用于修复热交换系统的接缝的系统和方法与流程

所公开的主题涉及热交换系统的设计、制造、使用及修复。

背景技术：

热交换器是用于将一物质的热量传递至另一物质的装置。某些热交换装置包括管壳型热交换装置。遗憾的是，在一段时间之后，热交换装置可由于磨损而遭到损坏。因此，损坏(例如，泄漏(leaking))可出现在交换装置或压力容器的焊缝(weld seams)中。修复这种损坏的一种实践是通过堆焊将损坏部件打磨并恢复至原始尺寸。对于具有较大壁厚度的较大容器，就修复成本和间接损失(由于停工期的生产损失)这两者而言，这种修复行为可能是非常昂贵的。

在固定管型热交换装置中，热交换装置的壳侧上的纵向压力推力载荷由热交换装置的壳和管束这两者承载。根据设计细节，热交换装置的管束可足够坚固，以在周向接缝(seam)变得完全损坏的情况下，承载全压力推力载荷。在这种情况下，确保压力边界的完整性简化为在损坏焊缝中包含裂隙(leak)的问题。可进行损坏接缝的完全焊接修复，这可导致修复期间的费用和装备停机。

依然存在对用于热交换系统的修复的有效且经济的系统的持续需求。

技术实现要素：

本文公开的是用于修复管壳型热交换装置的系统和方法。

根据所公开的主题的实施方式，提供了用于修复管壳型热交换装置的系统。示例性系统包括具有纵向尺寸和壳体的管壳型热交换装置。壳体至少具有沿着交换装置的纵向侧布置的第一构件和第二构件。部分管道进一步设置为具有第一端、第二端和连续内表面。部分管道横向于纵向方向而耦接至壳体，其中，部分管道的第一端耦接至第一构件并且部分管道的第二端耦接至第二构件，以在部分管道的连续内表面与交换装置的纵向侧之间限定腔体并且防止交换装置的泄漏(leakage)。

根据所公开的主题的另一方面，进一步提供修复管壳型热交换装置的方法。示例性方法包括提供具有纵向尺寸和壳体的管壳型热交换装置。壳体至少具有沿着交换装置的纵向侧布置的第一构件和第二构件。该方法进一步包括横向于纵向方向而将部分管道耦接至壳体，其中，部分管道具有第一端、第二端和连续内表面。部分管道的第一端耦接至第一构件并且部分管道的第二端耦接至第二构件，以在部分管道的连续内表面与交换装置的纵向侧之间限定腔体并且防止交换装置的泄漏。

应理解的是，上述总体描述和以下详细说明和附图都是实例并且设置为用于说明性目的并非旨在以任何方式限制所公开的主题的范围。

并入本说明书且构成本说明书的部分的附图被包括以示出并提供所公开的主题的装置的进一步理解。附图与描述一起用来说明所公开的主题的原理。

附图说明

从结合附图进行的以下详细说明中，将更容易理解本申请的主题，在附图中：

图1是根据所公开的主题的实施方式的管壳型热交换装置的局部截面图和立体图。

图2描述根据所公开的主题的实施方式的图1的热交换装置的侧截面图，其中，至少一个部分管道耦接至热交换装置的壳体。

图2A描述根据所公开的主题的实施方式的图2的细节的侧截面图，其中，部分管道耦接至热交换装置的壳体。

图2B描述根据所公开的主题的实施方式的图2的细节的侧截面图，其中，部分管道耦接至热交换装置的壳体的两个面板。

图3描述根据所公开的主题的实施方式的耦接至热交换装置的壳体的部分管道的另一细节。

具体实施方式

本公开的主题提供用于修复在热交换装置的接缝处遭受结构故障的管壳型热交换装置的技术。所公开的系统和方法也可用于通过围绕热交换装置的接缝预防性安装部分管道，以防止管壳型热交换装置的结构故障。所公开的主题提供用于修复热交换系统的技术，该技术在避免需要执行完全焊接修复的同时，确保管壳型热交换装置的壳侧中的损坏周向焊缝的结构完整性。在适当条件下，损坏的周向焊缝可封闭有部分管道，该部分管道所创造的构造在某些方面上与壳侧伸缩接合处(expansion joint)的构造相似。所公开的主题提供这种部分管道覆盖损坏周向焊缝并以结构坚固方式保持压力边界的用途。通过围绕外壳的圆周在焊缝上安装部分管道或中空半圆柱形状，在焊缝中形成的裂隙或裂缝可包含于部分管道内部的环状空间/腔体中。

