一种列管式换热器管箱的密封结构的制作方法
【专利摘要】一种列管式换热器管箱的密封结构，其中，管箱筒节沿管箱筒节的端面向内设置有止口台阶，止口台阶包括第一台阶面和与第一台阶面相连的第二台阶面，第二台阶面垂直于管箱筒节的中心轴线，止口台阶的第一台阶面与平垫边环的外周侧之间形成第一密封环槽，止口台阶的第二台阶面向内设置有第二密封环槽，第一密封环槽和第二密封环槽内均设置有具有弹性的金属密封环。采用两个具有弹性的金属密封环可以同时与其对应的密封环槽的槽壁共同作用以产生微量胀紧变形来进一步夹紧密封，两者之间相互协同作用，不存在相互干涉影响及密封力的抵消现象，具有互相补偿的功能，同时具有结构简单、制造周期短、成本低，而且密封性能更好的特点。
【专利说明】 一种列管式换热器管箱的密封结构
【技术领域】
[0001]本申请涉及装备工程中的列管式换热器技术，涉及用于石油炼制与化工、煤化工、化肥工业、空调、空冷、电力设施的热交换节能设备专用的一种列管式换热器，特别适用于高温高压工况下，其管箱端部的膜密封结构。
【背景技术】
[0002]现有技术中，列管式换热器是应用最为广泛的一种热交换器，广泛应用于化工、石油、医药、食品、轻工、冶金、焦化等领域中的“液一液”、“汽一汽”、“汽一液”热交换的对流传热，以及蒸汽冷凝和液体蒸发传热等换热冷凝流程。
[0003]现有技术中的列管式换热器通常的结构如图1所示，一般是由管束2、管壳3、管箱4等主要构件组成，其中，管束2是列管式换热器的核心构件，管束2通常由换热管1、支持板(或者折流板)和管板组成，成排的换热管I通过支持板(或者折流板)支承，其两端穿进管板的管孔中，并与管板相连接，从而保证接头的密封性和强度。通过管束2与管箱4的隔板的组合，可以将换热管I分成几个流程，以便介质在换热管I内来回流动，从而能够延长换热流程，增加换热时间，充分地与管外的壳程介质换热。上述管板与管壳3和管箱4等通过焊接或者法兰螺栓加垫片的强制密封固定装配即得一台列管式换热器。
[0004]当换热管I管内的热交换介质为冷介质，管外的热交换介质为强制对流的烟气时，则构成加热炉方式；当换热管I管内的热交换介质为热介质，管外的热交换介质为强制对流的空气时，则构成冷却器方式；加热炉方式和冷却器方式均为热交换器的一种热交换方式。这种列管式换热器的制造工艺较为成熟，安全性能也较高，是换热设备中关键的能耗设备。
[0005]上述现有技术中的列管式换热器，为了避免流程物料的泄漏，其进出口接管即便口径很小，通常设计成与管线直接对焊的方式，而不采用法兰连接的方式；同样，为了避免流程物料的泄漏，大口径的管板与其两侧的管壳和管箱圆筒体进行焊接，这样使得，管箱的端部就不能与端盖之间也采用焊接的方式，主要考虑到方便检修人员能从管箱的端部进去进行检测管头等修理工作。
[0006]随之，人们一直致力于管箱的端部与管箱的端盖之间除了不可拆的强度焊接连接之外的更好的密封结构的研究。然而，这些研究中具有以下问题:
[0007]第一，结构复杂。螺纹锁紧环换热器管箱密封，其中所采用的压紧板、密封板和螺栓均是易损件；当密封出现泄漏时，需要人工上紧螺栓进行调节补偿，带压带温操作，使得操作麻烦又不安全。
[0008]第二，需要高水平的焊接。如薄壁Ω环结构的密封焊，现场检修时很可能要重新更换Ω半环构件并全位置密封焊。如果管箱端部采用球面膜密封，现场检修不但需要去除密封焊封，重新组装后还需要重新全位置密封焊，焊工资质和工艺评定需符合国家法规标准的要求。
[0009]第三，结构庞大。如普通大法兰型密封，法兰和端盖很厚，且无温度补偿调节。[0010]第四，结构常开裂，不安全，维护困难。
[0011]综上，复杂或庞大的换热器结构制造周期长、生产费用高，装配拆卸麻烦，维修不便。特别是装置大修期间，能缩短一天检修时间都能产生显著的经济效益。随着环境保护意识的增强，油品质量的提升需要采取更高温高压下的加氢工艺，氢的分子最小、是渗透性非常强的易燃易爆介质，原有的密封结构难以适应新的工艺和管理要求，由此可见，结合球面膜密封的新型列管式换热器管箱端部存在的问题进行改进，研发一种结构简单、密封可靠性好、装卸效率高的管箱端部密封结构，在工程【技术领域】具有极为深远和重大的意义。
