qiáng)度功能，而外殼和其它結(jié)構(gòu)件總成，則由價(jià)格便宜的碳鋼制成，當(dāng)與外殼接觸的流體也具有腐蝕性時(shí)，由于無傳熱任務(wù)，故可采用簡單而又便宜的涂層來防腐。實(shí)現(xiàn)上述目的的其它技術(shù)措施是將傳熱基板軋制加強(qiáng)筋，以提高其穩(wěn)定性，減少其厚度；采用翅片，盡量擴(kuò)展二次換熱面，不僅可減少傳熱基板鈦的用量，同時(shí)又能增加基板的穩(wěn)定性。
下面用一臺R22海水冷凝冷卻器、一臺天然氣海水冷卻器和一臺醋酸海水冷卻器為例，來具體說明如何實(shí)施上述方法(技術(shù)措施)的，前者代表小型化裝置，而后二者則代表大型工藝裝置。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1是R22海水冷凝冷卻器正剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1B-B剖視圖，圖3是圖1 A-A剖示圖，圖4是圖1的D向視圖，圖5是圖1的C向視圖。圖6是天然氣海水冷卻器正剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是圖6B-B剖視圖，圖8是圖6A-A剖示圖，圖9是圖6的C向視圖，圖10是圖6的D向視圖，圖11是醋酸海水冷卻器正剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖12是圖11B-B剖視圖，圖13是圖11A-A剖示圖，圖14是圖11的C向視圖，圖15是圖11的D向視圖，圖16是軋制有加強(qiáng)筋的傳熱基板展開圖，圖中展示了翅片和定距柱的布置示意圖，圖17是圖16的B-B剖視圖，圖18是圖16的A向視圖(放大)，圖19是圖6的E部放大圖，圖20是圖19的B向視圖。
圖中1.海水(芯內(nèi)流)出口管，2.填料壓蓋，3.壓蓋螺栓，4.螺母，5.墊圈，6.填料函，7.填料，8.固定端蓋，9.殼體，10.海水配流室，11.封條，12.傳熱基板，13.中心管，14.換熱芯總成，15.定距器件，其中15-1為定距柱，15-2為定距條，16.翅片，其中16-1為不與海水接觸的翅片(可用鋁材制造)，16-2為與海水接觸的翅片(需用鈦材制造)，17.氟汽(芯外流)進(jìn)口，18.氟液出口，19.殼體法蘭，20.殼體法蘭端蓋，21.海水入口管，22.殼體法蘭墊圈，23.殼體法蘭螺栓，24.殼體法蘭螺母，25.殼體法蘭墊圈，26.支撐件，27.支架，28.螺紋聯(lián)結(jié)鈦制活套法蘭，29.天然氣(芯外流)進(jìn)口管，30.天然氣出口管，31.固化填充物，32.軋制加強(qiáng)筋，33.醋酸(芯外流)進(jìn)口管，34.醋酸出口管，b1.工藝流道寬，b2海水流道寬，δ.殼體壁厚。
通常，海水流道的壓力低于工藝流道，且海水有腐蝕性，推薦將海水選擇在換熱芯的內(nèi)部流動，我們稱之為 ‘芯內(nèi)流’對應(yīng)的另一流體則稱之為‘芯外流’。作為換熱器，推薦將具有腐蝕性且壓力低的流體作為‘芯內(nèi)流’。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一流體具腐蝕性、一流體有相變的液-汽換熱過程圖1是R22海水冷凝冷卻器正剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖中換熱芯總成14，是由海水進(jìn)出口管21、1，海水配流室10，傳熱基板12，中心管13，封條11，定距器件15，翅片16卷成一個(gè)整體，而后焊接而成，所有與海水接觸的過流面全部是鈦材，而與R22接觸的翅片可以用鋁材。承壓的外殼總成是由殼體9，固定端蓋8，殼體法蘭19，殼體法蘭端蓋20所組成，全部用碳鋼制成。換熱芯總成14是用支撐件26和限位件(圖中未示)架于其中。為確保密封，海水進(jìn)出口管處，采用填料函6，填料壓蓋2，填料7，依靠螺栓3、螺母4的壓緊填料密封。固定端蓋8與殼體9相焊合，殼體法蘭端蓋20與殼體法蘭19通過法蘭墊圈22、螺栓、螺母、墊圈23、24、26來密封。氟汽進(jìn)口管17、氟液出口管18、和排液口、放氣口和易熔塞則采用牙座(圖中未示)與殼體密封。
