用于降低管板温差的开槽隔板结构及热交换器的制作方法

1.本实用新型涉及热交换器技术领域，尤其涉及一种用于降低管板温差的开槽隔板结构及热交换器。


背景技术：

2.热交换器结构坚固、制造简单、有较高的可靠性，是石油化工装置中大量使用的设备。在热交换器的各部件中，管板是最重要也是最复杂的部件，其作用是排布换热管，分割管程和壳程流体，避免冷、热流体混合，同时受到管程、壳程压力和由管壳程温度差引起的热应力的影响。
3.在设备正常运行中，热应力对管板的影响较大，尤其当管程与壳程的操作温差比较大时，热交换器管板的温差应力值增加，当与压力应力叠加后，超过许用应力值时，可能发生塑性变形，影响管板的正常使用。在热交换器开车、停车时，由于管板的温度变化慢，换热管的温度变化快，在换热管和管板连接处会产生较大的热应力。当迅速停车或进气温度突然变化时，热应力往往会导致管板和换热管在连接处发生破裂。
4.因此，如何有效的降低热应力强度值是改善管板强度的关键，对提高热交换器安全性具有十分重要的意义。
5.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种用于降低管板温差的开槽隔板结构及热交换器，以克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种用于降低管板温差的开槽隔板结构及热交换器，用于降低管板温差的开槽隔板结构抵靠紧贴于管板靠近壳程的一侧，壳程侧的介质在凹槽部处流动受限，甚至在凹槽部内形成死区，大大提高了壳程侧热阻，缩小了管板两侧的温差，减小了管板热应力，改善换热器管板的结构强度。
7.本实用新型的目的是这样实现的，一种用于降低管板温差的开槽隔板结构，包括隔板本体，所述隔板本体上设有多个第一通孔，各所述第一通孔用于穿设换热管；所述隔板本体的一侧面上设置凹槽部，所述凹槽部能允许流体流入。
8.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述凹槽部的面积大于隔板本体的侧面面积的60％。
9.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述凹槽部包括多道平行间隔设置的直线凹槽，各所述直线凹槽的两端呈开放设置；各所述第一通孔呈贯通设置于各所述直线凹槽处。
10.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述凹槽部包括螺旋形凹槽，各所述第一通孔呈贯通设置于所述螺旋形凹槽处。
11.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述凹槽部包括多道同轴设置的环形凹槽，各所述第一通孔呈贯通设置于各所述环形凹槽处。
12.本实用新型的目的还可以这样实现，一种热交换器，包括换热器壳体和多个换热
管，所述换热器壳体的第一端能密封地设置管板且所述换热器壳体的第二端呈密封设置，所述管板远离所述换热器壳体的一侧能密封地连接中空的端头壳体；各所述换热管密封穿设通过所述管板，各所述换热管的两端均与所述端头壳体的内腔呈连通设置，所述端头壳体的内腔和各所述换热管的内腔构成管程，所述换热器壳体的内腔构成壳程；
13.所述换热器壳体内设置前述的用于降低管板温差的开槽隔板结构，所述隔板本体设置凹槽部的一侧抵靠于所述管板上，各所述换热管穿设通过所述第一通孔，所述第一通孔的内壁与所述换热管的外壁之间构成第一过流间隙，所述隔板本体的外周侧壁与所述换热器壳体的内壁之间构成第二过流间隙。
14.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述换热器壳体内设置定距管，所述定距管用于顶抵所述隔板本体以使其抵靠于所述管板上。
15.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述凹槽部包括多道平行间隔设置的直线凹槽，各所述直线凹槽的两端呈开放设置；各所述第一通孔呈贯通设置于各所述直线凹槽处；壳程内的流体通过第一过流间隙和第二过流间隙流入各所述直线凹槽。
16.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述凹槽部包括螺旋形凹槽，各所述第一通孔呈贯通设置于所述螺旋形凹槽处；壳程内的流体通过第一过流间隙和第二过流间隙流入所述螺旋形凹槽。
17.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述凹槽部包括多道同轴设置的环形凹槽，各所述第一通孔呈贯通设置于各所述环形凹槽处；壳程内的流体通过第二过流间隙流入各所述环形凹槽。
18.由上所述，本实用新型的用于降低管板温差的开槽隔板结构及热交换器具有如下有益效果：