【发明内容】
[0012]本申请的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种能够提高管箱的组装质量，结构简单、密封性能好，同时还能够降低整体制造成本的列管式换热器管箱的密封结构。
[0013]本申请的目的通过以下技术方案实现:
[0014]提供了一种列管式换热器管箱的密封结构，包括有管箱筒节、管箱端盖、设置于所述管箱筒节的端部与所述管箱端盖之间的球面膜密封盘，所述球面膜密封盘包括有设置于中间的球面膜片和沿所述球面膜片的外周侧设置的平垫边环，所述管箱筒节的端部与所述管箱端盖通过螺柱螺母固定连接，所述平垫边环在所述螺柱螺母的作用下，其一端面夹紧于所述管箱筒节的端部，其另一端面夹紧于所述管箱端盖，其中，所述管箱筒节沿所述管箱筒节的端面向内设置有止口台阶，所述止口台阶包括第一台阶面和与所述第一台阶面相连的第二台阶面，所述第二台阶面垂直于所述管箱筒节的中心轴线，所述止口台阶的第一台阶面与所述平垫边环的外周侧之间形成第一密封环槽，所述止口台阶的第二台阶面向内设置有第二密封环槽，所述第二密封环槽的槽口夹紧于所述平垫边环的内端面，所述第一密封环槽和所述第二密封环槽内均设置有具有弹性的金属密封环。
[0015]其中，所述第二密封环槽的截面形状为槽底是平底的矩形。
[0016]其中，所述第二密封环槽的截面形状为槽底是斜底的直角梯形。
[0017]其中，所述第二密封环槽的截面形状为槽底是弧形的直角形或者所述第二密封环槽的截面形状为由弧形组成的组合弧结构。
[0018]其中，所述第一密封环槽设置成由所述止口台阶的第一台阶面和所述平垫边环的外周侧构成的截面是梯形的第一密封环槽、且梯形的侧边沿所述第一密封环槽的槽底向所述第一密封环槽的槽口收缩。
[0019]其中，所述具有弹性的金属密封环是截面为O形的软金属结构。
[0020]其中，所述截面为O形的软金属结构是内部带缠绕钢丝的实心橡胶结构或者内部带缠绕钢丝的空心橡胶结构。
[0021]其中，所述具有弹性的金属密封环是截面为C形的软金属结构。
[0022]其中，所述具有弹性的金属密封环与所述第一密封环槽和所述第二密封环槽之间的空隙均填充有隔热粉。
[0023]其中，所述第二密封环槽设置于所述止口台阶的第二台阶面与所述平垫边环的内端面接触平面的中部。
[0024]本申请的有益效果:[0025]本申请的一种列管式换热器管箱的密封结构，在管箱筒节沿管箱筒节的端面向内设置有止口台阶，止口台阶包括第一台阶面和与第一台阶面相连的第二台阶面，第二台阶面垂直于管箱筒节的中心轴线，止口台阶的第一台阶面与平垫边环的外周侧之间形成第一密封环槽，止口台阶的第二台阶面向内设置有第二密封环槽，第二密封环槽的槽口夹紧于平垫边环的内端面，第一密封环槽和第二密封环槽内均设置有具有弹性的金属密封环。
[0026]与现有技术相比，本申请采用具有弹性的金属密封环与密封环槽相配合进行双重密封，两个具有弹性的金属密封环可以同时与其对应的密封环槽的槽壁共同作用以产生微量胀紧变形来进一步夹紧密封，两者之间相互协同作用，不存在相互干涉影响及密封力的抵消现象，具有互相补偿的功能，同时具有结构简单、制造周期短、成本低，而且密封性能更好的特点；再者具有弹性的金属密封环与现有技术中常用的纯橡胶环相比，一则具有耐高温介质的作用，有利于防备流体高温腐蚀，避免纯橡胶环高温下老化疲劳开裂，提高密封性能；二则能够在内压的作用下，更好地与其相对应的密封环槽的槽壁共同作用，使得其在垂直于介质可能外泄方向上产生微量胀紧变形使其与密封环槽的槽壁贴更紧，具有更好的自紧作用。特别适用于高温高压工况下，石油炼制与化工、煤化工、化肥工业、空调、空冷、电力设施的热交换节能设备专用的一种列管式换热器的管箱的密封。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]利用附图对本申请作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本申请的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0028]图1是现有技术中的一种列管式换热器的结构示意图。
