一种上升管换热器的制作方法

本发明涉及余热回收装置技术领域，具体涉及一种上升管换热器。

背景技术：

炼焦生产是目前广泛使用的能源再加工和热能再回收利用方法，焦炭和炼焦煤气是其主要的能源产品。对炼焦过程中产生的余热资源进行高效回收是降低焦炉能耗的主要途径之一，同时也是建立资源节约、环境友好的绿色焦化厂的主要方向。焦炉荒煤气中温余热占整个焦化工序的36％左右，具有很大的利用空间。因此，对煤在干馏过程中产生的高温荒煤气的余热进行回收与利用，历来是焦化领域研究的焦点与热点。

上升管换热器是炼焦生产中余热回收的主要设备，其既能够对荒煤气进行传输，又能够进行换热，通过吸收上升管内的荒煤气余热，进行余热的回收利用。现有技术中常见的上升管换热器为水夹套换热器，其具体包括内管、内管套管、上法兰、下法兰和换热盘管。内管套管安装套合于内管外部，上法兰固定在内管和内管套管的顶端，下法兰固定在内管和内管套管的底端。荒煤气在内管中流动，在内管、内管套管、上法兰和下法兰形成的环形空间内填充有水，用来对内管内流动的荒煤气进行换热。

现有技术中的水夹套换热器，其通常仅有一层夹套结构，并且缺少保温部件，因而其热量流失较多，保温效果不佳。并且其在换热的过程中会产生水蒸气，当水蒸气的蒸汽压力达到或超过1.0MPa，内管在水蒸气的作用下，极易发生压瘪、变形，严重时，甚至会导致内管出现漏水现象。此外，焦炉荒煤气中含有硫化氢等腐蚀性气体，对换热器具有较强的腐蚀性，一旦换热器被腐蚀穿孔，同样容易导致水泄露的发生。水与炽热焦炭发生汽化反应，焦化炉内压力会迅速增加，造成焦化炉体损坏。磁瓦，现有技术中的水夹套换热器，由于上升管换热器在运行过程中，荒煤气在其内管中流动，在内管、内管套管、上法兰和下法兰形成的环形空间内填充有水，用来对内管内流动的荒煤气进行换热。因此，内管套管在高温环境下容易在轴向方向上产生拉伸和形变，上述拉伸和形变极易导致内管套管出现焊缝损坏、换热工质内漏等问题。最后，对于上升管换热器中的换热盘管，其长期在高温条件下工作运行，加之换热工质汽化的不规则震动极易导致换热盘管出现变形，导致设备损坏，寿命缩短。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的缺陷和不足，解决上升管换热器保温效果不佳、容易出现换热工质内漏、设备容易损坏、维修率和维修成本高的问题，本发明公开了一种上升管换热器。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种上升管换热器，包括换热盘管、内管、第一套管、上法兰和下法兰；所述换热盘管螺旋盘绕于所述内管的外侧，所述内管的内部为气体通道，所述第一套管套合于所述换热盘管的外部；所述内管、第一套管、上法兰和下法兰共同包围形成容纳所述换热盘管的第一环形空间。

进一步的，还包括套合于所述第一套管外部的第二套管，所述第二套管的两端分别与所述上法兰和下法兰固定连接，所述第一套管、所述第二套管、上法兰和下法兰共同包围形成填充有保温材料的保温空间。

进一步的，所述第一环形空间中设有轴向约束组件和/或径向约束组件中的至少一种；所述轴向约束组件与位于顶层和/或低层的所述换热盘管固定连接；所述换热盘管包括相互间隔排列的约束元盘管和有限弹性变形盘管，所述径向约束组件与所述约束元盘管的外壁固定连接。

进一步的，所述轴向约束组件包括固定架和轴向包板；所述固定架的一端与法兰固定连接，另一端与所述轴向包板固定连接；所述轴向包板与换热盘管的外壁固定连接。

进一步的，还包括分别环绕所述内管上下两端的环形防漏装置；所述轴向约束组件包括固定架和轴向包板；所述固定架的一端与所述环形防漏装置固定连接，另一端与所述轴向包板固定连接；所述轴向包板与所述换热盘管的外壁固定连接。

