一种输气站用换热装置的制作方法

本实用新型涉及换热器技术领域，尤其涉及一种输气站用换热装置。

背景技术：

换热器(heat exchanger)，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛。换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。

众所周知，换热器作为一类重要的化工特种设备，在炼油和化工生产中占据着重要的地位。它通过维持或改变介质的操作温度或相态，从而使得热量在不同温度的介质之间进行传递。它不仅能为生产过程提供必要的工艺条件，而且为减少能源消耗、降低生产成本起到了重要的作用。

随着石油化工设备向高温高压的方向发展，人们对设备安全运行和换热器的换热效率的要求逐步提高。特别是在输气场站的油气运输中，输油管道中的油气需要在压力1.8MP的条件下需加热170℃，而用于热交换的水蒸气需要在压力1.6MPa的条件下需降从220℃低至80℃，然而传统的法兰式换热器主螺栓在使用中，需要承受内压和压紧力的两种负荷，使得在相同压力下设计出来的换热器螺栓和螺母非常粗大，法兰面非常厚，一旦发生泄漏很难进行紧漏。因此，亟待开发一种即有高的换热性能，也有可靠的安全系数以及优良的在线修理功能的输气站用换热装置。

技术实现要素：

本实用新型提供一种输气站用换热装置，旨在将所有的内构件封装在同一个壳体内部，减少密封点的数量并降低泄漏的可能性，提高换热器的安全系数，并降低换热器的在线修理难度。

本实用新型提供的具体技术方案如下：

本实用新型提供的一种输气站用换热装置包括换热器外壳、与所述换热器外壳相固定的换热器内芯、安装在所述换热器外壳右端内腔中的管程内筒和管箱盖板、采用螺纹连接固定在所述换热器外壳右端的螺纹承压环、安装在所述换热器外壳内部的主压环和缩紧压环，其中，所述螺纹承压环抵接在所述管箱盖板上，所述主压环和所述缩紧压环安装在所述螺纹承压环和所述管程内筒之间，所述螺纹承压环上安装有压紧螺栓，所述压紧螺栓的端部抵接在所述主压环和所述缩紧压环上。

可选的，所述换热器外壳包括管箱筒体、焊接固定在所述管箱筒体端部的壳程和焊接固定在所述壳程端部的球形封头，其中，所述管箱筒体上设置有管线接管和连接接管，所述管箱筒体的内腔与所述壳程的内腔相连通，所述管箱筒体的另一端设置有用于固定换热器芯轴的内螺纹，所述管线接管和所述连接接管均为不锈钢管，所述管线接管和所述连接接管均采用堆焊的方式固定在所述管箱筒体上。

可选的，所述管箱筒体上对称设置有排气管，其中，所述管线接管包括相对设置在所述管箱筒体圆周方向上的第一管线接管和第二管线接管，所述连接接管包括相对设置在所述管箱筒体圆周方向上的第一连接接管和第二连接接管。

可选的，所述换热器内芯包括与所述换热器壳体相连接的管板、端部固定在所述管板上的U型换热管、设置在所述U型换热管外部的旁路挡板、沿所述U型换热管的长度方向间隔设置的折流板、设置在所述U型换热管内部的隔板、焊接固定在所述折流板上的滑道，其中，所述旁路挡板与所述折流板相固定，所述隔板的端部固定在所述管板上。

可选的，所述U型换热管包括定距管、与所述定距管相连通的U型管，所述定距管的一端固定在所述管板上，所述定距管的另一端与所述U型管相焊接，多根不同规格的所述U型换热管相套成筒状分布。

可选的，所述U型换热管与所述管板之间采用强度焊配合贴胀的方式相固定，所述管板旁路和所述滑道相对分布在所述隔板的两侧，所述U型换热管整体采用管箍配合固定板相固定。

可选的，所述管板与所述管箱筒体的接触面上设置有柔性石墨金属波齿复合垫片，所述柔性石墨金属波齿复合垫片的回弹率大于25％。

可选的，所述主压环和所述缩紧压环之间设置有第一密封环，所述第一密封环用于实现在所述压紧螺栓的压紧力作用下隔离所述壳程内的介质。

可选的，所述管程内筒和所述管板的接触面上设置有第二密封环，所述第二密封环用于实现所述壳程内的介质与所述U型换热管中的介质之间的隔离。

可选的，所述排气管用于检查所述第一密封环是否泄漏。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型实施例提供的一种输气站用换热装置的壳程侧顶端为封头，管箱筒体端部用螺纹承压环旋入，就像一个大的丝堵旋入管箱筒体内，管箱筒体与壳程焊接为一个整体，所有的内构件都封装在同一壳体内部，减少了密封点降低了泄漏的可能性；相对于已有技术中的法兰式换热器，把管箱侧承受的巨大的压力传递到了螺纹锁紧环上，而压紧螺栓只要提供垫片密封所需要的压紧力，一旦发生泄漏只要调节压紧螺栓就可以压紧垫片，提高换热器的安全系数，并降低换热器的在线修理难度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用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为本实用新型实施例的一种输气站用换热装置的正视结构示意图；

