一种U形钉头管及具有该钉头管的加热炉的制作方法

本发明涉及机械工程中的设计及建造技术领域，具体涉及一种u形钉头管及具有该钉头管的加热炉。具体可用于石油炼制与化工、煤化工、化肥、空调、空冷、锅炉、电力设施装备等等的热交换要求上，包括给介质加热或冷却等应用方式，特别适合于各种化工和化肥工业炉的烟气热交换设备。

背景技术：

(1)传统工业炉及其钉头管的结构设计及功能：

工业炉是石油化工中的龙头，包括常压炉、减压炉、制氢炉、重整炉、焦化炉、转化炉及裂解炉等。管式工业炉的作用于是将介质（油料或气体）加热至工艺所需的温度。

工业炉由炉壳和内部的盘管组成。工业炉的四面由高大的炉墙围成炉膛，炉墙由工字钢等型钢钢架上铺焊钢板，钢板上分布焊接保温钉，在保温钉之间浇铸隔热和耐磨材料。炉墙上安装的支架用于支撑端管板和中间管板，端管板外面是弯头箱，炉管穿过带孔的管板由管板支持，炉管内流过的是需要加热的油料，炉管外面在炉膛内从下往上流过的是高温烟气或热风，热量通过管壁传给管内的油料。

为了强化炉管表面的换热性能，在炉管表面焊接上圆柱形的钉头，一方面增加表面积，另一方面增加对烟气流的扰动，提高传热系数。

(2)传统钉头管存在的问题：

炉体建造中传统的习惯做法是在机械制造厂分别生产管板、钉头管和弯头等配件，钉头管一般在焊接装置上加工成型，钉头管从焊接装置卸下、管内试压、转运到组装车间、组装时穿过多块管板的管孔、端部与弯头组焊，这些过程均要要移动钉头管，钉头受到摩擦、碰撞、敲击、强振等就有可能造成焊接面松开、甚至脱落。而且传统钉头管的换热效果无法满足日益增长的需求。

另外，各种化工装置的生产规模不断加大，加热炉传统结构及其几大部件没有任何增减或根本改变，工业炉体积也越来越大，对于易燃易爆介质的工业炉设计建造，高耸结构抗风振和地震载荷作用的强度要求高，而很多化工装置都选址在台风较大的海边，因此投资成本上升显著。本来自支承炉管可以明显减少工业炉体积，但是外表布满传统钉头的钉头管不宜用作自支承炉管。

由此可见，对化工工业炉，对传统钉头管进行设计及建造技术方面的改进，提高工业炉的单位容积效率和换热效率，保证经济效益，具有很强的工程意义。

技术实现要素：

针对现有技术存在上述技术问题，本发明提供一种能够提高钉头牢固性，提高换热效率的u形钉头管及具有该钉头管的加热炉。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

提供一种u形钉头管，包括基管和多个焊接固定在所述基管的外表面的钉头，所述钉头为u形钉头。

其中，所述u形钉头包括底段和两个侧段，两个侧段分别一体设在底段的两端部，所述底段焊接固定在基管的外表面，所述底段沿基管的周向设置，u形钉头设置为沿所述基管的轴向排列的多排，且相邻两排的u形钉头在基管的周向上对齐设置或者交错设置。

其中，所述u形钉头包括底段和两个侧段，两个侧段分别一体设在底段的两端部，所述底段焊接固定在基管的外表面，所述底段沿基管的轴向设置，u形钉头设置为沿所述基管的轴向排列的多排，且相邻两排的u形钉头在基管的周向上对齐设置或者交错设置。

其中，所述u形钉头包括底段和两个侧段，两个侧段分别一体设在底段的两端部，所述侧段远离底段的端部焊接固定在基管的外表面，所述底段沿基管的周向设置，u形钉头设置为沿所述基管的轴向排列的多排，且相邻两排的u形钉头在基管的周向上对齐设置或者交错设置。

其中，所述u形钉头包括底段和两个侧段，两个侧段分别一体设在底段的两端部，所述侧段远离底段的端部焊接固定在基管的外表面，所述底段沿基管的轴向设置，u形钉头设置为沿所述基管的轴向排列的多排，且相邻两排的u形钉头在基管的周向上对齐设置或者交错设置。

其中，所述u形钉头包括底段和两个侧段，两个侧段分别一体设在底段的两端部，其中一个侧段与所述基管焊接固定，该侧段沿基管的周向设置，u形钉头设置为沿所述基管的轴向排列的多排，且相邻两排的u形钉头在基管的周向上对齐设置或者交错设置。