图1示出根据所公开的主题的实施方式的示例性管壳型热交换装置100的局部截面图和立体图。管壳型热交换装置100包括多个管201、第一管板220以及第二管板240(参见图2)。图2描述图1的热交换装置的侧截面图。如所示的，多个管201耦接至第一管板220和第二管板240并且在第一管板与第二管板之间延伸。多个管201可以如工业上所公认的任意合适方式耦接至第一管板220和第二管板240。第一介质在热交换装置的管侧处的多个管内流动。第二介质在热交换装置的壳侧处的壳体内的多个管的外部流动。第一介质和第二介质可以是如工业上已知的任意合适介质。例如，介质可以是水、气体和如工业上已知的其他流体。第一介质与第二介质可以是相同介质或者可以是不同介质。如本领域普通技术人员所理解的，管侧处的管内的第一介质可用于加热或冷却壳侧处的管周围的第二介质，或者反之亦然。

管壳型热交换装置可以是任意大小、尺寸和形状。如在图1中描述的，热交换装置示出为圆柱形，但是本文预期任意合适形状。

如本文使用的，术语“约”或“大约”意味者在对于如由本领域普通技术人员所确定的具体值的可接受的误差范围内，这将部分地取决于值是如何测量或确定的，即，测量系统的限制。

管壳型热交换装置100具有纵向尺寸和壳体(外罩，housing)。多个管201在纵向方向上延伸。壳体300围绕多个管201，并且提供管壳型热交换装置100的壳(罩，casing)。热交换装置的壳体和壳侧被设计为根据要求承受压力载荷。

壳体的侧壁可包括一个或多个面板并且还可包括一个或多个支架。图2示出具有至少四个面板302A、302B、302C以及302D以及至少两个支架301A和301B的交换装置的侧壁。由于具有面板(多个面板)和/或支架(多个支架)，壳体至少具有沿着交换装置的纵向侧布置的第一构件和第二构件。

图2A描述图2的细节的侧截面图，其中，第一构件和第二构件一起限定其中构件靠拢(会聚，converge)的接缝350。第一构件与第二构件通过本领域已知的任意合适方式耦接到一起，诸如，但不限于焊接、钎焊、粘附等。在图2A的实例中，第一构件是支架301A并且第二构件是面板302A。支架301A将第一管板220耦接至壳体。图2B描述图2的细节的另一侧截面，其中，第一构件和第二构件都是面板302。在其他实施方式中，管板可与壳体的侧壁成整体，如在图3中示出并在本文中进一步讨论的。

随着热交换装置的磨损，第一构件与第二构件之间的接缝可变得有损伤。遗憾的是，裂缝或裂隙可在接缝处发展，这可改变热交换装置的壳侧内的压力。因此，多个管201被设计为承受在出现裂隙的情况下的压力变化。为了修复第一构件与第二构件之间的接缝，部分管道安装有管壳型热交换装置。部分管道可在接缝处围绕热交换装置周向安装。

如本文表示的，热交换装置内的压力可通过将壳体的泄漏部分(leaking segment)外部的压力转移至由部分管道限定的腔体来处理。通过使裂隙位置处的内部压力与外部压力大致相似，在裂隙位置处存在大致为零的压差。因此，在管道外部具有略高的压力可促进热交换系统内的较低实际内部压力。

