换热器的制作方法

本实用新型涉及一种换热器，属于换热技术领域。

背景技术：

换热器在几十年以前已被开发，并且在许多需要热传递的应用中仍旧是极其有用的。虽然在二十世纪中已经对换热器的基本设计做出了许多改进，但是仍存在与换热器在使用过程中包括相关联的权衡和设计问题。

与换热器的使用相关联的问题之一是结垢的问题。结垢是指作为工艺流体流动和热传递的过程形成在换热器的表面上的各种沉淀物和涂料。存在各种类型的结垢，包括腐蚀物、聚合、结晶、焦化、沉降和生物。就腐蚀来说，作为工艺流体和换热器使用的材料之间的相互作用的结果，换热器的表面可能被腐蚀。由于各种结垢类型可能相互作用以致引起更多的结垢，使情况更加糟糕。结垢可以导致，对于热传递的附加阻力，因此使关于热传递的性能降低。结垢还引起换热器中流体通道的过流面积减少，导致流体流过设备时的阻力增加，压降增大。

商业过程中常用的换热器是壳管式热交换器。在这种类型中，一个流体在大量换热管的内部流动，而另一个流体通过壳体、遍布换热管的外部。通常，放置折流板来支撑换热管并且迫使流体以蜿蜒的方式穿过管束。

结垢可以通过使用更高的流体速率来减少。事实上，一个研究已经表明，结垢超过50％的减少可能是由流体速率的翻倍造成的。已知的是，更高流体速率的使用可以大幅减小或者甚至消除结垢问题。不幸的是，大幅减少结垢所需的足够高的流体速率在常规的壳管式换热器的壳侧一般是难以达到的，因为在系统内由于折流板而造成的压降过大。此外，当壳侧流体流动在不同于轴向的方向上时，尤其是当流动为高速率时，流动诱导的换热管振动可能变为一个实质性问题，因为各种程度的换热管损坏可能是由该振动造成的。

与管侧流动相关联的更高流体速率也可能造成困难。例如，在常规的壳管式布置中，与管侧流动相关联的更高流体速率使换热管的内表面、特别是换热管入口处腐蚀。在流体速率为例如2.4m/秒时，黄铜管的内表面在从入口开始、延伸到换热管中15cm或更多的长度上可能会腐蚀。随着流体速率增大，就受到腐蚀的换热管的长度和腐蚀发生的速度两者而言，问题变糟。

换热管腐蚀最终可能破坏换热管和管板接合处的完整性。在极端的情况下，腐蚀可能引起换热管的穿孔，该穿孔最终导致换热器的壳侧流体和管侧流体之间混合。

换热管内表面腐蚀在壳管式换热器中是会出现泄漏问题的，因为一旦大量腐蚀发生，就变得有必要更换或修补换热管。因为在常规的壳管式换热器中，受到腐蚀的换热管长度的大部分嵌入在管板的内部，所以换热管的修补和更换是昂贵的并且耗时的。例如，可能有必要切割与两个管板的内表面相邻的换热管、取出管板内部的剩余的件、取出换热管的中间部分(在两个管板之间)、然后清洁表面并且安装新的换热管。如本领域中已知的，这是一般导致大量过程停机时间的费劲的过程。

除了以上讨论的管道腐蚀问题之外，现有的壳管式换热器还受损于“死区”和流体滞留区存在于换热器的壳侧的事实。这些死区和滞留区一般导致结垢过多以及传热效率降低。存在于常规的壳管式换热器中的一个特定的流体滞留区是管板附近、邻近壳侧流体换热器的出口接管的区域。因为流体动态是已知的，所以趋向于存在位于每个管板和每个接管之间的区域中的死区或滞留区。壳侧的流体流动受限的这个区域可以在管板的区域中引起明显的结垢问题，因为该区域中的速率是不存在的或者非常低的。如本领域中已知的，与上述问题相同的问题也存在于与入口接管相邻的区域内。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种换热器，死区和滞留区大幅度地最小化或者消除，并且入口区域中的换热管腐蚀通过提供换热管长度的牺牲部分来解决，以更少的材料更换、更容易地并且以最少的停车时间对换热管的腐蚀部分进行修补和更换。

本实用新型所述的换热器，包括壳体和位于壳体内部的换热管束，壳体两端的外侧分别设置锥形体，锥形体的外侧连接管板，管板的外端面连接管程管箱，管程管箱包括管程入口管箱和管程出口管箱，管程入口管箱上设置管程侧入口，管程出口管箱上设有管程侧出口，换热管束两端均安装在壳体两端的管板内，其中位于管程入口管箱端的换热管束端部换热管露出管板外端面，壳体的锥形体上分别设有壳侧入口和壳侧出口，壳侧入口和管程侧出口位于同一端，壳侧出口和管程侧入口位于同一端。

