本發(fā)明屬于熱交換器設(shè)計與制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種板殼式熱交換器，特別是涉及一種由并聯(lián)板束構(gòu)成的板殼式熱交換器。

背景技術(shù)：

板式熱交換器是一種高效節(jié)能型換熱器，廣泛應(yīng)用于石油、石化等大型工業(yè)場合，近年來，其發(fā)展極為迅速。但是目前的板式熱交換器，卻很難適應(yīng)一些超大換熱量的工藝環(huán)境。究其因，波紋板片的寬度方向受鋼廠軋機所限，板片的寬度不能隨意地擴展，為了適應(yīng)換熱量，要么無限延長板片的長度，要么增加板管的疊摞厚度，因此板束變得及其細(xì)長，這種結(jié)構(gòu)不但極大地降低了板束的穩(wěn)定性，而且增大了設(shè)備運行的振動，同時也增加了板束縱向的熱應(yīng)力，使設(shè)備運行的可靠程度大大降低，嚴(yán)重地影響了板式熱交換器換熱性能的發(fā)揮。另外使用增加板管疊摞厚度的辦法，使得熱交換器殼體內(nèi)容積的利用率降低，增加了設(shè)備的制造成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種由并聯(lián)板束構(gòu)成的板殼式熱交換器，可克服現(xiàn)有板片寬度受限的問題，提供一種橫向尺寸可以擴展的熱交換器，同時通過帶孔鑲條、橫梁、膨脹節(jié)、導(dǎo)向輥筒、進(jìn)液接管上的螺旋管等的設(shè)置，提高了設(shè)備運行的可靠性。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種由并聯(lián)板束構(gòu)成的板殼式熱交換器，包括外殼及安裝在外殼內(nèi)的具有板程出入口、殼程出入口的結(jié)構(gòu)相同的板束甲和板束乙，所述板束甲和板束乙并聯(lián)連接成一體式的并聯(lián)板束：兩者的板程入口相鄰布置，而兩者的殼程出口分布在板程入口的兩側(cè)；殼程橫鑲條為整體結(jié)構(gòu)，板程入口為板程橫鑲條上的若干通孔組成；設(shè)置好位置的板束甲和板束乙的兩側(cè)連接壓緊板，該壓緊板外上部安裝板束支耳，該板束支耳安裝在外殼內(nèi)上部的殼內(nèi)支座上，從而使板束吊裝在外殼內(nèi)；所述并聯(lián)板束上、下部設(shè)有板程上、下封頭及殼程上、下封頭，該板程上、下封頭及殼程上、下封頭上的各自的接管通過外殼上的上封頭、下封頭引出換熱器；所述板束甲和板束乙下部的結(jié)合處固裝有橫梁，該橫梁支撐在板程下封頭的側(cè)板上；而板程下封頭的側(cè)板和所述壓緊板為一體結(jié)構(gòu)。

所述外殼內(nèi)部設(shè)置若干組導(dǎo)向輥筒，其由輥筒、軸及支座構(gòu)成；支座焊接在外殼內(nèi)部，軸安裝在支座上，而輥筒安裝在軸上；安裝狀態(tài)下，輥筒與所述板束間有間隙。

所述板程橫鑲條和殼程橫鑲條的施焊部位設(shè)計成具有角度的坡口。

所述并聯(lián)板束的上部封頭為嵌入式雙封頭，內(nèi)部封頭即板程上封頭與板程相通；板程上接管下端和板程上封頭連通后其另一端由外部封頭引出，然后通過膨脹節(jié)，再由殼體上封頭引出熱交換器；殼程上接管和外部封頭即殼程上封頭連通后其另一端通過膨脹節(jié)，再由殼體上封頭引出熱交換器。

所述內(nèi)、外部雙封頭之間設(shè)置橫向加強襯、縱向加強襯；橫向加強襯上設(shè)置引流孔。

所述板程下封頭為帶橫向加強襯及縱向加強襯的加強結(jié)構(gòu)，橫向加強襯及縱向加強襯上均設(shè)置若干氣孔，所述板程下封頭側(cè)板上設(shè)有橫梁安裝孔。