其中，所述u形钉头包括底段和两个侧段，两个侧段分别一体设在底段的两端部，其中一个侧段与所述基管焊接固定，该侧段沿基管的轴向设置，u形钉头设置为沿所述基管的轴向排列的多排，且相邻两排的u形钉头在基管的周向上对齐设置或者交错设置。

其中，所述u形钉头包括底段和两个侧段，两个侧段分别一体设在底段的两端部，所述侧段与所述底段之间相互垂直或者相互倾斜。

其中，所述u形钉头包括底段和两个侧段，两个侧段分别一体设在底段的两端部，两个侧段相互靠拢设置或者相互朝外张开设置或者相互平行设置。

其中，所述u形钉头包括底段和两个侧段，两个侧段分别一体设在底段的两端部，两个侧段的长度相等或者不相等。

其中，所述u形钉头包括底段和两个侧段，两个侧段分别一体设在底段的两端部，所述底段呈拱形状或者呈内凹状或者呈平底状。

其中，所述u形钉头采用钢片或者钢条或者扁圆钢或者圆钢制成。

一种具有u形钉头管的加热炉，该加热炉由若干个长方体状的模块组装而成，每个模块均包括炉墙、设置在所述炉墙上的支耳、所述支耳支承住的管板、所述管板支承住的钉头管，所述钉头管为上述任意一项或两项以上组合的u形钉头管。

本发明的有益效果：

本发明的一种u形钉头管，包括基管和多个焊接固定在所述基管的外表面的钉头，所述钉头为u形钉头。本发明的具有u形钉头管的加热炉，包括若干个长方体状的模块，每个模块均包括炉墙、设置在所述炉墙上的支耳、所述支耳支承住的管板、所述管板支承住的u形钉头管。与现有技术相比，由于本发明的钉头设置为u形的，u形钉头比传统的钉头多了底段的换热面积，使用时能够形成基管表面-u形钉头底段-u形钉头侧段的三级传热梯度，或者形成基管表面-u形钉头侧段-u形钉头底段的三级传热梯度，因此能够保障有足够顺畅的传热通道，提高了换热效率；而且u形钉头与基管的接触面积比较大，所以能够提高与基管之间的牢固性。

附图说明

图1为实施例中的一种具有u形钉头管的加热炉的结构示意图。

图2为实施例中第一种u形钉头的结构示意图。

图3为实施例1中钉头管的结构示意图。

图4为实施例1中另一种钉头管的结构示意图。

图5为实施例2中钉头管的结构示意图。

图6为实施例2中另一种钉头管的结构示意图。

图7为实施例3中钉头管的结构示意图。

图8为实施例3中另一种钉头管的结构示意图。

图9为实施例4中钉头管的结构示意图。

图10为实施例4中另一种钉头管的结构示意图。

图11为实施例5中钉头管的结构示意图。

图12为实施例5中另一种钉头管的结构示意图。

图13为实施例6中钉头管的结构示意图。

图14为实施例6中另一种钉头管的结构示意图。

图15为拱底状、侧段向外撑开状的钉头的结构示意图。

图16为拱底状、底段向内收拢状的钉头的结构示意图。

图17为拱底状、两个侧段长度不相等的钉头的结构示意图。

图18为平底状、两个侧段长度不相等的钉头的结构示意图。

图19为内凹状、两个侧段长度不相等的钉头的结构示意图。

附图标记：

炉墙11、端部管板12、中间管板13、弯头14；

钉头管2、基管21、

u形钉头22、底段221、侧段222。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。

实施例1。

本发明的一种具有u形钉头管的加热炉的具体实施方式之一，如图1所示，该加热炉由若干个长方体状的模块组装而成，每个模块均包括炉墙11、设置在所述炉墙11上的支耳、所述支耳支承住的端部管板12和中间管板13、所述管板支承住的钉头管2，钉头管2的端部设有弯头14和联箱，其中钉头管2包括基管21和多个焊接固定在所述基管21的外表面的u形钉头22，如图2所示，所述钉头为u形钉头22。如图3和图4所示，所述u形钉头22包括底段221和两个侧段222，两个侧段222分别一体设在底段221的两端部，所述底段221焊接固定在基管21的外表面，所述底段221沿基管21的周向设置，u形钉头22设置为沿所述基管21的轴向排列的多排，且相邻两排的u形钉头22在基管21的周向上对齐设置或者交错设置，交错设置的底部不会积存灰烬。与现有技术相比，由于本发明的钉头设置为u形的，u形钉头22比传统的钉头多了底段221的换热面积，使用时能够形成基管21表面-u形钉头22的底段221-u形钉头的22侧段222的三级传热梯度，或者形成基管21表面-u形钉头22的侧段222-u形钉头22的底段221的三级传热梯度，因此能够保障有足够顺畅的传热通道，提高了换热效率；而且u形钉头22与基管21的接触面积比较大，所以能够提高与基管21之间的牢固性。由于提高了钉头与基管21之间的牢固性，该钉头管2较为适用于自支承炉管，能够明显减小工业炉的体积，降低工业炉高耸式结构的高度，把该技术创新同时推广到沿垂直上下方向和沿着水平方向的模块化建造技术。实际中，u形钉头22的底段221与基管21表面贴合的面积大于u形钉头22横截面积的两倍，保障换热面积。

