[发明专利]一种带温度补偿的高温高压换热器及其加工方法

说明书

本发明公开了一种带温度补偿的高温高压换热器及其加工方法，属于化工、环保技术领域，包括若干个水平设置的换热管道，每个换热管道包括同轴套设的内直管和外直管；若干个换热管道通过水平弯管相连构成水平管层，垂直方向相邻的两个水平管层通过垂直弯管相连，构成先水平后垂直的换热管道的盘绕结构；该高温高压换热器通过水平弯管和垂直弯管实现温度补偿。本发明公开的加工方法，包括分段焊接法和切片焊接法，包括将内、外弯管分段安装、焊接和将外管切片安装、焊接的步骤。本发明解决了高温高压换热器受热膨胀、变形的问题，填补了传统套管式换热器在超高温高压温度补偿结构设计和加工领域的空白，促进了高温高压设备和工艺系统的推广和应用。

技术领域

本发明属于化工、环保技术领域，具体涉及一种带温度补偿的高温高压换热器及其加工方法。

背景技术

在能源、化工、环保等领域中，很多生产过程是在高温、高压下进行的，换热器是化工领域中重要的设备之一，例如超临界水氧化处理废水的系统中回热器的工作温度常常高达600℃，压力高达30MPa，随着工艺装置的大型化和高效率化，除了要求工作效率高、成本适宜，还对换热器的安全性能提出了更高的要求。

对于两侧都是高温、高压的冷/热换热流体，对容器或管道的耐压要求极高，因此宜选用套管式换热器进行高温、高压冷/热流体之间的换热。传统套管式换热器的外管由支管连接，每根外管的两端则与内管外壁面焊接。在高温条件下，管道受热膨胀，且主要发生在轴向。但由于内、外管过流介质的温度不同，甚至差异巨大，造成内管和外管的伸长量不同，但这两者同时被管板刚性约束，无法通过自身达到平衡，容易形成管道拉裂、变形等破坏，需要进行热调节和热补偿进而保证换热器的正常工作。

为了保证换热器的安全性运行，一般采用波纹节等补偿器来吸收热膨胀，减小热应力，从而消除管道的热变形。然而，传统的波纹节等补偿方法存在以下三个问题：(1)最高只能用于16MPa的压力，对于更高压力条件下的换热器则不适用；(2)高压管道管径小、管壁厚，波纹管加工成型难度大；(3)化工领域管道耐腐蚀要求高，选材等级高且不常用，波纹管加工成型难度大。

发明内容

为了克服上述不足之处，本发明的目的是提供一种带温度补偿的高温高压换热器及其加工方法，在不同的内、外管温度差导致的不同变形量下，通过对传统套管式换热器连接方式的改进，并设置相应的补偿结构，实现热应力的减小和热变形的消除，从而保证换热器的安全性同时降低设备的加工制造难度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种带温度补偿的高温高压换热器，其特征在于，包括若干个水平设置的换热管道，每个换热管道包括同轴套设的内直管和外直管；若干个换热管道通过水平弯管相连构成水平管层，垂直方向相邻的两个水平管层通过垂直弯管相连，构成先水平后垂直的换热管道的盘绕结构；

该高温高压换热器通过水平弯管和垂直弯管实现温度补偿。

优选地，水平方向相邻的两个内直管的两端和内水平弯管连接形成水平套管层，垂直方向相邻的两个内直管的两端与内垂直弯管连接，垂直进入另一水平套管层；水平方向相邻的两个外直管的一端与外水平弯管连接形成水平套管层，与垂直方向相邻的外直管通过外垂直弯管连接，垂直进入另一水平套管层，水平方向相邻的两个外直管的另一端通过外管连接管连接，实现单侧温度补偿。

优选地，水平方向相邻的两个内直管的两端和内水平弯管连接形成水平套管层，垂直方向相邻的两个内直管的两端与内垂直弯管连接，垂直进入另一水平套管层；水平方向相邻的两个外直管的两端与外水平弯管连接形成水平套管层，垂直方向相邻的两个外直管的两端与外垂直弯管连接，垂直进入另一水平套管层，实现双侧温度补偿。

优选地，在内水平弯管或内垂直弯管的外壁上连接有环肋。