[发明专利]一种具备热应力自补偿功能的传热结构

说明书

本发明公开了一种具备热应力自补偿功能的传热结构，包括一对相互平行设置在换热器筒体两端处的换热设备管板，在一对换热设备管板之间水平分布有多根相互平行的换热管，在其中一换热设备管板与换热管之间设有一用于消除换热器中的热应力的应力吸收管。本发明不但能够安全消除换热管的热应力，并且还能够提高换热器的换热效率，同时还提高了设备的安全性能，以满足安全级别高的设备。

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，特别涉及到一种具备热应力自补偿结构的管壳式换热领域。

背景技术

固定式管壳换热器设计过程中，如果筒体金属壁温与换热管壁温相差比较大，类似于ASME规定的两者温差超过50℃，则一定要采取措施以消除热应力。现有技术为了消除这种热应力，通常的解决方案是在外筒上增加波纹管膨胀节10，如图1所示；或者选择调整换热器传热计算设计以满足换热管的金属壁温和外筒壁温温差＜50℃从而避开热应力带来的破坏隐患。采用上述两种方式均有其固有的局限性。

若采用第一种方式：使用波纹管膨胀节对换热器的筒体直径大小和设计压力上限有一定的限制，此外波纹管膨胀节在实际使用过程中存在震动条件下易疲劳损坏的工程实例，设计计算中发现该类设备对地震载荷的径向加速度造成的剪切力承受能力差，因而导致换热器出现严重的安全问题；另外，工质在排空的过程中，波纹管膨胀节底部有大量积液无法排空，停机后易受到低温结冰破坏。

若采用第二中方式：通过调整换热器的整体传热计算设计的方式往往是通过减小换热管的金属壁温和外筒壁温温差的方式来消除换热器设备的热应力，但是减小换热管的金属壁温和外筒壁温温差的方式可能导致换热器无法选择最佳的换热效率。

现有技术也有部分双程管壳式换热器有采用“U”型管设计，虽然也具备自补偿能力，或浮头式换热器利用外筒的密封结构实现热膨胀补偿，但实际应用中占有相当大的比例的结构都是单程的，无法采用“U”型管设计；而采用浮头式吸收热膨胀的单程管壳式换热器的适用范围局限，无法完全解决所有单程换热设备的热应力问题。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明目的提供了一种设计合理、结构简单、不但能够安全消除换热管的热应力，并且还能够提高换热器的换热效率，同时还提高了设备的安全性能，以满足安全级别高的设备的具备热应力自补偿功能的传热结构。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案来实现的：

一种具备热应力自补偿功能的传热结构，其特征在于，包括一对相互平行设置在换热器筒体两端处的换热设备管板，在一对换热设备管板之间水平分布有多根相互平行的换热管，在其中一换热设备管板与换热管之间设有一用于消除换热器中的热应力的应力吸收管。

在本发明的一个优选实施例中，所述应力吸收管与换热管之间为分体式结构或一体式结构。

在本发明的一个优选实施例中，所述应力吸收管与换热管之间为分体式结构，所述应力吸收管的一端设置在其中一块换热设备管板上，所述应力吸收管的另一端滑动套接在换热管的一端内，所述换热管的另一端设置在其中另一块换热设备管板上；

在所述应力吸收管与换热管滑动配合的一端上设有凹槽，在所述凹槽内设有用于提高应力吸收管与换热管之间的密封性能的密封介质。

在本发明的一个优选实施例中，所述应力吸收管与换热管之间为一体式结构，在所述应力吸收管上设有一用于消除换热器中的热应力的应力吸收结构。

在本发明的一个优选实施例中，所述应力吸收结构由至少一沿应力吸收管轴向分布的波纹管圈所组成，所述波纹管圈沿应力吸收管的径向均匀凸起。

在本发明的一个优选实施例中，所述应力吸收结构整体为或S型或L型的弯曲管结构。

在本发明的一个优选实施例中，所述应力吸收管的直径大于或等于换热管的直径。