一種具有尾部防振裝置的u形管束換熱器的製作方法

2023-05-06 03:54:41 1

專利名稱：一種具有尾部防振裝置的u形管束換熱器的製作方法
技術領域：
本申請涉及裝備工程中的管殼式換熱器技術，特別是涉及用於石油化工、煤炭化工、化肥工業、空調製冷、電力設施的熱交換專用的一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器。
背景技術：
現有技術中，管殼式換熱器是應用最為廣泛的一種熱交換器，管殼式換熱器又稱為列管式換熱器或者列管式冷凝器，廣泛應用於化工、石油、醫藥、食品、輕工、冶金、焦化等領域中的「液一液」、「汽一汽」、「汽一液」熱交換的對流傳熱，以及蒸汽冷凝和液體蒸發傳熱等換熱冷凝流程。現有技術中的管殼式換熱器通常的結構如圖1所示，一般是由管束2、管殼3、管箱4等主要構件組成，其中，管束2是管殼式換熱器的核心構件，管束2通常由換熱管1、支持板(或者折流板)和管板組成，成排的換熱管I通過支持板(或者折流板)支承，其兩端穿進管板的管孔中，並與管板相連接，從而保證接頭的密封性和強度。通過管束2與管箱4的隔板的組合，可以將換熱管I分成幾個流程，以便介質在換熱管I內來回流動，從而能夠延長換熱流程，增加換熱時間，充分地與管外的殼程介質換熱。當換熱管I管內的熱交換介質為冷介質，管外的熱交換介質為強制對流的煙氣時，則構成加熱爐方式；當換熱管I管內的熱交換介質為熱介質，管外的熱交換介質為強制對流的空氣時，則構成冷卻器方式；加熱爐方式和冷卻器方式均為熱交換器的一種熱交換方式。這種管殼式換熱器的製造工藝較為成熟，安全性能也較高，是換熱設備中關鍵的能耗設備。根據間壁傳熱原理，一臺換熱設備的傳熱效率是通過傳熱能力相對較差的一側傳熱能力反映，而就目前的結構而言，這一側往往是殼程。因此，長期以來，人們往往通過改進殼程管束折流板的結構來改善整體換熱設備的換熱效果。隨著社會經濟和技術的發展，石油化工裝置的建設規模越來越大，新建換熱器的結構尺寸和處理量也越來越大，舊裝置的舊換熱器的處理能力有時也要超負荷運行，換熱器管束在強流體介質的衝擊下發生振動，不但產生噪音汙染環境，還磨損破壞換熱管，造成設備內漏，從而影響化工產品的生產及質量，甚至向外洩漏而汙染環境。由於中國的煤資源豐富，特別是近幾年來國內煤化工得到發展，煤制氫裝置是一種工藝成熟的制氫裝置，採用煤炭或焦炭原料轉化為粗合成氣，再生產氫氣，是最成熟的煤氣化技術，其中的變換爐進氣加熱器/中壓蒸汽過熱器、甲烷化調整換熱器/低壓蒸汽換熱器都是煤(焦)制氫氣項目中的重要設備，是一個殼程的兩端分別配一個管程共兩個管程的「一拖二」換熱器，由於設備的介質的氣體特殊，操作壓力和溫度都非常高，殼程要同時適應兩種管程的操作彈性，經常性的調節以及氣體的易壓縮彈性會造成管束的振動，所以設計結構非常特殊要求。另一方面，現有技術中在用的普通U形管束一般都很少設置防振裝置，目前在用的GB151-1999《管殼式換熱器》關於管束振動的附件E屬於參考件，設計標準中並沒有關於U形管段防振強制結 構的記載。並且，由於該標準歷經十多年未作修訂及補充，已無法滿足工程技術的需要，如果這類U形管束的U形管段存在泡狀沸騰的工況，則對防振的要求則更加嚴格，因此，針對U形管段的振動進行分析，研究各種不同的防振措施顯得尤為重要。如:中國發明專利申請(公開號為CN 85108586A)公開了一種「熱交換器傳熱管的防振動支撐裝置」，其技術方案為「包括插在相鄰的傳熱管列之間的長方形薄支持板，且該支持板的兩側邊緣上具有與該傳熱管相吻合的近似半圓形的缺口，插進該支持板時，是使支持板的內、外兩面均面對著各傳熱管的外表面，且使該支持板的長度方向與各傳熱管的軸線相垂直，插到該傳熱管列之間，然後使該支持板以其長度方向的中心線為軸線轉動90°，轉動以後，支持板上得近似半圓形的缺口與各傳熱管相吻合。」上述技術方案是對管束的直管段採取的防振措施，不適用於U形管束的防振，而且傳熱管在受到振動的影響後，較易與支持板上的近似半圓形的缺口之間發生摩擦，從而影響傳熱管的使用壽命；同時安裝、組裝也較為複雜。中國申請專利(授權公告號為CN 200958915Y)公開了一種「百萬等級單列高壓加熱器分段式U形管防振柵架」，其技術方案為「由隔板、上支撐板、中間支撐板、下支撐板、頂板、柵板、加強圈組成，上支撐板、中間支撐板和下支撐板兩端下面交叉，由加強圈固定，底部與隔板連接，上面均勻分開組成弧形，在上支撐板、中間支撐板、下支撐板中間的頂板上設有用於固定U形管的柵板。」