專(zhuān)利名稱(chēng)：一種管殼式換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化工領(lǐng)域中的換熱器技術(shù)，特別是一種以玻璃鋼做外殼 和以石墨或耐腐蝕材料做換熱管的管殼式換熱器，國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)號(hào)擬為Int. C1.F28D 7/00 (2006.01)。
技術(shù)背景管殼式換熱器主要包括外殼、換熱管和管板等零部件。在管殼式換熱器的外殼、換熱管與管板的組配連接及密封方式上有以下幾種情形對(duì)于金屬 管殼式換熱器而言，其換熱管與管板都是同一種金屬材料，因而采用焊接、 脹接、脹焊接合、釬焊等方法組配連接；對(duì)于石墨管殼式換熱器而言，其換熱管與管板都使用石墨材料，因而采用粘接、活接頭連接等方法組配連接。 顯然，這種焊接或粘接的換熱管與管板的連接方式，對(duì)于換熱管的保養(yǎng)、維 修和更換會(huì)帶來(lái)不少麻煩。中國(guó)專(zhuān)利ZL94216276.5公開(kāi)了一種無(wú)粘接列管式石墨換熱器。其提出 了一種石墨殼管殼式換熱器中換熱管與管板的連接方式，特點(diǎn)是每根石墨管 (換熱管)與花板(管板)連接的端頭連接處設(shè)置有彈性密封環(huán)，實(shí)現(xiàn)石墨 換熱管與花板為可拆卸彈性密封固結(jié)連接，工作溫度有較大幅度提高，可達(dá) 200°C，同時(shí)換熱管的維修更換方便。但這一方法由于依靠彈性密封環(huán)的徑 向彈性達(dá)到管板與換熱管之間的密封，換熱器的管內(nèi)與管外僅有彈性密封環(huán) 阻隔，沒(méi)有其他約束，因而不能承受換熱器內(nèi)更高的溫度，密封效果差。眾所周知，金屬管殼式換熱器具有機(jī)械強(qiáng)度好，易于加工和使用等優(yōu) 點(diǎn)，但為了防止某些介質(zhì)對(duì)換熱器的腐蝕，工業(yè)生產(chǎn)中常用的金屬管殼式換 熱器不得不采用貴重金屬(一般為鈦金屬)制造，從而導(dǎo)致?lián)Q熱器價(jià)格昂 貴。為了降低換熱器的造價(jià)，人們就努力尋求貴重金屬的代用材料，例如石 墨。石墨管殼式換熱器雖然價(jià)格低廉，但其機(jī)械強(qiáng)度差，不利于加工和使用。如果采用其它材料，則會(huì)產(chǎn)生難于解決的非石墨材料管板與石墨換熱管異種材料之間的組配連接及密封問(wèn)題。例如，中國(guó)專(zhuān)利ZL01246475.9公開(kāi) 的一種列管式石墨管換熱器。其特點(diǎn)是管板用碳鋼或不銹鋼制成，管板和殼 體焊接在一起，石墨管兩端插入管板的部分由中空?qǐng)A柱形橡膠套密封，可以 使列管式石墨管換熱器的最高工作壓力由0. 5MPa提高到1. 2MPa以上。然而 這一試圖解決管板換熱管異種材料之間連接密封的方法，同樣由于換熱器的 管內(nèi)與管外也僅有中空?qǐng)A柱形彈性密封環(huán)，沒(méi)有結(jié)構(gòu)上的改變，因而不能承 受換熱器內(nèi)更高的壓力，密封效果不理想。因此，管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)、材 料和功能與其價(jià)格之間長(zhǎng)期以來(lái)處于一種兩難境地，似乎不可兼得。發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，設(shè)計(jì)一種管殼式換 熱器，該換熱器具有高強(qiáng)度的外殼、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)的價(jià)格和良好的密 封，適用于高溫高壓換熱器使用，同時(shí)方便換熱管的維修更換和提高使用壽 命長(zhǎng)。本發(fā)明解決所述換熱器技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種管殼式換熱 器，包括按常規(guī)數(shù)量和方法裝配的外殼、封頭、管板、換熱管、折流板、拉 桿和管箱，其特征在于所述管板的中心開(kāi)有階梯形圓孔，階梯形圓孔的大直 徑處帶有內(nèi)螺紋，小直徑處與所述換熱管的直徑相匹配；與所述階梯形圓孔的大直徑處配合有帶外螺紋的壓蓋，壓蓋的軸向中心也開(kāi)有與所述換熱管直徑相匹配的圓孔；在所述階梯形圓孔的臺(tái)階上與所述壓蓋的下端面之間安裝 有彈性密封圈。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明管殼式換熱器有以下優(yōu)點(diǎn)-1成本低。