[发明专利]一种柔性连接环的碟形管板换热器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种柔性连接环的碟形管板换热器，广泛应用在石油、化工、动力、航空、机械等领域中的两种流体介质间壁式热量交换场合。

背景技术：

换热器产品广泛应用在石油、化工、动力、航空、机械等领域，其中占化工厂设备造价的比例近60％。主要运用在两种介质间壁式热量交换场合。目前，国内外换热器形式种类很多，主要有固定管板换热器、浮头式换热器、U型管式换热器、板式换热器和螺旋板换热器，但在实际使用过程中，并不是每种型式换热器设备都能用在各种场合，而是根据设备使用工艺条件，选用合适的换热器设备。但随着制造装备业快速发展，大型炼油装置、大型乙烯装置等化工设备需求，目前许多固定式管板换热器设备已经不能满足现有生产工艺要求，同时现有的设备造成设备造价高，制造周期长等。

现有的固定式管板换热器结构如图1所示：

换热设备分为管程管箱和壳程筒体2，壳程筒体2的两端分别通过管板3与管程管箱法兰1连接，壳程筒体2中设有多根换热管4，各换热管的两端穿过管板与管程管箱连通而与壳程筒体不连通，并且在壳程筒体中设有多块折流板5，多块折流板在介质的流向上成交错设置，两种换热介质的典型流向是：一种介质从管程管箱的A口流入经换热管换热后，从管程管箱的B口流出；另一种介质从壳程筒体2的D口流入与换热管中的介质进行热交换后从C口流出。现有的设备在实际使用中，在一些场合存在的以下问题：

1、一方面，因为换热器设备多数都属压力容器范畴，设备承载压力和设备直径等是决定固定式管板厚度的重要因数。在大型化换热器设备中，固定式管板换热器管板厚度随压力和直径增加而增大，随着管板厚度增加，而换热器的实际换热面积与换热管有效长度有关，管板内部的换热管无法换热，造成换热设备的换热面积减小，影响换热效果；

2、换热设备通常分为管程和壳程。管程介质流体和壳程介质流体，通过换热管进行间壁换热。而且两种介质温度存在温度差，当管程和壳程流体介质温差达到一定数值时，换热器设备的壳程筒体需设置膨胀节6，释放管壳程因温差引起的温差应力，避免设备被破坏。但随着设备直径变大，膨胀节制造成本加大，制造周期长。同时膨胀节承受刚性载荷有限制，无法满足工况需要等。

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种柔性连接环的碟形管板换热器，采用可承压变形的碟形管板，比现有的管板厚度薄很多，可使设备用料量降低、管板钻孔加工量减小以及制造工期缩短。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

柔性连接环的碟形管板换热器，包括壳程筒体、设于所述壳程筒体两端的管程筒体，所述壳程筒体的内腔沿轴向设有多根换热管，各所述换热管的两端与所述管程筒体的内腔相通且不与所述壳程筒体的内腔相通，在所述壳程筒体的内腔设有起扰流作用并支撑所述换热管的折流板，设置处于所述壳程筒体两端的碟形管板，并设置能够弹性变形的柔性连接环，所述柔性连接环分别与所述壳程筒体、碟形管板及所述管程筒体的端部密封连接。

所述柔性连接环的轴向断面呈“y”字形，即所述柔性连接环的一侧端面为单环，另一侧端面为双环，单环的一侧端面与所述壳程筒体的端部密封连接；双环的一侧端面分别与所述碟形管板及所述管程筒体密封连接。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明换热器设备与现有的固定管板式换热器比较而言，本发明碟形管板比现有的管板厚度薄，设备用材料量低、管板钻孔加工量小以及制造工期短；

2、本发明通过柔性连接环和碟形管板组合，在有温差应力工况下，可以缓解释放管程和壳程因温差引起的温差应力，避免使用膨胀节的要求。特别是针对大直径和重力载荷条件下，对设备刚性要求高的情况，因为膨胀节一般解决温差应力而产生的轴向位移等，但很难解决刚度要求；

3、现有的带有膨胀节的固定管板换热器，膨胀节制造成本高，加工周期长，使用寿命短，而本发明通过柔性连接环和碟形薄管板组合，释放管程和壳程的温差应力，无需设置膨胀节。

附图说明：

图1为现有固定式管板换热器的结构示意图；图2为本发明的结构示意图；图3为图2的I部放大图；图4为本发明柔性连接环的轴向剖面图；图5为本发明碟形管板的径向剖面图；图6为蝶形管板的主视结构图。

图中标号：1管程管箱法兰，2壳程筒体，3管板，4换热管，5折流板，6膨胀节，7管程筒体，8碟形管板，9柔性连接环，10换热管孔。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式：

实施例：参见图2、6，本实施例的柔性连接环的碟形管板换热器，其包括壳程筒体2、设于壳程筒体2两端的管程筒体7，在壳程筒体的内腔沿轴向设有多根换热管4，各换热管的两端穿过蝶形管板8的换热管孔10与管程筒体7的内腔相通，各换热管不与壳程筒体的内腔相通，在壳程筒体2的内腔设有起扰流作用并支撑换热管4的折流板5，图2、5、6所示，碟形管板8整体呈碟状，设置于壳程筒体2的两端，蝶形管板8的口部边缘与柔性连接环焊接。具体设置中，参见图2、3、4，柔性连接环9的轴向断面呈“y”字形，即柔性连接环9的一侧端面为单环结构，另一侧端面为同心圆形状的双环结构，单环的一侧端面与壳程筒体2的端部密封连接；双环的一侧端面，其内环与碟形管板的口部密封连接，外环与管程筒体9的端部密封连接，使得壳程筒体2的内腔与管程筒体7的内腔相互密封隔离。诚然，也可将柔性连接环与碟形管板设为一体结构，两者的配合可释放管程和壳程的温差应力，无需设置膨胀节。其中，管程筒体和壳程筒体上按常规设置有流体进出口。