多管板换热器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及化工设备领域，具体地涉及一种多管板换热器，包括壳体、第一封头、第二封头以及多根换热管。第一封头与第二封头分别连接于壳体的两端，第一封头与壳体之间设置有至少两个管板，每个管板均设置有多个换热管安装孔，相邻的两个管板的多个换热管安装孔一一对应同轴设置。至少两个管板中最靠近壳体的管板的换热管安装孔为台阶孔，至少两个管板中最远离壳体的管板的换热管安装孔为螺纹孔，螺纹孔处设置有与螺纹孔配合的螺纹堵头。多根换热管安装于对应的换热管安装孔内且多根换热管的轴向相互平行，多根换热管与至少两个管板连接的外壁套设有第一套环和第一密封件。该多管板换热器有效地提高了换热器的密封性能和耐温耐压性能。
【专利说明】
多管板换热器
技术领域
[0001]本发明涉及化工设备领域，具体而言，涉及一种多管板换热器。
【背景技术】
[0002]换热器广泛用于工业上热量交换。换热器通常是由封头、管板、法兰、换热管、折流板及工艺管口组成。与本发明相关的技术中，现有的换热器主要有金属换热器、单管板非焊接式换热器、非焊接式双管板换热器。
[0003]其中，金属换热器采用焊接式，某些金属如钽材防腐性能虽好，但是对制造能力的要求很高，焊接是技术瓶颈。目前国内掌握此技术的生产厂家很少。因而采购成本很高，影响了市场的推广和广泛应用。
[0004]单管板非焊接式换热器的管板被法兰夹持，通过螺栓、垫圈、螺母等施加力压紧垫片以达到主垫片的密封;换热管外侧套有垫片及O型圈以形成换热管与管板间的密封组件，并通过螺纹堵头(中心带孔，不影响介质流通)施加压紧力压缩密封组件到达密封。其管板通常为非金属或金属表面覆盖非金属防腐层，管孔螺纹是在非金属表面或者较薄的金属防腐层上加工的。此螺纹无法承受较大压力或/和较高温度。在较大压力和/或较高温度作用下，密封得不到有效保证，容易失效。换热管处出现泄漏时，不能够及时发现，也得不到及时处理，造成了潜在隐患甚至导致事故发生。从而限制了此类产品在行业中的应用。
[0005]非焊接式双管板换热器，常见的双管板换热器，设置有内、外两块管板，可以防止管、壳程种物料间的相互接触。两管板间形成一观察腔，便于及时发现泄漏。当压力或温度较高时，管板容易发生变形。对靠近管板中间的螺栓施加力对降低管板的变形起到一定的作用，但是这种力并不能均匀的作用到每根换热管上，因而各换热管处密封组件得到的压紧力大小不等同。靠近螺栓和螺栓处的换热管密封组件得到的压紧力大，优先获得密封。而此时可能存在部分换热管的垫片得不到足够的压紧力，不能实现密封。此时若继续加大螺柱及螺栓对垫片压紧力，可能导致已经密封好的垫片过压而损坏。另一方面，各管板孔及各密封件或协助密封的构件尺寸会存在差异，使得不能用整体施加力的办法来处理个别点泄漏的问题。换热管上的密封组件一旦损坏，即使是个别损坏，要想更换也不得不将外管板取下才能更换。即使损坏一个垫片，也要重新安装所有的换热管及换热管上密封组件。因此维修和停产时间长，会给设备用户带来较大的停产损失。因此，此结构没有综合考虑设备后期的维修、运行成本，结构设计本身存在一定的缺陷。并且该技术提供的双管板虽有监测泄漏的功能，但是无后续应对措施。发生泄漏后只能停工检修，导致生产停工，造成经济损失。
[0006]综上所述，现有的换热器普遍存在密封效果差，安全可靠性以及耐温耐压性较差的问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种多管板换热器，以有效地提高换热器的密封性能、安全性能及耐温耐压性能。
[0008]本发明是这样实现的:
[0009]—种多管板换热器，包括壳体、第一封头、第二封头以及多根换热管。第一封头与第二封头分别连接于壳体的两端，第一封头与壳体之间设置有至少两个管板，每个管板均设置有多个换热管安装孔，相邻的两个管板的多个换热管安装孔一一对应，且一一对应的任意两个换热管安装孔均同轴设置。至少两个管板中最靠近壳体的管板的换热管安装孔为台阶孔，至少两个管板中最远离壳体的管板的换热管安装孔为螺纹孔，螺纹孔处设置有与螺纹孔配合的螺纹堵头。多根换热管安装于对应的换热管安装孔内且多根换热管的轴向相互平行，多根换热管与至少两个管板连接的外壁套设有第一套环和第一密封件。
