[发明专利]一种列管式换热器管箱的密封结构

说明书

技术领域

本申请涉及装备工程中的列管式换热器技术，涉及用于石油炼制与化工、煤化工、化肥工业、空调、空冷、电力设施的热交换节能设备专用的一种列管式换热器，特别适用于高温高压工况下，其管箱端部的膜密封结构。

背景技术

现有技术中，列管式换热器是应用最为广泛的一种热交换器，广泛应用于化工、石油、医药、食品、轻工、冶金、焦化等领域中的“液——液”、“汽——汽”、“汽——液”热交换的对流传热，以及蒸汽冷凝和液体蒸发传热等换热冷凝流程。

现有技术中的列管式换热器通常的结构如图1所示，一般是由管束2、管壳3、管箱4等主要构件组成，其中，管束2是列管式换热器的核心构件，管束2通常由换热管1、支持板（或者折流板）和管板组成，成排的换热管1通过支持板（或者折流板）支承，其两端穿进管板的管孔中，并与管板相连接，从而保证接头的密封性和强度。通过管束2与管箱4的隔板的组合，可以将换热管1分成几个流程，以便介质在换热管1内来回流动，从而能够延长换热流程，增加换热时间，充分地与管外的壳程介质换热。上述管板与管壳3和管箱4等通过焊接或者法兰螺栓加垫片的强制密封固定装配即得一台列管式换热器。

当换热管1管内的热交换介质为冷介质，管外的热交换介质为强制对流的烟气时，则构成加热炉方式；当换热管1管内的热交换介质为热介质，管外的热交换介质为强制对流的空气时，则构成冷却器方式；加热炉方式和冷却器方式均为热交换器的一种热交换方式。这种列管式换热器的制造工艺较为成熟，安全性能也较高，是换热设备中关键的能耗设备。

上述现有技术中的列管式换热器，为了避免流程物料的泄漏，其进出口接管即便口径很小，通常设计成与管线直接对焊的方式，而不采用法兰连接的方式；同样，为了避免流程物料的泄漏，大口径的管板与其两侧的管壳和管箱圆筒体进行焊接，这样使得，管箱的端部就不能与端盖之间也采用焊接的方式，主要考虑到方便检修人员能从管箱的端部进去进行检测管头等修理工作。

随之，人们一直致力于管箱的端部与管箱的端盖之间除了不可拆的强度焊接连接之外的更好的密封结构的研究。然而，这些研究中具有以下问题：

第一，结构复杂。螺纹锁紧环换热器管箱密封，其中所采用的压紧板、密封板和螺栓均是易损件；当密封出现泄漏时，需要人工上紧螺栓进行调节补偿，带压带温操作，使得操作麻烦又不安全。

第二，需要高水平的焊接。如薄壁Ω环结构的密封焊，现场检修时很可能要重新更换Ω半环构件并全位置密封焊。如果管箱端部采用球面膜密封，现场检修不但需要去除密封焊封，重新组装后还需要重新全位置密封焊，焊工资质和工艺评定需符合国家法规标准的要求。

第三，结构庞大。如普通大法兰型密封，法兰和端盖很厚，且无温度补偿调节。

第四，结构常开裂，不安全，维护困难。

综上，复杂或庞大的换热器结构制造周期长、生产费用高，装配拆卸麻烦，维修不便。特别是装置大修期间，能缩短一天检修时间都能产生显著的经济效益。随着环境保护意识的增强，油品质量的提升需要采取更高温高压下的加氢工艺，氢的分子最小、是渗透性非常强的易燃易爆介质，原有的密封结构难以适应新的工艺和管理要求，由此可见，结合球面膜密封的新型列管式换热器管箱端部存在的问题进行改进，研发一种结构简单、密封可靠性好、装卸效率高的管箱端部密封结构，在工程技术领域具有极为深远和重大的意义。

发明内容

本申请的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种能够提高管箱的组装质量，结构简单、密封性能好，同时还能够降低整体制造成本的列管式换热器管箱的密封结构。

本申请的目的通过以下技术方案实现：

提供了一种列管式换热器管箱的密封结构，包括有管箱筒节、管箱端盖、设置于所述管箱筒节的端部与所述管箱端盖之间的球面膜密封盘，所述球面膜密封盘包括有设置于中间的球面膜片和沿所述球面膜片的外周侧设置的平垫边环，所述管箱筒节的端部与所述管箱端盖通过螺柱螺母固定连接，所述平垫边环在所述螺柱螺母的作用下，其一端面夹紧于所述管箱筒节的端部，其另一端面夹紧于所述管箱端盖，其中，所述管箱筒节沿所述管箱筒节的端面向内设置有止口台阶，所述止口台阶包括第一台阶面和与所述第一台阶面相连的第二台阶面，所述第二台阶面垂直于所述管箱筒节的中心轴线，所述止口台阶的第一台阶面与所述平垫边环的外周侧之间形成第一密封环槽，所述止口台阶的第二台阶面向内设置有第二密封环槽，所述第二密封环槽的槽口夹紧于所述平垫边环的内端面，所述第一密封环槽和所述第二密封环槽内均设置有具有弹性的金属密封环。