[0029]图2是本申请的一种列管式换热器管箱的密封结构的实施例1的局部结构示意图。
[0030]图3是本申请的一种列管式换热器管箱的密封结构的实施例2的局部结构示意图。
[0031]图4是本申请的一种列管式换热器管箱的密封结构的实施例3的第一种结构的局部示意图。
[0032]图5是本申请的一种列管式换热器管箱的密封结构的实施例3的第二种结构的局部示意图。
[0033]图6是本申请的一种列管式换热器管箱的密封结构的实施例3的第三种结构的局部示意图。
[0034]图7是本申请的一种列管式换热器管箱的密封结构的实施例4的局部结构示意图。
[0035]图8是本申请的一种列管式换热器管箱的密封结构的实施例5的局部结构示意图。
[0036]在图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8中包括有:
[0037]I—换热管、2—管束、3—管壳、4—管箱、
[0038]5——管箱筒节、
[0039]6——管箱端盖、61——止口台阶、[0040]71——球面膜片、72——平垫边环、
[0041]8——螺柱螺母、
[0042]9——第一密封环槽、
[0043]10-第二密封环槽、
[0044]11——具有弹性的金属密封环。
【具体实施方式】
[0045]结合以下实施例对本申请作进一步详细描述。
[0046]实施例1
[0047]本申请的一种列管式换热器管箱的密封结构的【具体实施方式】之一，参考图2所示，包括有管箱筒节5、管箱端盖6、设置于所述管箱筒节5的端部与所述管箱端盖6之间的球面膜密封盘，所述球面膜密封盘包括有设置于中间的球面膜片71和沿所述球面膜片71的外周侧设置的平垫边环72，所述管箱筒节5的端部与所述管箱端盖6通过螺柱螺母8固定连接，所述平垫边环72在所述螺柱螺母8的作用下，其一端面夹紧于所述管箱筒节5的端部，其另一端面夹紧于所述管箱端盖6，上述技术特征与现有技术中的列管式换热器管箱的传统密封结构相同。
[0048]本申请的改进之处在于，所述管箱筒节5沿所述管箱筒节5的端面向内设置有止口台阶61，所述止口台阶61包括第一台阶面和与所述第一台阶面相连的第二台阶面，所述第二台阶面垂直于所述管箱筒节5的中心轴线，所述止口台阶61的第一台阶面与所述平垫边环72的外周侧之间形成第一密封环槽9，所述止口台阶61的第二台阶面向内设置有第二密封环槽10，所述第二密封环槽10的槽口夹紧于所述平垫边环72的内端面，所述第一密封环槽9和所述第二密封环槽10内均设置有具有弹性的金属密封环11。
[0049]本申请采用具有弹性的金属密封环11与密封环槽相配合进行双重密封，两个具有弹性的金属密封环11可以同时与其对应的密封环槽的槽壁共同作用以产生微量胀紧变形来进一步夹紧密封，两者之间相互协同作用，不存在相互干涉影响及密封力的抵消现象，具有互相补偿的功能，同时具有结构简单、制造周期短、成本低，而且密封性能更好的特点；再者具有弹性的金属密封环11与现有技术中常用的纯橡胶环相比，一则具有耐高温介质的作用，有利于防备流体高温腐蚀，避免纯橡胶环高温下老化疲劳开裂，提高密封性能；二则能够在内压的作用下，更好地与其相对应的密封环槽的槽壁共同作用，使得其在垂直于介质可能外泄方向上产生微量胀紧变形使其与密封环槽的槽壁贴更紧，具有更好的自紧作用。
[0050]该球面膜密封盘的平垫边环72在密封焊前，可从管箱进口充入干净的水并逐渐升压以检验金属密封环的密封性。