图1描述绕两个接缝而周向安装至热交换装置100的两个部分管道400。图2A描述图1的顶端部分管道的截面细节。如图2A所示，部分管道400具有第一端410、第二端420以及连续内表面430。部分管道400横向于纵向方向而耦接至壳体。部分管道的第一端410耦接至第一构件301A，并且部分管道的第二端420耦接至第二构件302A，以便在部分管道的连续内表面430与交换装置的纵向侧之间限定腔体500。

第一端410和第二端420可分别以与第一构件和第二构件的角度α定位。在图2A和图2B中，第一端410和第二端420的角度α大约为相对于第一构件和第二构件的90°。然而，假设接缝在由部分管道的每个端部覆盖的区域内部，则角度α可包括将促进该部分管道恰当地耦接至壳体的任意合适角度。部分管道包含壳体在部分管道的第一端与第二端之间的任意裂缝，并且防止交换装置至外部环境的泄漏。部分管道也可安装为用于预防性措施，而没有任何裂隙。部分管道可通过诸如但不限于焊接、钎焊、粘合剂等中的至少一个的任意合适方式而耦接至第一构件和第二构件。合适粘合剂的实例包括如由汉高公司(Henkel Corporation)制造的乐泰^TM(LOCTITE^TM)，诸如乐泰495：超级粘结剂即时粘合剂(Super Bonder Instant Adhesive)。此外，本文预期被按压时或在力的作用下可维持粘合剂性能的其他品牌的粘合剂，诸如硅酮橡胶。

图2B示出图2的细节的侧截面图，其中，部分管道400的端部分别耦接至壳体的两个面板350。在图2B的实例中，裂隙示出为使得壳体的壳侧中的第二介质进入腔体500中。如所示的，部分管道的连续内表面是不间断的以便在其中包含第二介质。因此，部分管道不包括允许腔体暴露至热交换装置周围的外部环境的孔。部分管道可围绕热交换装置的整个圆周且横向于热交换装置的纵向尺寸而周向延伸。部分管道还可包括密封装置，以防止与腔体500的任意泄漏。

图3描述耦接至具有第一管板220的热交换装置的的壳体300的部分管道400的另一实例和进一步细节。第一管板220具有直径D_ts。损坏周向接缝450由周向形成且具有直径D_pp的部分管道400覆盖，作为壳体的外圆周。在该实施方式中，部分管道通过焊接耦接至损坏焊缝的任一侧上的外壳壳体，以在焊缝450上形成压力密封的外壳(enclosure)。在该实施方式中，如所示的，管板与壳体的侧面面板成整体或成一体。

随着壳体的接缝处的具有裂隙和其他应力，热交换装置可结构变形。因此，壳体的侧壁也可经历变形。因此，部分管道包括使部分管道能够在壳体和/或侧壁变形时保持结构完整性的柔性轮廓(flexibility profile)。部分管道可包括在耦接至遭受变形且承受这种压力的构件的同时，可维持结构完整性的任意合适材料。在一个实施方式中，部分管道包括金属。金属可包括任意合适金属，诸如，仅为了示例而非限制目的，碳钢、不锈钢、钢、其组合物或者可被焊接的任意可获得金属或材料。

部分管道包括弯曲构造以便与圆柱形壳体的构造相匹配，尽管本文中预期任意合适构造。假设泄漏或损坏段由管道的相应端部覆盖，则可使用任意大小或构造的部分管道。在一些实施方式中，为了便于制造和安装，圆形、椭圆形以及矩形形状可适于部分管道。

部分管道的大小可取决于周向接缝的大小。第一构件与第二构件之间的较大分离可使得包围接缝的较宽直径的部分管道成为必需。部分管道可包括任意合适的尺寸(包括合适长度和厚度)以容纳接缝的裂隙位置处的裂隙。在一个实施方式中，部分管道具有厚度尺寸，该厚度尺寸可取决于热交换装置的壳侧的压力能力。例如，对于具有高温度范围和高压力能力的热交换装置，由于部分管道的材料性能(诸如，为了举例的目的，该材料为金属)，部分管道可成比例地具有更大强度。相反，对于具有较低压力能力的热交换装置，部分管道可具有更小的厚度尺寸。部分管道的厚度可与第一构件和第二构件的厚度大致相同。替换地，厚度也可改变。部分管道的最小厚度有利于更易于进行部分管道的制造、处理和安装，并且影响部分管道的柔性轮廓。在图3的实例中，部分管道具有约9mm的厚度。

