立式换热器的制作方法

1.本实用新型涉及换热器技术领域，具体涉及一种立式换热器。


背景技术：

2.换热器是化工生产过程中非常重要的设备，起着使冷热流体进行热交换的作用。据统计，换热器占设备总投资的20％以上，是实现化工流程及换热网络优化的关键设备，其效率的高低、安全的可靠性等直接影响化工生产的正常操作。
3.在化工生产过程中，因换热器失效导致化工装置停车，甚至发生安全事故经常发生。因此，如何保障换热器在长周期的化工生产过程中安全可靠的运行，成为设备制造企业及化工生产企业亟需解决的问题。其中由于换热器内流动死区的存在，最终导致的换热器失效，能占到换热器失效总数的30％以上，给企业生产经营带来了巨大的潜在隐患。
4.图1为常规的立式安装的绕管式换热器的示意图，换热器在工作时，壳程介质经下方的下壳程接管进入到壳体内部，壳程介质由下往上流动，壳程介质充满换热器内部后从上壳程接管流出，壳体内位于上壳程接管上方的区域存在流动死区，壳程介质在流动死区内几乎不流动，容易导致污垢沉积、腐蚀介质聚集、局部高温等，使得换热管与上管板的焊缝处于极大的恶劣风险环境中，短时间将导致此处的换热管失效，失效形式常见有孔蚀、应力腐蚀破裂、缝隙腐蚀裂纹、垢下腐蚀穿孔等等。


技术实现要素：

5.因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的立式换热器容易失效的缺陷，从而提供一种可延长使用寿命的立式换热器。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种立式换热器，包括壳体、设置在所述壳体内的上管板、安装在所述上管板上的换热管，所述上管板与所述壳体的内壁之间具有间隙，所述壳体上设有壳程介质出口，上管板的上表面不高于所述壳程介质出口的内壁的最高点。
7.可选地，所述上管板的上表面位于所述壳程介质出口的内壁的最高点与最低点之间。
8.可选地，所述壳体包括筒体和壳程上封头，所述上管板的上方设有筒节，所述筒节位于所述壳体的内侧且所述筒节的高度不低于所述壳程上封头的高度。
9.可选地，所述立式换热器还包括压力平衡管线，所述压力平衡管线的第一端伸入所述壳程上封头的内侧，第二端位于所述壳体的外侧。
10.可选地，所述壳程介质出口处设有上壳程接管，所述压力平衡管线的第二端与所述上壳程接管连通。
11.可选地，所述上壳程接管包括与所述壳程介质出口相连的第一管段、与所述第一管段相平行的第二管段，所述第二管段的出口构成所述上壳程接管的出口，所述第一管段、所述第二管段均水平设置，且所述第二管段的内壁的最高点高于所述壳程上封头与所述筒
节之间的环焊缝所在水平面。
12.可选地，所述压力平衡管线与所述第二管段相连。
13.可选地，所述压力平衡管线包括：竖直管段，设置在所述壳程上封头的内侧，所述竖直管段的顶端与所述壳程上封头的顶端之间的距离为a，a小于10mm；水平管段，一端与所述竖直管段的下端相连，另一端与所述上壳程接管相连。
14.可选地，a为5mm。
15.可选地，所述换热管呈螺旋状设置。
16.可选地，所述筒体的侧壁上靠近其下端的位置处设有下壳程接管，所述壳体还包括设置在所述筒体下端的壳程下封头，所述立式换热器包括下管板，所述下管板封堵在所述壳程下封头的下端，所述壳体的两端分别设有管程封头，所述管程封头设有管程接管。
17.本实用新型技术方案，具有如下优点：
18.1.本实用新型提供的立式换热器，由于上管板的上表面不高于所述壳程介质出口的内壁的最高点，上管板与换热管的焊缝位于流动死区的下侧，换热管、上管板与换热管的焊缝远离流动死区内形成的气相空间或气液交界处，壳程介质可以通过上管板与内壁之间的间隙进入壳体内部位于上管板上方的区域处，完全充满壳体内部，壳程介质可以完全淹没换热管与上管板的焊缝，避免受到氯离子等腐蚀离子富集等危害，同时极大降低了换热管的金属壁温。因此，该立式换热器可以防止换热管、上管板和换热管的焊缝受到腐蚀离子环境的腐蚀，从而可防止立式换热器失效，延长立式换热器的使用寿命，可以将换热器的使用寿命从1－2个月提高到3年以上。另外，也增大了换热面积，能够提升约5％的换热效率；同时，壳程介质流动均匀，降低了污垢沉积的速度，延长了换热器的维护周期。
