專(zhuān)利名稱(chēng)：一種石墨管式換熱器管板與換熱管的密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于密封裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種石墨管式換熱器管板與換熱管的密封裝置。
背景技術(shù)：
石油化工、煤化工等行業(yè)中使用的換熱器一般由金屬材料制造，但是在換熱介質(zhì)具有腐蝕性時(shí)，金屬材料制造的換熱器顯然不能滿(mǎn)足使用要求。為使換熱器能夠在腐蝕性環(huán)境中工作，可以使用石墨管式換熱器。石墨管式換熱器的管板和換熱管均由石墨材料制造；石墨材料有著良好的傳熱性能，并且具有很強(qiáng)的耐腐蝕性能。但是，石墨是脆性材料，易于損壞；石墨管板與換熱管之間還不能焊接密封，通常是采用密封填料密封或粘結(jié)劑黏結(jié)密封。粘結(jié)劑黏結(jié)密封是在石墨換熱管外表面和管板密封孔的表面上涂一層粘結(jié)劑，換熱管與管板裝配好后經(jīng)過(guò)固化連接在一起，形成密封。黏結(jié)密封的缺點(diǎn)是，在石墨管板和換熱管受熱產(chǎn)生熱膨脹差時(shí)容易造成密封失效。中國(guó)專(zhuān)利CN201780037U公開(kāi)了一種石墨換熱器中石墨換熱管的密封裝置，其結(jié)構(gòu)包括石墨換熱管板和石墨換熱管，石墨換熱管端部與石墨換熱管板之間的連接處從內(nèi)到外依次安裝有O型密封圈和石墨墊片，石墨墊片的外側(cè)設(shè)置有石墨壓緊螺母?！陡g科學(xué)與防護(hù)技術(shù)》雜志2004年第3期發(fā)表的“石墨蒸發(fā)器的選擇” 一文介紹了一種石墨換熱管與管板的密封裝置，包括旋緊螺母、石墨襯圈和聚四氟乙烯O型圈等。上述兩種密封，都屬于密封填料密封，在螺母旋緊后通過(guò)石墨墊片或石墨襯圈壓緊密封圈實(shí)現(xiàn)石墨管板與換熱管之間的密封。存在的問(wèn)題是(1)需要在石墨管板上的密封孔上加工出螺紋。由于石墨較脆，螺紋容易損壞，從而使作用于密封圈上的密封壓力減小，造成密封的可靠性降低或密封失效。(2)密封結(jié)構(gòu)與安裝過(guò)程比較復(fù)雜。對(duì)于每一根石墨換熱管與管板之間的密封，都需要在石墨管板上加工出一個(gè)帶螺紋的密封孔，然后用螺母等零件壓緊密封圈。在換熱管的數(shù)量較大時(shí)(例如數(shù)百根換熱管)，密封工作將相當(dāng)煩瑣。(3)密封圈通常使用聚四氟乙烯、普通密封橡膠等材料，對(duì)于密封圈與石墨管板上的密封孔和與換熱管之間的徑向間隙(因石墨管板和換熱管的熱膨脹差而產(chǎn)生)，不能進(jìn)行補(bǔ)償，也會(huì)造成密封的可靠性降低或密封失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種石墨管式換熱器管板與換熱管的密封裝置，以解決現(xiàn)有密封裝置所存在的密封孔上的螺紋容易損壞、密封結(jié)構(gòu)與安裝過(guò)程比較復(fù)雜、密封圈不能補(bǔ)償徑向間隙等問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種石墨管式換熱器管板與換熱管的密封裝置，其特征在于它由內(nèi)向外設(shè)有內(nèi)密封圈、金屬殼體和外密封圈，金屬殼體由內(nèi)向外設(shè)有內(nèi)側(cè)板和外側(cè)板，內(nèi)密封圈、外密封圈、內(nèi)側(cè)板和外側(cè)板均為圓筒形，同軸設(shè)置，內(nèi)密封圈與內(nèi)側(cè)板之間、外密封圈與外側(cè)板之間相互接觸，內(nèi)側(cè)板與外側(cè)板之間相互隔開(kāi)，內(nèi)側(cè)板和外側(cè)板的底部設(shè)有圓環(huán)形的底板，頂部設(shè)有圓環(huán)形的蓋板，蓋板上設(shè)有開(kāi)孔，內(nèi)側(cè)板、外側(cè)板、底板和蓋板之間形成腔體，腔體內(nèi)設(shè)有膨脹橡膠，膨脹橡膠為吸水或吸油膨脹橡膠。