进一步的，所述径向约束组件包括相互固定连接的径向约束部和径向包板；若干个的所述径向包板沿轴向方向排列于所述径向约束部上，并所述换热盘管的外壁固定连接。

进一步的，数量为两个的所述径向约束组件相对设置，分别设于所述上升管换热器中心轴的两端。

进一步的，所述径向包板部分包覆所述换热盘管或完全环绕所述换热盘管的外部周缘。

进一步的，所述径向约束部为中空矩形框架，所述径向包板的数量为两个，分别设置于所述径向约束部相对两边的内侧壁上。

进一步的，所述第一环形空间中设有径向约束组件，所述径向约束组件的外部侧壁上设有圆箍。

本发明与现有技术相比，其优点在于：

本发明能够有效防止热量流失浪费，提高了上升管换热器保温效果和换热效率；

本发明能够有效防止上升管换热器出现内漏，避免了由内漏导致的水与炽热焦炭发生汽化造成的换热设备损坏；

本发明能够避免套管在高温环境下沿轴向方向上产生拉伸和形变导致的焊缝损坏；

本发明能够避免由换热工质汽化导致的不规则震动使得换热盘管变形；

本发明提高了上升管换热器的使用寿命，降低了维修成本。

附图说明：

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对本实用新型的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本发明实施例1的剖面示意图；

图2：本发明实施例2的剖面示意图；

图3：本发明所述上法兰和下法兰的剖面示意图；

图4：本发明实施例3的剖面示意图；

图5：本发明实施例3的微变形装置的局部放大示意图；

图6：本发明实施例4的轴向约束组件和径向约束组件的剖面示意图；

图7：本发明实施例4的轴向约束组件和径向约束组件的俯视示意图；

图8：本发明实施例5的径向约束组件的剖面示意图；

图9：本发明实施例5的径向约束组件的俯视示意图；

图10：本发明实施例6的径向约束组件的剖面示意图；

图11：本发明实施例7的径向约束组件的剖面示意图。

为进一步清楚地说明本实用新型的结构和各部件之间的连接关系，给出了以下附图标记，并加以说明：

换热盘管1，内管2，第一套管3，第二套管4，上法兰5，下法兰6，第一防漏装置7，第一侧板71，第一隔板72，第一防漏空间73，第二防漏装置8，第二侧板81，第二隔板82，第二防漏空间83，第一环形空间9，防漏层10，焊接槽11，第一焊接槽111，第二焊接槽112，第三焊接槽113，隔热部12，保温空间13，微变形装置14，弧形节141，连接节142，安全管15，轴向约束组件16，固定架161，轴向包板163，径向约束组件17，圆箍171，径向约束部172，径向包板173，气体通道19。

通过上述附图标记说明，结合本实用新型的实施例，可以更加清楚的理解和说明本实用新型的技术方案。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术手段，达到目的与功效易于理解，下面结合具体图示对本实用新型的实施例进行详细说明。

需要说明，本实用新型中所有进行方向性和位置性指示的术语，诸如：“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“低”、“横向”、“纵向”、“中心”等，仅用于解释在某一特定状态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、连接情况等，仅为了便于描述本实用新型，而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种上升管换热器，包括换热盘管1、内管2、第一套管3、第二套管4、上法兰5和下法兰6。换热盘管1螺旋盘绕内管2，换热盘管1采用耐高压无缝合金钢管。需要说明的是在实际应用中，可根据用户所需的蒸汽压力等级选择合适的承压等级的换热盘管1，实现上升管换热器的可调压。内管2的内部为气体通道19，第一套管3套合于换热盘管1的外部，内管2和第一套管3的顶端固定于上法兰5处，底端固定于下法兰6处，内管2、第一套管3、上法兰5和下法兰6共同包围形成容纳所述换热盘管1的第一环形空间9。第二套管4的材质可以为不锈钢，防止机械冲击。第二套管4套合于第一套管3的外部，顶端固定于上法兰5处，底端固定于下法兰6处；第二套管4、第一套管3、上法兰5和下法兰6共同包围形成保温空间13。内管2、第一套管3和第二套管4的顶端分别通过堆焊的方式与上法兰5固定连接，内管2、第一套管3和第二套管4的底端分别通过堆焊的方式与下法兰6固定连接。保温空间13填充有保温材料，保温空间13能够防止热量散失，保温空间13的材料可以为氧化锆耐火陶瓷纤维进行压实填充，保温空间13的厚度要大于或等于35mm。内管2的内壁设有防漏层10。防漏层10为玻璃相陶瓷涂层，可起到耐高温、防腐蚀、防结焦的作用。保温空间13填充有保温材料，保温材料为氧化锆耐火陶瓷纤维。第一环形空间9填充有导热填料，导热填料为陶瓷颗粒和/或不锈钢颗粒的混合物。选择陶瓷颗粒和不锈钢颗粒的混合物作为导热填料，一方面，是由于该混合物的导热率高，不易变质，荒煤气的热量可以通过导热填料传输给换热盘管1内的水，提高了传热速率，使得换热效率提高，另一方面，该混合物在高温条件下不易烧结成块，给予换热盘管1一定的活动空间