图2为本实用新型实施例的一种换热器外壳的正视结构示意图；

图3为本实用新型实施例的一种换热器外壳的侧视结构示意图；

图4为本实用新型实施例的一种换热器内芯的正视结构示意图；

图5为图4中的A向结构示意图；

图6为图4中的B-B向剖视结构示意图；

图7为图4中的C-C向剖视结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面将结合图1～图7对本实用新型实施例的一种输气站用换热器外壳的结构进行详细的说明。

参考图1、图2和图4所示，本实用新型实施例提供的一种输气站用换热装置包括换热器外壳1、与换热器外壳1相固定的换热器内芯2、安装在换热器外壳1右端内腔中的管程内筒3和管箱盖板4、采用螺纹连接固定在换热器外壳1右端的螺纹承压环5、安装在换热器外壳1内部的主压环6和缩紧压环 7，其中，螺纹承压环5抵接在管箱盖板4上，主压环6和缩紧压环7安装在螺纹承压环5和管程内筒3之间，螺纹承压环5上安装有压紧螺栓8，压紧螺栓8的端部抵接在主压环6和缩紧压环7上。

进一步的，参考图1、图2和图3所示，换热器外壳1包括管箱筒体101、焊接固定在管箱筒体101端部的壳程102和焊接固定在壳程102端部的球形封头103，其中，管箱筒体101上设置有管线接管104和连接接管105，管箱筒体101的内腔与壳程102的内腔相连通，管箱筒体101的另一端设置有用于固定换热器芯轴的内螺纹，也即换热器芯轴深入管箱筒体101和壳程的内部，并采用螺纹连接的方式固定在管箱筒体101上。

其中，管箱筒体101和壳程102与球形封头103的材质均为12Cr2Mo，为降低天然气在一定温度和压力下对焊缝的腐蚀作用，管箱筒体101和壳程102 与球形封头103之间均是采用堆焊不锈钢的方式实现焊接固定。

参考图2所示，壳程102包括第一壳程筒节1021、第二壳程筒节1022和第三壳程筒节1023，其中，第一壳程筒节1021的左端焊接固定在管箱筒体101 上，第二壳程筒节1022的两端分别焊接固定在第一壳程筒节1021和第三壳程筒节1023上，第三壳程筒节1023与球形封头103相焊接固定。具体的，第一壳程筒节1021、第二壳程筒节1022和第三壳程筒节1023、管箱筒体101和球形封头103之间均是采用堆焊不锈钢的焊接方式相互焊接固定。

参考图1和图3所示，管线接管104和连接接管105均为不锈钢管，管线接管104和连接接管105均采用堆焊的方式固定在管箱筒体101上。其中，由于本实用新型实施例的换热器外壳的管箱筒体101的材质为12Cr2Mo，而且， 12Cr2Mo在室外的漏天环境下的焊接性能较差，正是基于此，本实用新型实施例在管箱筒体101设置有不锈钢材质的管线接管104和连接接管105，方便与现场的碳钢和不锈钢材质的管线相焊接连接，并提高室温下焊接接缝的可靠性。

具体的，管线接管104包括相对设置在管箱筒体101圆周方向上的第一管线接管1041和第二管线接管1042，连接105包括相对设置在管箱筒体101圆周方向上的第一连接接管1051和第二连接接管1052。

进一步的，参考图3所示，管箱筒体101上对称设置有排气管安装孔106，其中，排气管安装孔106用于安装排气管107，排气管107用于检查第一密封环是否泄漏。由于其管箱筒体和壳程焊接组成一个整体壳体，壳程端部采用球形封头封死，管箱与壳程筒体焊接为一个整体，所有的内构件都封装在同一壳体内部，减少了密封点降低了泄漏的可能性；同时，管箱筒体上设置有管线接管和连接接管，可以方便换热器的现成焊接施工，提高换热器的安全系数，并降低换热器的在线修理难度。

参考图1、图4和图5所示，换热器内芯包括与换热器壳体1相连接的管板201、端部固定在管板201上的U型换热管202、设置在U型换热管202外部的旁路挡板203、沿U型换热管202的长度方向间隔设置的折流板204、设置在U型换热管202内部的隔板205、焊接固定在折流板204上的滑道206，其中，旁路挡板203与折流板204相固定，隔板205的端部固定在管板201上。

参考图4、图5、图6和图7所示，U型换热管202与管板201之间采用强度焊配合贴胀的方式相固定，强度焊配合贴胀的方式可以保证U型换热管 202与管板201之间具有很好的密封形，防止U型换热管202与管板201的连接处发生泄漏。