19.本实用新型的用于降低管板温差的开槽隔板结构为结构件，能改变部分壳程介质的流动路径而不承压，无需进行强度校核，采用较薄的厚度即可满足结构要求，耐用，造价低廉，便于采购、制造与维修，可替换性强，具有良好的经济性能；本实用新型的用于降低管板温差的开槽隔板结构，可应用于降低管板温差的热交换器，还可以应用于其他各种存在温差变形的领域，尤其适用于管壳程温差大于100℃、壳程介质为饱和水的工况以及对管板条件要求苛刻的领域；
20.本实用新型的热交换器中，用于降低管板温差的开槽隔板结构抵靠紧贴于管板靠近壳程的一侧，用于降低管板温差的开槽隔板结构上设置凹槽部，且凹槽部贴紧管板，壳程侧的介质在凹槽部处流动受限，甚至在凹槽部内形成死区，大大提高了壳程侧热阻，使得管板的温度更接近管程侧，温度梯度大大降低，缩小了管板两侧的温差，减小了管板热应力，改善换热器管板的结构强度。在保证安全可靠的前提下，设计结构紧凑，具有良好的经济性能。本实用新型的用于降低管板温差的开槽隔板占用空间小，对换热管的传热面积影响微乎其微，对其他零部件无任何影响，确保热交换器的传热计算和结构设计与普通热交换器相同，易于该结构在新建和改造设备上的推广，具有广泛的适用性。
附图说明
21.以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：
22.图1：为本实用新型的热交换器的示意图。
23.图2：为本实用新型的用于降低管板温差的开槽隔板结构的剖视图。
24.图3：为本实用新型的凹槽部为直线凹槽时的示意图。
25.图4：为本实用新型的凹槽部为螺旋形凹槽时的示意图。
26.图5：为本实用新型的凹槽部为环形凹槽时的示意图。
27.图中：
28.100、热交换器；
29.1、用于降低管板温差的开槽隔板结构；
30.11、隔板本体；
31.12、第一通孔；
32.131、直线凹槽；132、螺旋形凹槽；133、环形凹槽；
33.2、换热器壳体；
34.3、换热管；
35.4、管板；
36.5、端头壳体；
37.6、定距管。
具体实施方式
38.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
39.在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
40.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
41.如图2至图5所示，本实用新型提供一种用于降低管板温差的开槽隔板结构1，包括隔板本体11，隔板本体11上设有多个第一通孔12，各第一通孔12用于穿设换热管；隔板本体11的一侧面上设置凹槽部，凹槽部能允许流体流通。隔板本体11的厚度较薄，可用钢板制成。
42.本实用新型的用于降低管板温差的开槽隔板结构为结构件，能改变部分壳程介质
的流动路径而不承压，无需进行强度校核，采用较薄的厚度即可满足结构要求，耐用，造价低廉，便于采购、制造与维修，可替换性强，具有良好的经济性能。
43.本实用新型的用于降低管板温差的开槽隔板结构，可应用于降低管板温差的热交换器，还可以应用于其他各种存在温差变形的领域，尤其适用于管壳程温差大于100℃、壳程介质为饱和水的工况以及对管板条件要求苛刻的领域。
44.进一步，凹槽部的面积大于隔板本体11的侧面面积的60％，以降低金属热传导。
45.隔板本体11上的凹槽部可以根据需要设计多种开槽方式，具体方式如下：
46.如图3所示，凹槽部可以为多道平行间隔设置的直线凹槽131，各直线凹槽131的两端呈开放设置；各第一通孔12呈贯通设置于各直线凹槽131处。
47.如图4所示，凹槽部可以为螺旋形凹槽132，各第一通孔12呈贯通设置于螺旋形凹槽132处。
48.如图5所示，凹槽部可以为多道同轴设置的环形凹槽133，各第一通孔12呈贯通设置于各环形凹槽133处。
49.如图1所示，本实用新型还提供一种热交换器100，包括换热器壳体2和多个换热管3，换热器壳体2的第一端能密封地设置管板4且换热器壳体2的第二端呈密封设置，管板4远离换热器壳体的一侧能密封地连接中空的端头壳体5；各换热管3密封穿设通过管板4，各换热管3的两端均与端头壳体的内腔呈连通设置，端头壳体5的内腔和各换热管3的内腔构成管程，换热器壳体2的内腔构成壳程；在本实施方式中，端头壳体5、管板4和换热器壳体2通过法兰连接。端头壳体5和换热器壳体2的侧壁上均设置流体入口和流体出口。
50.换热器壳体2内设置前述的用于降低管板温差的开槽隔板结构1，隔板本体11设置凹槽部的一侧抵靠于管板4上，隔板本体11的平直度要求与管板4一致，保证紧密贴合；各换热管3穿设通过第一通孔12，第一通孔12的内壁与换热管3的外壁之间构成第一过流间隙，隔板本体11的外周侧壁与换热器壳体2的内壁之间构成第二过流间隙。隔板本体11上的第一通孔12公差与折流板(现有技术)一致，防止缝隙腐蚀及换热管3膨胀受第一通孔12约束而发生疲劳破坏。隔板本体11在圆周外侧倒角，以便于安装。