19.2.本实用新型提供的立式换热器，所述立式换热器还包括压力平衡管线，所述压力平衡管线的第一端伸入所述壳程上封头的内侧，第二端位于所述壳体的外侧。通过设置压力平衡管线，可以将立式换热器内部的气泡及时排出，同时部分壳程介质会通过压力平衡管线排出，对此处形成较大的扰流，新鲜的壳程介质可以及时补充到壳程上封头内侧的区域处，消除了流动死区，形成新的压力平衡，因此壳程的流动会非常均匀，无任何的流动死区，可以使立式换热器的使用寿命延长。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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的附图。
21.图1为常规的立式安装的绕管式换热器的示意图；
22.图2为本实用新型的实施例中提供的立式换热器的示意图；图3为本实用新型的实施例中提供的立式换热器换热管与上管板连接处的示意图。
23.附图标记说明：
24.1、壳体；101、筒体；102、壳程上封头；103、壳程介质出口；104、壳程下封头；2、上管板；3、换热管；4、筒节；5、压力平衡管线；501、竖直管段；502、水平管段；6、上壳程接管；601、第一管段；602、第二管段；7、环焊缝；8、下壳程接管；9、下管板；10、管程接管；11、管程封头；
b、流动死区；c、焊缝。
具体实施方式
25.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
26.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
29.实施例
30.图1为常规的立式安装的绕管式换热器的局部示意图，换热器在工作时，壳程介质经下方的下壳程接管8进入到壳体1内部，壳程介质由下往上流动，壳程介质充满换热器内部后从上壳程接管6流出，壳体1内位于上壳程接管6上方的区域存在流动死区b，壳程介质在流动死区b内几乎不流动，容易导致污垢沉积、腐蚀介质聚集、换热管局部高温等，使得换热管3、换热管3与上管板2的焊缝c处于极大的恶劣风险环境中，短时间将导致此处的换热管3、换热管3与上管板2的焊缝c失效，失效形式常见有孔蚀、应力腐蚀破裂、缝隙腐蚀裂纹、垢下腐蚀穿孔等等。
31.以下以两个案例为例来说明绕管式换热器的问题：
32.案例1：换热器应用于余热回收利用，壳程介质为工业脱盐水，压力0.4mpag，进出口温度130/150℃，流量100t/h，管程介质为高温氯硅烷气体，压力0.6mpag，流量6500kg/h，进出口温度为600/180℃。设计的绕管式换热器如果采用图1所示的结构，将存在如下问题：
①
在壳程的出口，由于流动死区b的存在，此处水的温度受到管程高温气体影响，会非常高，甚至局部气化，导致形成的气泡无法及时排出，新鲜的水也无法及时补充到此处，对换热管3及换热管3与上管板2的焊缝c造成非常大的危害。
②
局部高温导致水中的氯离子在从此处富集，经过很短的时间，氯离子浓度从初始值1ppm达到了100ppm以上，局部如此高的氯离子浓度，加上流动死区b导致局部换热管3壁温达到400℃以上，换热管3运行不到2个月即发生孔蚀及缝隙腐蚀失效，同时换热管3与上管板2的焊缝c也极易发生孔蚀及缝隙腐蚀失效。
③
局部的流动死区b导致此处的换热面积无法得到有效利用，降低了换热器换热效率。
33.案例2：换热器作为精馏塔塔顶冷凝器，冷凝130℃左右气相有机溶剂，具体工艺如
下，壳程介质为工业循环水，压力0.4mpag，进出口温度30/40℃，流量50t/h，管程介质为气相有机溶剂，压力0.1mpag，流量1000kg/h，进出口温度为130/50℃。设计的绕管式换热器如果采用图1所示的结构，将存在如下问题：
①
工业循环水氯离子浓度控制在≤200ppm，换热管3采用316l制成，换热管3的金属壁温≤60℃条件下可以长时间使用，但采用图1结构，会导致局部金属壁温达到80℃甚至更高的温度，且氯离子在流动死区b处富集，经过很短的时间，氯离子浓度从初始值200ppm达到了10000ppm以上，换热管3在此环境不到1个月就会腐蚀穿孔失效，同时换热管3与上管板2的焊缝c也极易发生孔蚀及缝隙腐蚀失效。
②
流动死区b处流动性差，导致循环水中的杂质不断在管壁上沉积，形成垢下腐蚀，加速了换热管3腐蚀速率。
