[实用新型]一种具有尾部防振装置的U形管束换热器

说明书

本申请涉及装备工程中的管壳式换热器技术，特别是涉及用于石油化工、煤炭化工、化肥工业、空调制冷、电力设施的热交换专用的一种具有尾部防振装置的U形管束换热器。

现有技术中，管壳式换热器是应用最为广泛的一种热交换器，管壳式换热器又称为列管式换热器或者列管式冷凝器，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。

现有技术中的管壳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是管壳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。

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。这种管壳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。根据间壁传热原理，一台换热设备的传热效率是通过传热能力相对较差的一侧传热能力反映，而就目前的结构而言，这一侧往往是壳程。因此，长期以来，人们往往通过改进壳程管束折流板的结构来改善整体换热设备的换热效果。

随着社会经济和技术的发展，石油化工装置的建设规模越来越大，新建换热器的结构尺寸和处理量也越来越大，旧装置的旧换热器的处理能力有时也要超负荷运行，换热器管束在强流体介质的冲击下发生振动，不但产生噪音污染环境，还磨损破坏换热管，造成设备内漏，从而影响化工产品的生产及质量，甚至向外泄漏而污染环境。由于中国的煤资源丰富，特别是近几年来国内煤化工得到发展，煤制氢装置是一种工艺成熟的制氢装置，采用煤炭或焦炭原料转化为粗合成气，再生产氢气，是最成熟的煤气化技术，其中的变换炉进气加热器/中压蒸汽过热器、甲烷化调整换热器/低压蒸汽换热器都是煤（焦）制氢气项目中的重要设备，是一个壳程的两端分别配一个管程共两个管程的“一拖二”换热器，由于设备的介质的气体特殊，操作压力和温度都非常高，壳程要同时适应两种管程的操作弹性，经常性的调节以及气体的易压缩弹性会造成管束的振动，所以设计结构非常特殊要求。

另一方面，现有技术中在用的普通U形管束一般都很少设置防振装置，目前在用的GB151‑1999《管壳式换热器》关于管束振动的附件E属于参考件，设计标准中并没有关于U形管段防振强制结构的记载。并且，由于该标准历经十多年未作修订及补充，已无法满足工程技术的需要，如果这类U形管束的U形管段存在泡状沸腾的工况，则对防振的要求则更加严格，因此，针对U形管段的振动进行分析，研究各种不同的防振措施显得尤为重要。如：

中国发明专利申请（公开号为CN 85108586A）公开了一种“热交换器传热管的防振动支撑装置”，其技术方案为“包括插在相邻的传热管列之间的长方形薄支持板，且该支持板的两侧边缘上具有与该传热管相吻合的近似半圆形的缺口，插进该支持板时，是使支持板的内、外两面均面对着各传热管的外表面，且使该支持板的长度方向与各传热管的轴线相垂直，插到该传热管列之间，然后使该支持板以其长度方向的中心线为轴线转动90°，转动以后，支持板上得近似半圆形的缺口与各传热管相吻合。”上述技术方案是对管束的直管段采取的防振措施，不适用于U形管束的防振，而且传热管在受到振动的影响后，较易与支持板上的近似半圆形的缺口之间发生摩擦，从而影响传热管的使用寿命；同时安装、组装也较为复杂。

中国申请专利（授权公告号为CN 200958915Y）公开了一种“百万等级单列高压加热器分段式U形管防振栅架”，其技术方案为“由隔板、上支撑板、中间支撑板、下支撑板、顶板、栅板、加强圈组成，上支撑板、中间支撑板和下支撑板两端下面交叉，由加强圈固定，底部与隔板连接，上面均匀分开组成弧形，在上支撑板、中间支撑板、下支撑板中间的顶板上设有用于固定U形管的栅板。”上述技术方案是对U形管弯管处超过标准规定的无支撑长度部分采取分四段进行支撑，使每段管子的无支撑长度都控制在标准之内，防止U形管发生振动，延长加热器的运行寿命，提高机组的安全运行率。然而，该技术方案存在以下不足之处：

其一，依赖于隔板固定整体，各个部件均需与隔板进行固定连接。