上述技術方案是對U形管彎管處超過標準規定的無支撐長度部分採取分四段進行支撐，使每段管子的無支撐長度都控制在標準之內，防止U形管發生振動，延長加熱器的運行壽命，提高機組的安全運行率。然而，該技術方案存在以下不足之處: 其一，依賴於隔板固定整體，各個部件均需與隔板進行固定連接。其二，僅適用於彎曲半徑單一的一排U形管。其三，用於固定U形管的柵板只有一種長度規格，而且柵板只有一端連接起來，其結構剛性差，容易受外在因素影響於平行於管束的平面內發生偏移，因此，一般只能在電站行業的單列式加熱器中應用。其四，柵板的固定方式較為複雜，結構部件較多。並且，上述提到的設置防振裝置的U形管束中，不適用於煤化工煤制氫裝置換熱器管束的防震。因此，針對上述現有技術中存在的問題進行改進，在工程技術領域具有極為深遠和重大的意義。
發明內容本申請的目的在於提供一種能夠提高管束質量及管束穩固性，並延長管束使用壽命的具有尾部防振裝置的U形管束換熱器。本申請的目的通過以下技術方案實現:提供了一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器，包括有U形管束、管殼和管箱，所述U形管束包括有兩個直管段組和U形管段組，所述U形管段組呈階梯狀排列設置，所述U形管段組設置有一組或者一組以上的防振組件，其中，所述防振組件包括有中心柱、連接件，以及一個或者一個以上的縱向限位件，所述連接件沿U形管段組的外部縱向包圍設置、且在所述連接件上開設有若干個安裝孔；所述中心柱沿Z向設置於U形管段組中半徑最小的U形管段的內側，所述中心柱的兩端分別穿過所述連接件的安裝孔並與所述連接件連接；所述縱向限位件沿Z向分別貫穿設置於U形管段組中沿X方向的兩組U形管段之間，所述縱向限位件的兩端分別穿過所述連接件的安裝孔並與所述連接件連接。其中，所述縱向限位件垂直於所述U形管段組的管束中心線所在的平面。其中，所述縱向限位件沿X方向呈同一直線設置。其中，所述縱向限位件沿Z向分別貫穿設置於U形管段組中沿X方向相鄰的兩組U形管段之間。其中，所述縱向限位件的尺寸與所述U形管段組中相鄰的兩組U形管段之間的X向間隙相匹配。其中，所述縱向限位件為直圓管、直圓杆、直方杆、直鋼片和扁直鋼管中的任一種縱向限位件。其中，所述連接件為條形連接件，所述條形連接件自所述U形管段組的上方沿所述U形管段組的外部延伸至所述U形管段組的下方。
其中，所述條形連接件為一體成型的條形連接件。其中，所述U形管段組設置有兩組或者兩組以上的防振組件，所述兩組或者兩組以上的防振組件在XY平面上呈等間距設置。其中，所述U形管束的直管段組和U形管段組的連接處設置有至少一個支持板。本申請的有益效果:本申請的一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器，包括有U形管束、管殼和管箱，所述U形管束包括有兩個直管段組和U形管段組，所述U形管段組呈階梯狀排列設置，所述U形管段組設置有一組或者一組以上的防振組件，其中，所述防振組件包括有中心柱、連接件，以及一個或者一個以上的縱向限位件，所述連接件沿U形管段組的外部縱向包圍設置、且在所述連接件上開設有若干個安裝孔；所述中心柱沿Z向設置於U形管段組中半徑最小的U形管段的內側，所述中心柱的兩端分別穿過所述連接件的安裝孔並與所述連接件連接；所述縱向限位件沿Z向分別貫穿設置於U形管段組中沿X方向的兩組U形管段之間，所述縱向限位件的兩端分別穿過所述連接件的安裝孔並與所述連接件連接。與現有技術相t匕，本申請沿Z向設置縱向限位件，通過縱向限位件伸入U形管段組中、並貫穿整個縱向的U形管段組，不僅能夠預防流體誘導的振動，而且還具有結構簡單、結構剛性好、管束質量高、管束穩固性好及使用壽命長的特點，尤其適用於煤化工煤制氫裝置換熱器。

利用附圖對本申請作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本申請的任何限制，對於本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。圖1是現有技術中的一種管殼式換熱器的結構示意圖。圖2是本申請的一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器的U形管束的結構示意圖。圖3是圖2的「A-A」向的結構示意圖。圖4是本申請的一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器的U形管束的另一種實施例的結構示意圖。在圖1、圖2、圖3和圖4中包括有:I——換熱管、2——U形管束、21——直管段組、22——U形管段組、3——管殼、4——管箱、5——流體進口、6——流體出口、7——防振組件、71——中心柱、72——縱向限位件、73——連接件、8——支持板。