从以上详细说明中理解关于所公开的主题的方法的细节。然而，通常，进一步提供修复管壳型热交换装置的方法。该方法包括提供具有纵向尺寸和壳体的管壳型热交换装置。该壳体至少具有沿着交换装置的纵向侧布置的第一构件和第二构件。该方法进一步包括横向于纵向方向而将部分管道耦接至壳体，其中，部分管道具有第一端、第二端和连续内表面。部分管道的第一端耦接至第一构件并且部分管道的第二端耦接至第二构件，以便在部分管道的连续内表面与交换装置的纵向侧之间限定腔体并且防止交换装置的泄漏。

本文公开的系统和方法至少包括以下实施例：

实施例1：一种用于修复管壳型热交换装置的系统，包括：管壳型热交换装置，具有纵向尺寸和壳体，该壳体至少具有沿着交换装置的纵向侧布置的第一构件和第二构件；以及部分管道，具有第一端、第二端和连续内表面，该部分管道横向于纵向方向而耦接至壳体，其中，部分管道的第一端耦接至第一构件并且部分管道的第二端耦接至第二构件，以便在部分管道的连续内表面与交换装置的纵向侧之间限定腔体并且防止交换装置的泄漏。

实施例2：根据权利要求1的系统，其中，管壳型热交换装置包括多个管、第一管板以及第二管板，其中，多个管耦接至第一管板和第二管板且在第一管板与第二管板之间延伸。

实施例3：根据权利要求2的系统，其中，第一介质在热交换装置的管侧处的多个管内流动，并且第二介质在热交换装置的壳侧处的壳体内的多个管的外部流动。

实施例4：根据权利要求1至3中任一项的系统，其中，壳侧承受预定压力载荷。

实施例5：根据权利要求1至4中任一项的系统，其中，第一构件和第二构件限定接缝。

实施例6：根据权利要求5的系统，其中，接缝包括改变热交换装置的壳侧内的压力的裂缝，并且多个管承受压力变化。

实施例7：根据权利要求6的系统，其中，部分管道包含在部分管道的第一端与第二端之间的裂缝。

实施例8：根据权利要求1至7中任一项的系统，其中，部分管道包括柔性轮廓，该柔性轮廓使部分管道能够在壳体变形时保持结构完整性。

实施例9：根据权利要求1至8中任一项的系统，其中，部分管道包括钢。

实施例10：根据权利要求1至9中任一项的系统，其中，第一构件包括支架，该支架将第一管板或第二管板中的至少一个耦接至壳体。

实施例11：根据权利要求1至10中任一项的系统，其中，第一构件和第二构件均包括壳体的面板。

实施例12：根据权利要求1至11中任一项的系统，其中，部分管道通过焊接、钎焊和粘合剂中的至少一种耦接至第一构件和第二构件。

实施例13：根据权利要求1至12中任一项的系统，其中，部分管道的连续内表面不间断。

实施例14：一种修复管壳型热交换装置的方法，包括：提供具有纵向尺寸和壳体的管壳型热交换装置，该壳体至少具有沿着交换装置的纵向侧布置的第一构件和第二构件；以及横向于纵向方向而将部分管道耦接至壳体，其中，部分管道具有第一端、第二端和连续内表面，部分管道的第一端耦接至第一构件并且部分管道的第二端耦接至第二构件，以在部分管道的连续内表面与交换装置的纵向侧之间限定腔体并且防止交换装置的泄漏。