采用本發(fā)明，具有如下的有益效果(I)本發(fā)明密封裝置在使用時(shí)，管板上的密封孔上不需要加工出螺紋，避免了現(xiàn)有密封裝置因該螺紋容易損壞而造成密封可靠性降低或密封失效的問(wèn)題。(2)本發(fā)明密封裝置的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。在使用時(shí)，將其作為一個(gè)整體部件放置在管板上的密封孔內(nèi)、換熱管的端部插入內(nèi)密封圈的內(nèi)孔中，即完成了安裝；安裝過(guò)程也比較簡(jiǎn)單。在換熱管的數(shù)量較大時(shí)，與現(xiàn)有密封裝置的密封方案相比，本發(fā)明的密封工作易于進(jìn)行，密封工作量可以大大減少。(3)本發(fā)明在使用過(guò)程中，管程換熱介質(zhì)(油或水)從蓋板上的開(kāi)孔進(jìn)入金屬殼體的腔體之內(nèi)，膨脹橡膠吸水或吸油后發(fā)生膨脹。受金屬殼體的限制，膨脹橡膠沿徑向膨脹，使其兩側(cè)的內(nèi)側(cè)板和外側(cè)板分別產(chǎn)生向內(nèi)密封圈和外密封圈方向的徑向變形，從而使內(nèi)密封圈和外密封圈分別產(chǎn)生徑向壓縮變形。因此，在石墨管板和換熱管受熱產(chǎn)生熱膨脹差時(shí)，內(nèi)密封圈對(duì)于內(nèi)密封圈與換熱管之間的徑向間隙、外密封圈對(duì)于外密封圈與密封孔之間的徑向間隙，可以進(jìn)行補(bǔ)償，防止所述徑向間隙的形成，使內(nèi)密封圈與換熱管之間、外密封圈與密封孔之間始終保持緊密貼合、持續(xù)產(chǎn)生足夠的密封壓 力。內(nèi)密封圈與內(nèi)側(cè)板之間、外密封圈與外側(cè)板之間，也能夠始終保持緊密貼合，不存在徑向間隙。由于以上的原因，本發(fā)明不會(huì)因徑向間隙問(wèn)題造成密封的可靠性降低或密封失效，在管程和殼程換熱介質(zhì)壓力較高時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)良好的密封。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。附圖和具體實(shí)施方式
并不限制本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。


圖I是本發(fā)明石墨管式換熱器管板與換熱管的密封裝置沿軸向的剖視圖。圖2是圖I所示密封裝置的俯視圖。圖3是本發(fā)明密封裝置的安裝示意圖。圖4是管板以及管板上密封孔和管孔的示意圖。圖I至圖4中，相同附圖標(biāo)記表示相同的技術(shù)特征。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖I和圖2，本發(fā)明的石墨管式換熱器管板與換熱管的密封裝置(簡(jiǎn)稱(chēng)為密封裝置)，由內(nèi)向外設(shè)有內(nèi)密封圈3、金屬殼體2和外密封圈4,金屬殼體2由內(nèi)向外設(shè)有內(nèi)側(cè)板21和外側(cè)板22。內(nèi)密封圈3、外密封圈4、內(nèi)側(cè)板21和外側(cè)板22均為圓筒形，同軸設(shè)置。內(nèi)密封圈3與內(nèi)側(cè)板21之間、外密封圈4與外側(cè)板22之間相互接觸，內(nèi)側(cè)板21與外側(cè)板22之間相互隔開(kāi)。