③
由于局部高温，导致水的气化，形成气相空间，使得上管板2、上管板2和换热管3的的焊缝c暴露在气相或气液交界处，焊缝c受到氯离子环境的应力腐蚀，很快失效。
34.为此，本实施例提供一种立式换热器，可以防止上管板2、上管板2和换热管3的焊缝c暴漏在流动死区内而被腐蚀，从而可防止立式换热器失效，延长立式换热器的使用寿命。该立式换热器可应用于余热回收利用或者作为精馏塔塔顶冷凝器等场景，当该立式换热器应用于余热回收利用时，壳程介质为工业脱盐水，管程介质为高温氯硅烷气体；当该立式换热器作为精馏塔塔顶冷凝器时，壳程介质为工业循环水，管程介质为气相有机容积。
35.在一个实施方式中，如图2所示，立式换热器包括壳体1、设置在壳体1内的上管板2、安装在上管板2上的换热管3，上管板2与壳体1的内壁之间具有间隙，壳体1上设有壳程介质出口103，上管板2的上表面不高于壳程介质出口103的内壁的最高点。需要说明的是，图2中仅示意性的显示了一根换热管3，而实际上换热管3的数量不止一根。
36.在该实施方式中，由于上管板2的上表面不高于壳程介质出口103的内壁的最高点，特别是当上管板2与换热管3焊接时，结合图2和图3，上管板2与换热管3的焊缝c位于上管板2的上端面，上管板2与换热管3的焊缝c位于流动死区b的下侧，远离流动死区b内形成的气相空间或气液交界处，壳程介质可以通过上管板2与内壁之间的间隙进入壳体1内部位于上管板2上方的区域处，完全充满壳体1内部，壳程介质可以完全淹没换热管3与上管板2的焊缝c，避免受到氯离子等腐蚀离子富集等危害，同时极大降低了换热管3的金属壁温。因此，该立式换热器可以防止换热管3、上管板2和换热管3的焊缝c受到氯离子环境或者其他腐蚀离子环境下的腐蚀，从而可防止立式换热器失效，延长立式换热器的使用寿命，可以将换热器的使用寿命从1－2个月提高到3年以上。另外，避免换热管3处于流动死区内，也增大了此处的换热面积，能够提升约5％的换热效率；同时，降低了污垢沉积的速度，延长了换热器的维护周期。
37.在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，上管板2的上表面位于壳程介质出口103的内壁的最高点与最低点之间。在该实施方式中，可以进一步确保壳程介质完全淹没换热管3与上管板2的焊缝c，避免受到氯离子等腐蚀离子富集等危害。
38.在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，壳体1包括筒体101和壳程上封头102，上管板2的上方设有筒节4，筒节4位于壳体1的内侧且筒节4的高度不低于壳程上封头102的高度。具体的，壳程上封头102的最大外径与筒体101的外径相等，可以根据壳程上封头102的高度以及壳程介质出口103的位置确定要增加的筒节4的高度，从而使上管板2整体向下沉，确保上管板2的上表面不高于壳程介质出口103的内壁的最高点。在该实施方式中，不改变现有的壳体1的结构，通过增加筒节4即可避免上管板2与换热管3的焊缝c处
于流动死区b内，壳程介质可以完全淹没换热管3与管板的焊缝c，避免受到氯离子等腐蚀离子富集等危害，结构简单。在一个可替换的实施方式中，可以通过增加壳体1的高度，例如增加壳程上封头102的高度，使壳程上封头102密封焊接在管程管口的外侧，同时将壳程介质出口103往上移，以使上管板2的上表面不高于壳程介质出口103的内壁的最高点，很显然，该实施方式的实现难度更大一些。在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，立式换热器还包括压力平衡管线5，压力平衡管线5的第一端伸入壳程上封头102的内侧，第二端位于壳体1的外侧。在该实施方式中，通过设置压力平衡管线5，可以将立式换热器内部的气泡及时排出，同时部分壳程介质会通过压力平衡管线5排出，对此处形成较大的扰流，新鲜的壳程介质可以及时补充到壳程上封头102内侧的区域处，消除了流动死区b，形成新的压力平衡，因此壳程的流动会非常均匀，无流动死区b，可以使立式换热器的使用寿命延长到3年以上。另外，也增大了此处的换热面积，能够再提升约2％以上的换热效率；同时，壳程介质流动均匀，进一步降低了污垢沉积的速度，延长了换热器的维护周期。