由于荒煤气温度较高，在向换热盘管1内通水前，上升管换热器为干烧状态，若突然向换热盘管1内通水，法兰与内管可能出现焊缝受到急剧冷却而开裂的现象。因此，本实施例的上升管换热器还包括环绕所述内管2，并能够对第一环形间隙114进行密封的环形防漏装置，环形防漏装置包括分别围绕内管2的顶端和底端设置的第一防漏装置7和第二防漏装置8。第一防漏装置7和第二防漏装置8为不锈钢材料。第一防漏装置7包括沿径向方向自内管2外壁伸出并向第一套管3方向延伸的圆环形的第一隔板72，和沿轴向方向环绕内管2，并将第一隔板72的外周缘与上法兰5相连接的圆柱形的第一侧板71，第一隔板72、第一侧板71和上法兰5共同包围形成第一防漏空间73；第二防漏装置8包括沿径向方向自内管2外壁伸出并向第一套管3方向延伸的圆环形的第二隔板82，和沿轴向方向环绕内管2，并将第二隔板82的外周缘与下法兰6相连接的圆柱形的第二侧板81，第二隔板82、第二侧板81和下法兰6共同包围形成第二防漏空间83。第一防漏空间73和第二防漏空间83填充有防漏材料。防漏材料为硅酸盐。如此能够将焊缝保护起来，防止焊缝由于受到骤冷而开裂的现象发生。

本实施例的上升管换热器还包括分别设置于靠近上法兰5的一端和靠近下法兰6的一端的两个安全管15，安全管15沿径向方向设置，贯穿第一套管3、保温空间10和第二套管4，一端伸入第一环形空间9，另一端伸出至上升管换热器的外部。安全管15内部填充柔性纤维材料。当盘管损坏时，工质通过安全管口流出，不会积存在夹套内部，保证夹套安全。

本实施例的上升管换热器在第一环形空间9中设有轴向约束组件16和径向约束组件17。轴向约束组件16包括固定架161和轴向包板163；固定架161一端用于和第一防漏装置7或第二防漏装置8固定连接，另一端与轴向包板163固定连接，固定架161采用管卡模式和焊接模式进行固定；轴向包板163与换热盘管1的外壁固定连接。径向约束组件17包括相互固定连接的径向约束部172和径向包板173。径向包板173设置于径向约束部172靠近内管2的一端，并与换热盘管1的外壁固定连接，径向包板173部分包覆换热盘管1的外部周缘。换热盘管1包括约束元盘管和有限弹性变形盘管，约束元盘管和有限弹性变形盘管相互间隔，两层约束元盘管之间间隔一层有限弹性变形盘管，径向包板173仅与约束元盘管的外壁固定连接，有限弹性变形盘管的外壁上不设有径向包板173。径向约束部172的顶端与上法兰5之间存在空隙；径向约束部172的底端与下法兰6之间存在空隙。，如此设计，一方面，可以防止换热盘管1窜动，保证换热盘管1的结构稳定，另一方面，在刚开始向换热盘管1内通水时，使换热盘管1承受水施加的巨大的应力时，能够使换热盘管1在一定的活动空间内进行有限的弹性变形，更有利于保护换热盘管1。

实施例2

如图2所示，本实施例提供了一种上升管换热器。本实施例与实施例1有以下区别：

第一防漏空间73和第二防漏空间83填充有陶瓷颗粒。

第一套管3的外壁设有隔热部12，隔热部12为一种采用高温喷涂方式施加的热辐射屏蔽涂层。

如图2、3所示，上法兰5和下法兰6分别设有焊接槽11，焊接槽11包括梯形的第一焊接槽111，第二焊接槽112和第三焊接槽113。内管2的上下两端与第一焊接槽111形成第一环形间隙114；第一套管3的上下两端与第二焊接槽112形成第二环形间隙115；第二套管4的上下两端与第三焊接槽113形成第三环形间隙116。在装配过程中，第一环形间隙114、第二环形间隙115、第三环形间隙116通过堆焊方式被焊料填充，从而保证内管2与法兰5和法兰6无缝连接。

第一套管3和第二套管4上设有微变形装置14，微变形装置14包括弧形节141，弧形节141沿径向方向上，向远离上升管换热器中心轴的四周方向凸起。微变形装置14为耐热合金钢材料。微变形装置14避免了套管在高温环境下沿轴向方向上产生拉伸和形变导致的焊缝损坏、换热工质内漏的问题，提高了上升管换热器的使用寿命，降低了维修成本。