內(nèi)側(cè)板21和外側(cè)板22的底部設(shè)有圓環(huán)形的底板23，頂部設(shè)有圓環(huán)形的蓋板5，蓋板5上設(shè)有開(kāi)孔51。內(nèi)側(cè)板21、外側(cè)板22、底板23和蓋板5之間形成腔體，腔體內(nèi)設(shè)有膨脹橡膠I。腔體和膨脹橡膠I均為圓筒形，橫截面形狀均為長(zhǎng)方形。金屬殼體2由內(nèi)側(cè)板21、外側(cè)板22、底板23和蓋板5組成。膨脹橡膠I為吸水或吸油膨脹橡膠，它們都是現(xiàn)有的。換熱介質(zhì)為水時(shí)，使用吸水膨脹橡膠；換熱介質(zhì)為油時(shí)，使用吸油膨脹橡膠。吸水膨脹橡膠吸水后或吸油膨脹橡膠吸油后，在不受約束的情況下，體積膨脹率一般均為200% 350%。吸水膨脹橡膠可以使用WRS200、WRS250、WRS350等牌號(hào)的吸水膨脹橡膠，吸油膨脹橡膠可以使用0RS200、0RS250、ORS350等牌號(hào)的吸油膨脹橡膠。本發(fā)明要求，膨脹橡膠I的拉伸強(qiáng)度一般為6 lOMPa。內(nèi)密封圈3和外密封圈4的材料一般均為各種硅橡膠或聚四氟乙烯。金屬殼體2 (包括內(nèi)側(cè)板21、夕卜側(cè)板22、底板23和蓋板5)的材料一般為不銹鋼,例如lCrl8Ni9、Crl7等。本發(fā)明要求不銹鋼的彈性模量(楊氏彈性模 量)一般為195X 103 201 X IO3MPa0參見(jiàn)圖1，膨脹橡膠I的厚度b —般為5 15毫米，內(nèi)密封圈3和外密封圈4的厚度a —般均為4 8毫米。為使金屬殼體2保持軸向剛性、防止膨脹橡膠I沿軸向膨脹，本發(fā)明要求金屬殼體2中底板23和蓋板5的厚度均大于內(nèi)側(cè)板21和外側(cè)板22的厚度。內(nèi)側(cè)板21和外側(cè)板22的厚度一般均為O. 5 I毫米，底板23和蓋板5的厚度一般均為I. 5 4毫米。參見(jiàn)圖I、圖3和圖4，內(nèi)密封圈3的內(nèi)直徑dl —般要比換熱管6的外直徑d3小I 3毫米，換熱管6的外直徑d3 —般為18 42毫米。外密封圈4的外直徑d2 —般要比密封孔72的直徑d4大I 3毫米。本發(fā)明石墨管式換熱器管板與換熱管的密封裝置的總高度hi —般為20 50毫米，密封孔72的深度h2 —般比hi大2 5毫米。蓋板5上開(kāi)孔51的形狀一般為圓形或正方形,數(shù)量一般為4 16個(gè),在蓋板5上繞圓周方向均勻分布；每個(gè)開(kāi)孔51的面積一般為4 12平方毫米。圖2所示，蓋板5上設(shè)有8個(gè)圓形開(kāi)孔51。本發(fā)明的密封裝置，內(nèi)密封圈3與內(nèi)側(cè)板21之間、外密封圈4與外側(cè)板22之間分別用有機(jī)硅樹(shù)脂(例如甲基苯基硅樹(shù)脂等)膠粘劑黏結(jié)在一起；可以使用1052、1053、1054、WJ-2、WJ-3等牌號(hào)的有機(jī)硅樹(shù)脂膠粘劑。內(nèi)側(cè)板21、外側(cè)板22和底板23通常為一體式組合構(gòu)件，整體沖壓加工而成。將膨脹橡膠I放入內(nèi)側(cè)板21、外側(cè)板22和底板23組成的圓筒形空間后，通常再通過(guò)點(diǎn)焊的方式將蓋板5連接于內(nèi)側(cè)板21和外側(cè)板22的頂部。這樣，就使本發(fā)明的密封裝置成為一個(gè)整體部件。參見(jiàn)圖3，管程換熱介質(zhì)8 (油或水)的溫度一般為100 160°C。本發(fā)明使用的膨脹橡膠I以及內(nèi)密封圈3和外密封圈4所用的硅橡膠或聚四氟乙烯的使用溫度，一般均為140 220°C，通常都應(yīng)比管程換熱介質(zhì)8的溫度高出40 60°C。上述部件材料的使用溫度，是指這些部件材料在140 220°C的溫度范圍內(nèi)能夠使用。參見(jiàn)圖3和圖4，本發(fā)明的密封裝置在使用時(shí)，安裝在管板7上的密封孔72內(nèi)。換熱管6由管板7上的管孔71穿過(guò)(管孔71的直徑d5 —般要比換熱管6的外直徑d3大