所述殼程下封頭外下部可調(diào)節(jié)設(shè)有導(dǎo)流板，該導(dǎo)流板圍成的空腔形成導(dǎo)流槽。

有益效果：本發(fā)明并聯(lián)板束優(yōu)化了板束的三維幾何尺寸，提供了一種可克服現(xiàn)有板片寬度受限，橫向尺寸可以擴展的熱交換器，帶孔鑲條的采用增強了板束薄弱部位的強度，提高了設(shè)備運行的可靠程度。板程出口端部橫梁的應(yīng)用，優(yōu)化了板束的受力狀況；懸掛方式吊裝在熱交換器殼體內(nèi)的并聯(lián)板束，充分地利用了板束的自重條件，使其在縱向方向自由伸縮，導(dǎo)向輥筒的布置，及時地約束了橫向部位的扭曲變形，減小甚至消除了由于扭曲變形而對板束端部焊縫強度的損傷；通過導(dǎo)流槽對一流體介質(zhì)的引導(dǎo)、調(diào)速，以及噴嘴對另一液體介質(zhì)的霧化，優(yōu)化了兩種介質(zhì)混合的均勻程度問題；通過螺旋管熱膨冷縮膨脹量的補償，降低了板束的熱應(yīng)力，提高了熱交換器運行的可靠度。另外該板束結(jié)構(gòu)緊湊，運行可靠性高，便于加工制造。

本發(fā)明可應(yīng)用于煤化工、石油石化、核電熱電等行業(yè)的板式熱交換器上。

附圖說明

圖1為本發(fā)明由并聯(lián)板束構(gòu)成的板殼式熱交換器結(jié)構(gòu)總圖；

圖2為本發(fā)明熱交換器外殼結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明導(dǎo)向輥筒結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明導(dǎo)向輥筒橫向分布圖；

圖5為本發(fā)明并聯(lián)板束結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明并聯(lián)板束上部封頭附近區(qū)域結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明上部封頭結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為構(gòu)成本發(fā)明并聯(lián)板束上端結(jié)構(gòu)的組焊示意圖；

圖9為本發(fā)明構(gòu)成并聯(lián)板束的單元板束結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明板程下封頭結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為構(gòu)成本發(fā)明并聯(lián)板束下端結(jié)構(gòu)的簡圖；

圖12為構(gòu)成本發(fā)明并聯(lián)板束上端結(jié)構(gòu)的組焊詳圖；

附圖編號

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具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

參照圖1、2、5，一種由并聯(lián)板束構(gòu)成的板殼式熱交換器，主體結(jié)構(gòu)包括外殼17及并聯(lián)板束2兩部分。其中，外殼由上封頭31、下封頭32及筒體33組成，外殼17內(nèi)安裝殼內(nèi)支座13、導(dǎo)向輥筒34，外殼17外周安裝裙座14，以及若干接管構(gòu)成；外殼17板束由上部封頭1、并聯(lián)方式連接的單元板束、板束支耳16、板程下封頭4、殼程下封頭5、接管、膨脹節(jié)、液體分布器9等構(gòu)成。板束支耳16由支撐板8與加強襯10組成。

板束甲乙的制造方法：波紋板片由薄金屬板經(jīng)沖壓加工而成，波紋形狀可以為圓臺狀、條狀、或者是人字形、亦或為上述三者間的任意組合。無論是哪一種類型的波紋，其結(jié)構(gòu)均可分為凸波紋及凹波紋兩種，波紋板片的同一傳熱面上凸、凹波紋采取相間分布的方式布置。為了便于描述，將波紋板片的兩個面分別命名為a傳熱面及b傳熱面，由于波紋板片為沖壓件，因而波紋板片的a傳熱面上的凸波紋即為b傳熱面上的凹波紋、a傳熱面上的凹波紋即為b傳熱面上的凸波紋。以波紋板片的縱向中心軸為對稱軸，使凸（凹）波紋對稱分布。

如此將兩張波紋板片的a（b）傳熱面同向布置，上邊（上部橫向邊）及下邊（下部橫向邊）分別對齊，將一張波紋板片的右邊（右縱向邊）與另一張波紋板片的左邊（左縱向邊）對齊，然后沿相鄰的這兩條縱向邊對扣，使兩張波紋板片的a（b）傳熱面相對，則其上的凸波紋互相接觸形成觸點，觸點的存在增強了板片的剛性支撐，最后在周邊焊接鑲條，形成板管。在板管的上、下端部即橫邊所在位置大約1/2處預(yù)留開口，即開口位置無鑲條，板管內(nèi)的空腔即為板程，板管的上、下開口分別為板程入口及板程出口，即板程出入口分別位于板管的上下端。

位于板管內(nèi)的a（b）傳熱面上的凹波紋即為板管外b（a）傳熱面上的凸波紋，將兩個板管疊摞在一起，兩個板管外部的凸波紋相互接觸形成板管間的支撐。然后在周邊焊接鑲條，板管與板管之間的空腔即為殼程。在殼程上、下端部即橫邊所在位置大約1/2處預(yù)留開口，即開口位置無鑲條。殼程的上、下開口分別為殼程出口及殼程入口，即殼程出入口分別位于板束的上下端。同理，依次疊摞若干數(shù)量的板管，在周邊焊接鑲條、設(shè)置同樣的開口，最后在第一個板管、最后一個板管上各加一壓緊板即形成一個單元板束甲乙。