进一步地，本发明的较佳实施例中，上述至少两个管板为三个管板，三个所述管板沿远离所述壳体的方向依次为第一管板、第二管板、第三管板，第三管板的边缘设置有管板法兰，壳体的两端均设置有壳体法兰，管板法兰与壳体法兰之间通过螺柱连接。
[0011 ]进一步地，本发明的较佳实施例中，上述第一密封件包括至少两个第一O型圈，相邻两个第一 O型圈之间设置有环形垫片。
[0012]进一步地，本发明的较佳实施例中，上述螺纹堵头为的中间设置有通孔，螺纹堵头的内壁与换热管的外壁之间设置有间隙，第一套环设置有第一信号孔，第一信号孔与通孔连通。
[0013]进一步地，本发明的较佳实施例中，上述至少两个管板之间均设置有防止至少两个管板发生变形的拉撑结构。
[0014]进一步地，本发明的较佳实施例中，上述拉撑结构包括第一螺栓、第二螺栓以及拉撑堵头，第一螺栓的一端螺纹连接于最靠近壳体的管板，另一端设置有带凸台的端头，端头设置有螺纹连接孔，端头与拉撑堵头抵接，拉撑堵头螺纹连接于最远离壳体的管板，第二螺栓的一端穿过拉撑堵头与端头的螺纹连接孔对应的内壁连接，凸台与对应的管板的连接处均设置有第二 O型圈。
[0015]进一步地，本发明的较佳实施例中，上述靠近壳体的两个管板的连接处的外侧设置有第二密封件，靠近壳体的两个管板与第二密封件之间围成第一安全腔。
[0016]进一步地，本发明的较佳实施例中，上述第二密封件包括浮动环、第二套环、压环以及两个第三O型圈，第二套环套设于靠近壳体的两个管板的外侧，两个第三O型圈分别套设于靠近壳体的两个管板的外侧，浮动环与压环通过螺栓连接，压环的底端压紧两个第三O型圈。
[0017]进一步地，本发明的较佳实施例中，上述压环与对应的管板分别设置有相互配合的定位槽，定位槽内设置有定位块。
[0018]进一步地，本发明的另一个较佳实施例中，靠近壳体的两个管板相对的连接面边缘设置有密封垫片，密封垫片与靠近壳体的两个管板相对的连接面之间围成第二安全腔，靠近壳体的两个管板设置有一个或多个与第二安全腔连通的工艺接口。
[0019]本发明实现的有益效果:通过在第一封头与壳体之间分别设置有至少两个管板，每个管板均设置有多个换热管安装孔，相邻的两个管板的多个换热管安装孔一一对应，且一一对应的任意两个换热管安装孔均同轴设置，多根换热管安装于对应的换热管安装孔内且多根换热管的轴向相互平行。从而通过至少两个管板对换热管进行安装固定，至少两个管板之间能够起到相互拉撑作用，使得管板不容易变形，进而换热管不容易发生泄漏，安全性更强，耐温耐压性能也得到了提高。至少两个管板中最靠近壳体的管板的换热管安装孔为台阶孔，至少两个管板中最远离壳体的管板的换热管安装孔为螺纹孔，螺纹孔处设置有与螺纹孔配合的螺纹堵头，且多根换热管与至少两个管板连接的外壁套设有第一套环和第一密封件。从而使得螺纹堵头和换热管之间，在轴向上存在一定预留空间，供换热管在轴向上自由伸缩，解决了换热管与管板间由于结构性约束产生的变形不协调，导致泄漏的问题。且每一个螺纹堵头对应一个换热管的密封点。当某个密封点出现泄漏时，只需单独紧固泄漏点处的螺纹堵头，避免出现现有技术中受力不均匀的问题。且当某一换热管处密封垫片损坏时，无需整体拆卸管束，无需逐根重新安装换热管及其密封组件。从而提高了换热管和管板之间的密封性能和安全性，也便于对换热器的换热管检修和更换。
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图，但从本质上并没有脱离本发明各技术方案的范围。
[0021]图1为本发明的第一实施例提供的多管板换热器的结构示意图；
[0022]图2为图1中A处的局部放大图；
[0023]图3为本发明的第二实施例提供的多管板换热器的结构示意图；
[0024]图4为图3中B处的局部放大图；
[0025]图5为图3中C处的局部放大图；
[0026]图6为图3中D处的局部放大图；
[0027]图7为本发明的第三实施例提供的多管板换热器中安全腔处的局部结构示意图；
[0028]图8为本发明的第二实施例提供的多管板换热器中防止第二管板旋转的定位块的第一种示意图；
[0029]图9为本发明的第二实施例提供的多管板换热器中防止第二管板旋转的定位块的第二种不意图；
[0030]图10为本发明的第四实施例提供的多管板换热器的安全腔处的局部结构示意图。