I.5 3毫米)，換熱管6的端部插入內(nèi)密封圈3的內(nèi)孔中。由于內(nèi)密封圈3的內(nèi)直徑dl小于換熱管6的外直徑d3、外密封圈4的外直徑d2大于密封孔72的直徑d4,所以密封裝置安裝完成后，內(nèi)密封圈3和外密封圈4會(huì)分別產(chǎn)生徑向壓縮變形，使內(nèi)密封圈3與換熱管6之間、內(nèi)密封圈3與內(nèi)側(cè)板21之間、外密封圈4與外側(cè)板22之間、外密封圈4與密封孔72之間能夠緊密貼合，形成密封。為便于密封裝置和換熱管6的安裝，可在密封孔72和管孔71的孔口以及換熱管6的端頭加工出倒角(圖略)。本發(fā)明上述的各種結(jié)構(gòu)參數(shù)，均為密封裝置未安裝使用時(shí)、石墨管式換熱器未運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)。
參見(jiàn)圖3，本發(fā)明密封裝置在使用過(guò)程中(石墨管式換熱器處于運(yùn)行狀態(tài))，管程換熱介質(zhì)8 (油或水)進(jìn)入換熱管6內(nèi)，同時(shí)也從蓋板5上的開(kāi)孔51進(jìn)入金屬殼體2的腔體之內(nèi)；腔體內(nèi)的膨脹橡膠I吸水或吸油后發(fā)生膨脹。由于金屬殼體2中底板23和蓋板5的厚度均大于內(nèi)側(cè)板21和外側(cè)板22的厚度，所以膨脹橡膠I沿徑向、向其兩側(cè)的內(nèi)側(cè)板21和外側(cè)板22兩個(gè)方向膨脹,使內(nèi)側(cè)板21和外側(cè)板22分別產(chǎn)生向內(nèi)密封圈3和外密封圈4方向的徑向變形(變形量一般分別為O. 5 2毫米)，從而使內(nèi)密封圈3和外密封圈4分別產(chǎn)生徑向壓縮變形(變形量一般分別為O. 5 2毫米)。因此，內(nèi)密封圈3與換熱管6之間、內(nèi)密封圈3與內(nèi)側(cè)板21之間、外密封圈4與外側(cè)板22之間、外密封圈4與密封孔72之間能夠緊密貼合并持續(xù)產(chǎn)生足夠的密封壓力，不存在徑向間隙，可以實(shí)現(xiàn)良好、可靠的密封。本發(fā)明所述有關(guān)部件之間或有關(guān)部件與部位之間的貼合、徑向間隙或密封壓力，是對(duì)于有關(guān)部件或部位的側(cè)面而言的。各有關(guān)部件在不同軸向位置的徑向變形量基本相等。本發(fā)明所述的徑向、軸向，是對(duì)于有關(guān)部件的自身而言。
本發(fā)明主要用于石油化工、煤化工等行業(yè)的石墨管式換熱器中。
權(quán)利要求
1.一種石墨管式換熱器管板與換熱管的密封裝置，其特征在于它由內(nèi)向外設(shè)有內(nèi)密封圈(3)、金屬殼體(2)和外密封圈(4)，金屬殼體(2)由內(nèi)向外設(shè)有內(nèi)側(cè)板(21)和外側(cè)板(22)，內(nèi)密封圈(3)、外密封圈⑷、內(nèi)側(cè)板(21)和外側(cè)板(22)均為圓筒形，同軸設(shè)置，內(nèi)密封圈⑶與內(nèi)側(cè)板(21)之間、外密封圈(4)與外側(cè)板(22)之間相互接觸，內(nèi)側(cè)板(21)與外側(cè)板(22)之間相互隔開(kāi) ，內(nèi)側(cè)板(21)和外側(cè)板(22)的底部設(shè)有圓環(huán)形的底板(23)，頂部設(shè)有圓環(huán)形的蓋板(5)，蓋板(5)上設(shè)有開(kāi)孔(51)，內(nèi)側(cè)板(21)、外側(cè)板(22)、底板(23)和蓋板(5)之間形成腔體，腔體內(nèi)設(shè)有膨脹橡膠(I)，膨脹橡膠(I)為吸水或吸油膨脹橡膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的密封裝置，其特征在于膨脹橡膠(I)的拉伸強(qiáng)度為6 