一种用于高压流体介质的加热装置的制作方法

本发明涉及装备工程中的管壳式换热器技术领域，特别是涉及用于能源开采、石油化工、煤炭化工、化肥工业的热交换专用的一种用于高压流体介质的加热装置。

背景技术：

现有技术中，各种类型的换热器名目繁多，但仍存在一个问题，无法同时实现高温(600℃)高压(5MPa)的工况换热。

烟道换热器其使用的范围在烟道内，大致由换热管和换热箱组成，包括由多根换热管两端分别插入上管板和下管板组成的管束，换热管中为空气流道，管束的多个换热管间为烟气流道，在管束的上部连接有空气出/入集合箱，管束通过连接集合箱使空气依次从多组管束的换热管中流过。烟道换常见结构如图1所示，烟道换热器耐高温，但不耐高压，烟道换热器具有热风出口A、冷风进口B、烟气进口C和烟气出口D。

管壳式换热器是目前应用最为广泛的一种热交换器，管壳式换热器又称为列管式换热器或者列管式冷凝器，广泛应用于化工、石油、医药、食品、轻工、冶金、焦化等领域中的“气-气、气-液、液-液、液-气”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。

现有技术中的U型管壳式换热器通常的结构如图2所示，一般是由管束2、管壳3、管箱4构件组成，其中，管束2是管壳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)、管板组成，成排的换热管1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1分成几个流程，以便介质在换热管1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。

随着社会经济和技术的发展，石油化工装置的建设规模越来越大，对换热器的换热能力和使用条件要求越来越高，。

当前换热器存在以下不足：

其一，当换热气体温度过高时，U型管束和管壳的两侧温差过大，会产生很大轴向热应力，且现有U型管束的一端是焊接在同一管板上，热应力释放并不完全。

其二，当前的U型管壳式换热器，其管壳是由中间隔板隔开，形成U型管壳。如此一来，隔板两侧分别为高温区和低温区，而通常隔板的材料都为金属，就会在隔板处发生热短路，降低换热效率。

其三，现有换热器无法同时实现高温(600℃)和高压(5MPa)的工况换热。

因此，针对上述现有技术中存在的问题进行改进，在工程技术领域具有极为深远和重大的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，而提供一种能够同时释放管束和管壳热应力，换热效率最大化，并适用于高压流体介质换热的加热装置。

本发明包括有U型管束和管壳，U型管束包括两个直管段层和一个U型管段层，U型管束是由下直管段层、U型管段层和上直管段层构成，U型管段层呈阶梯状排列设置，上述技术特征与现有技术中的管壳式换热器的结构相同。

本发明的改进之处在于，管壳的形式变化，管壳为U型管壳，U型管束置于管壳内，U型管束和U型管壳同轴布置。U型管壳上下两端侧面开有出气口和进气口，U型管壳两端密封连接有下管板和上管板，外壳罩设在U型管壳外，保温填充物置于U型管壳和外壳之间，折流板置于U型管束和U型管壳之间，既可提高传热效果，还起到支撑U型管束的作用，燃烧器具有燃烧恒温箱，燃烧恒温箱与U型管束连通，燃烧器产生高温烟气，燃烧恒温箱保证流入U型管束的气体维持在一个相对稳定的温度范围。

所述U型管壳和U型管束采用310S不锈钢或Incoloy 800HT材质。

本发明的有益效果：

与现有技术相比，本发明能够同时释放管束和管壳热应力，换热效率最大化，并适用于高压流体介质加热。

附图说明

图1为烟道换热器结构示意图。

图2为现有技术中的管壳式换热器通常的结构。

图3为本发明的的加热装置结构示意图。

1----换热管、2----U型管束、21----下直管段层、22-----U型管段层、23----上直管段层、3----管壳、4----管箱、5----出气口、6----进气口、7----下管板、8-----上管板、9----外壳、10----保温填充物、11----燃烧恒温腔、12----燃烧器、13----折流板。

具体实施方式

实施例1：

参阅图3所示，本发明包括有U型管束2和管壳3，U型管束2包括两个直管段层和一个U型管段层，U型管束2是由下直管段层21、U型管段层22和上直管段层23构成，U型管段层22呈阶梯状排列设置，上述技术特征与现有技术中的管壳式换热器的结构相同。

本发明的改进之处在于，如图2和图3所示，管壳3的形式变化，管壳3由图2中的直筒型，改为图3中的U型，管壳3为U型管壳，U型管束2置于管壳3内，U型管束2和U型管壳同轴布置。U型管壳上下两端侧面开有出气口5和进气口6，U型管壳两端密封连接有下管板7和上管板8，外壳9罩设在U型管壳外，保温填充物10置于U型管壳和外壳9之间，折流板13置于U型管束2和U型管壳之间，既可提高传热效果，还起到支撑U型管束2的作用，燃烧器12具有燃烧恒温箱11，燃烧恒温箱11与U型管束2连通，燃烧器12产生高温烟气，燃烧恒温箱11保证流入U型管束2的气体维持在一个相对稳定的温度范围。

所述U型管壳和U型管束2采用310S不锈钢或Incoloy 800HT材质。

与现有技术相比，本发明中的U型管束2在受热产生变形时，下直管段层21和上直管段层23可在一定范围内自由伸长，且相对于现有固定于同一管板上的U型管束，两端分别固定于两块管板上的U型管束2具有更大的自由度，能够同时释放管束和管壳热应力，有更好的热补偿性能。

其中，U型管束2内经过的是高温高压气体，高温气体由下直管段层21进入，由上直管段层23流出。U型管壳和U型管束2间的空间流经的是高压待加热气体，进气口为6，出气口为5。高温气体和高压待加热气体的流向相反，且各自完全独立，没有传统U型换热器管壳隔板的热短路，进而利于更充分的热交换，实现换热效率最大化。其中，加热器换热部分材料选用310S等耐高温耐腐蚀材料。

U型管壳和U型管束2采用310S不锈钢或Incoloy 800HT材质，因镍(Ni)、铬(Cr)含量高，具有良好耐氧化、耐腐蚀、耐酸碱、耐高温性能，在高温下能持续作业，因而可用于高温高压工况，管束质量高，使用寿命长。

传统的U型管壳式换热器已在各种炼油、化工、化肥、空冷等热交换器中广泛应用，并且已经产生了巨大的经济效益。本发明具有同时释放U型管束2和管壳3热应力，换热效率最大化，并适用于高温、高压流体介质换热的特点，能够扩大现有管壳式换热器的应用范围。

实施例2：

: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，U型管束2内经过的是高温高压气体，高温气体由下直管段层21进入，由上直管段层23流出。U型管壳和U型管束2间的空间流经的是低温高压液体，由进气口6进入，从出气口5流出。可实现对管束低温高压液体的加热。