参考图4、图5、图6和图7所示，U型换热管202、隔板205与管板201 之间相固定之后，旁路挡板203、折流板204以及滑道206通过隔板205和U 型换热管202与管板201组成一个整体，在使用的过程中，其整体通过管板201 伸入换热器壳体1内部并与换热器壳体相固定。

参考图1、图4、图5和图6所示，U型换热管202包括定距管2021、与定距管2021相连通的U型管2022，定距管2021的一端固定在管板201上，定距管2021的另一端与U型管2022相焊接，多根不同规格的U型换热管202 相套呈筒状分布。示例的，本实用新型实施例的U型换热管202呈正方形排列分布，便于对U型换热管202的外部进行清洗。

参考图1和图4所示，管板旁路203和滑道206相对分布在隔板205的两侧，U型换热管202整体采用管箍207配合固定板208的方式相固定。其中， U型换热管、旁路挡板、折流板、隔板和滑道整体组装在管板上之后，通过管板整体安装在换热器壳体内部，进而所有的换热器内芯构件都封装在同一壳体内部，减少了密封点降低了泄漏的可能性，并且，换热器内芯中仅仅管板与换热器壳体相固定，非常方便换热器芯轴的拆卸和组装，降低了换热器的在线修理难度。

进一步的，参考图1和图4所示，管板201与管箱筒体101的接触面上设置有柔性石墨金属波齿复合垫片9，其中，柔性石墨金属波齿复合垫片9的回弹率大于25％。本实用新型实施例的柔性石墨金属波齿复合垫片9为金属骨架结构，其采用整张钢板制做，不允许拼接，只有如此才能够保证柔性石墨金属波齿复合垫片9的回弹率大于25％。进而柔性石墨金属波齿复合垫片处于高压力条件下，该柔性石墨金属波齿复合垫片9的基本结构骨架保持很低的受力效应，柔性石墨金属波齿复合垫片具有优异的耐温能力，石墨面层通过波形金属结构较好地贴合在法兰盘上，而不会粘贴在法兰盘的密封带上了，从而可以保证柔性石墨金属波齿复合垫片9的持续工作能力，同时还具有良好的耐腐蚀的能力。

进一步的，参考图1所示，主压环6和缩紧压环7之间设置有第一密封环 10，第一密封环10用于实现在压紧螺栓8的压紧力作用下隔离壳程102内的介质。螺纹承压环5通过螺纹连接的形式和管箱筒体101连接，与管箱盖板4 相配合共同起到了封头的作用。螺纹承压环5通过螺纹的压紧力，不仅承受管程内部介质的压力还要承受管板对内压杆的反作用力。

参考图1和图4所示，管程内筒3和管板201的接触面上设置有第二密封环11，第二密封环11用于实现壳程102内的介质与U型换热管202中的介质之间的隔离。因为管程侧和壳程侧都为高压而且压差较小，所以使密封面上所受的合力较小，进而减少了换热器由于管板受到高压而发生泄漏的可能性，并且即使发生泄漏也不会向外界泄漏，增加了安全性。

其中，管程内筒3的存在起到了传递内压紧螺栓的作用，实现了压紧管板 201的作用，达到了内密封环压紧力的要求，并且可以分割进入换热设备内的高温蒸汽和升温后的天然气气体。其次，正是由于管程内筒3的存在，压紧螺栓8只需提供保证密封面不发生泄漏的压紧力，而不同与普通的换热器螺栓还要提供抵消介质对封头的巨大的压力作用，所以相对现有技术来说，本实用新型实施例的换热装置的垫片极易压紧而且泄漏的可能性很小。

参考图1和图4所示，螺纹承压环5和管程内筒3之间设置有主压环6和缩紧压环7，其中，主压环6和缩紧压环7相互配合起到了传递内压螺栓力的作用，在安装和壳程试压时缩紧主压环还可以通过与其配对的压紧螺栓对管板进行预压紧。

本实用新型实施例提供的一种输气站用换热装置的壳程侧顶端为封头，管箱筒体端部用螺纹承压环旋入，就像一个大的丝堵旋入管箱筒体内，管箱筒体与壳程焊接为一个整体，所有的内构件都封装在同一壳体内部，减少了密封点降低了泄漏的可能性；相对于已有技术中的法兰式换热器，把管箱侧承受的巨大的压力传递到了螺纹锁紧环上，而压紧螺栓只要提供垫片密封所需要的压紧力，一旦发生泄漏只要调节压紧螺栓就可以压紧垫片，提高换热器的安全系数，并降低换热器的在线修理难度。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种改动和变型而不脱离本实用新型实施例的精神和范围。这样，倘若本实用新型实施例的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。