具體實施方式
結合以下實施例對本申請作進一步描述。實施例1本申請的一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器的具體實施方式
之一，參考圖1所示，包括有U形管束2、管殼3和管箱4，U形管束2包括有兩 個直管段組21和U形管段組22，U形管段組22呈階梯狀排列設置，U形管段組22設置有一組或者一組以上的防振組件7，上述技術特徵與現有技術中的管殼式換熱器的結構相同。該管殼式換熱器也具備現有技術中的管殼式換熱器的其它基本結構。需要說明的是，圖2和圖3中的X方向為U形管束的中心軸線的方向(即管束熱脹伸長的方向)，Y方向為U形管束中U形管段的層面方向，Z方向為U形管束中U形管層間方向。本申請的改進之處在於，如圖2和圖3所示，所述防振組件7包括有中心柱71、連接件73，以及一個或者一個以上的縱向限位件72，所述連接件73沿U形管段組22的外部縱向包圍設置、且在所述連接件73上開設有若干個安裝孔；所述中心柱71沿Z向設置於U形管段組22中半徑最小的U形管段的內側，所述中心柱71的兩端分別穿過所述連接件73的安裝孔並與所述連接件73連接；所述縱向限位件72沿Z向分別貫穿設置於U形管段組22中沿X方向的兩組U形管段之間，所述縱向限位件72的兩端分別穿過所述連接件73的安裝孔並與所述連接件73連接。與現有技術相比，本申請沿Z向設置縱向限位件，通過縱向限位件伸入U形管段組中、並貫穿整個縱向的U形管段組，不僅能夠預防流體誘導的振動，而且還具有結構簡單、結構剛性好、管束質量高、管束穩固性好及使用壽命長的特點，尤其適用於煤化工煤制氫裝置換熱器。具體的，所述縱向限位件72垂直於所述U形管段組22的管束中心線所在的平面。其區別於現有技術，從Z向方向設置縱向限位件72，使得管束的穩固性較好，同時還能夠預防流體誘導的振動。具體的，所述縱向限位件72沿X方向呈同一直線設置。受力均勻，利於U形管束的進一步穩固。具體的，所述縱向限位件72沿Z向分別貫穿設置於U形管段組22中沿X方向相鄰的兩組U形管段之間。U形管段組22中沿X方向每相鄰的兩組U形管段之間均貫穿有縱向限位件72，或者U形管段組22中沿X方向部分相鄰的兩組U形管段之間設置貫穿的縱向限位件72.[0048]具體的，所述縱向限位件72的尺寸與所述U形管段組22中相鄰的兩組U形管段之間的X向間隙相匹配。或者，縱向限位件72的橫向尺寸與相鄰的U形管段之間留有一定的伸縮間隙。具體的，所述縱向限位件72為直圓管、直圓杆、直方杆、直鋼片和扁直鋼管中的任一種縱向限位件72。優選扁直鋼管或者直方杆。另一種縱向限位72為直圓管的兩段與U形管段相牴觸的部分開設有弧形缺口，該弧形缺口與U形管段的弧段相匹配。具體的，所述連接件73為條形連接件，所述條形連接件自所述U形管段組22的上方沿所述U形管段組22的外部延伸至所述U形管段組22的下方。具體的，所述條形連接件為一體成型的條形連接件。具體的，所述U形管束的直管段組21和U形管段組22的連接處設置有至少一個支持板8。本申請的一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器的組裝步驟包括:第一，按傳統的方式製作U形管束2、U形管束2的管板、支持板8等部件，同時增加製作中心柱71、限位件72、連接件73等防振組件7。第二，按傳統的方式組裝U形管，組裝完U形管段後，增加安裝中心柱71、限位件72。第三，將中心柱11和限位件72的上下兩端分別與連接件73的上下兩端相焊接。傳統的管殼式換熱器已在各種煉油、化工、化肥、空冷等熱交換器中廣泛應用，並且已經產生了巨大的經濟效益。本申請適用於各種不同彎曲半徑的U形管組合到一起的一組U形管束2，具有整體結構剛性好的特點，能夠在多種行業的U形管排或管束中加以應用。實施例2本申請的一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器的具體實施方式