本發(fā)明管殼式換熱器如果主要受壓元件采用高強(qiáng)度玻璃鋼制 作，換熱管采用石墨材質(zhì)(或者貴重金屬)制作，可使設(shè)備成本大大降低。 粗略計(jì)算表明，本發(fā)明的管殼式換熱器成本只是鈦殼管殼式換熱器的十分之 一，與石墨管殼式換熱器成本相差不多；2. 壽命長(zhǎng)。本發(fā)明管殼式換熱器與鈦殼管殼式換熱器的壽命相差無(wú)幾； 與石墨管殼式換熱器相比，使用壽命可延長(zhǎng)一倍；3. 性能高。本發(fā)明管殼式換熱器的管內(nèi)與管外之間不僅有彈性密封圈， 而且設(shè)計(jì)了與彈性密封圈配合的壓蓋，大大提高了管板與換熱管的密封性和 約束性，因而可使換熱器更適合于高溫和高壓條件下使用。4. 結(jié)構(gòu)佳。本發(fā)明管殼式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，檢修、清理?yè)Q熱 器簡(jiǎn)便，更換換熱管容易，管理成本也低。所以，本發(fā)明管殼式換熱器特別 適用于工業(yè)化生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明管殼式換熱器一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明管殼式換熱器圖1所示實(shí)施例中的I節(jié)點(diǎn)放大示意圖。圖3為本發(fā)明管殼式換熱器圖1所示I節(jié)點(diǎn)處另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明管殼式換熱器圖1所示I節(jié)點(diǎn)處又一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步敘述本發(fā)明本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種管殼式換熱器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)換熱器，參見(jiàn)圖l一4)是目前工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的殼管殼式換熱器，主要由管板1、外殼2及其上 的一種物料的進(jìn)口 a和出口 c (參見(jiàn)圖1)、對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)封頭13及分別在兩 個(gè)封頭13上的另一種物料的進(jìn)口d和出口b (參見(jiàn)圖l)、換熱管3、拉桿 4、折流板5和對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)管箱6等零部件按常規(guī)數(shù)量和方法裝配組成，其 特征在于在所述管板1的中心開(kāi)有階梯形圓孔14，階梯形圓孔14的大直徑 處帶有內(nèi)螺紋141，小直徑處與所述換熱管3的直徑相匹配；與階梯形圓孔 14的大直徑處配合有帶外螺紋73的壓蓋7，壓蓋7的軸向中心開(kāi)有與所述換熱管3直徑相匹配的圓孔71;在所述階梯形圓孔14的臺(tái)階142上與所述 壓蓋7的下端面72之間安裝有彈性密封圈8。本發(fā)明設(shè)計(jì)的換熱器關(guān)鍵技術(shù)是提高管板1與換熱管3之間連接安裝的 密封性能，保證換熱器的機(jī)械強(qiáng)度、傳熱效果和耐腐蝕性，使之能適應(yīng)高溫 高壓條件下工作的需要，同時(shí)還要延長(zhǎng)其使用壽命，并方便使用和維修。本 發(fā)明換熱器設(shè)計(jì)了帶有階梯形圓孔14 (參見(jiàn)圖2 — 4)的管板1。該階梯形 圓孔14的大直徑處帶有內(nèi)螺紋141，小直徑處可與所述換熱管3直徑匹配 安裝；同時(shí)，本發(fā)明換熱器還設(shè)計(jì)了一個(gè)與所述階梯形圓孔14匹配的壓蓋 7。該壓蓋7實(shí)施例為"T"字形，但不排除其他形狀。在"T"字形的一豎 處開(kāi)有與階梯形圓孔14的大直徑處內(nèi)螺紋141配合的外螺紋73,并且在壓 蓋7的軸向中心開(kāi)有與所述換熱管3直徑匹配的圓孔71。換言之，所述圓 孔71的直徑與所述階梯形圓孔14的小直徑一致，組裝換熱器時(shí)可以使所述 的換熱管3適當(dāng)?shù)貜乃龅倪@兩個(gè)孔中穿過(guò)。當(dāng)所述的換熱管3適當(dāng)?shù)貜乃?述的這兩個(gè)孔中穿過(guò)后，在所述階梯形圓孔14的臺(tái)階142上與所述壓蓋7 的下端面72之間安裝有彈性密封圈8。