[0031]附图标记汇总:螺柱101;第一螺母102;第一垫片103;固定螺栓104;第二螺母105;第二垫片106 ;壳体110;壳体法兰111 ；第一封头120;封头法兰121;管箱法兰122;换热管130;第一管板140;台阶孔141;凸台142;第二管板150;螺纹孔151;第一密封件160;第一O型圈161;环形垫片162;第一套环170;第一信号孔171;螺纹堵头180;通孔181;契形垫182;第三管板190;管板法兰191;第一螺栓210 ;端头211;第二O型圈212;第二螺栓220 ;拉撑堵头230 ；浮动环301 ；第二套环302 ；压环303 ；第三O型圈304 ；第三螺栓305 ；支耳306 ；垫环307 ；第一安全腔308;第二信号孔309;第一工艺接口 310;密封垫片311;第二工艺接口 312;定位块313;第二安全腔314。
【具体实施方式】
[0032]下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0033]第一实施例
[0034]参见附图1，本实施例提供的一种多管板换热器，包括壳体110、第一封头120、第二封头(图未示)以及多根换热管130。
[0035]第一封头120与第二封头分别连接于壳体110的两端，第一封头120与壳体110之间设置有第一管板140和第二管板150，第一管板140固定连接于壳体110，第二管板150固定连接于第一封头120。第一管板140和第二管板150之间的板面平行设置，且第一管板140与第二管板150之间设置有用于连接的带缺口的垫环(图未示)，使得第一管板140与第二管板150之间具有一定的间隙。第一封头120设置有用于连接的封头法兰121，壳体设置有用于连接的壳体法兰111，第二管板150与第一封头120之间还设置有管箱法兰122。壳体法兰111、封头法兰121以及管箱法兰122之间通过多根螺柱101连接在一起，多根螺柱101的两端设置有用于锁紧的第一螺母102，在第一螺母102与壳体法兰111以及封头法兰121之间均设置有第一垫片103，第一垫片103为环形，以便于连接地更加稳固。第一管板140和第二管板150被夹持在管箱法兰122和壳体法兰111之间，第一管板140与壳体法兰111的连接处设置有第二垫片106。多根螺柱101均匀分布于壳体法兰111，当旋拧螺母102时，各法兰间及法兰与管板间垫片106被压紧，使得交界面处实现密封。
[0036]第一管板140和第二管板150均设置有多个换热管安装孔，第一管板140和第二管板150的多个换热管安装孔一一对应，且一一对应的任意两个换热管安装孔均同轴设置。本实施例中，第一管板140的换热管安装孔为台阶孔141，台阶孔141远离壳体110的一端的孔径较大，从而如图2所示具有凸台142。第二管板150的换热管安装孔为螺纹孔151，螺纹孔151处设置有与螺纹孔151配合的螺纹堵头180，多根换热管130安装于对应的换热管安装孔内且多根换热管130的轴向相互平行，从而将换热管130安装在换热管安装孔中时，可以通过螺纹堵头180对换热管130进行固定。
[0037]参见附图2，多根换热管130对应换热管安装孔处的外壁套设有第一密封件160和第一套环170。第一密封件160包括至少两个第一 O型圈161，相邻两个第一 O型圈161之间设置有环形垫片162。具体地，本实施例中，两个第一O型圈161套设与第一管板140的凸台142处，其中一个第一 O型圈161与凸台142之间设置有环形垫片162，第一套环170的一端抵接于第一密封件160，即抵接在一个环形垫片162上对第一O型圈161进行挤压达到密封的目的。第一套环170的另一端抵住螺纹堵头180。螺纹堵头180设置有外螺纹能够旋拧在螺纹孔151内，从而对第一套环170施加作用力。
[0038]进一步地，参见附图2，螺纹堵头180为的中间设置有通孔，螺纹堵头180的内壁与换热管130的外壁之间设置有间隙，第一套环170设置有第一信号孔171，第一信号孔171与通孔181连通。螺纹堵头180和换热管130之间在轴向上存在一定预留空间，从而可以供换热管在轴向上自由伸缩，解决了换热管130与管板间存在的变形不协调而产生的泄漏问题。发生泄漏时，泄漏的物料可以沿第一信号孔171从换热管130的外壁从螺纹堵头180的通孔181流出，从而可以很好地判断是哪根换热管130发生泄漏，进而直接通过旋拧对应的螺纹堵头180对换热管130进行更换和维修。因此，发生泄漏或者某一换热管130处的密封组件损坏时，无需整体拆卸管束，也无需逐根重新更换换热管130及第一套环170和第一密封件160组成的密封组件。有效地改善了现有换热管130的密封组件更换难，停产维修时间长的问题。
