板壳式换热器的制作方法

本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种板壳式换热器。

背景技术

在油气、化工、食品、制冷等各工业领域中，各工艺流程中的工作介质均需要进行各种各样的热交换。板壳式换热器在一些热交换工位上的应用逐渐彰显了其作为新型高效换热器的巨大优点。然而，由于板壳式换热器长期运行，工艺介质本身性质的差异导致换热器结垢已成必然。污垢造成换热效率降低和产品质量的降低，从而影响生产的正常进行和设备的安全。根据各工艺定期保养计划，换热器内部结垢后通常需要经常进行清理。然而，不必要的清洁以及不恰当的清洗方法将进一步增加整个系统的停机时间以及导致水和化学用品的浪费，从而增加了成本，而且也有可能导致环境和生态问题。

因此，需要提供一种板壳式换热器，以至少部分地解决上述问题。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本发明公开了一种板壳式换热器，其包括：

芯体；

壳体，所述壳体套设在所述芯体外侧，且能够与所述芯体沿径向方向间隔开；

超声波除垢装置，所述超声波除垢装置设置在所述壳体的第一端并能够延伸进入在所述芯体；以及

控制装置，所述控制装置电连接至所述超声波除垢装置，并能够控制所述超声波除垢装置工作，以对所述板壳式换热器进行除垢。

根据本发明的板壳式换热器，能够实时地对板壳式换热器进行除垢，延长板壳式换热器的使用周期，提高生产效率，使得板壳式换热器更能适应间歇性操作，减少不必要的清洗。

可选地，所述板壳式换热器还包括设置在所述壳体的第二端的第一流体入口管道和第一流体出口管道，所述第一流体入口管道和所述第一流体出口管道分别与所述芯体连通。

可选地，所述板壳式换热器还包括：

压差传感器，所述压差传感器分别连接至所述第一流体入口管道和所述第一流体出口管道，以采集所述第一流体入口管道和所述第一流体出口管道的静压差信号；以及

数据采集处理装置，所述数据采集处理装置电连接至所述压差传感器和所述控制装置，以接收所述压差传感器采集的所述静压差信号，且将所述静压差信号转换成结垢参数，并与预先设定的阈值进行比较，当所述结垢参数大于所述阈值时，所述数据采集处理装置能够对所述控制装置输出控制信号，以启动所述超声波除垢装置。

可选地，所述超声波除垢装置包括超声波换能器、连接至所述超声波换能器的超声波变幅杆和连接至所述超声波变幅杆的工具头，所述超声波变幅杆和所述工具头设置在所述芯体中。

可选地，所述壳体包括位于所述第一端的第一端板、位于所述第二端的第二端板以及位于所述第一端板和所述第二端板之间且沿周向方向延伸的侧板，所述超声波除垢装置连接至所述第一端板，所述第一流体入口管道和所述第一流体出口管道分别连接至所述第二端板。

可选地，所述芯体包括多个单片板，所述单片板具有第一通孔和第二通孔，相邻的所述单片板各自的第一通孔连通，相邻的所述单片板各自的第二通孔连通，所述第一流体入口管道与所述第一通孔连通，所述第一流体出口管道与所述第二通孔连通，所述第一通孔和所述第二通孔中的至少一个设置有所述超声波除垢装置。

可选地，所述单片板构造为圆形板状结构。

可选地，所述超声波除垢装置还包括设置在所述侧板外侧且连通所述壳体的第二流体入口管道和第二流体出口管道。

可选地，所述超声波除垢装置还包括连接至所述第一端板的安装法兰，所述超声波换能器和所述超声波变幅杆设置在所述安装法兰的两侧。

可选地，所述压差传感器包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部连接至所述第一流体入口管道，所述第二连接部连接至所述第一流体出口管道，以于测量所述静压差信号。

附图说明

本发明实施方式的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1为本发明的一个优选实施方式的板壳式换热器的立体结构示意图；