具体的，如图2、图15和图16所示，所述侧段222与所述底段221之间相互垂直或者相互倾斜，两个侧段222相互靠拢设置或者相互朝外张开设置或者相互平行设置。

具体的，如图2和图18所示，两个侧段222的长度相等或者不相等，长度不相等的钉头也称作子母钉，可加密钉头，提高换热效率，一次焊接可以接上两颗钉，提高生产效率。

具体的，如图2、图18和图19所示，所述底段221呈拱形状或者呈内凹状或者呈平底状，拱底形状的能够沿基管21的任何方向组焊，但接触面积相对较小；平底状的适用于沿基管21的轴向组焊，内凹状的弧度与基管21表面相适配，适用于沿基管21的周向组焊。

具体的，所述u形钉头22采用钢片或者钢条或者扁圆钢或者圆钢制成，其中优选钢条，这样u形钉头22平整的底段221与基管21的表面贴合面积较大，有利于提高传热量。

实际生产中，包含以下生产步骤：

步骤一：根据需要设计u形钉头22具体结构，确定两脚是否等高的、u形头是否是正头的、底部是否是拱底的。

步骤二：根据设计确定的u形钉头22具体结构进一步设计钉头的成形模具，最好是一次冲压成形。

步骤三：根据u形钉头22结构进一步设计钉头与基管21的组焊工装，最好是一次多钉组焊。

步骤四：根据钉头管2结设计专用吊具，在转运中保护好钉头管2。

步骤五：对u形钉头22焊缝进行质量检测。

步骤六：经过对钉头管2进行水压试验合格后组装到加热炉中，在两端组装弯头14箱，并对外表进行油漆包装的一组模块。逐步建造出一台管式工业炉的各个模块。

实施例2。

本发明的一种具有u形钉头管的加热炉的具体实施方式之二，如图5和图6所示，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，所述底段221沿基管21的轴向设置，u形钉头22设置为沿所述基管21的轴向排列的多排，且相邻两排的u形钉头22在基管21的周向上对齐设置或者交错设置。这种钉头适用于立式安装，钉头底部不会积存灰烬。

实施例3。

本发明的一种具有u形钉头管的加热炉的具体实施方式之三，如图7和图8所示，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，所述侧段222远离底段221的端部焊接固定在基管21的外表面，所述底段221沿基管21的周向设置，u形钉头22设置为沿所述基管21的轴向排列的多排，且相邻两排的u形钉头22在基管21的周向上对齐设置或者交错设置。

实施例4。

本发明的一种具有u形钉头管的加热炉的具体实施方式之四，如图9和图10所示，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，所述侧段222远离底段221的端部焊接固定在基管21的外表面，所述底段221沿基管21的轴向设置，u形钉头22设置为沿所述基管21的轴向排列的多排，且相邻两排的u形钉头22在基管21的周向上对齐设置或者交错设置。

实施例5。

本发明的一种具有u形钉头管的加热炉的具体实施方式之五，如图11和图12所示，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，其中一个侧段222与所述基管21焊接固定，该侧段222沿基管21的周向设置，u形钉头22设置为沿所述基管21的轴向排列的多排，且相邻两排的u形钉头22在基管21的周向上对齐设置或者交错设置。

实施例6。

本发明的一种具有u形钉头管的加热炉的具体实施方式之六，如图13和图14所示，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，其中一个侧段222与所述基管21焊接固定，该侧段222沿基管21的轴向设置，u形钉头22设置为沿所述基管21的轴向排列的多排，且相邻两排的u形钉头22在基管21的周向上对齐设置或者交错设置。

最后应当说明的是，本技术创新的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。