[0039]参见附图1，第一管板140和第二管板150之间还设置有多个固定螺栓104进行连接并用第二螺母105进行锁紧。具体地，多个固定螺栓104连接的位置为第一管板140和第二管板150的中心到边缘的中部位置。多根固定螺栓104及其配合的第二螺母105来改善管板中心部位从螺柱101处得到的锁紧力不足的问题。从而使得第一管板140和第二管板150能够更好地与换热管130进行密封。
[0040]同样地，第二封头与壳体110之间的连接结构与第一封头120与壳体110之间的结构相同，其内部换热管130两端的固定连接方式相同，该多管板换热器两端的结构相互对称设置。当然，其他实施例中，第二封头的一端的换热管130的连接方式也可以采用焊接式。[0041 ] 第二实施例
[0042]参见附图3及附图6，本实施例提供的多管板换热器，也包括壳体110、第一封头120、第二封头(图未示)以及多根换热管130。
[0043]第一封头120与第二封头分别连接于壳体110的两端，第一封头120与壳体110之间设置有第一管板140、第二管板150和第三管板190，第一管板140、第二管板150和第三管板190沿远离壳体110的方向依次设置。第三管板的边缘设置有管板法兰。第一管板140和第二管板150、第三管板190的板面均相互平行设置。第一封头120设置有用于连接的封头法兰121，壳体设置有用于连接的壳体法兰111，第三管板190设置有管板法兰191，壳体法兰111、封头法兰121以及管板法兰191之间通过多根螺柱101连接在一起，多根螺柱101的两端设置有用于锁紧的第一螺母102，在第一螺母102与壳体法兰111以及封头法兰121之间均设置有第一垫片103，以便于连接地更加稳固。第一管板140和第二管板150被夹持在第三管板190和壳体法兰111之间。多根螺柱101均匀分布于壳体法兰111，从而使得连接后夹持在中间的第一管板140和第二管板150的受力能够更加均匀，当旋拧螺母102时，各管板间及法兰与管板间垫片106被压紧，使得交界面处实现密封。
[0044]第一管板140和第二管板150以及第三管板190均设置有多个换热管安装孔，第一管板140、第二管板150以及第三管板190的多个换热管安装孔在对应的管板上分布的位置相同，即相邻两个管板的对应的任意三个换热管安装孔均同轴设置。本实施例中，第一管板140的换热管安装孔也为台阶孔141，其形状结构参见第一实施例。本实施例中，第二管板150的换热管安装孔为光孔，第三管板190的换热管安装孔为螺纹孔，螺纹孔处也设置有与螺纹孔配合的螺纹堵头180，多根换热管130安装于对应的换热管安装孔内且多根换热管130的轴向相互平行，从而将换热管130安装在换热管安装孔中时，可以通过螺纹堵头180对换热管130进行固定。
[0045]参见附图4，多根换热管130对应换热管安装孔处的外壁套设有第一密封件160和第一套环170。第一密封件160包括至少两个第一 O型圈161，相邻两个第一 O型圈161之间设置有环形垫片162。具体地，本实施例中，包括4个第一O型圈161，其中两个第一O型圈161套设与第一管板140的凸台142处，第一 O型圈161与凸台142之间设置有环形垫片162。第一套环170的数量为两个，两个第一套环170之间设置有两个第一O型圈。其中一个第一套环170的一端抵住螺纹堵头180。螺纹堵头180设置有外螺纹能够旋拧在螺纹孔151内，从而对第一O型圈161及环形垫片162施加压紧力，实现密封。当然，其他实施例中第一套环170和第一O型圈的数量可以进行调整。
[0046]进一步地，参见附图4，螺纹堵头180为的中间设置有通孔，螺纹堵头180的内壁与换热管130的外壁之间设置有间隙，靠近螺纹堵头180的第一套环170设置有第一信号孔171，第一信号孔171与通孔181连通。契形垫182的外侧与换热管安装孔通过螺纹堵头180施加压紧力后紧贴而实现两者接触面的密封，契形垫182与换热管130的外壁具有缝隙，可供流体通过。螺纹堵头180和换热管130之间在轴向上存在一定预留空间，从而可以供换热管在轴向上自由伸缩，解决了换热管130与管板间存在的变形不协调而产生的泄漏问题。发生泄漏时，泄漏的物料可以沿第一信号孔171从换热管130的外壁从螺纹堵头180的通孔181流出，从而可以很好地判断是哪根换热管130发生泄漏，进而直接通过旋拧对应的螺纹堵头180对换热管130进行更换和维修。因此，发生泄漏或者某一换热管130处的密封组件损坏时，无需整体拆卸管束，也无需逐根重新更换换热管130及其有第一套环170和第一密封件160组成的密封组件。有效地改善了现有换热管130的密封组件更换难，停产维修时间长的问题。