當(dāng)設(shè)定海水走奇數(shù)道，氟22走偶數(shù)道時(shí)，海水配流室10中的奇數(shù)道是開口的，而偶數(shù)道則是焊合的。海水配流室10以外的端面與之正好相反，奇數(shù)道是焊合的，而偶數(shù)道則是開口的。(參見圖2和圖3)。海水進(jìn)口和氟液出口都設(shè)在冷凝器的下部，可以保證氟液有必要的過冷度。冷凝器可以水平或垂直安裝，推薦采用垂直安裝。
實(shí)施例2一流體具腐蝕性、無相變的液-氣換熱過程圖6是天然氣海水冷卻器正剖面結(jié)構(gòu)示意圖，換熱芯總成14也是由海水進(jìn)出口管21、1，海水配流室10，傳熱基板12，中心管13，封條11，定距器件15，翅片16卷成一個(gè)整體，而后焊接而成，所有與海水接觸的過流面全部是鈦材，而與天然氣接觸的翅片可以用鋁材。承壓的外殼總成是由殼體9，固定端蓋8，殼體法蘭19，殼體法蘭端蓋20所組成，全部用碳鋼制成。換熱芯總成14是用支撐件26和限位件(圖中未示)架于其中?？紤]到大型工藝裝置的海水進(jìn)出口管可能較粗，為確保密封，將海水進(jìn)出口管21和1都設(shè)置在殼體法蘭端蓋20的一側(cè)，推薦采用螺紋聯(lián)結(jié)的鈦制活套法蘭28來替代填料函，天然氣的進(jìn)口管29和出口管30則分別設(shè)置在冷卻器的兩端。在這里天然氣被海水逆流冷卻。
實(shí)施例3 兩流體都具腐蝕性、無相變的液-液換熱過程圖11是醋酸海水冷卻器正剖面結(jié)構(gòu)示意圖，換熱芯總成14也是由海水進(jìn)出口管21、1，海水配流室10，傳熱基板12，中心管13，封條11，定距器件15，翅片16卷成一個(gè)整體，而后焊接而成，所有與海水接觸的過流面全部是鈦材，而與醋酸接觸的翅片就要用耐醋酸腐蝕的材料制成。承壓的外殼總成是由殼體9，醋酸進(jìn)出口管33、34，固定端蓋8，殼體法蘭19，殼體法蘭端蓋20所組成，全部用碳鋼制成，由于它們沒有傳熱任務(wù)，且結(jié)構(gòu)簡單，過流面外裸，可以方便的采用防腐涂層來防腐蝕。例如涂刷防腐涂料、復(fù)塑、襯膠、搪瓷和Ni-P鍍等方法防腐。它們都是成熟技術(shù)，無需贅述。換熱芯總成14是用支撐件26和限位件(圖中未示)架于其中?？紤]到大型工藝裝置的海水進(jìn)出口管可能較粗，為確保密封，將海水進(jìn)出口管21和1都設(shè)置在殼體法蘭端蓋20的一側(cè)，推薦采用螺紋聯(lián)結(jié)的鈦制活套法蘭28來替代填料函，醋酸的進(jìn)口管33和出口管34則分別設(shè)置在冷卻器的兩端。醋酸被海水逆流冷卻。
上述的結(jié)構(gòu)型式，可以避免鈦材和碳鋼互焊性差的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了傳熱和耐腐蝕的任務(wù)靠鈦材擔(dān)當(dāng)，而受壓任務(wù)由碳鋼擔(dān)當(dāng)?shù)哪康摹?br> 通常，換熱器在運(yùn)行時(shí)，海水側(cè)的壓力低于工藝流(例如天然氣、氟22)的壓力，即換熱芯總成14是一個(gè)受外壓的容器，因此，我們必須關(guān)注傳熱基板12的穩(wěn)定性。
盡可能的減少鈦材消耗量，降低制造成本，是本發(fā)明追求的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。為此需要1.減少傳熱基板的面積；2.在保證傳熱基板穩(wěn)定性的前提下，減少其厚度。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用的技術(shù)措施有以下幾點(diǎn)1.保留申請人發(fā)明的型IV螺旋板式換熱器純逆流的換熱方式，因?yàn)樗哂泻芨叩膫鳠峥傁禂?shù)K值；運(yùn)行時(shí)，增加冷卻海水的用量、降低冷卻海水的出口溫度，以增大傳熱過程中的平均對數(shù)溫度差；2.在兩流道中設(shè)置翅片，既增加了換熱面積，又有利于進(jìn)一步提高k值，海水側(cè)的翅片同時(shí)也提高了傳熱基板的穩(wěn)定性；3.將傳熱基板軋制加強(qiáng)筋，可顯著提高傳熱基板的穩(wěn)定性。它們在圖16-圖20中得到了體現(xiàn)。
