专利名称：管束式换热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种管束式换热器，具有多个管子，所述管子在两侧 保持在管板或椭圆管-收集管板内并且分别借助于焊缝与所述管板或 椭圆管-收集管板连接，该管束式换热器用于通过包围管子的冷却介质
冷却通过管子引导的热气流，包括至少一个气体输入腔，从气体输 入腔出发将热空气流导入各单个管子内，并且气体输入腔在一侧通过 入口侧的管板或者椭圆管-收集管板限定；以及至少一个气体输出腔， 在所述气体输出腔内收集和输出通过管子导过的气流并且所述气体输 出腔在一侧通过出口侧的管板或者椭圆管-收集管板限定。
背景技术：
为了冷却许多方法技术设备例如汽化设备、热裂化以及催化剂裂 化设备、水蒸汽转化制氢设备等中的气体，通常使用换热器特别是管 束式换热器，在其中待冷却的气体通过直管子流动并且将热空气的潜 热经由管壁排放至包围管子的介质特别是冷却介质。这种换热器的特 征在于，待冷却的气体通常处于高压和高温下并且以高速度进入换热 器的直管内。由此在管子入口侧或第一管段上达到高的热流密度，其 在换热器的管子或管板-管子结合处导致高温以及高的热应力。
在根据现有技术的换热器中引导气体的管子被焊入管板内，其中 在管板和管子之间的焊缝或者安置在管板的外壁或内壁上或者在管板 开口的内部。文献DE 37 15 713 C2例如具有一个管子与管板或者椭 圆管-收集管板的焊接连接。
这种已知的方案的缺点在于，从管子至管板或者椭圆管-收集管板 的过渡处的面对气体的轮廓或表面不具有精确的空气动力学形状。使 用插入的套筒通常出于多个不同的原因，即缩小气体侧的横截面以及 不充足的套筒冷却，是不期望的。此外可以在管板-管连接的冷却介质
侧存在一个间隙，其导致水腐蚀，或者管板-管连接可能具有一个角部，
在其中出现不期望的应力集中。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种管束式换热器，其中避免上述的缺 点或者从管板或者椭圆管-收集管板至管子的过渡处在气体侧具有一
上述的目的通过权利要求1的特征部分的特征实现。在此该方案 规定，管子与入口侧的管板或者椭圆管-收集管板的连接分别借助于一 个圆锥形的或喇叭形的过渡件构成，其横截面在气流方向上看缩小， 使得在气流方向看过渡件的入口侧的端部与管板或者椭圆管-收集管 板以对接的方式连接，并且过渡件和过渡件与管板或者椭圆管-收集管
地构成和/或构成一个从外部轮廓上测量的等于或大于5mm的半径。 本发明的有利的改进在从属权利要求中给出。 通过本发明的方案提供一种管束式换热器，其具有下列的优点 通过避免在管子和管板或者椭圆管-收集管板之间的连接位置上
伸出的边缘或间隙， 一方面避免气体或冷却介质的涡旋并且另外一方
面消除腐蚀。
从管板或者椭圆管-收集管板至管子的过渡处空气动力学地构成， 从而气体向管子内的进入最大程度地无涡流地实现并且可以消除入口 区域内的温度峰值。
在有利的构造中过渡件的长度Lti至少是换热器管子的内直径di 的1.5倍和/或过渡件在其入口的内直径Di至少是换热器管子的内直径 di的1.2倍，以便获得从管板或者椭圆管-收集管板向相应的换热器管 子的最佳的空气动力学的过渡。
有利的是，将过渡件在管子的沿着气流方向看入口侧的端部处机 械地扩张。通过这个措施过渡件仅仅制成在部件(管子)上，并且用 于制造本发明的过渡件的工作过程可以简化和缩短。
在本发明的一个有利的构造中，过渡件由一个单独的管件构成并
且过渡件在沿着气流方向看位于出口侧的端部与管子通过焊缝以对接 的方式连接。通过使用单独的管件可以显著简化地且便宜地制造即使 形状很复杂的过渡件(例如多个不同的过渡半径)。有利的是，在本发 明的构造中在过渡件和管子之间的焊接连接区域的内部以及外部轮廓 无间隙地且无棱角地以及笔直地构成和/或构成一个从外部轮廓上测
量的等于或大于5mm的半径。通过这个措施在气体向管子内的过渡 处获得最佳的空气动力学的形状。
以特别有利的方式，过渡件和过渡件与管板或者椭圆管-收集管板
构成和/或构成一个从外部轮廓上测量的等于或大于2mm的半径。
以有利的方式，用作过渡件的管件构成为锻件。
接下来借助于附图和说明详细描述本发明的实施例。其中 图l 管束式换热器的纵向剖视图2 根据图1的细节"A"的从管板至管子的过渡处的详细剖 视图3 如图2，然而是另外一种实施方式； 图4如图2，然而是另外一种实施方式； 图5 椭圆管-收集管板至管子的过渡处的详细剖视图。