实施例15：根据权利要求14的方法，其中，耦接包括焊接、钎焊和粘附中的至少一种。

实施例16：根据权利要求14或15的方法，进一步包括：在部分管道的腔体内，包含从第一构件与第二构件之间的接缝漏出的介质。

实施例17：根据权利要求14至16中任一项的方法，进一步包括：维持具有部分管道的热交换装置的壳侧内的压力。

除了所描述的以及要求保护的各种实施方式之外，所公开的主题还指向具有在本文中公开和要求保护的特征的任意其他可能组合的其他实施方式。因此，在所公开的主题的范围内，可以将在本文中呈现的特定特征以其他方式相互结合，使得所公开的主题包括本文中公开的特征的任何合适的组合。此外，尽管参考贯穿本公开的部分管道，但是可使用本文公开的系统和方法来修复其他合适的装置。因此，出于说明和描述的目的，已经呈现了所公开的主题的具体实施方式的上述描述。并不旨在穷举或者将所公开的主题限于公开的那些实施方式。

对本领域技术人员来说将显而易见的是，在不背离所公开的主题的精神或范围的情况下，可对所公开的主题的系统和方法进行各种修改和改变。因此，旨在使所公开的主题包括在所附权利要求及其等同物的范围内的修改和改变。

通常，本发明可交替地包括，本文公开的任何合适部件，由其组成，或基本由其组成。本发明可以另外地或可替代地配制以避免或基本不含现有技术组合物中使用的或者对于实现本发明功能和/或目标不是必需的任意组分、材料、成分，辅助剂或物种。针对相同组分或性质的所有范围的端点是包括在内的并且可独立地结合(例如，“小于或等于25wt％、或5wt％至20wt％”的范围包括“5wt％至25wt％”的范围的端点和所有中间值等)。除了更宽的范围之外，更窄范围或更具体的组的公开不是对更宽范围或更大组的放弃。“组合”包括混掺合物、混合物、合金、反应产物等。此外，本文中的术语“第一”“第二”等并不表示任何次、量或重要性，而是用于表示一种元件区别于另一元件。本文中的术语“一”和“一种”以及“该”不表示限制数量，而应被解释为覆盖单数和复数两者，除非本文另有指明或者上下文明显矛盾。“或”指的是“和/或”。如本文中所用的后缀“(s)”旨在包括其修饰的术语的单数和复数两者，从而包括该术语的一个或多个(例如，膜(多个膜)包括一个或多个膜)。贯穿说明书的参考“一种实施方式”、“另一个实施方式”、“一个实施方式”等，指与实施方式有关所描述的特别要素(例如，特征、结构和/或特性)包括本文中所描述的至少一个实施方式，并且可以或不可以存在于其它实施方式中。此外，应理解，描述的要素可以以任何合适的方式结合在不同的实施方式中。

与数量相关联使用的修饰语“约”包括所述值，并具有上下文所表示的含义(例如，包括与特定数量的测量有关的误差程度)。符号“±10％”是指指示的测量值可以是从所述值的减10％的量至所述值的加10％的量。除非另外指出，否则本文中使用的术语“前部”、“后部”、“底部””和/或“顶部”仅是为了便于描述，而不限于任一位置或空间取向。“可选的”或“可选地”指的是可以发生或可以不发生随后描述的事件或情况，和包括事件发生的实例和事件不发生的实例的描述。除非另有定义，本文使用的技术和科学术语具有和本发明所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。“组合物”包括掺混物、混合物、合金、反应产物等在内。

通过引证将所有引用的专利、专利申请及其他参考文献的全部内容结合于本文。然而，如果本申请中的术语与结合的参考文献中的术语相矛盾或抵触，来自本申请的术语优先于来自结合参考文献的相冲突的术语。

尽管已描述了具体实施方式，但是申请人或者本领域的其他技术人员可以想到目前无法预料的或者可能是目前无法预料的替代、修改、变体、改进和实质等效物。因此，提交且可以修改的所附权利要求旨在包括所有这些替代、修改、变体、改进和实质等价物。