[0047]换热管130与第一管板140、第二管板150间不采用约束式(如焊接或胀接)连接，常常是因为介质腐蚀性很强。为了具备较好的防腐蚀能力，第一管板140以及第二管板150或/和换热管130采用的是非金属，或者第一管板140和第二管板150为金属，换热管130为非金属。而其与第一管板140和第二管板150间的连接存在不能采用约束式连接或采用约束式连接，成本太高不经济的缺点。并且防腐管板经常采用非金属，其刚性较差，不能耐高压和/或高温。本实施例中，通过设置第三管板190，第三管板190是一个结构管板，其与换热管130本身不存在直接的密封关系。当管程介质走非腐蚀性物料时，第三管板190可以采用廉价且刚性好的金属，此时用于换热管130处密封的螺纹堵头180可以采用金属件。这样相互咬合的螺纹为金属，能够传递的力比非金属螺纹紧固件更大。其相较于非金属的管板上的螺纹能够承受的压力和温度会得到显著的提高。从而通过第三管板190的设置可以更好的对第一管板140和第二管板150起到紧固和压合的作用，能够有效地防止第一管板140和第二管板150在温度和/或压力载荷的作用下发生形变，从而增强了换热管130与第一管板140和第二管板150连接的密封性，不容易使得换热管130处发生泄漏。
[0048]进一步地，参见附图3，附图5，第一管板140、第二管板150以及第三管板190之间设置有防止第一管板140、第二管板150以及第三管板190发生变形的拉撑结构。
[0049]具体地，拉撑结构包括第一螺栓210、第二螺栓220以及拉撑堵头230，第一螺栓210的一端螺纹连接于第一管板140，第一管板140设置有与第一螺栓210的螺纹端配合的螺纹孔，螺纹孔的一端封闭。第一螺栓210的另一端设置有具有多个凸台的端头211，多个凸台设置在端头211靠近第一管板140的一端，第二管板150设置有与多个凸台匹配的台阶通孔。端头211远离第一管板140的一端设置有螺纹连接孔，端头211与拉撑堵头230的一端抵接，拉撑堵头230螺纹连接于第三管板190，拉撑堵头230设置有通孔，第二螺栓220的一端穿过拉撑堵头230的通孔与端头211的螺纹连接孔对应的内壁连接，同时第二螺栓220也对拉撑堵头230进行锁紧，多个凸台与第二管板150的连接处均设置有第二O型圈212。本实施例中，端头211设置有两个凸台，两个凸台与第二管板150之间设置有两个第二O型圈。当然，其他实施例中，凸台及第二O型圈的数量不限于图中所示。
[0050]当第三管板190与第一封头120形成的管程侧为换热介质热水(腐蚀性弱)，第一管板140与壳体法兰111等形成的壳程为工艺物料时，第三管板190可以采用纯金属管板碳钢或不锈钢，第二管板150可以采用非金属管板，第一管板140采用防腐蚀材料。第二管板150及第一管板140如果均为易形变的非金属材料(即容易发生密封失效)。同等厚度下，金属材质的第三管板190的刚性远好于非金属的第一管板140及第二管板150的刚性，因而其抵抗变形的能力强，在在温度和/或压力载荷的作用下，第三管板190向两侧形变的倾向小。
[0051]在分析拉撑结构的密封实现时，视刚性好的金属材料第三管板190为理想的刚性体，其在轴向上不发生形变。此时，第一管板140和第二管板150存在以下几种相对位移趋势:当第二管板150相对第一管板140靠拢且远离第三管板190时，第二管板150被第三管板190通过第二螺栓220拉住，此时两个第二 O型圈212处于松弛的趋势。通过紧固拉撑堵头230即可进一步压紧两个第二O型圈212，实现密封。上述过程中，第三管板190对第二管板150有拉的作用，第二管板150对第一管板140有拉的作用，从而使得第二管板150和第一管板140的变形受到第三管板190的约束，进而二者不容易发生形变。
[0052]第一管板140和第三管板190均相对远离第二管板150时，此时两个第二 O型圈212趋于压紧，第一管板140被第一螺栓210拉住，从而第二管板150对第一管板140具有拉的作用，第三管板190对第二管板150具有拉的作用，从而使得第二管板150和第一管板140的变形也受到第三管板190的约束，进而二者不容易发生形变。
