一种冷凝器的制作方法

本发明涉及一种换热装置，具体涉及一种冷凝器。

背景技术：

目前，炼油行业通过整合公用装置、放大单个装置的容量等方式降低综合成本。石油炼化的单机产能不断扩大，从500万吨-4000万吨不等。面对这些单机装置的容量不断上升，其配套的生产装置也在不断的冲刺新纪录。当然其它行业也出现了各种不同程度的扩容、增产，例如有机硅行业，单机产量从3万吨到20万吨；多晶硅的单机容量从1500吨到10万吨；制冷剂装置20万吨产量亦陆续投产，单台设备的产能和换热能力不断达到新的高度，而冷凝器是这些系统中不可或缺的换热设备。

为满足大型化设计的要求，冷凝器的结构如果仍按照传统的形式设计，结构上难以实现。现在换热面积3000平方米、甚至10000平方米以上的换热器陆续出现，结构形式多采用多台冷凝器并联，虽然满足了换热面积上的要求，但设备管路增加、安全风险加大。

传统的冷凝器布管紧凑，冷凝气体在壳程里沿折流板冲刷换热管，其流动是依靠气体被冷凝后体积缩小形成的真空度完成的，真空度可以把进口处的气体不断向真空处吸引过来，继续不断地冷凝。为满足化工、炼化等行业大型化生产的需求，放大生产装备是实现大型化生产的手段之一，因而，做为过程装备的冷凝器也随之越来越大。对于大型冷凝器而言，设备直径较大，如果仍按传统结构设计，让冷凝气体在壳程里沿折流板冲刷换热管，大量冷凝气进入壳体后很容易堵住；并且在运行中常常遇到冷凝后形成的真空度不够、冷凝气体无法到达冷凝区，造成冷凝效果差、运行不佳的状况。

也有一种是依靠本身系统的压力差来推动，其冷凝效果尚可，但是由于是依靠系统动力来推动冷凝气流动，这样会造成大量的动力损失，从而使系统能耗增加；另外，对于低压工况系统、大直径、大长度的冷凝器，仅依靠压力差也无法实现冷凝气体更好的流动，冷凝气体流动不畅，严重影响冷凝效率，且存在安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构简单、冷凝效果好且不易堵塞的冷凝器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种冷凝器，包括壳体、设于所述壳体两端的前管箱和后管箱、设于所述前管箱上的管程进口和管程出口，所述壳体与所述前管箱之间设有管板，所述管板上固定有沿所述前管箱和所述后管箱的排列方向延伸的用于通入通出低温液体的换热管，所述换热管两端分别与所述管程进口和所述管程出口连通，所述壳体上端设有用于通入冷凝气体的壳程进口、下端设有用于通出冷凝液体的壳程出口，所述壳体内设有多个用于支撑所述换热管的支撑板，多个所述支撑板沿所述前管箱和所述后管箱的排列方向依次间隔设置，所述换热管穿设于所述支撑板上，所述支撑板上设有通气孔。

优选地，所述壳体内并排设置有至少两独立管程单元，每个所述独立管程单元内均设有所述换热管。

优选地，所述支撑板上设有用于安装所述换热管的安装孔，所述安装孔周部环设有用于所述冷凝气体流动的小孔。

进一步优选地，所述安装孔有多个，多个所述安装孔自由组合分布，形成多个安装孔组，每个所述安装孔组之间设有间隙，所述间隙大于每个所述安装孔之间的空隙。

优选地，所述换热管焊设于所述管板上，焊接处的所述换热管的管体向靠近所述管板的方向径向扩大。

优选地，所述冷凝器还包括设于所述壳程进口和所述壳体之间的连接部，所述连接部向靠近所述壳体的方向径向扩大。

优选地，所述冷凝气体包括不凝气体和可凝气体，所述冷凝器还包括设于所述壳体上的用于将所述不凝气体和所述可凝气体分离的凝气板，所述凝气板上设有用于将所述可凝气体凝结成小液滴的凝气孔。

进一步优选地，所述冷凝器还包括一端与所述壳体连通的用于抽出所述不凝气体的抽气管、用于驱动所述抽气管抽气的真空泵、设于所述抽气管另一端的出气口，所述出气口处设有用于喷洒所述低温液体的喷头，所述低温液体与所述不凝气体在所述抽气管中进行传热反应。