lOMPa，使用溫度為140 220°C，內(nèi)密封圈(3)和外密封圈⑷的材料均為硅橡膠或聚四氟乙烯，金屬殼體⑵的材料為不銹鋼，不銹鋼的彈性模量為195 X IO3 201 X IO3MPa0
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封裝置，其特征在于膨脹橡膠(I)的厚度b為5 15毫米，內(nèi)密封圈(3)和外密封圈(4)的厚度a均為4 8毫米，內(nèi)側(cè)板(21)和外側(cè)板(22)的厚度均為O. 5 I毫米，底板(23)和蓋板(5)的厚度均為I. 5 4毫米，內(nèi)密封圈(3)的內(nèi)直徑dl比換熱管(6)的外直徑d3小I 3毫米，換熱管(6)的外直徑d3為18 42毫米，外密封圈⑷的外直徑d2比密封孔(72)的直徑d4大I 3毫米，石墨管式換熱器管板與換熱管的密封裝置的總高度hi為20 50毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的密封裝置，其特征在于蓋板(5)上開(kāi)孔(51)的形狀為圓形或正方形，數(shù)量為4 16個(gè)，在蓋板(5)上繞圓周方向均勻分布，每個(gè)開(kāi)孔(51)的面積為4 12平方毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任何一項(xiàng)所述的密封裝置，其特征在于它安裝在管板(7)上的密封孔(72)內(nèi)，換熱管(6)的端部插入內(nèi)密封圈(3)的內(nèi)孔中，使用過(guò)程中，膨脹橡膠(I)沿徑向膨脹，使其兩側(cè)的內(nèi)側(cè)板(21)和外側(cè)板(22)分別產(chǎn)生O. 5 2毫米的徑向變形。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種石墨管式換熱器管板與換熱管的密封裝置，以解決現(xiàn)有密封裝置所存在的密封孔上的螺紋容易損壞、密封結(jié)構(gòu)與安裝過(guò)程比較復(fù)雜、密封圈不能補(bǔ)償徑向間隙等問(wèn)題。本發(fā)明密封裝置由內(nèi)向外設(shè)有內(nèi)密封圈(3)、金屬殼體(2)和外密封圈(4)，金屬殼體由內(nèi)向外設(shè)有內(nèi)側(cè)板(21)和外側(cè)板(22)。內(nèi)側(cè)板和外側(cè)板的底部設(shè)有圓環(huán)形的底板(23)，頂部設(shè)有圓環(huán)形的蓋板(5)，蓋板上設(shè)有開(kāi)孔(51)。內(nèi)側(cè)板、外側(cè)板、底板和蓋板之間形成腔體，腔體內(nèi)設(shè)有膨脹橡膠(1)，膨脹橡膠為吸水或吸油膨脹橡膠。本發(fā)明主要用于石油化工、煤化工等行業(yè)的石墨管式換熱器中。
文檔編號(hào)F28F11/02GK102901395SQ20111021110
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者高曉紅, 孫志欽, 黃進(jìn)煥, 王作紅, 段彥明 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中石化洛陽(yáng)工程有限公司