[0053]第二管板150相对第一管板140靠近，且同时相对第三外管板靠近时，此时两个第二O型圈212趋于松弛，第三管板190通过拉撑堵头230撑住第二管板150阻止其靠近，同时，第二管板150通过第一螺栓210撑住第一管板140并阻止其靠近。此时如果发生泄漏，可以紧固拉撑堵头230来进一步压紧第二 O型圈212。上述过程，第三管板190对第二管板150起到撑的作用，第二管板150对第一管板140起到撑的作用，从而使得第一管板140和第二管板150的变形受到约束。
[0054]第二管板150相对第一管板140远离，且相对第三管板190靠近时，此时第二 O型圈趋于压紧，第二管板150被紧固在第一管板140上的第一螺栓210拉住，且同时被固定在第三管板190上的拉撑堵头撑住。上述过程第三管板190对第二管板150具有撑的作用，第一管板140对第二管板150具有拉的作用，从而使得第二管板150的形变受到约束。
[0055]综上所述，通过上述的拉撑结构可以使得三个管板之间能够相互约束，更有效地防止第一管板140和第二管板150发生形变，从而更有利于换热管130和第一管板140以及第二管板150之间的密封，且耐温耐压性能得到较大提高，增强了换热器的安全性。需要说明的是所提及的管板材料只是用于更清楚的说明拉撑结构的实现原理，不能作为对管板材料的指定或限制。
[0056]此外，该多管板换热器的两端的管板上均可以设置多个拉撑结构。
[0057]进一步地，附图3，参见附图6，附图7，本实施例中，第一管板140和第二管板150的连接处的外侧设置有第二密封件，第一管板140、第二管板150和第二密封件之间围成第一安全腔308。具体地，第二密封件包括浮动环301、第二套环302、压环303以及两个第三O型圈304。
[0058]第二套环302套设于第一管板140和第二管板150的外侧，并且第二套环302能够在第一管板140和第二管板150的外壁上自由滑动。两个第三O型圈304分别套设于第一管板140和第二管板150的外侧且位于第二套环302的两端，压环303套设在第二管板150的外壁，且浮动环301与压环303通过圆周方向的多个第三螺栓305进行连接，压环303的底端设置有凸台，该凸台压紧两个第三O型圈304，从而将第三螺栓305的螺栓力传递给第二套环302和两个第三O型圈304，实现第三O型圈的压缩，进而实现浮动环301的内壁第二管板150以及第一管板140的外壁间形成密封。
[0059]第一管板140和第二管板150连接面的边缘设置有垫环307，垫环307带有缺口，不是一个整圆，从而通过垫环307使得第一管板140和第二管板150之间具体一定的空隙，从而能够形成密闭的第一安全腔308。
[0060]本实施例中，第一安全腔308设置有多个工艺接口，从工艺接口可以通入一定压力的氮气(或其它介质，但需确保此介质与设备内的工艺介质或换热介质接触时，不产生任何的负面影响)，因此，第一安全腔308中便具备一定的压力。当压力高于其两侧腔时，就可以有效阻止两侧腔的流体介质流入高压的第一安全腔308，进而使得管、壳程介质无法接触。当无法使第一安全腔308的压力同时高于其两侧腔的压力时，可以优先考虑高于其中某一腔体的压力。这样可以阻止或降低第一安全腔308两侧物料接触的机会，避免接触后产生爆炸事故或其它不良后果。同时，第一安全腔308通入一定压力的氮气后，在一定情况下，还可以降低各管板两侧压力差，从而有利于防止管板变形，对密封也起到积极作用。
[0061 ] 第一安全腔308有浮动环301和压环303，将第一管板140和第二管板150环抱在内。尤其是当第一管板140和第二管板150为非金属材料时，非金属材料在较大载荷和/或较高温度的作用下，形状不稳定。浮动环301和压环303的存在有利于维持管板的形状，减弱外力对管板作用而产生的变形，从而有助于密封。