在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，壳程介质出口103处设有上壳程接管6，压力平衡管线5的第二端与上壳程接管6连通。在该实施方式中，壳程上封头102内部的气泡会通过压力平衡管线5排出到上壳程接管6中，随壳程介质流走，同时会有部分壳程介质通过压力平衡管线5汇流到上壳程接管6中，可以使壳程介质全部循环使用，避免造成壳程介质的浪费，结构更加紧凑。当然，在一个可替换的实施方式中，压力平衡管线5的第二端与一个容器相连，该容器可以承接通过压力平衡管线5流出的壳程介质。
39.在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，上壳程接管6包括与壳程介质出口103相连的第一管段601、与第一管段601相平行的第二管段602，第二管段602的出口构成上壳程接管6的出口，第一管段601、第二管段602均水平设置，且第二管段602的内壁的最高点高于壳程上封头102与筒节4之间的环焊缝7所在水平面。在该实施方式中，壳程介质依次从壳程介质出口103、第一管段601、第二管段602流出，通过使第二管段602的内壁的最高点高于壳程上封头102与筒节4之间的环焊缝7所在水平面，可以保证壳程上封头102内部的气泡均能及时排出。
40.如图2所示，第一管段601与第二管段602通过第三管段连通，第三管段竖直设置。当然，第三管段也可倾斜或弯曲设置。
41.在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，压力平衡管线5与第二管段602相连。在该实施方式中，压力平衡管线5的第二端较高，可以保证壳程上封头102内侧的气泡顺利排出并随上壳程接管6内的壳程介质流走，气泡流动的过程比较顺畅。在一个可替换的实施方式中，压力平衡管线5的第二端倾斜向下与第三管段或第一管段601相连。
42.在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，压力平衡管线5包括竖直管段501和水平管段502，竖直管段501设置在壳程上封头102的内侧，竖直管段501的顶端与壳程上封头102的顶端之间的距离为a，a小于10mm，水平管段502的一端与竖直管段501的下端相连，另一端与上壳程接管6相连。在该实施方式中，压力平衡管线5的第一端距离壳程上封头102的顶端较近，能够进一步确保壳程上封头102内侧的气泡全部顺利排出，消除了流动死区b，同时通过设置竖直管段501和水平管段502，压力平衡管线5为l型，可以使压力平衡管线5与壳程上封头102的连接处距离壳程上封头102与筒节4之间的环焊缝7较远，压力平衡管线5可远离壳程上封头102与筒节4的焊接热影响区。当然，在一个可替换的实施方式
中，压力平衡管线5可以为一个完全水平的管线。
43.在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，竖直管段501的顶端与壳程上封头102的顶端之间的距离为5mm。当然，在一些可替换的实施方式中，竖直管段501的顶端与壳程上封头102的顶端之间的距离可以为3mm、4mm、6mm、7mm等等。
44.在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，换热管3呈螺旋状设置。在该实施方式中，换热管3呈螺旋状设置，对应的，立式换热器为管绕式换热器，该管绕式换热器不易失效，使用寿命较长。在一个可替换的实施方式中，换热管3呈竖直状设置，对应的，立式换热器为列管式换热器，该列管式换热器不易失效，使用寿命较长。
45.在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，进一步参考图2，筒体101的侧壁上靠近其下端的位置处设有下壳程接管8，壳体1还包括设置在筒体101下端的壳程下封头104，立式换热器包括下管板9，下管板9封堵在壳程下封头104的下端，壳体1的两端分别设有管程封头11，管程封头11设有管程接管10。
46.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。