單元板束甲乙上，板程開口與殼程開口依次相間分布，即沿板管疊摞方向依次為板程開口、殼程開口、板程開口、殼程開口……。沿板管疊摞方向，在橫向邊的一側(cè)，依次為板程開口、殼程鑲條、板程開口、殼程鑲條……，在橫向邊的另一側(cè)，依次布置著板程鑲條、殼程開口、板程鑲條、殼程開口……。

板束是板殼式熱交換器的核心元器件，在高溫、高壓工況下其受力狀況異常復(fù)雜。假如將兩個板束簡單地并在一起，即板束甲、板束乙各自獨立僅僅是公共上下封頭，由于介質(zhì)流動的不均勻會造成左右板束溫度場不一致,進(jìn)而影響各自板束的變形量，由此在板束結(jié)構(gòu)的薄弱部位——端部焊縫處開裂，造成熱交換器的失效。考慮到變形的協(xié)調(diào)性、一致性問題，必須使板束甲與板束乙在加工制造環(huán)節(jié)即形成一體式結(jié)構(gòu)。因此，在板管成型后，務(wù)必將板束甲與板束乙各個相鄰的縱鑲條焊接在一起，將殼程上相鄰的橫鑲條也焊接在一起，即將兩板管的相鄰鑲條都焊接在一起。為了充分保證焊接強度，將兩板束相鄰的橫鑲條設(shè)計成一條共用鑲條，將相鄰的縱鑲條也設(shè)計成一條共用鑲條，橫梁與板束甲、板束乙焊接在一起。

本發(fā)明板束，殼程內(nèi)壓較大，因此板程受外壓，從總體來看板束為外壓環(huán)境所圍裹，因此考慮的重點部位應(yīng)該是板管的失穩(wěn)問題以及殼程橫鑲條與板片的焊接問題。失穩(wěn)，即在承受外壓的情況下板管是否會垮塌，為此將板管內(nèi)兩張波紋板片的凸波紋設(shè)計成相互接觸的支撐結(jié)構(gòu)?？傆^板束的受力狀況以及其對結(jié)構(gòu)的影響，位于板程封頭內(nèi)的殼程橫鑲條與板片的連接部位是本發(fā)明板束結(jié)構(gòu)的薄弱部位，該部位的焊接問題屬于厚板與薄板的焊接問題，存在熔深淺、焊腳窄、施焊困難、薄板易熔透等問題。同時，該部位的受力方向由內(nèi)向外，焊縫受內(nèi)壓，即焊縫處的應(yīng)力為拉應(yīng)力，因此焊縫強度不足。為此將板程出入口做如圖12所示的具有一定角度的坡口結(jié)構(gòu)。

參照圖8，將板程橫鑲條242設(shè)計成帶孔鑲條，施焊部位設(shè)計成具有一定角度的坡口，同樣將殼程橫鑲條241也設(shè)計成具有一定角度的坡口，如此即可增加此部位的焊腳尺寸、增強焊縫強度，還可引入焊接機器人實現(xiàn)自動化焊接，而此時僅需保證熔池處的板片熔化均勻無穿孔、無氣泡即可。

參照圖6，上部封頭1為嵌入式雙封頭，板程上封頭102位于殼程上封頭101內(nèi)部，板程上封頭102內(nèi)部與板程相通，通過接管由外部封頭引出，然后通過膨脹節(jié)，再經(jīng)接管由殼體上封頭31引出熱交換器，此接管即板程上接管。同樣，殼程上封頭101通過膨脹節(jié)，再經(jīng)接管由殼體上封頭31引出熱交換器，此接管即殼程上接管11。

本發(fā)明板束，板程與殼程之間存在壓差，其中殼程壓力較大，因此內(nèi)部封頭承受的壓力為外壓，為了增強內(nèi)部封頭的強度及穩(wěn)定性，同時對流入板程的介質(zhì)不造成任何干擾，在內(nèi)部封頭與外部封頭之間設(shè)置橫向加強襯105、縱向加強襯104。加強襯上設(shè)置引流孔，該孔的設(shè)置保障了殼程介質(zhì)流動的通暢，詳見圖7所示。

參照圖10，板程下封頭4位于板束下部，它與板束的板程相通，是板程介質(zhì)匯集流出的通道。為了增強其承受外壓的能力，板程下封頭設(shè)計為帶橫向加強襯43及縱向加強襯44的加強結(jié)構(gòu)，加強襯上設(shè)置若干氣孔45，該氣孔有平衡板程下封頭各室內(nèi)壓力的作用。板程下封頭側(cè)板上設(shè)有橫梁安裝孔42，橫梁安裝在此橫梁安裝孔42內(nèi)。參照圖11，橫梁12與板束甲、板束乙焊接在一起，如此板束的部分自重由板程下封頭4的側(cè)板分擔(dān)，而板程下封頭4的側(cè)板與壓緊板3為一體式結(jié)構(gòu)，因此重力通過壓緊板3傳遞到板束支耳16，支耳16安裝在殼內(nèi)支座13上，因此板束的全部重量由其殼內(nèi)支座13承擔(dān)。