具体实施例方式
图1示意地示出管束式换热器1的纵向剖视图。这个管束式换热 器1在许多的方法技术设备例如汽化设备、热裂化以及催化剂裂化设 备、水蒸汽转化制氢设备等中是需要的，在这些设备中制成过程气体 或废气等。管束式换热器1通常用于冷却上述的热气体18，其通过未 示出的管路被导入管束式换热器1的气体输入腔8内并且从气体输入 腔出发穿过多个直线的管子2，紧接着在管束式换热器1的气体输出 腔9内被收集并且借助于未示出的管路由管束式换热器l输出。管子 2在此分别彼此隔开距离地设置在两个管板3、4或椭圆管-收集管板5、 6之间并且与它们固定地且气密地(通常焊接地)连接，通过这些管
子与包围管子2的冷却介质9实现间接的热交换。
为了将在热空气18从气体输入腔8进入相应的换热器管子2的入 口处在沿着气流方向看位于入口侧的管板3、5和管子2的入口侧的端 部16处所出现的热应力保持尽可能小，根据本发明，管子2与入口侧 的管板3 (见图2至4)或椭圆管-收集管板5 (见图5)的连接分别借
助于一个圆锥形的或喇p八形的过渡件IO构成，该过渡件的横截面在气
流方向(箭头)上看逐渐缩小。此外在气流方向上看过渡件IO的入口 侧的端部16与管板3或者椭圆管-收集管板5以对接的方式连接，并 且过渡件10和过渡件与管板3或者椭圆管-收集管板5的焊接连接区 域13的内部以及外部轮廓11、 12无间隙地且无棱角地以及笔直地构 成和/或构成有一个从外部轮廓12上测量的至少为5mm的半径。
这意味着，本发明的从管板3或者椭圆管-收集管板5至管子2的 过渡位置在管子2、过渡件10和管板3或者椭圆管-收集管板5的接 触气体的一侧以及接触冷却介质的一侧上提供一个空气动力学的轮廓 11、 12，其在任何位置都不具有间隙、棱边或角形的过渡。所有的过 渡，包括在内部以及外部轮廓11、 12上的焊接连接区域13在内，根 据本发明或者笔直地或者平面地构成和/或设有一半径。
根据图2和5，过渡件10是管子2的例如机械扩张的端部16。在 这个构成中仅仅在管子2和管板3或5之间存在一个焊缝7，其构成 管子2与管板3或5之间的焊接连接区域13。图3和图4具有一个过 渡件10，其由一个单独的管件15构成并且通常更加容易制造，因为 管件15相对于整个管件2短得多并且因此更加容易地加工。为了在头 部连接管件15的沿着气流方向看位于出口侧的端部17，需要一个另 外的焊缝22，其构成管子2和管件15之间的焊接连接区域14。这个 焊接连接区域14在内部轮廓11以及外部轮廓12上有利地笔直地或平 面地构成，和/或构成一个半径，即焊接连接区域14无间隙且无棱角 地构成。
根据图2至5的过渡件IO在其入口侧的端部16上相对于过渡件 10的外部轮廓12例如具有一个5mm的半径Rl。根据图2、 3和5,与其邻接一个另外的例如为60mm的半径R2,而在根据图4的过渡 件10中，第一半径Rl之后是一个圆锥形的缩小部，该缩小部之后邻 接是一个例如20mm的半径。根据图2和5的过渡件10的内部轮廓 11具有相应的半径，其大出过渡件10的壁厚s。管板3、 5的壁厚t 不对应于管子2的壁厚s，在两个壁厚s和t之间的过渡位置在焊接连 接区域13内部根据本发明或者笔直地或者平面地和/或构成有一个半 径。相对于管子2的壁厚s有偏差的管板3、 5的壁厚t可以根据图3 和图4利用 一个构成为管件15的过渡件10补偿，其中在管件15的管 端处的相应的壁厚与管板3、 5以及管子2的壁厚t和s相适配。即在 气流方向看，在管件15内部壁厚t连续地减小或增大至壁厚s。管件 15可以在此有利地构成为锻件。
过渡件10的长度Lii有利地是管2的内直径di的1.5倍，并且过 渡件10直接在进入过渡件10的入口处的内直径Di有利地是管子2 的内直径di的1.2倍。
代替一个喇叭形的过渡件10，图4示出例如一个圆锥形的过渡件 10，其也由一个单独的管件15构成。在此管件15通过两个焊缝7、 22与管板3以及管子2连接。
图5示出具有双管子2、 21的管束式换热器1，其中冷却介质19 在内管2和外管21之间的圆环形的横截面内循环。通过引导冷却介质 19的外管21取消了否则需要的(如图1所示的)换热的外壳体23。 在图1中示出的换热器1中冷却介质19被输送给外壳体23和管板3、 5以及4、 6之间的空间内和从这个空间输出，而根据图5冷却介质19 借助于椭圆管-收集器实现输入和输出。本发明的过渡件IO在这种情 况下与椭圆管-收集管板5连接。