位于管程入口管箱端的换热管束端部换热管露出管板外端面，露出的部分为牺牲段。

所述的位于管程出口管箱端的换热管束端部换热管和位于管程出口管箱内的管板外端面平齐或伸出1～5mm。

所述的壳体内轴向分布有换热管支撑板，换热管支撑板固定在壳体内部，换热管支撑板上对应换热管束设置穿过孔。

所述的管程入口管箱和管程出口管箱均设置为圆柱形腔体，管程侧入口和管程侧出口均水平设置。

所述的壳侧入口位于锥形体的底部位置，壳侧出口位于锥形体的顶部位置。

所述的锥形体与壳体连接处的直径小于锥形体与管板连接处的直径。

换热器具有包含在换热器内的多个换热管，其中每个换热管延伸出管板的外表面之外预定距离。换热管的这种方式的延伸允许位于换热管入口部分附近的长度被用作牺牲段，该牺牲段可以在内表面腐蚀达到有问题的水平的时刻之前被容易地更换。此外，如果换热管腐蚀在牺牲段中发生，则从操作的角度来讲，这不是那么重要的令人担心的理由。在该换热器中，死区和滞留区大幅度地最小化或者消除，并且入口区域中的换热管腐蚀通过提供换热管长度的牺牲部分来解决，以更少的材料更换、更容易地并且以最少的停车时间对换热管的腐蚀部分进行修补和更换。因为根据本实用新型的优选实施例对壳侧流体利用轴向流动，所以换热管振动问题大体上被消除。

换热器可以形成有壳体延伸部分，该壳体延伸部分延伸到换热器锥形体碰到壳体的位置之外，并且进一步朝向管板的位于壳侧出口附近的壳侧面延伸。该壳体延伸部分用于迫使壳侧流体朝向管板流动以便进一步最小化位于壳侧出口和壳侧入口附近的区域中的、管板面中心的表面处的或者其周围的死区以及低流体流动或不存在流体流动的区域。壳体延伸部分还限制和消除壳侧腐蚀问题，因为它提供用于壳侧流体流动的360度进出路径，而不是壳侧流体直接对着管束流动的构造。

换热器管板壳侧形成有圆锥形延伸部分，该圆锥形延伸部分以管板的壳侧面的中心为中心。该圆锥形段用于进一步缩小和消除小的滞留区，该小的滞留区将由于前述的锥形体段和壳体延伸部分引起的定向流动而存在于本换热器中。

标准大小的“现成的”换热器模块可以被用来最大化结垢的减少以及使得设计时间可以非常大幅度地缩短。若干个更小的标准大小的换热器可以被并联地或串联地或者既并联地、又串联地用来实现必要的热传递要求。

本实用新型的有益效果是：

结构简单合理，容易实现，死区和滞留区大幅度地最小化或者消除，并且入口区域中的换热管腐蚀通过提供换热管长度的牺牲部分来解决，以更少的材料更换、更容易地并且以最少的停车时间对换热管的腐蚀部分进行修补和更换。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：1、管程侧入口；2、管板；3、壳侧出口；4、壳体；5、管程侧出口；6、管程出口管箱；7、壳侧入口；8、换热管支撑板；9、管程入口管箱；10、换热管束；11、牺牲段。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述：

如图1所示，本实用新型所述的换热器，包括壳体4和位于壳体4内部的换热管束10，壳体4两端的外侧分别设置锥形体，锥形体的外侧连接管板2，管板2的外端面连接管程管箱，管程管箱包括管程入口管箱9和管程出口管箱6，管程入口管箱9上设置管程侧入口1，管程出口管箱6上设有管程侧出口5，换热管束10两端均安装在壳体4两端的管板2内，其中位于管程入口管箱9端的换热管束10端部换热管露出管板2外端面，壳体4的锥形体上分别设有壳侧入口7和壳侧出口3，壳侧入口7和管程侧出口5位于同一端，壳侧出口3和管程侧入口1位于同一端。位于管程出口管箱6端的换热管束10端部换热管和位于管程出口管箱6内的管板2外端面平齐或伸出1～5mm。壳体4内轴向分布有换热管支撑板8，换热管支撑板8固定在壳体4内部，换热管支撑板8上对应换热管束10设置穿过孔。管程入口管箱9和管程出口管箱6均设置为圆柱形腔体，管程侧入口1和管程侧出口5均水平设置。壳侧入口7位于锥形体的底部位置，壳侧出口3位于锥形体的顶部位置。锥形体与壳体4连接处的直径小于锥形体与管板2连接处的直径。

换热器具有包含在换热器内的多个换热管，其中每个换热管延伸出管板2的外表面之外预定距离。换热管的这种方式的延伸允许位于换热管入口部分附近的长度被用作牺牲段11，该牺牲段11可以在内表面腐蚀达到有问题的水平的时刻之前被容易地更换。此外，如果换热管腐蚀在牺牲段11中发生，则从操作的角度来讲，这不是那么重要的令人担心的理由。在该换热器中，死区和滞留区大幅度地最小化或者消除，并且入口区域中的换热管腐蚀通过提供换热管长度的牺牲部分来解决，以更少的材料更换、更容易地并且以最少的停车时间对换热管的腐蚀部分进行修补和更换。因为根据本实用新型的优选实施例对壳侧流体利用轴向流动，所以换热管振动问题大体上被消除。