一种防止壳侧冷却水沸腾的三层夹套换热器结构的制作方法

1.本实用新型涉及石油、化工、电站和核电站的换热器技术领域，特别是一种防止壳侧冷却水沸腾的三层夹套换热器结构。


背景技术：

2.在石油、化工、电站、乃至核电站等领域，都需要进行换热装置。例如：公开日为2019年11月01日，公开号为cn110400644a的中国发明专利文献，公开了一种非能动的安全壳热量排出结构，其包括设置在安全壳内的热交换器和设置在安全壳外的换热水箱，所述热交换器和换热水箱连接以使导热流体在热交换器和换热水箱之间流动；所述热交换器的顶部低于所述换热水箱的底部。所述换热水箱内设置有用于分离导热流体和蒸汽的汽水分离器；所述换热水箱内设置有出气口；所述汽水分离器包括外套筒和伸入所述外套筒内的中间芯管；所述外套筒顶部设置有折流板，底部设置有带有疏水孔的底板，上部开有出气孔；所述出气孔高于所述中间芯管的顶部开口；所述上升管路与所述中间芯管连接。
3.针对上述这种水冷型管壳式换热器，如果管侧流体运行温度高，可能导致壳侧的冷却水被加热产生相变，变成水+蒸汽的混合物。因此，在设计时，因为必须考虑两相流换热的问题，因此这种结构会增加热工水力设计的难度，其次如果换热器的设计目的不是获得水蒸汽，则水蒸汽需要进行冷凝处理，才能循环利用，也会增加了系统设计的难度。