图2为图1中的板壳式换热器的局部结构剖视图；

图3为图2中的单片板的立体结构示意图；以及

图4为图2中的超声波除垢装置的立体结构示意图。

附图标记说明：

100、板壳式换热器110、芯体

111、单片板114、第一通孔

115、第二通孔120、第一流体入口管道

130、第一流体出口管道140、超声波除垢装置

141、超声波换能器142、超声波变幅杆

143、工具头144、安装法兰

145、法兰螺纹孔150、压差传感器

151、第一连接部152、第二连接部

160、数据采集处理装置170、控制装置

121、第一接管法兰131、第二接管法兰

180、壳体181、第一端板

182、第二端板183、侧板

184、第一端板通孔185、第一螺纹孔

186、第二端板通孔191、第二流体入口管道

192、第二流体出口管道193、第三接管法兰

194、第四接管法兰

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。

本发明提供了一种板壳式换热器100，该板壳式换热器100能够进行在线(即，实时)除垢。板壳式换热器100主要可以包括芯体110、壳体180、超声波除垢装置140和控制装置170。下面将结合图1至图4详细说明本发明的板壳式换热器100。

如图1和图2所示，芯体110可以大致构造为圆柱形结构。壳体180可以套设在芯体110的外侧，且能够与芯体沿径向方向间隔开。也就是芯体110的外圆周表面与壳体180的内圆周表面间隔设置。在本实施方式中，在芯体110中可以形成有第一流体通道(未示出)和与第一流体通道(未示出)不连通的第二流体通道，第二流体通道可以与壳体180连通。第一流体通道用于容纳第一流体，在壳体180和芯体110之间的间隙以及芯体110的第二流体通道之中可以用于容纳第二流体。第一流体和第二流体的温度不同，使得第一流体和第二流体之间能够进行热量交换，以达到换热的目的。

壳体180可以包括位于第一端(图1和图2中的右端)的第一端板181、位于第二端(图1和图2中的左端)的第二端板182以及位于第一端板181和第二端板182之间且且沿周向方向延伸的侧板183。第一端板181和第二端板182可以平行地设置且构造为圆形板状结构。侧板183可以构造为环形柱状结构，使得其两端能够分别连接至第一端板181和第二端板182。

图2和图3示意性地示出了，芯体110可以包括多个单片板111。单片板111可以构造为圆形的波纹板状结构。多个单片板111可以并排连接在一起，以在多个单片板111之间形成有第一流体通道和与第一流体通道不连通的第二流体通道，并且第二流体通道连通至壳体180。例如，第一流体通道和第二流体通道可以间隔设置，以能够更好地换热，提高换热效率。本领域技术人员可以理解，单片板111的结构不限于本实施方式，根据需要，单片板111可以构造为椭圆形、正方形、长方形、梯形或者任意其他合适形状的板状结构。

单片板111可以具有第一通孔114和第二通孔115。第一通孔114设置在第二通孔115的下方，且与第二通孔115间隔开。第一通孔114和第二通孔115可以均为圆形孔。相邻的单片板111各自的第一通孔114连通，相邻的单片板111各自的第二通孔115连通。具体地，多个单片板111的第一通孔114的中心轴线沿水平方向设置且能够彼此(大致)重合，多个单片板111的第二通孔115的中心轴线沿水平方向设置且能够彼此(大致)重合。本领域技术人员可以理解，第一通孔114和第二通孔115的结构不限于本实施方式，根据需要，第一通孔114和第二通孔115还可以为其他形状的通孔。例如，第一通孔114和第二通孔115可以为椭圆形、正方形或者任何其他合适形状的通孔。

返回参照图1和图2，超声波除垢装置140设置在壳体180的第一端并能够延伸进入芯体110。例如，超声波除垢装置140可以连接至第一端板181，并能够从第一端板181延伸进入芯体110。板壳式换热器100可以包括两个超声波除垢装置140，两个超声波除垢装置140分别设置在第一通孔114和第二通孔115中。本领域技术人员可以理解，超声波除垢装置140的数量不限于本实施方式。在本发明的一个未示出的实施方式中，板壳式换热器100可以包括一个超声波除垢装置140，该超声波除垢装置140可以设置在第一通孔114或者第二通孔115中。