之二，如圖4所示，本實施例的主要技術方案與實施例1相同，在本實施例中未解釋的特徵，採用實施例1中的解釋，在此不再進行贅述。本實施例與實施例1的區別在於，U形管段組22設置有兩組防振組件7，所述兩組防振組件7在XY平面上呈等間距設置。另外，根據管束直徑的大小以及設計的需要，U形管段組22上安裝的防振組件7的數量還可以為三組或者其它數量。最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本申請的技術方案，而非對本申請保護範圍的限制，儘管參照較佳實施例對本申請作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本 申請的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本申請技術方案的實質和範圍。
權利要求1.一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器，包括有U形管束、管殼和管箱，所述U形管束包括有兩個直管段組和U形管段組，所述U形管段組呈階梯狀排列設置，所述U形管段組設置有一組或者一組以上的防振組件，其特徵在於:所述防振組件包括有中心柱、連接件，以及一個或者一個以上的縱向限位件，所述連接件沿U形管段組的外部縱向包圍設置、且在所述連接件上開設有若干個安裝孔；所述中心柱沿Z向設置於U形管段組中半徑最小的U形管段的內側，所述中心柱的兩端分別穿過所述連接件的安裝孔並與所述連接件連接；所述縱向限位件沿Z向分別貫穿設置於U形管段組中沿X方向的兩組U形管段之間，所述縱向限位件的兩端分別穿 過所述連接件的安裝孔並與所述連接件連接。
2.根據權利要求1所述的一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器，其特徵在於:所述縱向限位件垂直於所述U形管段組的管束中心線所在的平面。
3.根據權利要求1所述的一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器，其特徵在於:所述縱向限位件沿X方向呈同一直線設置。
4.根據權利要求1所述的一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器，其特徵在於:所述縱向限位件沿Z向分別貫穿設置於U形管段組中沿X方向相鄰的兩組U形管段之間。
5.根據權利要求4所述的一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器，其特徵在於:所述縱向限位件的尺寸與所述U形管段組中相鄰的兩組U形管段之間的X向間隙相匹配。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器，其特徵在於:所述縱向限位件為直圓管、直圓杆、直方杆、直鋼片和扁直鋼管中的任一種縱向限位件。
7.根據權利要求1所述的一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器，其特徵在於:所述連接件為條形連接件，所述條形連接件自所述U形管段組的上方沿所述U形管段組的外部延伸至所述U形管段組的下方。
8.根據權利要求7所述的一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器，其特徵在於:所述條形連接件為一體成型的條形連接件。
9.根據權利要求1所述的一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器，其特徵在於:所述U形管段組設置有兩組或者兩組以上的防振組件，所述兩組或者兩組以上的防振組件在XY平面上呈等間距設置。
10.根據權利要求1所述的一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器，其特徵在於:所述U形管束的直管段組和U形管段組的連接處設置有至少一個支持板。
專利摘要一種具有尾部防振裝置的U形管束換熱器，包括U形管束、管殼和管箱，U形管束包括兩個直管段組和U形管段組，U形管段組呈階梯狀排列設置，其中，U形管段組設置有防振組件；防振組件包括中心柱、連接件，及縱向限位件，連接件沿U形管段組的外部縱向包圍設置、且在連接件上開設有若干個安裝孔；中心柱沿Z向設置於U形管段組中半徑最小的U形管段的內側，中心柱的兩端分別穿過連接件的安裝孔並與連接件連接；縱向限位件沿Z向分別貫穿設置於U形管段組中沿X方向的兩組U形管段之間，縱向限位件的兩端分別穿過連接件的安裝孔並與連接件連接。與現有技術相比，本申請具有結構簡單、結構剛性好、管束質量高、管束穩固性好及使用壽命長的特點。
文檔編號F28F9/013GK203100520SQ20132007096
公開日2013年7月31日 申請日期2013年2月7日 優先權日2013年2月7日
發明者陳禮昌, 陳孫藝 申請人:茂名重力石化機械製造有限公司