[0062]当无浮动环301和压环303时，两各自独立的管板，在自重的影响，会相对设备轴线下垂。下垂的量不能保持完全一致，导致第一管板140和第二管板150相对应换热管安装孔同心度差，影响了换热管130的安装。特别是容易造成碳化硅或石墨管等易损材质的换热管130的折断损坏。而设置有浮动环301和压环303后，通过将浮动环301与压环303紧固后，使得浮动环301与压环303与第一管板140和第二管板150形成一个整体。各相关件尺寸设计合理时，有助于第一管板140和第二管板150的各换热管安装孔保持同心，使换热管安装孔不会出现错位的情况，这样便于安装和保护换热管130。且第一管板140和第二管板150形成整体后，其部分重量由支耳306(若干)传递给螺柱101，减轻了第一管板140和第二管板150重量对换热管130的载荷，也有利于密封和保护换热管130。
[0063]由此可见，第一安全腔308的结构具备多种强大功能，既保护了换热管130，又大大提高了密封的可靠性。
[0064]同样地，第二封头与壳体110之间的连接结构与第一封头120与壳体110之间的结构相同，其内部换热管130两端的固定连接方式相同，该多管板换热器两端的结构相互对称设置。当然，其他实施例中，第二封头的一端的换热管130的连接方式也可以采用约束式，以减少潜在的泄漏点。
[0065]第三实施例
[0066]本实施例中提供的多管板换热器是在第二实施例的基础上的改进，第一实施例中公开的技术内容在此不再赘述，第一实施例公开的内容也属于本实施例公开的内容。
[0067]参见附图7，设置有与第一安全腔308连通的多个第一工艺接口310。具体地，第一工艺接口 310通过设置在第二套环302上的第二信号孔309与第一安全腔308连通。将第一安全腔308在常压或一定压力下封闭各第一工艺接口 310，在某个第一工艺接口 310连接压力开关或者危险介质的探测器。压力开关可以获取压力变化，同时考虑在密闭环境下，温度的升降对原有气态介质压力升降的影响，来得知是否产生泄漏。当连接危险介质探测器时，可获取泄漏的相关?目息，并提醒米取相关措施。
[0068]此外，还可以从第一工艺接口310通入某种介质，去中和或吸收(或其它的某种化学作用)从两侧泄漏至第一安全腔308中的危险物料。将危险或腐蚀物料转化为安全的物料，并从其它第一工艺接口310排出。这样，在发生泄漏时我们可以视泄漏的物料来判断是否需要停工检修。甚至出现小泄漏时，即使不处理，设备依然可以安全稳定运行，无需停产便可应对不太严重的泄漏问题。
[0069]进一步地，参见附图7，附图8，附图9，压环303与第二管板150分别设置有相互配合的定位槽，定位槽内设置有定位块313，以防止第一管板140和第二管板150发生扭转而损坏换热管130。
[0070]如图7中L1、L2、L3的尺寸，使浮动环301与第二套环302、压环303以及第三O型圈304组成的第二密封件在管板外侧自由滑动，且每个第三O型圈304始终位于各自管板上。并考虑管板件的多个垫片的累计压缩量，合理设置LI，使其不影响螺柱101的紧固，不妨碍垫片的压缩。
[0071]第四实施例
[0072]参见附图10，本实施例中提供的多管板换热器是在第二实施例的基础上的改进，第一实施例中公开的技术内容在此不再赘述，第一实施例公开的内容也属于本实施例公开的内容。
[0073]本实施例中不同于第二实施例之处在于，本实施例中取消了压环结构，第一管板140和第二管板150相对的连接面边缘设置有密封垫片311，密封垫片311与第一管板140和第二管板150共同围成第二安全腔314，第一管板140或第二管板150设置多个与第二安全腔314连通的第二工艺接口 312。通过上述的安全腔结构也能够实现第三实施例中的第一安全腔308的功能。
[0074]综上所述，通过在第一封头与壳体之间设置有至少两个管板，每个管板均设置有多个换热管安装孔，相邻的两个管板的多个换热管安装孔一一对应，且一一对应的任意两个换热管安装孔均同轴设置，多根换热管安装于对应的换热管安装孔内且多根换热管的轴向相互平行。从而通过至少两个管板对换热管进行安装固定，至少两个管板之间能够起到拉或撑的作用，使得管板不容易变形，进而换热管不容易发生泄漏，安全性更强，且提高了耐温耐压性能。至少两个管板中最靠近壳体的管板的换热管安装孔为台阶孔，至少两个管板中最远离壳体的管板的换热管安装孔为螺纹孔，螺纹孔处设置有与螺纹孔配合的螺纹堵头，且多根换热管与至少两个管板连接的外壁套设有第一套环和第一密封件。从而使得螺纹堵头和换热管之间，在轴向上存在一定预留空间，供换热管在轴向上自由伸缩，解决了换热管与管板间存在的上述变形不协调而产生的泄漏问题。且每一个螺纹堵头对应一个换热管的密封点。当某个密封点出现泄漏时，只需单独紧固泄漏点处的螺纹堵头，避免出现现有技术中受力不均匀的问题。且当某一换热管处密封垫片损坏时，无需整体拆卸管束，无需逐根重新安装换热管及其密封组件。从而提高了换热管和管板之间的密封性能和安全性，也便于对换热器的换热管检修和更换。
