适用于高温气体的列管换热器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及适用于高温气体的列管换热器；换热管连接的两端为平板折边管板，在高温平板折边管板处设置有管箱，管箱中设置有耐热防护衬里层；与炉体侧相连的换热管内设置有楔管，楔管热端侧与换热管之间设置有密封层，楔管冷端侧的管壁与换热管内侧密切配合；换热器的壳体与两端平板折边管板连接。采用上述方法达到减少管板与管头之间温差应力的效果，同时，降低设备造价，解决了设备寿命和的安全生产的影响的问题。更主要的是排除了安全隐患，保证换热器的安全运行。本方法可以用在各种规模高温≥1000℃工艺气体换热上。
【专利说明】适用于高温气体的列管换热器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及化工设备【技术领域】，特别是适用于高温气体的列管换热器。
【背景技术】
[0002] 列管换热器是目前化工生产中应用最广泛的传热设备。列管换热器主要由壳体、 换热管、管板和管箱等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束，管束两端固定于管 板上。在列管换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在 管外流动，其行程称为壳程。其结构较紧凑，排管较多，在相同直径下面积较大，制造较简 单，管程清洗方便，适用介质和操作条件较为广泛。管束的壁面即为传热面，最大换热效率 可以达到14000w/m 2. k，可大大提高生产效率，单位换热面积的金属耗量较少，节约成本。
[0003]列管换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将 管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管 板外圆周直接与管箱筒节焊接或用螺栓连接，管程的进出口管直接和管箱焊在一起，管束 内根据换热管的长度设置了若干块折流板。见图1。
[0004] 如图1固定管板式换热器组成：由n个相同规格的换热管2与两端管板3焊接，换 热器的壳体1也与两端管板3焊接，壳体上设有膨胀节13,换热器壳内设有m个相同规格的 折流板7用来固定换热管2,拉杆6和定距管8用来固定折流板7,管箱法兰5与管箱4焊 接，也与管板螺栓连接9。
[0005] 但是普通列管换热器还有不足：
[0006] 1、壳体和管壁的温差较大，壳体和管子壁温差t > 50°C时经计算有可能须在壳体 上设置膨胀节；
[0007] 2、高温差使管板与管头之间易产生温差应力而损坏；
[0008] 因此如何有效降低管板与管头之间产生的温差应力，解决和克服上述存在的安全 隐患问题，提高设备使用寿命，降低设备造价，是目前存在的关键问题。
【发明内容】
[0009] 为了解决高温差技术问题，本发明公开一种适用于高温气体的列管换热器，也就 是高温工艺气体在固定管板式列管换热器中管端热防护方法，解决生产过程中存在的安全 隐患，提高设备使用寿命，降低设备造价。
[0010] 本发明的技术方案如下：
[0011] 一种适用于高温气体的列管换热器，其特征是换热管连接的两端为平板折边管 板，在高温平板折边管板处设置有管箱，管箱中设置有耐热防护衬里层12;与炉体侧相连 的换热管2内设置有楔管15,楔管15热端侧与换热管2之间设置有密封层14,楔管15冷 端侧的管壁与换热管2内侧密切配合；换热器的壳体1与两端平板折边管板10连接。
[0012] 所述的耐热防护衬里采用耐热混凝土材料。
[0013] 所述的管箱采用碳钢材质。
[0014] 所述的平板折边管板的折边处弯曲直径R值取值为折边管板厚度2. 5?4倍。
[0015] 所述的保护套管是陶瓷或不锈钢材质。
[0016] 所述的保护套管与换热管之间设置有3mm的环隙。
[0017] 说明如下：
[0018] 1.高温侧壳体的热防护
[0019] 在高温管箱中采用耐热混凝土材料作防护衬里，管箱采用碳钢材质，解决碳钢不 耐高温的问题，节省了设备造价。传统换热器管箱中，没有衬耐热混凝土材料。见图2。
[0020] 2?采用平板折边管板