圖16是軋制有加強(qiáng)筋的傳熱基板展開圖，它代表天然氣流道，流道寬為b1，翅片16沿傳熱基板的長度方向展布，在翅片寬度的兩側(cè)軋有加強(qiáng)筋32，它的作用有2a.提高傳熱基板12的穩(wěn)定性；b.使翅片限位，防止在卷制時(shí)發(fā)生位移。由于在運(yùn)行時(shí)流體存在分段的周向流，故翅片16不是滿鋪的，兩行翅片間留有供流體作周向流的通道，在其中設(shè)置有定距柱15-1。海水流道與之相似，只是流道寬b2較小(一般只2-4mm)故采用分段的定距條15-2。為了使翅式被兩邊的傳熱基板壓緊，以減少接觸熱阻，定距柱的高度和定距條的直徑應(yīng)比對應(yīng)的翅片高具有負(fù)偏差。更理想的是，卷制前在翅片和傳熱基板接觸面上敷設(shè)釬劑和釬料，卷好后，送到釬焊爐中釬焊。可以獲得傳熱效率更好、承壓能力更高的高品質(zhì)換熱器。只是其固定資產(chǎn)投資較大。在換熱芯總成14和殼體9間的環(huán)形間隙中，必要時(shí)，可用充填物31充填，它們可以是保溫多孔材料、水泥或低熔點(diǎn)金屬(如錫或鉛)。
權(quán)利要求
1.一種換熱芯可外抽的耐腐蝕雙軸向流螺旋板式換熱器，是由兩流體的進(jìn)出口、耐腐蝕金屬制換熱芯總成、碳鋼制外殼和結(jié)構(gòu)件總成所組成，其特征在于耐腐蝕金屬制換熱芯總成和碳鋼制外殼總成間不采用焊接而采用可拆卸的靜密封來保證兩流體間的密封的，換熱芯總成可以從外殼總成中抽出，換熱芯總成完成傳熱、耐腐蝕和強(qiáng)度任務(wù)，而外殼總成則主要完成受壓任務(wù)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的一種換熱芯可外抽的耐腐蝕雙軸向流螺旋板式換熱器，其特征在于有腐蝕性、壓力低的流體宜于設(shè)定為‘芯內(nèi)流’，壓力高的流體宜于設(shè)定為‘芯外流’。
3.一種如權(quán)利要求1和2所述的一種換熱芯可外抽的耐腐蝕雙軸向流螺旋板式換熱器，其特征在于當(dāng)‘芯外流’也具有腐蝕性時(shí)，可采用耐腐蝕涂層來防止外殼總成的過流面被腐蝕。
4.一種如權(quán)利要求1所述的一種換熱芯可外抽的耐腐蝕雙軸向流螺旋板式換熱器，其特征在于在一個(gè)流道或兩個(gè)流道中設(shè)置翅片，翅片不是滿鋪的，在兩行翅片間，留有流體的通道，通道中設(shè)置有定距器件。
5.一種如權(quán)利要求1和4所述的一種換熱芯可外抽的耐腐蝕雙軸向流螺旋板式換熱器，其特征在于翅片被緊壓在兩傳熱基板之間，亦可釬焊在兩傳熱板之間。
6.一種如權(quán)利要求1和4所述的一種換熱芯可外抽的耐腐蝕雙軸向流螺旋板式換熱器，其特征在于在翅片寬度的兩側(cè)，軋制有加強(qiáng)筋。
7.一種如權(quán)利要求1和4所述的一種換熱芯可外抽的耐腐蝕雙軸向流螺旋板式換熱器，其特征在于定距柱的高度或定距條的外徑對翅片的高度具有負(fù)偏差。
8.一種如權(quán)利要求1所述的一種換熱芯可外抽的耐腐蝕雙軸向流螺旋板式換熱器，其特征在于在換熱芯總成和殼體間的環(huán)形間隙中，必要時(shí)，可用充填物充填，它們可以是保溫多孔材料、水泥或低熔點(diǎn)金屬(如錫或鉛)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種換熱芯可外抽的耐腐蝕雙軸向流螺旋板式換熱器，它適用于腐蝕性介質(zhì)的熱交換工況中，特別適用于海上采油平臺、遠(yuǎn)洋艦船和沿海工廠用海水作為冷卻介質(zhì)的冷凝(冷卻)器，和陸上兩腐蝕性流體的換熱器。海上采油平臺、遠(yuǎn)洋艦船和沿海工廠當(dāng)用海水作為冷卻介質(zhì)時(shí)，對換熱器有以下特殊要求首先要能耐海水腐蝕，其它依次是緊湊性好、占地面積小、自重和操作重量輕、傳熱效率高、運(yùn)行可靠、維修簡單。目前，在海上采油平臺和遠(yuǎn)洋艦船上用的換熱器都不能全面滿足上述要求。本發(fā)明使耐腐蝕金屬制換熱芯總成和碳鋼制外殼總成間依靠可拆卸的靜密封來保證兩流體間的密封，再加上將傳熱基板軋制加強(qiáng)筋和采用翅片等技術(shù)措施，可全面滿足上述要求。
文檔編號F28D9/00GK1731063SQ20051004152
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日
發(fā)明者吳植仁 申請人:吳植仁