更进一步优选地，所述抽气管中设有用于防止所述冷凝气体与所述抽气管管体发生反应的隔离环。

优选地，所述冷凝器还包括与所述壳体连通的用于收集所述冷凝液体的集液箱，所述壳程出口设于所述集液箱上，所述集液箱上还设有用于检测所述集液箱内冷凝液体液位的液位计。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的一种冷凝器，通过在壳体内设置支撑板，将换热管穿设于支撑板上，在支撑板上开设多个通气孔，使得冷凝气体的流动更加顺畅，冷凝效果好且不易堵塞，使换热面积得到充分利用。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为本发明的附图1中a-a截面示意图；

附图3为本发明的附图1中b-b截面示意图；

附图4为本发明的换热管焊接方式示意图；

附图5为本发明的支撑板上安装孔周部开孔示意图。

其中：1、换热管；2、支撑板；3、通气孔；4、独立管程单元；5、安装孔；6、小孔；7、间隙；8、连接部；9、凝气板；10、凝气孔；11、抽气管；12、出气口；13、喷头；14、隔离环；15、集液箱；16、液位计；

101、壳体；102、前管箱；103、后管箱；104、管程进口；105、管程出口；106、管板；107、壳程进口；108、壳程出口。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

参见图1-2-3-4-5所示，一种冷凝器，包括壳体101、设于壳体101两端的前管箱102和后管箱103、设于前管箱102上的管程进口104和管程出口105，壳体101与前管箱102之间设有管板106，管板106上固定有沿前管箱102和后管箱103的排列方向延伸的用于通入通出低温液体的换热管1，换热管1两端分别与管程进口104和管程出口105连通，壳体101上端设有用于通入冷凝气体的壳程进口107、下端设有用于通出冷凝液体的壳程出口108，壳体101内设有多个用于支撑换热管1的支撑板2，多个支撑板2沿前管箱102和后管箱103的排列方向依次间隔设置，换热管1穿设于支撑板2上，支撑板2上设有通气孔3。

在本实施例中，通气孔3为长圆孔，在支撑板2上开多个长圆孔，能让进来的冷凝气体能够顺利的到达真空度小的地方，增加冷凝气体的流通性，从而减少阻力损失，并使换热面积得到充分利用。

壳体101内并排设置有至少两独立管程单元4，每个独立管程单元4内均设有换热管1。在本实施例中，该独立管程单元4有两个，通过在壳体101内设置并列的两个独立管程单元4，每个独立管程单元4内的换热管1均可单独运行，使得冷凝器运行更加的灵活，大大提高了效率。

支撑板2上设有用于安装换热管1的安装孔5，安装孔5周部环设有用于冷凝气体流动的小孔6。安装孔5有多个，多个安装孔5自由组合分布，形成多个安装孔组，每个安装孔组之间设有间隙7，间隙7大于每个安装孔5之间的空隙。

在本实施例中，小孔6为不规则孔，开孔形状大小均没有限制。通过开设多个小孔6，配合支撑板2上的通气孔3，使冷凝气体的流通更加顺畅，避免了冷凝气体堵塞，增加了冷凝气体纵向、横向冲涮换热管1的速度，传热系数k值得到了提升。

同时，在本实施例中，调整布管方式，设置多个安装孔组，减少高温段换热管1的布置，使高温段布管相对比较稀疏，从而留出多个宽度不一的间隙7，作为冷凝气体纵向流动的通道，让冷凝气体能够直接通透到设备直径方向的底部，避免了当大量冷凝气体进入冷凝器进行冷凝时造成的冷凝气体在上部换热管1缝隙间的拥挤。换热管1的材料可以为碳钢，不锈钢，双相钢，钛材，铁铜合金等。

换热管1焊设于管板106上，焊接处的换热管1的管体向靠近管板106的方向径向扩大。

在本实施例中，采用斜坡焊接头形式，即焊接处的换热管1的管体向靠近管板106的方向径向扩大，经过打磨和刮管整形成圆滑过度形状，该结构趋于圆弧，应力集中系数较小，在一定程度上改善了换热管1管头的受力状态，减小了换热管1和管板106的之间的应力，使设备的使用寿命得到延长。同时，斜坡焊接头形式改善了低温液体进入换热管1的流动状态，使低温液体进入管程的阻力减小，克服了传统结构阻力损失大的技术问题，使系统能耗相应降低。