不難理解，這里所述的"上"與 "下"僅是為了說(shuō)明問(wèn)題，依據(jù)圖2 — 4所示的相對(duì)位置(換熱器的上端) 而言；對(duì)于換熱器的另一端(下端)而言，所述的"上"與"下"位置恰恰 與之相反。當(dāng)然，當(dāng)換熱器橫置時(shí)，完全不存在所述的"上"與"下"位置 關(guān)系。組裝換熱器時(shí)，適度旋轉(zhuǎn)所述壓蓋7，可以使所述的彈性密封圈8橫 向(換熱管3的徑向)變形，充滿所述階梯形圓孔14的臺(tái)階142處與壓蓋 7的下端面72和換熱管3構(gòu)成的連接裝配空間，沿?fù)Q熱器3徑向嚴(yán)格密封 好管板1與換熱器3的連接處。這種連接方式既滿足了良好密封的要求，也 方便了使用過(guò)程中的維修換管需要。本發(fā)明所述的密封件(彈性密封圈8)可以根據(jù)換熱器的受力情況選用 不同形式如橫截面為0形或圓形的彈性密封圈81 (簡(jiǎn)稱(chēng)0型圈，參見(jiàn)圖 2)，或者橫截面為凹V形狀的彈性密封圈82 (簡(jiǎn)稱(chēng)凹V型圈，參見(jiàn)圖4) 等。當(dāng)采用凹V型圈82時(shí)，需要在所述壓蓋7的下端面72和凹V型圈82 之間添加與凹V型圈82配合的橫截面為凸V形狀的墊片10 (簡(jiǎn)稱(chēng)凸V型墊片，參見(jiàn)圖4)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)壓蓋7下壓凸V型墊片10時(shí)，可使凸V型墊片10 嵌入凹V型圈82的V形凹槽中，使凹V型圈82產(chǎn)生橫向(換熱管3的徑 向)變形，實(shí)現(xiàn)換熱管3與管板1之間的徑向壓緊密封。所述的凸V型墊片 10為常規(guī)的金屬材料或非金屬材料，表面光滑。當(dāng)采用典型的0型圈81 時(shí)，為了保護(hù)0型圈81，可以在其與所述壓蓋7的下端面72之間添加平墊 9，以延長(zhǎng)其使用壽命。所述的平墊9為常規(guī)的金屬材料或非金屬材料，表 面光滑。本發(fā)明設(shè)計(jì)的這種管板1與換熱管3之間的連接密封方式適用范圍廣， 不僅適用于金屬材料管殼式換熱器，而且也適用于石墨材料管殼式換熱器； 不僅適用于管板、外殼與換熱管是同一種材料的換熱器，而且也適用于管 板、外殼與換熱管不是同一種材料的換熱器。實(shí)際使用時(shí)，管板1的材料只 需與管殼式換熱器外殼的材料適當(dāng)匹配或一致即可。本發(fā)明換熱器的換熱管與管板之間的密封采用了徑向密封，軸向可以伸 縮的方式， 一方面便于維修換管，另一方面可以減少換熱器的內(nèi)應(yīng)力。實(shí)驗(yàn) 表明，本發(fā)明換熱器的承壓能力可達(dá)到2.0MPa;可以在真空條件下使用， 且在有相變和無(wú)相變的工況下均可使用。本發(fā)明設(shè)計(jì)換熱器的另一個(gè)目的在于降低換熱器的造價(jià)或成本，同時(shí)降 低管程與殼程的熱應(yīng)力，便于使用。對(duì)此本發(fā)明所采用了價(jià)格低廉且強(qiáng)度較 高的玻璃鋼作為受壓元件(包括管板1、外殼2等)。換言之，采用高強(qiáng)度 玻璃鋼外殼替代傳統(tǒng)的金屬外殼或石墨外殼，既可以降低成本，又可以保證 機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)還可以降低管程與殼程的熱應(yīng)力，減少熱損失。除換熱器的 外殼2之外，所述的管板1、折流板4、拉桿5和管箱6等也可用玻璃鋼材 料制作。所述的玻璃鋼可根據(jù)換熱器介質(zhì)的腐蝕情況選用不同樹(shù)脂制造。玻 璃鋼材料及其制造技術(shù)本身為現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明換熱器受壓元件的這種材料 替代是基于本發(fā)明所述管板與換熱管安裝密封性能問(wèn)題的解決。這個(gè)異種材 料連接密封問(wèn)題(即不同材料的線膨脹系數(shù)不同，所引起的溫度差應(yīng)力大) 不解決，玻璃鋼材料的替代技術(shù)就不能實(shí)際實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明換熱器在所述管板1與換熱管3之間連接密封結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，所述 的換熱管3可以采用貴金屬換熱管，也可采用石墨換熱管。本發(fā)明換熱器的傳熱性能取決于傳熱元件即換熱管3。當(dāng)選用石墨換熱管時(shí)，本發(fā)明換熱器 的傳熱性能與石墨換熱器一樣；當(dāng)選用鈦金屬換熱管時(shí)，本發(fā)明換熱器的傳 熱性能和鈦換熱器一樣。