外导流折流杆U管U壳纯逆流换热器的制作方法

本发明涉及换热器技术领域，具体地说是一种用于高温高压大温升壳侧大流量无相变流体间换热的纯逆流管壳式换热器。

背景技术：

高温高压大温升壳侧大流量无相变流体间换热主要应用于高温燃气与空气或水等介质换热，及光热发电系统的高温熔盐与高温蒸汽及水之间的换热，换热温差大，介质最高温度高达800摄氏度，压力高达20MPa是板式换热器及其它传统管壳式换热器较难实现的，且必须纯逆流换热，目前所采用的换热设备形式主要为传统的U管式换热器多台串联结构来满足温差要求或是单台在换热极差的低流速下实现，这就需要牺牲非常大的换热面积。

由于换热器需要适合于高温高压大温差大流量，采用传统的管壳式换热器结构很难实现。为此本领域技术人员一直以来致力于设计一种能够适合于高温高压大温差大流量换热效果好的高效换热器，但至目前止，尚未有新的突破。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种外导流折流杆U管U壳纯逆流换热器，该换热器不仅实现了单体换热器单流程纯逆流设计，而且具有无温差应力、传热效果好、运行阻力小、结构紧凑、对管束无冲击、经济性好等特点，使传统的管壳式换热器难以实现的问题得以有效解决，是一种高效的节能换热设备。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

外导流折流杆U管U壳纯逆流换热器，包括呈U型的壳体，所述的呈U型的壳体内设置有U型管束，所述的U型管束上设置有用于支撑所述的U型管束的折流杆组件；

所述的壳体包括第一壳体、第二壳体和用于连接所述的第一壳体和第二壳体的壳程U型管端封头；

所述第一壳体的远离壳程U型管端封头的一端设置有第一管板，所述第二壳体的远离壳程U型管端封头的一端设置有第二管板；

所述U型管束位于第一壳体内的一端与所述的第一管板固定连接，所述U型管束位于第二壳体内的一端与所述的第二管板固定连接；

所述的第一管板上设置有第一封头筒体，所述的第二管板上设置有第二封头筒体；

所述的第一封头筒体上设置有管程进口，所述的第二封头筒体上设置有管程出口。

进一步地，所述的第一壳体和第一管板之间设置有第一外导流结构，所述的第二壳体和第二管板之间设置有第二外导流结构，所述的第一外导流结构包括第一外层壳体，且所述的第一外层壳体的直径大于所述第一壳体的直径，所述的第一外层壳体上设置有壳程出口，所述的第二外导流结构包括第二外层壳体，且所述的第二外层壳体的直径大于所述第二壳体的直径，所述的第二外层壳体上设置有壳程进口。

进一步地，所述的第一外侧壳体和第二外层壳体的内部分别设置有呈圆环状的第一内导流筒和第二内导流筒，其中所述的第一内导流筒的一端与所述的第一壳体固定连接，所述的第二内导流筒的一端与所述的第二壳体固定连接。

进一步地，所述的第一内导流筒的直径与所述的第一壳体的直径相等，所述的第二内导流筒的直径与所述的第二壳体的直径相等。

进一步地，所述的第一外层壳体与第一管板和第一壳体的连接处，以及所述的第二外层壳体与第二管板和第二壳体的连接处均采用平滑过渡。

进一步地，所述的第一壳体和第二壳体均固定设置于连接板上，并通过连接板与所述壳程U型管端封头的法兰固定连接。

进一步地，所述的壳程U型管端封头包括一个用于容纳管束弯曲段的第三壳体，且所述的第三壳体上有且仅有一个开口，所述开口的外边缘设置有与所述的连接板相连接的法兰。

本发明的有益效果是：

1、由于本换热器的壳体和管束均呈U型，因此壳体和管束均可以自由膨胀，不存在温差应力的影响。

2、由于本换热器的壳体和管束均呈U型，且管侧和壳侧均为单流程，从而使得壳体的直径减小，不仅降低了加工难度，而且成本大幅降低。

3、由于本换热器的壳体和管束均呈U型，且在换热的过程中实现了纯逆流换热，大大提高了换热效果，进而减小了换热面积。

4、传统的换热器，为了避免壳程介质进入到壳体内时受到管束的阻挡，通常管束与壳体之间都会有一定的间隙，而为了满足换热要求，管束的数量无法减小，而管束的长度也受到运输要求及自身挠度等因素的限制(若管束过长，会产生较大的挠度)，为此只能够增大壳体的直径，不仅会增加加工难度，而且也会造成成本的增加。本换热器通过采用了外导流结构，即使外导流结构的外侧壳体的直径大于壳体的直径，从而预留空间壳程介质进入到壳体内时受到管束的阻挡，这样管板就可以满布管，不仅减小了管板和壳体直径，而且增大了外导流结构处的壳侧流通面积，减小了流体介质对管束的冲击。

5、通过在外导流结构的外层壳体的内部设置内导流筒，一方面，避免了流体介质直接冲击管束，减小了流体介质对管束的冲击；另一方面，迫使流体介质先向管板处流动，然后在反向流动，避免出现换热盲区(死水区)。

6、外导流结构的外层壳体与管板和壳体的连接处均采用平滑过渡，从而避免了在连接处出现涡流。

7、本换热器的壳侧流体均为纵向流(即全部是顺着管束流动的)，因此，不仅降低了壳侧流通的阻力，而且不会产生振动。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为第一封头筒体处的管程介质流动结构示意图；