[0075]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和表示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0076]因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0077]在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0078]在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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发明中的具体含义。
【主权项】
1.一种多管板换热器，其特征在于，包括壳体、第一封头、第二封头以及多根换热管，所述第一封头与所述第二封头分别连接于所述壳体的两端，所述第一封头与所述壳体之间设置有至少两个管板，每个所述管板均设置有多个换热管安装孔，相邻的两个所述管板的多个换热管安装孔一一对应，且一一对应的任意两个所述换热管安装孔均同轴设置，所述至少两个管板中最靠近所述壳体的所述管板的换热管安装孔为台阶孔，所述至少两个管板中最远离所述壳体的所述管板的换热管安装孔为螺纹孔，所述螺纹孔处设置有与所述螺纹孔配合的螺纹堵头，所述多根换热管安装于对应的所述换热管安装孔内且所述多根换热管的轴向相互平行，所述多根换热管与所述至少两个管板连接的外壁套设有第一套环和第一密封件。2.根据权利要求1所述的多管板换热器，其特征在于，所述至少两个管板为三个所述管板，三个所述管板沿远离所述壳体的方向依次为第一管板、第二管板、第三管板，所述第三管板的边缘设置有管板法兰，所述壳体的两端均设置有壳体法兰，所述管板法兰与所述壳体法兰之间通过螺柱连接。3.根据权利要求1所述的多管板换热器，其特征在于，所述第一密封件包括至少两个第一O型圈，相邻两个所述第一O型圈之间设置有环形垫片。4.根据权利要求1所述的多管板换热器，其特征在于，所述螺纹堵头的中间设置有通孔，所述螺纹堵头的内壁与所述换热管的外壁之间设置有间隙，所述第一套环设置有第一信号孔，所述第一信号孔与所述通孔连通。5.根据权利要求1所述的多管板换热器，其特征在于，所述至少两个管板之间设置有防止所述至少两个管板发生变形的拉撑结构。6.根据权利要求5所述的多管板换热器，其特征在于，所述拉撑结构包括第一螺栓、第二螺栓以及拉撑堵头，所述第一螺栓的一端螺纹连接于最靠近所述壳体的所述管板，另一端设置有带凸台的端头，所述端头设置有螺纹连接孔，所述端头与所述拉撑堵头抵接，所述拉撑堵头螺纹连接于最远离所述壳体的所述管板，所述第二螺栓的一端穿过所述拉撑堵头与所述端头的螺纹连接孔对应的内壁连接，所述凸台与对应的所述管板的连接处均设置有第二 O型圈。7.根据权利要求1所述的多管板换热器，其特征在于，靠近所述壳体的两个所述管板的连接处的外侧设置有第二密封件，靠近所述壳体的两个所述管板与所述第二密封件之间围成第一安全腔。8.根据权利要求7所述的多管板换热器，其特征在于，所述第二密封件包括浮动环、第二套环、压环以及两个第三O型圈，所述第二套环套设于靠近所述壳体的两个所述管板的外侧，两个所述第三O型圈分别套设于靠近所述壳体的两个所述管板的外侧，所述浮动环与所述压环通过螺栓连接，所述压环的底端压紧两个所述第三O型圈。9.根据权利要求8所述的多管板换热器，其特征在于，所述压环与对应的所述管板分别设置有相互配合的定位槽，所述定位槽内设置有定位块。10.根据权利要求1所述的多管板换热器，其特征在于，靠近所述壳体的两个所述管板相对的连接面边缘设置有密封垫片，所述密封垫片与靠近所述壳体的两个所述管板相对的连接面之间围成第二安全腔，所述靠近所述壳体的两个所述管板设置有一个或多个与所述第二安全腔连通的工艺接口。
【文档编号】F28D7/16GK105910474SQ201610494602
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】李志典
【申请人】李志典