可以使用水作为冷却介质19，其通过热量输入部分或完全蒸发。
附图标记清单
1管束式换热器
2管子
3管板，入口侧
4管板，出口侧
5椭圆管-收集管板，入口侧
6椭圆管-收集管板，出口侧
7焊缝
8气体输入腔
9气体输出腔
10过渡件
11内部轮廓
12外部轮廓
13焊接连接区域
14焊接连接区域
15管件
16过渡件或管子入口侧的端部
17过渡件或管件的出口侧的端部
18气体
19冷却介质
20椭圆管-收集器
21外管
22焊缝
23外壳体
权利要求
1.管束式换热器，具有多个管子(2)，所述管子在两侧保持在管板(3，4)或椭圆管-收集管板(5，6)内并且分别借助于焊缝(7)与所述管板或椭圆管-收集管板连接，该管束式换热器用于通过包围管子(2)的冷却介质(19)冷却通过管子(2)引导的热气流(18)，包括至少一个气体输入腔(18)，从气体输入腔出发将热空气流(18)导入各单个管子(2)内，并且气体输入腔在一侧通过入口侧的管板(3)或者椭圆管-收集管板(5)限定；以及至少一个气体输出腔(9)，在所述气体输出腔内收集和输出通过管子(2)导过的气流(18)并且所述气体输出腔在一侧通过出口侧的管板(4)或者椭圆管-收集管板(6)限定，其特征在于，管子(2)与入口侧的管板(3)或者椭圆管-收集管板(5)的连接分别借助于一个圆锥形的和/或喇叭形的过渡件(10)构成，所述过渡件的横截面在气流方向上看减小；过渡件(10)的在气流方向看入口侧的端部(16)与管板(3)或者椭圆管-收集管板(5)以对接的方式连接，并且过渡件(10)以及过渡件与管板(3)或者椭圆管-收集管板(5)的焊接连接区域(13)的内部轮廓(11)和外部轮廓(12)无间隙地且无棱角地以及笔直地构成和/或构成有一个从外部轮廓(12)上测量的至少为5mm的半径(R)。
2. 如权利要求l所述的管束式换热器，其特征在于，过渡件(IO) 的长度(Lii)至少是管子(2)的内直径(di)的1.5倍。
3. 如权利要求1所述的管束式换热器，其特征在于，在气流方向 上看过渡件(10)在其入口的内直径(Di)至少是管子(2)的内直径(di)的1.2倍。
4. 如权利要求1所述的管束式换热器，其特征在于，过渡件(IO) 通过在管子(2)的沿着气流方向看入口侧的端部(16)处的机械扩张 构成。
5. 如权利要求l所述的管束式换热器，其特征在于，过渡件(IO) 由一个单独的管件(15)构成并且过渡件(10)的在气流方向看出口 侧的端部(17)与管子(2)通过焊缝(22)以对接的方式连接。
6. 如权利要求5所述的管束式换热器，其特征在于，在过渡件(10 ) 和管子(2)之间的焊接连接区域(14)的内部以及外部轮廓(11、 12) 无间隙地且无棱角地以及笔直地构成和/或构成有一个从外部轮廓(12)上测量的至少为5mm的半径(R)。
7. 如上述权利要求之一项所述的管束式换热器，其特征在于，过 渡件(10)和过渡件与管板(3)或椭圆管-收集管板(5)以及与管子(2)的焊接连接区域(13, 14)的内部以及外部轮廓(11、 12)无间 隙地且无棱角地以及笔直地构成和/或构成有一个从外部轮廓(12)上 测量的至少为2mm的半径(R)。
8. 如上述权利要求之一项所述的管束式换热器，其特征在于，管 件(15)构成为锻件。
全文摘要
本发明涉及一种管束式换热器，具有多个管子(2)，所述管子在两侧保持在管板(3，4)或椭圆管-收集管板(5，6)内并且分别借助于焊缝(7)与所述管板或椭圆管-收集管板连接，管子(2)与入口侧的管板(3)或者椭圆管-收集管板(5)的连接分别借助于一个圆锥形的和/或喇叭形的过渡件(10)构成，所述过渡件的横截面在气流方向上看缩小；在气流方向看过渡件的入口侧的端部(16)与管板(3)或者椭圆管-收集管板(5)以对接的方式连接，并且过渡件(10)和过渡件与管板(3)或者椭圆管-收集管板(5)的焊接连接区域(13)的内部以及外部轮廓(11、12)无间隙地且无棱角地以及笔直地构成和/或构成一个从外部轮廓(12)上测量的至少为5mm的半径(R)。
文档编号F28D7/16GK101371097SQ200780002867
公开日2009年2月18日 申请日期2007年1月19日 优先权日2006年1月23日
发明者J·耶克勒 申请人:阿尔斯通技术有限公司