如图3所示，超声波除垢装置140主要可以包括超声波换能器141、连接至超声波换能器141的超声波变幅杆142和连接至超声波变幅杆142的工具头143。超声波变幅杆142和工具头143可以设置在芯体110中。超声波换能器141可以设置在芯体110的外侧。超声波换能器141能够将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递超声波变幅杆142，而其自身消耗很小的一部分功率。超声波变幅杆142可以按需求放大振动幅度，然后再将能量振动传递给工具头143，再由工具头143将超声波能量传递到工艺流体中，例如传递到第一流体中，使得第一流体中的杂质等污垢物质在超声波作用下分散、疏松、破碎摧毁、脱落，不轻易附着在管壁上而从管壁(例如单片板的表面)脱落，并随着第一流体的流动将这些杂质排出，从而达到了超声波除垢的效果。

返回参照图1和图2，超声波除垢装置140还可以包括连接至第一端板181的安装法兰144，超声波换能器141和超声波变幅杆142设置在安装法兰144的两侧。超声波换能器141和超声波变幅杆142通过法兰过渡连接，安装法兰144能够将超声波换能器141与第一流体隔离开。在本实施方式中，可以根据不同的压力等级，选择适合该压力等级的法兰规格。

具体地，第一端板181上可以设置有第一端板通孔184和设置在第一端板通孔184外侧的第一螺纹孔185(例如沉头螺纹孔)。安装法兰144上对应地设置有法兰螺纹孔145。超声波除垢装置140延伸穿过第一端板通孔184并进入到单片板111的第一通孔114或者第二通孔115中。安装法兰144设置在第一端板181的外侧并抵靠第一端板181，并且通过紧固件延伸穿过法兰螺纹孔145进入到第一端板通孔184以将安装法兰144连接至第一端板181，即将超声波除垢装置140安装至第一端板181，以能够进行有效的密封，防止芯体110内部的第一流体向外泄漏，同时便于超声波除垢装置140的安装和拆卸，使得超声波除垢装置140具有可更换性。

控制装置170电连接至超声波除垢装置140，并能够控制超声波除垢装置140工作，以对板壳式换热器100进行除垢。控制装置170设置有操作面板，可以通过操作面板控制超声波除垢装置140的启动或者停止工作。另外，通过操作面板还可以调节超声波除垢装置140发出的超声波的功率和频率等，方便快捷，操作简单。

板壳式换热器100还可以包括设置在壳体180的第二端的第一流体入口管道120和第一流体出口管道130，第一流体入口管道120和第一流体出口管道130分别与芯体110连通。第一流体入口管道120和第一流体出口管道130可以分别连接至第二端板182。

具体地，第二端板182上可以设置有两个第二端板通孔186，两个第二端板通孔186可以沿竖直方向间隔设置。更具体地，位于下方的第二端板通孔186的中心轴线可以与单片板111的第一通孔114的中心轴线(大致)重合，位于上方的第二端板通孔186的中心轴线可以与单片板111的第二通孔115的中心轴线(大致)重合。第一流体入口管道120的一端可以插入到位于下方的第二端板通孔186中并连接(例如焊接)至第二端板182，第一流体出口管道130的一端可以插入到位于上方的第二端板通孔186中并连接(例如焊接)至第二端板182。由此，第一流体入口管道120可以与第一通孔114连通，第一流体出口管道130与第二通孔115连通，使得第一流体可以经由第一流体入口管道120进入到芯体110的第一流体通道中，并与第二流体换热之后经由第一流体出口管道130从芯体110中流出。

板壳式换热器100还可以包括压差传感器150。压差传感器150分别连接至第一流体入口管道120和第一流体出口管道130，以采集第一流体入口管道120和第一流体出口管道130的静压差信号。具体地，压差传感器150包括第一连接部151和第二连接部152，第一连接部151连接至第一流体入口管道120，第二连接部152连接至第一流体出口管道130，以于测量静压差信号。

