[发明专利]带有滑动导向支承和内部膨胀节的管壳式换热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种管壳式换热器。

背景技术

在化学工业和石油化工中，换热器的应用十分广泛，是不可缺少的常用的工艺设备，在日常生活中也是随处可见的。据统计，在炼油和化工装置中换热器占设备总数的40％左右，投资占总投资的30-45％。近年来随着节能技术的发展，利用换热器进行高温、低温热能的回收带来了显著的经济效益。目前，在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器。随着石油工业和化学工业的发展，各种苛刻条件使用的管壳式换热器越来越多，例如在炼油的加氢裂化、煤油加氢、汽油柴油加氢和润滑油加氢，催化重整、加氢精制等，在化工中的乙烯裂解、乙苯脱氢、高压低压聚合，在化肥中的氨合成、天然气转化等等，换热器需要承受压力从真空到35MPa、温度高达700～900℃的苛刻使用环境。

进入21世纪以来，随着装置大型化的高速发展，大型换热器的使用愈来愈广、愈来愈频繁、技术难度愈来愈大、装备的可靠性要求愈来愈高。如何保障换热效果、提高热效率，提高装备的可靠性，已经成为十分重要的研究课题，各种应用于特殊工艺条件下的大型换热器技术层出不穷，不胜枚举。

在管壳式换热器中最常用的两种换热器是固定管板式换热器和浮头式换热器。如中国石化集团上海工程有限公司编著的《化工工艺设计手册》5-351页、5-357页和中国专利申请01131478.8专利公开的技术。由于换热器管程和壳程流体进行换热，必然存在温度差，当温度差大到超过材料可以承受的温度应力时，就必须采用消除膨胀的工程措施。在固定管极换热器中，由于两端管板是固定的，所以只能在壳体上设置膨胀节，当管束发生伸长或者缩短时，可以通过膨胀节的伸长和缩短来补偿，从而保障管程和壳程之间不发生泄漏，保证基本的换热效果。在浮头式换热器中，壳体上没有膨胀节，所以管程一端采用固定管板，另一端采用滑动管板(即浮头)，管束可以在壳体内自由的伸长和缩短，但是此措施解决了膨胀的问题，必然由带来了另外一个问题，即管程和壳程之间的流体密封问题。为了解决此问题，常用的方法是采用填料函密封结构，由于采用密封结构，必然是有泄漏的，所以只能够保证泄漏的量控制在可以接受的范围之内，例如不大于总流量的5％。

在这两类换热器，固定管板式换热器和浮头式换热器中，通常固定管板式换热器只用于卧式，因为立式换热器膨胀节无法承受地震发生时的剪切力，而当设计成可以承受地震剪切力时，又由于刚性和强度几乎失去的膨胀作用；而卧式设备可以承受地震剪切力。但是在大型化是在内压壳体上设置膨胀节，仍然为广大工程技术人员不接受。在浮头式换热器中，当采用立式时，填料函能够保持良好的受力状态，有一定的周向均匀性，能够保证泄漏的量控制在可以接受的范围之内。但是当采用卧式时，如附图2所示，填料函密封处于一种周向受力不均衡的状态，由于浮动管板和管束的自重，使得下方的填料相对处于更加压紧的状态，而上方的填料则处于相对松弛的状态，由此看来泄漏几乎是不可避免的，尤其是在反复的升温降温操作之后，必然会带来可观的泄漏量，从而影响到了装置的正常稳定的运行，或者造成不必要的能量、物质的损失。例如在乙苯脱氢制苯乙烯装置上，如《石油化工设备技术》2000年21卷5期第六页的报道，一个卧式的浮头式填料函换热器用于乙苯脱氢第二反应器出口高温物料余热乙苯脱氢第一反应器进口物料，热流体温度走管程温度从560-580℃加热冷流体降温到320-360℃，冷流体走壳程温度从100℃左右被加热到500℃，管壳程温度差较大，屡次发生管束损坏，致使换热器设备失效。屡次发生泄漏事故，致使反应器效率严重下降，直到无法维持正常的生产。两类事故造成多次被迫停车，成为制约生产的瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提出一种带有滑动导向支承和内部膨胀节的管壳式换热器，以克服现有技术存在的上述缺陷，满足工业部门需要。

本发明的带有滑动导向支承和内部膨胀节的管壳式换热器，包括壳体、管束、固定管板、浮动管板、封头、膨胀节和滑动导向支承件；

所说的管束的一端与固定管板连接，另一端与浮动管板连接，固定管板固定在壳体的一端，滑动导向支承件支承在浮动管板的下方，封头设置在壳体的两端，，膨胀节的一端与封头的内壁连接，另一端与浮动管板连接，壳体的两端设有流体A的进口和出口，封头上设有流体B的进口和出口；