[发明专利]一种具有高温高压管程结构的U形管式换热器

说明书

本发明为一种具有高温高压管程结构的U形管式换热器，属于管壳式换热器领域，针对在高温高压工况下管板因温度分布不均致使其厚度及材料等级过高的弊端所提出，其包括管箱、壳程筒体和U形管束，U形管束置于壳程筒体内，管箱和壳程筒体通过改良管板组件实现固连，改良管板组件包括环形固定管板、挠性管板和隔热层，环形固定管板固定在管箱和壳程筒体间，挠性管板焊接在环形固定管板的内环上，在挠性管板和环形固定管板的围合区域内设有隔热层，U形管束的热端入口依次穿过挠性管板和隔热层与管箱内的热箱组件连通，U形管束的冷端出口穿过环形固定管板与套设在热箱组件外侧的导流筒连通。本发明通过优化管板结构，减少温差应力，降低换热器成本。

技术领域：

本发明属于管壳式换热器领域，具体涉及一种具有高温高压管程结构的U形管式换热器。

背景技术：

随着化工技术的发展，对于高温高压的高参数换热器应用越来越广泛，尤其对于某些极端工况，换热器的管程入口温度达到500℃以上，基本上达到了大部分材料的蠕变温度，通常需采用耐高温不锈钢或者镍基合金等高等级材料。

此类换热器的管程高温介质经换热管换热冷却后降低到较低的温度，此时管程入口侧高温高压介质对材料要求较高，而出口侧介质对于材料的要求较低，对于常规U形管式换热器来说，管箱和管板结构需用高参数来选用材料，使得管程材料等级提高，部件所需壁厚也会增加，导致换热器材料的浪费。

对于管程进出口温差较大的U形换热器，由于管板两侧的温度分布不均匀，管板上冷热两侧的大温差会导致管板上存在较大环向温差应力，所需管板厚度相应增加，无法完全发挥管板的承载能力。

对于管壳程两侧温度和压力参数均较高时，采用常规的U形管式换热器，管板的整体厚度均需按高温高压的参数设计，增加了设备成本。

发明内容：

本发明为克服现有U形管式换热器的管板在高温高压工况下因温度分布不均致使管板所需厚度及材料等级过高，增加设备成本的缺陷，提供了一种具有高温高压管程结构的U形管式换热器，该换热器通过改进管程结构，消除环向温差应力，增强管板的承载能力，降低高参数管板对材料的要求或者有效减少高等级材料用量，提高设备运行可靠性，从而降低设备成本。

本发明采用的技术方案在于：一种具有高温高压管程结构的U形管式换热器，包括：管箱、壳程筒体和U形管束，所述U形管束置于壳程筒体内，所述管箱和壳程筒体通过改良管板组件实现固定及连通，所述U形管束的开口端固定在改良管板组件上，所述改良管板组件包括环形固定管板、挠性管板和隔热层，所述环形固定管板固定在管箱和壳程筒体之间，所述挠性管板焊接在环形固定管板的内环上，且挠性管板的凸起部朝向壳程筒体侧设置，在挠性管板和环形固定管板的围合区域内浇筑有隔热层，所述U形管束的热端入口依次穿过挠性管板和隔热层与管箱内的热箱组件连通，且热箱组件与管箱的管程介质入口连通，所述U形管束的冷端出口穿过环形固定管板与套设在热箱组件外侧的导流筒连通。

优选地，在U形管束的热端入口内设有隔热套管，所述隔热套管的一端插入U形管束内，位于U形管束外侧的隔热套管，其纵截面呈喇叭口结构，且在隔热套管的外壁上设有与U形管束热端入口抵接的卡环。

优选地，所述热箱组件包括连接管、热箱筒体、热箱端盖和隔热衬里，所述热箱筒体位于导流筒内，热箱筒体的入口通过连接管与管程介质入口连通，所述热箱筒体的出口与环形固定管板固定，热箱端盖焊接在热箱筒体出口的相对侧，由管程介质入口至热箱筒体的出口形成高温介质流动通道，所述隔热衬里通过隔热衬里固定件固定在高温介质流动通道的内壁上。

优选地，在连接管上还设有膨胀节。

优选地，所述导流筒通过支撑件固定在管箱内壁上。

优选地，所述U形管束由若干周向设置的U形换热单管组成，且每个U形换热单管的热端入口分布于U形管束的中心内环处，每个U形换热单管的冷端出口分布于U形管束的外环处。

本发明的有益效果是：