殼程介質(zhì)流體甲進(jìn)入熱交換器的同時，流體丙也進(jìn)入熱交換器。根據(jù)工藝的需要，必須將這兩種流體充分混合，這兩種流體往往為不同物態(tài)的流體，一般情況下，流體丙為液態(tài)物質(zhì)，流體甲為氣態(tài)物質(zhì)，流體丙可能是反應(yīng)物也可能是催化劑。所以流體丙是反應(yīng)器的必需物質(zhì)。根據(jù)工藝的需要，要求導(dǎo)入流體丙的分布器不但要具備通暢、不易堵塞的特點，而且還必須具有噴灑均勻的特點。

殼程下封頭5位于板束下部，分布于板程下封頭4兩側(cè)，它與板束的殼程相通，是殼程介質(zhì)流入的通道。

液體分布器9可以采用現(xiàn)有技術(shù)中可以達(dá)到相同功能的任何設(shè)備。

在并聯(lián)板束上端面附近四周設(shè)置板束支耳16，板束支耳16的作用是支撐板束及附屬構(gòu)件的全部重量。在外殼17內(nèi)上部設(shè)置殼內(nèi)支座13，板束支耳16安裝在殼內(nèi)支座13上。即并聯(lián)板束采用懸掛的方式吊裝在熱交換器殼體內(nèi)。

對板式熱交換器而言，板束內(nèi)的溫度場比較復(fù)雜，不但上、下板束存在溫差，而且板程與殼程也存在溫差。由于板束縱向尺寸較大，因此縱向溫差對設(shè)備的影響較大，故此本發(fā)明熱交換器板束采用吊裝的方式進(jìn)行安裝，這樣在熱膨脹作用下，板束可沿重力方向伸縮，伸縮量由膨脹節(jié)及進(jìn)液接管補償，上部封頭及接管產(chǎn)生的膨脹量由上部膨脹節(jié)補償。膨脹節(jié)的設(shè)置減小、甚至消除了熱應(yīng)力，保證了設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

內(nèi)部復(fù)雜的溫度場極易使板束產(chǎn)生麻花狀的扭曲變形，此種形變有可能使板束端部的焊縫撕裂，為了消除此種形變，參照圖2、3在外殼內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)向輥筒34，導(dǎo)向輥筒34由輥筒301、軸302及支座303構(gòu)成，支座303焊接在外殼17內(nèi)部。安裝狀態(tài)下，輥筒301與板束間存在一定的間隙，正常工作狀態(tài)下，由熱脹冷縮而引起的板束的橫向移動會受到輥筒301的限制，從而避免了板束的扭曲變形，同時導(dǎo)向輥筒34對板束的縱向移動具有導(dǎo)向作用。導(dǎo)向輥筒為分組方式布置，同一組布置在同一水平面上。

相對板束縱向的變形，板束橫向的扭曲變形較小，本發(fā)明對熱應(yīng)力的處理原則是不約束大變形、大位移，而約束限制橫向小變形、小位移。

板束支耳16由水平布置的支撐板8及豎直布置的加強襯10構(gòu)成。

為了便于檢修，在熱交換器外殼17的上封頭31、下封頭32上各自設(shè)置一個人孔35。

殼程下接管15設(shè)置在熱交換器外殼的下封頭32上。

本發(fā)明的工作過程：流體甲經(jīng)殼程下接管15進(jìn)入熱交換器殼體，充滿殼內(nèi)空間后，分兩路經(jīng)各自的導(dǎo)流槽54進(jìn)入各自的殼程下封頭5，一路經(jīng)殼程入口進(jìn)入板束甲，另一路經(jīng)另一殼程入口進(jìn)入板束乙，殼程的兩路流體由各自的殼程出口流出，在殼程上封頭101與板程上封頭102圍成的空間內(nèi)相匯，經(jīng)殼程上接管11流出熱交換器；流體乙由板程上接管6進(jìn)入熱交換器后，進(jìn)入板程上封頭102內(nèi)，經(jīng)板程入口進(jìn)入并聯(lián)板束的板程，由板程出口流入板程下封頭4，經(jīng)板程下接管41流出熱交換器；流體丙由進(jìn)液接管進(jìn)入液體分布器，經(jīng)內(nèi)置噴嘴霧化，與導(dǎo)流槽內(nèi)流出的流體甲進(jìn)行混合，其后流經(jīng)路線與流體甲的流經(jīng)路線相同。冷熱流體在各自的流程內(nèi)流動，通過波紋板片實現(xiàn)熱量交換。