[0051]具体的，所述第二密封环槽10的截面形状为槽底是平底的矩形。管箱端盖6在螺柱螺母8的强制作用下通过平垫边环72压紧金属密封环，给予密封的预紧力。上述所提到的第二密封环槽10的截面为以第二密封环槽10的轴线所在的平面为切面所切开的截面形状。
[0052]具体的，所述具有弹性的金属密封环11是截面为O形的软金属结构。该具有弹性的金属密封环11 一则具有弹性，二则具有金属的特性，使其不仅具有较好的密封性能，而且还具有耐高温介质的作用，有利于防备流体高温腐蚀，避免纯橡胶环高温下老化疲劳开裂，延长了其使用寿命，特别适用于高温高压工况下，石油炼制与化工、煤化工、化肥工业、空调、空冷、电力设施的热交换节能设备专用的一种列管式换热器的管箱的密封。
[0053]具体的，所述截面为O形的软金属结构是内部带缠绕钢丝的实心橡胶结构或者内部带缠绕钢丝的空心橡胶结构。该O形的软金属结构或者还可以是近似O形的椭圆形或者橄榄形等结构，外部由橡胶囊组成，橡胶囊的内部可以用带缠绕钢丝的实新橡胶块填充；还可以仅用缠绕钢丝填充，具体将缠绕钢丝绕成球形结构或者直接由不规则的进行缠绕。
[0054]具体的，所述具有弹性的金属密封环11与所述第一密封环槽9和所述第二密封环槽10之间的空隙均填充有隔热粉。起到隔热作用，避免高温对于具有弹性的金属密封环11的影响。
[0055]第一密封环槽9和第二密封环槽10的整体形状可以为O形结构，或者其它适合的形状。
[0056]实施例2
[0057]本申请的一种列管式换热器管箱的密封结构的【具体实施方式】之二，如图3所示，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，所述第二密封环槽10的截面形状为槽底是斜底的直角梯形。在第二密封环槽10中，邻近螺柱螺母8 一侧的槽壁深度浅于邻近球面膜密封盘的球面膜片71的槽壁深度，这样形成第二密封环槽10的槽底宽度大于位于管箱筒节5的端面的槽口宽度，使得当内压越是将设置于第二密封环槽10中的具有弹性的金属密封环11向外侧(即槽口方向)逼迫时，随着第二密封环槽10两个槽壁之间的间距逐渐减小，具有弹性的金属密封环11与其两个槽壁之间的胀紧力就越大，使得具有弹性的金属密封环11紧紧的贴紧于槽壁实现紧密封的目的。
[0058]实施例3
[0059]本申请的一种列管式换热器管箱的密封结构的【具体实施方式】之三，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，如图4所示，所述第二密封环槽10的截面形状为槽底是弧形的直角形，或者；
[0060]所述第二密封环槽10的截面形状为由弧形组成的组合弧结构，具体包括:
[0061]如图5所示的由两个相同的弧形对接形成的对称的弧形，以及如图6所示的，由两个不同的弧形对接形成的非对称的弧形。当具有弹性的金属密封环11受到内压的作用下，通过第二密封环槽10的两个方向的共同作用力，使得具有弹性的金属密封环11沿槽壁胀紧变形。
[0062]其中，截面形状为槽底是弧形的直角形的第二密封环槽10，当具有弹性的金属密封环11受到内压的作用下，第二密封环槽10的直角斜面对该具有弹性的金属密封环11施加一定的作用力，使其沿着较窄的槽空间胀紧变形，使其具有较好的密封性能。
[0063]实施例4
[0064]本申请的一种列管式换热器管箱的密封结构的【具体实施方式】之四，如图7所示，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，所述第一密封环槽9设置成由所述止口台阶61的第一台阶面和所述平垫边环72的外周侧构成的截面是梯形的第一密封环槽9、且梯形的侧边沿所述第一密封环槽9的槽底向所述第一密封环槽9的槽口收缩。
[0065]其中，截面是梯形的第一密封环槽9，槽底的宽度大于槽口的宽度，可以是等腰梯形或者是不等腰梯形结构，当内压越是把具有弹性的金属密封环11向槽口位置逼迫时，使其沿着较窄的槽空间胀紧变形，使其越贴紧第一密封环槽9的槽壁，具有较好的密封性能。
[0066]实施例5