[0021] 采用平板折边管板比普通管板要薄，在满足压力条件一定的情况下，管板越薄越 好，因薄管板沿板厚的温度梯度小，自身温差应力小。平板折边管板同时具有挠性，无特殊 加工要求，要求R值取折边管板厚度2. 5?4倍。传统换热器换热管直接与固定管板焊接， 本发明换热管直接与平板折边管板焊接。见图2。
[0022] 3.高温侧管段的热防护
[0023] 在高温侧管子进口端插入一段保护套管（楔管），有利于高温气体直接进入浸泡 在汽水混合物中的管子，从而降低了管板及其与管子连接接头处的温度。保护套管可以是 陶瓷，也可以是不锈钢材质。换热管选用普通碳钢管。保护套管与换热管之间要留有一定 的环隙，保证环隙尺寸3_，避免管板过热。在保护套管与换热管之间填充耐高温的压缩石 棉纤维，且采取有效的固定措施。本发明比传统换热器换热管内增加楔管。见图3。
[0024] 采用上述方法达到减少管板与管头之间温差应力的效果，同时，降低设备造价，解 决了设备寿命和的安全生产的影响的问题。更主要的是排除了安全隐患，保证换热器的安 全运行。本方法可以用在各种规模高温（>l〇〇〇°C)工艺气体换热上。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1:固定管板式列管换热器。
[0026] 图2:本发明平板折边管板式列管换热器。
[0027] 图3 :本发明管端热防护结构图。
[0028]其中：1-壳体，2-换热管，3-管板，4-管箱，5-管箱法兰，6-拉杆，7-折流板，8-定 距管，9-螺栓，10-平板折边管板，11-环板，12-耐热混凝土衬里，13-膨胀节，14-压缩石棉 纤维，15-楔管，16-热端管箱，17-设备法兰。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：
[0030] 如图2, 3所示：由2个平板折边管板、2个管箱、2个管箱法兰、1组换热管管束、1 组折流板及拉杆和定距管、1个壳体、2个环板和1组膨胀节、1组压缩石棉纤维和楔管、耐热 混凝土衬里组成，由n个相同规格的换热管2与两端平板折边管板10焊接，换热器的壳体 1也与两端平板折边管板10焊接，壳体上设有膨胀节13,换热器壳内设有m个相同规格的 折流板7用来固定换热管2,拉杆6和定距管8用来固定折流板7, 一对管箱法兰5分别与 管箱4焊接和壳体1焊接，这对管箱法兰用用螺栓连接9。通过环板11分别于壳体1、平板 折边管板10、热端管箱16焊接，热端管箱16与设备法兰17焊接，在热端管箱16内砌耐热 混凝土衬里12,与炉体相连侧的所有换热管2需镶人楔管15,楔管15与换热管2之间设置 有3mm的环，楔管15与换热管2用压缩石棉纤维14密封，楔管15冷端侧的管壁与换热管 2内侧紧密配合。
[0031] 本设备可以水平安装也可以垂直安装。
[0032] 硫换热器具体规格如下：
[0033] 本实例为二硫化碳生产装置中克劳斯炉反应混合气体1000°C，压力0? 02MPa，主 要含硫化氢气体、水蒸气、二氧化硫气体。混合气体经硫换热器降温至480°C后再继续后面 反应。
[0034] 硫换热器规格为卧式，热端管箱直径1820mm，长600mm，壳体直径1600mm，长 6200mm，换热面积438m 2,换热管直径51mm，厚度5mm，换热管长6200mm，换热管626根，6块 折流板。换热管材质为20#钢管，壳体材质为Q345R钢板。
[0035] 硫换热器操作条件：
【权利要求】
1. 一种适用于高温气体的列管换热器，其特征是换热管连接的两端为平板折边管板， 在高温平板折边管板处设置有管箱，管箱中设置有耐热防护衬里层；与炉体侧相连的换热 管内设置有楔管，楔管与换热管之间设置有密封层；换热器的壳体与两端平板折边管板连 接。
2. 如权利要求1所述的换热器，其特征是所述的耐热防护衬里采用耐热混凝土材料。
3. 如权利要求1所述的换热器，其特征是所述的管箱采用碳钢材质。
4. 如权利要求1所述的换热器，其特征是所述的平板折边管板的折边处弯曲直径R值 取值为折边管板厚度2. 5?4倍。
5. 如权利要求1所述的换热器，其特征是所述的楔管是陶瓷或不锈钢材质。
6. 如权利要求1所述的换热器，其特征是所述的楔管与换热管之间设置有3_的环隙。
【文档编号】F28D7/00GK104359334SQ201410680427
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】田丽焕, 胡小营, 柏萌, 冯宏 申请人:天津市化工设计院