技术实现要素：

4.本实用新型为解决现有的技术问题，设计了一种防止壳侧冷却水沸腾的三层夹套换热器结构，结构简单，能在实现换热的同时还避免冷却水沸腾，在冷、热介质之间设置合理结构，引入合适的导热介质来实现导热目的，同时还能控制冷却水出口温度。
5.本实用新型的技术方案如下：
6.一种防止壳侧冷却水沸腾的三层夹套换热器结构，其特征在于：在芯管壳侧依次设置有内套筒和外套筒，内套筒的长度大于外套筒的长度，内套筒和芯管外侧壁之间形成空腔一，外套筒与内套筒的外侧壁之间形成空腔二，外套筒的外侧壁开设有冷却水进口和冷却水出口；所述空腔一内填充有导热粉体，所述空腔二内为冷却水。
7.所述空腔一为环形空腔，导热粉体包覆空腔一所在的芯管外侧壁，可以充分进行导热。
8.所述空腔二为环形空腔，冷却水包覆空腔二所在的内套筒外侧壁，可以充分实现换热。
9.所述内套筒的一端为小端板，另一端端部为端板塞。
10.进一步的，所述小端板的径向长度大于芯管外侧壁到内套筒外侧壁之间的距离，小端板与芯管外侧壁、内套筒端部固定连接，形成封闭结构。
11.进一步的，所述端板塞与芯管外侧壁连接，所述端板塞的径向长度小于芯管外侧壁到内套筒外侧壁之间的距离，即端板塞和内套筒的内侧壁之间留有一定的间隙。该间隙
较小，用于控制粉体漏出量，同时又满足自由热膨胀。
12.当芯管卧式布置时，小端板位于流体流入方向的内套管端部，端板塞位于流体流出方向的内套管端部，同时控制端板塞的尺寸和间隙的尺寸，以控制内套筒内导热粉体的泄漏量。
13.当芯管纵向布置时，小端板位于内套管下端端部，端板塞位于内套管上端端部，即间隙也位于上端端部。
14.所述外套筒的两端通过大端板密封。进一步的，所述大端板的径向长度大于内套筒外筒壁到外套筒外筒壁之间的距离。
15.本实用新型的有益效果如下：
16.本实用新型结构简单，可直接在现有换热器上进行改装，也可以新生产，均便于安装；通过合理设置内套筒和外套筒以及匹配的导热粉体，不论卧式还是竖式换热器都适用，通过在冷、热介质之间布置一层环形腔室并填充具备合适导热性能的粉体，实现换热同时避免冷却水沸腾，降低了热工水力设计及系统设计的难度，提高了经济性，增强了设备的应用范围。
附图说明
17.图1为本实用新型的结构示意图。
18.其中，附图标记为：1-芯管，2-内套筒，3-外套筒，4-大端板，5-小端板，6-端板塞，7-间隙，8-冷却水进口，9-冷却水出口，10-空腔一，11-空腔二。
具体实施方式
19.下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所作描述仅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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.实施例1
21.如图1所示，一种防止壳侧冷却水沸腾的三层夹套换热器结构，在芯管1壳侧依次设置有内套筒2和外套筒3，内套筒2的长度大于外套筒3的长度，内套筒2和芯管1外侧壁之间形成空腔一10，外套筒3与内套筒2的外侧壁之间形成空腔二11，外套筒3的外侧壁开设有冷却水进口8和冷却水出口9；所述空腔一10内填充有导热粉体，所述空腔二11内为冷却水。
22.实施例2
23.如图1所示，在实施例1的基础上，所述空腔一10为环形空腔，导热粉体包覆空腔一10所在的芯管1外侧壁，可以充分进行导热。
24.同时，所述空腔二11为环形空腔，冷却水包覆空腔二11所在的内套筒2外侧壁，可以充分实现换热。
25.实施例3
26.如图1所示，在实施例2的基础上，为防止水沸腾，则内套筒2壁温必然与芯管1壁温差距较大，加之形状与材料的差异，内套筒2与芯管1的热膨胀位移必然不同，产生相对位移，如果内套筒2两端与芯管1固定连接，则限制了这种自由热位移，因此内套筒2的两端，其
中一端为小端板5，另一端为端板塞6。
27.所述小端板5与芯管1外侧壁、内套筒2端部焊接固定，小端板5的径向长度大于芯管1外侧壁到内套筒2外侧壁之间的距离，小端板5与芯管1外侧壁、内套筒2端部形成封闭结构。
28.所述端板塞6与芯管1外侧壁焊接固定，端板塞6的径向长度小于芯管1外侧壁到内套筒2外侧壁之间的距离，即端板塞6和内套筒2的内侧壁之间留有一定的间隙7。通过该间隙7结构，可以减少了热应力的产生，增强设备的安全性及可靠性。该间隙7尽量小，能控制粉体漏出量，同时又满足自由热膨胀即可。
29.当芯管1纵向布置时，小端板5位于内套管下端端部，端板塞6位于内套管上端端部，即间隙7也位于上端端部。
30.本实施例中，为卧式布置的换热器，如图1所示，小端板5位于流体流入方向的内套管端部，端板塞6位于流体流出方向的内套管端部，同时控制端板塞6的尺寸和间隙7的尺寸，以控制内套筒2内导热粉体的泄漏量。
31.实施例4
32.在实施例1-3的任一基础结构上，所述外套筒3的两端通过大端板4密封。
33.而且，所述大端板4的径向长度大于内套筒2外筒壁到外套筒3外筒壁之间的距离。
34.实施例5
35.在实施例1-4的任一基础结构上，本实用新型在设计时：
36.导热粉体依据运行环境参数及主体材料确定：耐高温、与材料兼容性好、且具有合适导热性能的粉体。
37.通过传热计算确定导热粉体填充腔室尺寸（即填充的导热粉体体积）。另通过热平衡计算确定所需的导热粉体的传热系数，通过试验测定不同填充密度下的粉体导热系数，直到获得适合于该设备的粉体填充密度。
38.本实用新型在运行时，主要是将芯管1的管内介质先与导热粉体换热，导热粉体再与壳侧冷却水换热，从而既能实现换热，同时又能避免冷却水沸腾。
39.例如，在htr-10高温气冷堆某试验装置中，管侧流体入口温度为500℃，壳侧20℃冷却水进行冷却，出口冷却水温度可控制为30℃。