图3为第二外导流结构处的壳程介质流动结构示意图。

图中：11-第一封头筒体，111-管程进口，12-第一管板，13-第一外导流结构，133-壳程出口，14-第一壳体，21-第二封头筒体，211-管程出口，22-第二管板，23-第二外导流结构，231-第二外层壳体，232-第二内导流筒，233-壳程进口，3-折流杆组件，4-U型管束，5-壳程U型管端封头，6-连接板。

具体实施方式

如图1所示，外导流折流杆U管U壳纯逆流换热器包括呈U型的壳体，所述的呈U型的壳体内设置有U型管束4，所述的U型管束4上设置有用于支撑所述的U型管束4的折流杆组件3，所述的折流杆组件3采用现有技术中的折流杆组件3即可，在此不再赘述。

所述的壳体包括第一壳体14、第二壳体和用于连接所述的第一壳体14和第二壳体的壳程U型管端封头5，所述的第一壳体14、第二壳体和壳程U型管端封头5共同形成了U型结构。所述第一壳体14的远离壳程U型管端封头5的一端设置有第一管板12，所述的第二壳体的远离壳程U型管端封头5的一端设置有第二管板22。所述U型管束4位于第一壳体14内的一端与所述的第一管板12固定连接，在这里所述的固定连接方式采用常用的焊接即可。所述U型管束4位于第二壳体内的一端与所述的第二管板22固定连接。所述第一管板12上设置有第一封头筒体11，并与所述的第一管板12共同形成了第一管箱。所述第二管板22上设置有第二封头筒体21，并与所述的第二管板22共同形成了第二管箱。所述的第一封头筒体11上设置有与所述的第一管箱相连通的管程进口111，所述的第二封头筒体21上设置有与所述的第二管箱相连通的管程出口211。

进一步地，为了避免壳程介质进入到壳体内时受到管束的阻挡，如图1所示，所述的第一壳体14和第一管板12之间设置有第一外导流结构13，所述的第二壳体和第二管板22之间设置有第二外导流结构23。所述的第一外导流结构13包括第一外层壳体，且所述的第一外层壳体的直径大于所述第一壳体14的直径，所述的第一外层壳体上设置有壳程出口133。所述的第二外导流结构23包括第二外层壳体231，且所述的第二外层壳体231的直径大于所述第二壳体的直径，所述的第二外层壳体231上设置有壳程进口233。由于所述的第一外层壳体的直径大于所述的第一壳体14的直径，所述的第二外层壳体231的直径大于所述的第二壳体的直径，因此在进行管束排布时，所述的U型管束4与第一壳体14和第二壳体的之间的间隙就可以留的很小，使管板上布满管束，从而减小第一管板12、第二管板22、第一壳体14和第二壳体的直径。

进一步地，为了避免壳程介质直接冲击管束和出现换热盲区，如图3所示，所述的第一外侧壳体和第二外层壳体231的内部分别设置有呈圆环状的第一内导流筒和第二内导流筒232，其中所述的第一内导流筒的一端与所述的第一壳体14固定连接，在这里可以采用常用的焊接的方式，所述第一内导流筒的另一端悬空，且所述的第一内导流筒的直径与所述的第一壳体14的直径相等。所述的第二内导流筒232的一端与所述的第二壳体固定连接，所述第二内导流筒232的另一端悬空，且所述的第二内导流筒232的直径与所述的第二壳体的直径相等。这样工作时，进入到壳体内的壳程介质不会直接冲击U型管束4，受到内导流筒的阻挡，会在内导流筒和外层壳体之间先形成环流，然后沿着内导流筒的悬空端进入到内部，这样一方面避免了在靠近管板处形成换热盲区，另一方面形成环流之后在进入内部，也避免了对U型管束4的直接冲击。

进一步地，为了避免了在外层壳体和壳体之间的连接处出现涡流，如图3所示，所述的第一外层壳体与第一管板12和第一壳体14的连接处，以及所述的第二外层壳体231与第二管板22和第二壳体的连接处均采用平滑过渡。

进一步地，为了避免薄弱的壳程U型管端封头5直接受力，如图1所示，所述的第一壳体14和第二壳体均固定设置于连接板6上，并通过连接板6与所述壳程U型管端封头5的法兰固定连接。这样，第一壳体14和第二壳体之间的弯曲力便施加在较厚的连接板6上，避免了薄弱的壳程U型管端封头5直接受力。

进一步地，为了安装方便，如图1所示，所述的壳程U型管端封头5包括一个用于容纳管束弯曲段的呈弧形面的第三壳体，且所述的第三壳体上有且仅有一个开口，所述开口的外边缘设置有与所述的连接板相连接的法兰。

工作流程为，如图2所示，管程介质经设置于第一封头筒体11上的管程进口111进入第一管箱，然后通过第一管板12进入U型管束4，完成换热过程进入第二管箱，并经第二封头筒体21上的管程出口211流出。壳程介质经设置于第二外层壳体231上的壳程进口233进入第二壳体，经过折流杆组件3扰流与U型管束4进行换热，然后通过壳程U形管端封头进入第二壳体，并经过折流杆组件3扰流与U型管束4进行换热，最后经设置于所述的第一外层壳体上的壳程出口133，完成管壳程热交换过程。该换热过程无温差应力、传热效果好、运行阻力小、对管束无冲击、且换热效率高。