径向约束组件17外周缘设有圆箍171，圆箍171环绕径向约束组件17，并与径向约束组件17远离上升管换热器中心轴的一端的侧壁固定连接。

实施例3

如图4所示，本实施例提供了一种上升管换热器。本实施例与实施例2有以下区别：

第一防漏空间73和第二防漏空间83填充陶瓷颗粒和不锈钢颗粒混合物。

第一套管3和第二套管4上的弧形节141为多个，如图5所示，相邻的两个弧形节141通过连接节142彼此连接。

本实施例仅设有径向约束组件17，不设有轴向约束组件16。径向约束部172的顶端与第一防漏装置7固定连接；径向约束部172的底端与第二防漏装置8固定连接。

实施例4

如图6所示，本实施例提供了一种设置上升管换热器的换热盘管1周围的轴向约束组件16和径向约束组件17。

轴向约束组件16包括固定架161和轴向包板163；固定架161的一端可以直接与法兰固定连接，也可以与第一防漏装置7或第二防漏装置8中的任意一个连接。固定架161的另一端与轴向包板163固定连接；轴向包板163与换热盘管1的外壁固定连接。上升管换热器顶端和底端均设有轴向约束组件16，靠近上升管换热器顶端的轴向约束组件16的轴向包板163与位于顶层的换热盘管1的外壁固定连接；靠近上升管换热器底端的轴向约束组件16的轴向包板163与位于底层的换热盘管1的外壁固定连接。

径向约束组件17包括相互固定连接的径向约束部172和径向包板173；径向约束部172沿轴向方向设置，径向包板173设置于径向约束部172靠近内管2的一端，并与换热盘管1的外壁固定连接，径向包板173为部分包覆换热盘管1的外部周缘。如图7所示，径向约束组件17的数量为两个，其位置相对设置，分别设于上升管换热器中心轴的两端。径向约束部172的形状为带有弧度的长板型，其沿径向方向向上升管换热器中心轴弯曲。

径向约束部172的顶端与上法兰5之间存在空隙；径向约束部172的底端与下法兰6之间存在空隙。径向约束部172的数量为三个，三个的径向约束部172沿轴向方向依次排列，彼此之间存在空隙。径向约束组件17外周缘设有圆箍171，圆箍171环绕径向约束组件17，并与径向约束组件17远离上升管换热器中心轴的一端的侧壁固定连接。

实施例5

如图8所示，本实施例提供了一种换热盘管1周围仅设有径向约束组件17，不设有轴向约束组件16的实施方式。

径向约束组件17包括相互固定连接的径向约束部172和径向包板173；径向约束部172沿轴向方向设置，径向包板173设置于径向约束部172靠近内管2的一端，并与换热盘管1的外壁固定连接，径向包板173为部分包覆换热盘管1的外部周缘。如图9所示，径向约束组件17的数量为两个，其位置相对设置，分别设于上升管换热器中心轴的两端。径向约束部172的形状为圆管形。径向约束组件17外周缘设有圆箍171，圆箍171环绕径向约束组件17，并与径向约束组件17远离上升管换热器中心轴的一端的侧壁固定连接。

实施例6

如图10所示，本实施例提供了一种设置上升管换热器的换热盘管1周围的径向约束组件17。

径向约束组件17包括相互固定连接的径向约束部172和径向包板173。径向约束部172沿轴向方向设置，径向包板173设置于径向约束部172靠近内管2的一端，并与换热盘管1的外壁固定连接，径向包板173为全部包覆和环绕换热盘管1的外部周缘。径向约束组件17可以在轴向方向上直接延伸至上法兰5和下法兰6，或直接延伸至第一防漏装置7和第二防漏装置8。径向约束组件17外周缘设有圆箍171，圆箍171环绕径向约束组件17，并与径向约束组件17远离上升管换热器中心轴的一端的侧壁固定连接。

实施例7

如图11所示，本实施例提供了一种设置上升管换热器的换热盘管1周围的径向约束组件17。

径向约束组件17包括相互固定连接的径向约束部172和径向包板173。径向约束部172为沿轴向方向设置的矩形框架，径向包板173的数量为两个，分别设置于径向约束部172沿轴向方向两边的内壁上，并与换热盘管1的外壁固定连接。换热盘管1包括约束元盘管和有限弹性变形盘管，两层约束元盘管之间间隔两层有限弹性变形盘管。径向包板173与约束元盘管的外壁固定连接。

显然，上述实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下对这些实施例进行的各种变化、修改、替换和改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。