例如，在第一流体入口管道120上可以设置有与其连通的第一取压管(未示出)，在第一流体出口管道130上可以设置有与其连通的第二取压管(未示出)。第一取压管和第二取压管可以为软管。第一取压管可以连接至第一连接部151，第二取压管可以连接至第二连接部152，使得压差传感器150能够测量第一流体入口管道120和第一流体出口管道130的壁面静压差信号。

板壳式换热器100还可以包括数据采集处理装置160。数据采集处理装置160电连接至压差传感器150和控制装置170，以接收压差传感器150采集的静压差信号，且将静压差信号转换成结垢参数，并与预先设定的阈值进行比较，当结垢参数大于阈值时，数据采集处理装置160能够对控制装置170输出控制信号，以启动超声波除垢装置140。

具体地，数据采集处理装置160内置有数据处理算法，能够对传输来的静压差信号进行处理，以能够获取板壳式换热器100内部的阻力性能参数以及结垢程度的结垢参数，然后再将该结垢参数与预先设定的阈值进行比较，从而判断板壳式换热器100内部是否结垢。当结垢参数低于阈值时，数据采集处理装置160向控制装置170发出一个低电平信号的控制信号，指示控制装置170不启动超声波除垢装置140。

当板壳式换热器100内部(例如芯体110内部)结垢严重时，压差传感器150采集到的压差信号值会增大，进而对应的结垢参数值会增大。当结垢参数高于阈值时，数据采集处理装置160向控制装置170发出一个高电平信号的控制信号，指示控制装置170启动超声波除垢装置140，从而能够对板壳式换热器100进行清洗，以开始除垢，直到数据采集处理装置160中再次处理形成的结垢参数的值低于阈值，控制装置170控制超声波除垢装置140停止工作。

此外，数据采集处理装置160可以对采集的静压差信号进行数据处理，以形成压差变化规律图和/或表，从而评估和诊断板壳式换热器100内部的结垢情况以及其它故障(例如泄露)等情况。

数据采集处理装置160还具有存储功能以存储相关数据，并且设置有外部接口。例如，u盘能够插入到外部接口，以能够将存储的数据通过外部接口取出，并可以对提取的数据进行打印而形成报告。

板壳式换热器100还可以包括设置在第一流体入口管道120端部的第一接管法兰121和设置在第一流体出口管道130端部的第二接管法兰131。具体地，第一接管法兰121设置在第一流体入口管道120的远离第二端板182的一端，第二接管法兰131设置在第一流体出口管道130的远离第二端板182的一端，第一接管法兰121和第二接管法兰131分别用于与其他管道连接，以用于输送第一流体。

板壳式换热器100还可以包括设置在侧板183外侧且连通壳体180的第二流体入口管道191和第二流体出口管道192。第二流体可以经由第二流体入口管道191进入到壳体180的内部，并进入到芯体110的第二流体通道中与第一流体换热之后经由第二流体出口管道192流出。

板壳式换热器100还可以包括设置在第二流体入口管道191端部的第三接管法兰193和设置在第二流体出口管道192端部的第四接管法兰194。具体地，第三接管法兰193设置在第二流体入口管道191的远离侧板183的一端，第四接管法兰194设置在第二流体出口管道192的远离侧板183的一端，第三接管法兰193和第四接管法兰194分别用于与其他管道连接，以用于输送第二流体。

根据本发明的板壳式换热器，能够直接通过控制装置控制超声波除垢装置的启动或者停止，还能够通过数据采集分析仪实时接收第一流体入口管道和第一流体出口管道的静压差信号，并能够对接收的静压差信号进行数据处理，以判断板壳式换热器内部的结垢情况，根据结垢的严重程度给控制装置输出一个控制信号，以控制超声波除垢装置的启动或者停止，从而实现在线除垢功能，能够延长板壳式换热器的使用周期，提高生产效率，使得板壳式换热器更能适应间歇性操作，减少了不必要的清洗。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。