[发明专利]一种管壳式热交换器

说明书

一种管壳式热交换器，其管板为空腔球体。换热管的两端均匀弯曲后与设置于上、下端的空腔球体贯通，该上、下端的空腔球体上分别贯通安装有乙介质出口、乙介质入口形成换热管束，该换热管束安装于外壳中，外壳的上封头、下封头上分别安装甲介质入口、甲介质出口；乙介质出口、乙介质入口分别密封伸出外壳的上封头、下封头。本发明将常规管壳式热交换器圆形饼状的固定管板设计为圆球体，能极大地提高热交换器内部的空间利用率，在壳体内径相同、内压相等、材料相同的情况下，采用球壳能充分降低管板的厚度。随着管板厚度的减小，热交换器承受温差热应力的能力，随之也得到了提高。所以本发明在适应高压差的同时，还能适应高温差。

技术领域

本发明属于热交换器设计与制造技术领域，涉及一种由球管板构成的管壳式热交换器。

背景技术

管壳式热交换器又称列管式热交换器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式热交换器。这种热交换器具有结构简单，耐高压、造价低、流通截面较宽、易于清洗水垢等优点，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造。

管壳式热交换器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。

管壳式热交换器由于管内外流体的温度不同，其壳体与管束的温度也不同。如果两者的温度相差较大时，热交换器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱，致使热交换器失效。

专利CN201880044100.0所涉及热交换器为常规管壳式热交换器。和大多数管壳式热交换器一样，该专利并不适合高温差工况。

发明内容

本发明提供一种耐高压差、耐高温差的可靠管壳式热交换器，消除工业生产中的安全隐患。

为此，本发明所采用的技术方案是：

一种管壳式热交换器，包括管板，所述管板为球体。

所述球体为空腔球体。

一种管壳式热交换器，换热管的两端均匀弯曲后与设置于上、下端的空腔球体贯通，该上、下端的空腔球体上分别贯通安装有乙介质出口、乙介质入口形成换热板束，该换热板束安装于外壳中，外壳包括筒体，该筒体的上、下端由上封头、下封头封闭，上封头、下封头上分别安装甲介质入口、甲介质出口；乙介质出口、乙介质入口分别密封伸出上封头、下封头。

常规管壳式热交换器固定管板的作用：第一是换热管的集箱板，即换热管通过管板汇集，流体通过管板分配给各个换热管，固定管板是换热管的依附与支撑；第二是管程、壳程的分隔板，即固定管板是管程流体与壳程流体区域的分隔；壳体内流动的甲介质与换热管内流动的乙介质通过换热管进行热量交换，管壳式热交换器的换热主要通过这种换热方式进行，由于固定管板两侧为两种介质存在温差，所以固定管板的第三个作用是进行热量交换，这种换热是管壳式热交换器次要的换热方式；通常状态下，管程压力与壳程压力间存在差值，这种差值即为压差，可见固定管板的第四个作用是承受压差。

从固定管板的第一作用与第四作用，考虑到换热管的自重，同时考虑到压差，固定管板必须得具备一定的厚度，以保证其有足够的强度。另外随着换热管数量的增加，固定管板的直径以及壳体的内径必须增大，固定管板的跨距也随之增大，跨距增大的后果是固定管板中间部位的坍塌变形，这种变形会导致热交换器内介质的泄露，因此固定管板必须得具备一定的厚度，以保证其有足够的刚度。可见固定管板的厚度取决于换热管的重量、管程与壳程的压差以及壳体的内径，固定管板的厚度越厚越好。