[发明专利]隔热耐腐蚀复合管板及其与换热管的连接结构

说明书

技术领域

本发明涉及列管式或管壳式换热器中的耐腐蚀管板及其与换热管之间的固定与防护，尤其涉及一种隔热耐腐蚀复合管板及其与换热管的连接结构。

背景技术

在列管式或管壳式换热器或冷凝器中用于固定热交换管道的管板，管板表面布满了众多管孔。管板的工作环境十分恶劣：介质腐蚀，高、低温差导致的热应力，工作压力，严格的密封性能要求，还有介质流动产生的冲击力等。在一般腐蚀介质环境中工作的管板，通常由普通金属，如铸铁、碳钢、铝合金、不锈钢、钛合金等，或由浸渍石墨制成。倘若工作环境为强腐蚀介质，就必须使用锆、铌、钽等贵金属材料，或者碳化硅(SiC)等陶瓷材料，这些材料的成本不仅十分昂贵，而且机械性能或者加工性能不足，难以应用于大尺寸管板的加工。

以连续碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等纤维增强塑料制成的聚合物基复合材料，在本发明中统称为玻璃钢，与金属材料相比具有众多优异性能，如比刚度大、比强度高，尤其在交变应力、热应力下的抗疲劳特性明显优于一般金属材料，耐腐蚀性能也优于一般金属材料，而且产品加工不受尺寸限制，直径越大优势越明显。中国发明专利ZL200810208174.1公开了一类连续纤维增强复合材料管板简称为玻璃钢管板的制备方法。然而，如果管板的工作介质具有强腐蚀性，那么，应用环氧或不饱和树脂作为基体材料或者采用低成本的玻璃纤维作为增强材料所制成的普通玻璃钢管板就难以胜任。虽然碳纤维和聚四氟乙烯(PTFE)塑料可耐几乎一切强耐腐蚀介质，但是，采用碳纤维增强材料和聚四氟乙烯(PTFE)基体材料制作玻璃钢管板，不仅成本高昂而且还存在制造方面的技术障碍。市场迫切需要一种低成本、能耐强腐蚀介质的管板。

在很多情况下，列管换热器的管程介质(即管内介质)都是较低温度的腐蚀介质，而壳程介质(即管外介质)则是较高温度但腐蚀性低下的加热介质如水蒸汽。实际应用中，由于操作不当或温度或压力表阀的失灵或误差，往往会出现加热介质温度高于设计温度，这将导致管板的使用寿命大大降低。因此，若能隔绝过高的壳程温度对管板的作用无疑也是十分有意义的。

另一方面，将换热管与管板固定的方法目前主要可分为四类，一类是焊接方法，就是将管道与管板通过焊接连接成一体，这主要应用于金属管与金属管板之间的连接；第二类为胀接法，借助于管端的塑性变形，迫使换热管端与管板的管孔之间形成过盈配合；第三类为粘接法，就是采用粘接剂将管道与管板粘接固定；第四类为弹性密封圈，就是在管端部外套橡胶密封圈，再压入管板的管孔内，利用橡胶的弹性恢复力将换热管固定在管板上。然而，如果要将内外表层耐腐蚀能力不同的换热管如内衬PTFE的石墨管或金属管与耐强腐蚀的管板固定，现有的四类方法都不再适用。这是因为，焊接与胀接不仅不能用于石墨管与管板之间的固定，而且不能保护换热管的外表层不受腐蚀。粘接法之所以行不通，主要是因为目前还没有一种粘接剂同时具备了与PTFE相媲美的抗腐蚀性能和足够高的粘接强度。同样，橡胶密封圈的抗腐蚀性不足也不能用于这样的场合。虽然市场上也存在具有橡胶一样弹性、与PTFE耐腐蚀性相媲美的密封圈，但其成本十分高昂。由于在普通石墨或金属管的内表面衬一层PTFE材料形成复合管，作为强腐蚀介质的流动通道，其加工成本要远远低于完全采用能耐强腐蚀介质的材料如SiC所加工的换热管的成本，因此，市场还需要一套将这种复合管与能耐强腐蚀的管板固定并保护复合管的外层不受腐蚀介质浸蚀的低成本解决方案及相应的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种隔热耐腐蚀复合管板及其与换热管的连接结构，将换热管与管板之间进行固定，并保护换热管外表层不受强腐蚀介质的浸蚀，且具有隔绝壳程过高温度的功能。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种隔热耐腐蚀复合管板及其与换热管的连接结构，管板上布满多数个管孔，换热管的两端均穿过管板上的管孔并与管板固定，其中，所述的复合管板由外至内依次由抗腐蚀层板、基板和隔热层复合而成，管孔在抗腐蚀层板一侧形成沉孔，在该沉孔内设置耐腐蚀封头，换热管的端部设在管孔内并盖有封头，介质经由该封头的内孔流入或流出换热管。

在选择好具有足够强度、刚度和耐热性能的管板基板之后，将耐温、耐腐蚀性能良好的抗腐蚀层板牢固镶嵌到基板的外表面，且嵌镶有抗腐蚀层板的复合管板表面应面向腐蚀介质。在必要时，将保温、隔热性能优异并且能耐100℃以上温度的隔热层镶嵌到基板的另一个外表面。