但考慮到成本因素，本發(fā)明換熱器實(shí)施例采用價(jià)格 低廉且傳熱性能優(yōu)良石墨管換熱管作為換熱元件，以玻璃鋼作為換熱器外殼 等的材料，成本低廉，且比常規(guī)的換熱器熱損失小，因此綜合性能或性?xún)r(jià)比 居優(yōu)。本發(fā)明典型的換熱器實(shí)施例具體組裝步驟如下-第一步，按照常規(guī)數(shù)量以玻璃鋼材料制造管板1、外殼2、拉桿4、折 流板5和管箱6及封頭13，配制支座、接管等零部件(同于現(xiàn)有技術(shù)，圖 中未畫(huà)出)，然后把管箱6及封頭13之外的零部件按照常規(guī)方法組裝為換 熱器主體；第二步，制作或購(gòu)買(mǎi)石墨換熱管3;制造或購(gòu)買(mǎi)壓蓋7、 0型圈81和平 墊9，或者制造或購(gòu)買(mǎi)凹V型圈82和凸V型墊片10;第二步的內(nèi)容可以與 第一步同時(shí)進(jìn)行，這里僅是為了敘述方便；第三步，先將所述石墨換熱管3穿入管板1中；再將0型圈81或者凹 V型圈82套入石墨換熱管3的端部；推到所述管板1的階梯形圓孔14的位 置；將平墊9放在0型圈8之上，或者把凸V型墊片10放在或凹V型圈82 之上，最后將壓蓋7擰入管板1的階梯形圓孔14中，擰緊密封好；第四步，先做裝配好的換熱器主體的壓力檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后，再將管箱 6、封頭13按照常規(guī)方法連接到換熱器主體的外殼2上，然后作換熱器整體 的壓力檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格即可使用或出售。本發(fā)明換熱器使用時(shí)可以水平放置、豎直放置或者傾斜放置，放置方式 不影響其工作性能和效果；工作時(shí)(參見(jiàn)圖1)，甲種流體從所述外殼上的 進(jìn)口a進(jìn)入換熱器，從所述外殼上的出口 c流出；乙種流體從所述一個(gè)封頭 上的的進(jìn)口d進(jìn)入換熱器，從所述另一個(gè)封頭上的出口b流出，從而實(shí)現(xiàn)熱 交換；維修或更換換熱管時(shí)，先將壓蓋7擰出，抽出被換的換熱管，取出彈性密封圈8，然后插入新的換熱管3，壓入彈性密封圈8，擰緊壓蓋7即 可。本發(fā)明換熱器未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種管殼式換熱器，包括按常規(guī)數(shù)量和方法裝配的外殼、封頭、管板、換熱管、折流板、拉桿和管箱，其特征在于所述管板的中心開(kāi)有階梯形圓孔，階梯形圓孔的大直徑處帶有內(nèi)螺紋，小直徑處與所述換熱管的直徑相匹配；與所述階梯形圓孔的大直徑處配合有帶外螺紋的壓蓋，壓蓋的軸向中心也開(kāi)有與所述換熱管直徑相匹配的圓孔；在所述階梯形圓孔的臺(tái)階上與所述壓蓋的下端面之間安裝有彈性密封圈。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管殼式換熱器，其特征在于所述的彈性密封圈 的橫截面為0形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管殼式換熱器，其特征在于所述的彈性密封圈 的橫截面為凹V形，且配有與該凹V型彈性密封圈配合的橫截面為凸V形的 墊片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的管殼式換熱器，其特征在于在所述的0形彈性 密封圈與所述壓蓋的下端面之間配裝有平墊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l一4中任一項(xiàng)所述的管殼式換熱器，其特征在于所述 的外殼、封頭、管板、折流板、拉桿和管箱均由高強(qiáng)度玻璃鋼材料制造。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種管殼式換熱器，包括按常規(guī)數(shù)量和方法裝配的外殼、封頭、管板、換熱管、折流板、拉桿和管箱，其特征在于所述管板的中心開(kāi)有階梯形圓孔，階梯形圓孔的大直徑處帶有內(nèi)螺紋，小直徑處與所述換熱管的直徑相匹配；與所述階梯形圓孔的大直徑處配合有帶外螺紋的壓蓋，壓蓋的軸向中心也開(kāi)有與所述換熱管直徑相匹配的圓孔；在所述階梯形圓孔的臺(tái)階上與所述壓蓋的下端面之間安裝有彈性密封圈。
文檔編號(hào)F28D7/10GK101216263SQ20081005211
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日
發(fā)明者趙景利 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)