51.隔板本体11的直径可参考折流板(现有技术)尺寸，稍小于换热器壳体2的内径。隔板本体11上的第一通孔12分布与换热管3布管一致，换热管穿过隔板本体11和管板4并连接在管板4上。
52.对于管壳程存在较大温差的换热器结构，温度载荷会对管板造成较大的热应力。影响热应力的关键因素有两个：一个是换热器结构形式，即管板厚度和结构不连续区；根据管壳式换热器设计标准，减薄管板厚度，有利于降低热应力，但承压能力降低。尤其是对于同时承受高温差和高压差的换热器的管板来说，无法做到减薄管板厚度，管板内部沿厚度方向的热应力非常大，温度载荷很可能成为影响热交换器的强度校核不合格的主要因素。另一个是换热器的工艺设计，即流体温度及流动路径。但是改变工艺设计将有可能改变换热器的换热面积和传热系数，是对整个换热器的大的改动或设计，使得换热器无法满足工作条件、达到预期使用效果。因此，如何通过对结构进行小的改动，有效的降低热应力强度值具有十分重要的意义，这是改善换热器的管板强度的关键。
53.本实用新型与常规换热器的结构相同之处在于管板将管程和壳程分隔开，换热管做传热元件。本实用新型的热交换器中，用于降低管板温差的开槽隔板结构抵靠紧贴于管
板靠近壳程的一侧，用于降低管板温差的开槽隔板结构上设置凹槽部，且凹槽部贴紧管板，壳程侧的介质在凹槽部处流动受限，甚至在凹槽部内形成死区，大大提高了壳程侧热阻，使得管板的温度更接近管程侧，温度梯度大大降低，缩小了管板两侧的温差，减小了管板热应力，改善换热器管板的结构强度。在保证安全可靠的前提下，设计结构紧凑，具有良好的经济性能。本实用新型的用于降低管板温差的开槽隔板占用空间小，对换热管的传热面积影响微乎其微，对其他零部件无任何影响，确保热交换器的传热计算和结构设计与普通热交换器相同，易于该结构在新建和改造设备上的推广，具有广泛的适用性。
54.进一步，如图1所示，换热器壳体2内设置定距管6，定距管6用于顶抵隔板本体11以使其抵靠紧贴于管板4上。用于降低管板温差的开槽隔板结构1仅依靠定距管6便可紧贴于管板靠近壳程的一侧，无需增加其他固定零件。该设计确保了热交换器的传热计算和结构设计与普通热交换器相同，易于该结构在新建和改造设备上的推广，具有广泛的适用性。
55.进一步，如图3所示，凹槽部为多道平行间隔设置的直线凹槽131，各直线凹槽131的两端呈开放设置；各第一通孔12呈贯通设置于各直线凹槽131处；壳程内的流体通过第一过流间隙和第二过流间隙流入各直线凹槽131。
56.进一步，如图4所示，凹槽部为螺旋形凹槽132，各第一通孔12呈贯通设置于螺旋形凹槽132处；壳程内的流体通过第一过流间隙和第二过流间隙流入螺旋形凹槽132。
57.进一步，如图5所示，凹槽部包括多道同轴设置的环形凹槽133，各第一通孔12呈贯通设置于各环形凹槽133处；壳程内的流体通过第二过流间隙流入各环形凹槽133。
58.第一过流间隙和第二过流间隙均很小，因此，壳程侧介质在凹槽部流动受限，甚至在凹槽部内形成死区。由于凹槽部外气液介质的传热系数远远小于钢材，用于降低管板温差的开槽隔板结构1的存在大大提高了壳程与管板之间的热阻，使得管板温度更接近管程，温度梯度大大降低，缩小了管板两侧的温差，减小了管板热应力。
59.由上所述，本实用新型的用于降低管板温差的开槽隔板结构及热交换器具有如下有益效果：
60.本实用新型的用于降低管板温差的开槽隔板结构为结构件，能改变部分壳程介质的流动路径而不承压，无需进行强度校核，采用较薄的厚度即可满足结构要求，耐用，造价低廉，便于采购、制造与维修，可替换性强，具有良好的经济性能；本实用新型的用于降低管板温差的开槽隔板结构，可应用于降低管板温差的热交换器，还可以应用于其他各种存在温差变形的领域，尤其适用于管壳程温差大于100℃、壳程介质为饱和水的工况以及对管板条件要求苛刻的领域；
61.本实用新型的热交换器中，用于降低管板温差的开槽隔板结构抵靠紧贴于管板靠近壳程的一侧，用于降低管板温差的开槽隔板结构上设置凹槽部，且凹槽部贴紧管板，壳程侧的介质在凹槽部处流动受限，甚至在凹槽部内形成死区，大大提高了壳程侧热阻，使得管板的温度更接近管程侧，温度梯度大大降低，缩小了管板两侧的温差，减小了管板热应力，改善换热器管板的结构强度。在保证安全可靠的前提下，设计结构紧凑，具有良好的经济性能。本实用新型的用于降低管板温差的开槽隔板占用空间小，对换热管的传热面积影响微乎其微，对其他零部件无任何影响，确保热交换器的传热计算和结构设计与普通热交换器相同，易于该结构在新建和改造设备上的推广，具有广泛的适用性。
62.以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范
围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。