[0067]本申请的一种列管式换热器管箱的密封结构的【具体实施方式】之五，如图8所示，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，所述具有弹性的金属密封环11是截面为C形的软金属结构。C形的软金属结构类似弹弓，在内压的作用下其两端可以向两侧张开胀紧。
[0068]实施例6
[0069]本申请的一种列管式换热器管箱的密封结构的【具体实施方式】之六，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，所述第二密封环槽10设置于所述止口台阶61的第二台阶面与所述平垫边环72的内端面接触平面的中部。更有利于平垫边环72与管箱筒节5的第二台阶面之间的夹紧密封，同时也更有利于第二密封环槽10与第一密封环槽9之间的相互协同胀紧作用。
[0070]本申请具体可应用于石油炼制与化工、煤化工、化肥、空调、空冷、电力设施装备等的热交换要求上，包括给介质加热或冷却等应用方式，特别适合于高温高压临氢载荷波动的工况，也适合于类似工况的承压设备人孔。
[0071]最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。
【权利要求】
1.一种列管式换热器管箱的密封结构，包括有管箱筒节、管箱端盖、设置于所述管箱筒节的端部与所述管箱端盖之间的球面膜密封盘，所述球面膜密封盘包括有设置于中间的球面膜片和沿所述球面膜片的外周侧设置的平垫边环，所述管箱筒节的端部与所述管箱端盖通过螺柱螺母固定连接，所述平垫边环在所述螺柱螺母的作用下，其一端面夹紧于所述管箱筒节的端部，其另一端面夹紧于所述管箱端盖，其特征在于:所述管箱筒节沿所述管箱筒节的端面向内设置有止口台阶，所述止口台阶包括第一台阶面和与所述第一台阶面相连的第二台阶面，所述第二台阶面垂直于所述管箱筒节的中心轴线，所述止口台阶的第一台阶面与所述平垫边环的外周侧之间形成第一密封环槽，所述止口台阶的第二台阶面向内设置有第二密封环槽，所述第二密封环槽的槽口夹紧于所述平垫边环的内端面，所述第一密封环槽和所述第二密封环槽内均设置有具有弹性的金属密封环。
2.根据权利要求1所述的一种列管式换热器管箱的密封结构，其特征在于:所述第二密封环槽的截面形状为槽底是平底的矩形。
3.根据权利要求1所述的一种列管式换热器管箱的密封结构，其特征在于:所述第二密封环槽的截面形状为槽底是斜底的直角梯形。
4.根据权利要求1所述的一种列管式换热器管箱的密封结构，其特征在于:所述第二密封环槽的截面形状为槽底是弧形的直角形或者所述第二密封环槽的截面形状为由弧形组成的组合弧结构。
5.根据权利要求1所述的一种列管式换热器管箱的密封结构，其特征在于:所述第一密封环槽设置成由所述止口台阶的第一台阶面和所述平垫边环的外周侧构成的截面是梯形的第一密封环槽、且梯形的侧边沿所述第一密封环槽的槽底向所述第一密封环槽的槽口收缩。
6.根据权利要求1所述的一种列管式换热器管箱的密封结构，其特征在于:所述具有弹性的金属密封环是截面为O形的软金属结构。
7.根据权利要求6所述的一种列管式换热器管箱的密封结构，其特征在于:所述截面为O形的软金属结构是内部带缠绕钢丝的实心橡胶结构或者内部带缠绕钢丝的空心橡胶结构。
8.根据权利要求1所述的一种列管式换热器管箱的密封结构，其特征在于:所述具有弹性的金属密封环是截面为C形的软金属结构。
9.根据权利要求1所述的一种列管式换热器管箱的密封结构，其特征在于:所述具有弹性的金属密封环与所述第一密封环槽和所述第二密封环槽之间的空隙均填充有隔热粉。
10.根据权利要求1所述的一种列管式换热器管箱的密封结构，其特征在于:所述第二密封环槽设置于所述止口台阶的第二台阶面与所述平垫边环的内端面接触平面的中部。
【文档编号】F28F11/02GK203550744SQ201320677465
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】陈孙艺 申请人:茂名重力石化机械制造有限公司