焊接采用氩弧焊焊接，电流在120a-180a，电压为12-24v，管头低于管板4-8mm，要求焊透，不得存在气孔，夹渣，裂纹等缺陷，焊接完成后对焊缝的表面进行机加工，将表面刮成斜坡形状，然后对焊缝进行表面检测，确保焊缝没有缺陷。

冷凝器还包括设于壳程进口107和壳体101之间的连接部8，连接部8向靠近壳体101的方向径向扩大。

在本实施例中，在壳体101上开一个大孔，该大孔沿壳体101的长度方向设置，该大孔与壳程进口107连通，形成锥形的连接部8，改善了冷凝气体的进口速度和进口的纵向长度，增加了通透性，可实现大通量的进气，满足了大型化生产时大流量的需求；同时消减了管道上轴向和纵向两个方向的膨胀问题，消除了因热膨胀带来的安全隐患。

该大孔长度和宽度根据工艺计算来确定，为了提高冷凝器的传热系数，保证一定的流速，要保证惯性力大于黏滞力，达到紊流状态的较低的值，通常雷诺数要在2000以上，可以上调30%左右；同时为了保持一个较大的富裕量，采用2-4个矩形膨胀节串联来满足在冷凝器壳体101轴线方向和壳程进口107的变形协调，同时还要考虑壳体101和壳程进口107之间垂直距离在运行时的热膨胀，根据壳体101和壳程进口107之间的温度差和长度，结合金属的线性膨胀系数，确定变形协调量，解决进口温度差造成的应力问题，膨胀节通常选择和介质相容的材料，一般选择s30408，s30403，s31608，s31603及蒙乃尔合金，钛合金等材料，壁厚通常选择0.8，1.2，1.5，2，2.5，3，4，5，6，8等厚度等级。

该冷凝器还包括设于壳体101上的用于将冷凝气体中的不凝气体和可凝气体分离的凝气板9，凝气板9上设有用于将可凝气体凝结成小液滴的凝气孔10。通过将不凝气体与可凝气体分离并抽走不凝气体，大大增加了可凝气体与换热管1的接触机会，从而提高了换热器的效率。

该冷凝器还包括一端与壳体101连通的用于抽出不凝气体和冷凝气体中的未凝气体的抽气管11、用于驱动抽气管11抽气的真空泵、设于抽气管11另一端的出气口12，出气口12处设有用于喷洒低温液体的喷头13，低温液体与不凝气体和冷凝气体中的未凝气体在抽气管11中进行传热反应。抽气管11中设有用于防止冷凝气体与抽气管11管体发生反应的隔离环14。

在本实施例中，隔离环14为陶瓷环，安装于抽气管11中。通过抽气管11和喷头13的设置，使得不凝气体和冷凝气体中的未凝气体与喷头13中喷洒的低温液体在陶瓷环处进行进一步传热传质，从而进一步分离、回收冷凝气体中的未凝气体，降低未凝气体对下一环节的不良影响；同时可对不凝气体再次冷却，使不凝气体携带的热量得到充分吸收，吸收到热量的低温液体进入壳体101内进行再次放热，使整体冷凝效率得到提高。

同时，在抽气管11与壳体101连通的区域内，还设置有收集区，在收集区内布置有换热管1，在冷凝气体被抽取至抽气管11时，经过收集区，再次进行冷凝，减少了热量损失。

冷凝器还包括与壳体101连通的用于收集冷凝液体的集液箱15，壳程出口108设于集液箱15上，集液箱15上还设有用于检测集液箱15内冷凝液体液位的液位计16。集液箱15内的冷凝液体对壳体内的冷凝气体起到水封的作用，当液位计16检测到集液箱15内的冷凝液体达到设定的液位时，从壳程出口108取出冷凝液体。

以下具体阐述下本实施例的工作过程：将冷凝气体从壳程进口107通入，经通气孔3和小孔6以及间隙7向壳体101的两端及底部流动，与此同时，从管程进口104通入低温液体，低温液体从管程进口104进来，经过换热管1流到管程出口105，完成一个来回流程，实现对壳体101内的冷凝气体的冷凝。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。