专利名称：带外导流筒的固定管板式预应力换热器及其处理方法
技术领域：
本发明涉及换热器技术领域，特别涉及一种带外导流筒的固定管板式预应 力换热器及其处理方法。
背景技术：
换热器是国民经济和工业生产中应用十分广泛的热量交换设备，在各种类 型的换热器中，管壳式换热器因结构简单、使用可靠、制造方便等优点而获得 广泛应用，其中尤以固定管板式换热器的使用为最广，但固定管板式换热器的 最大弱点是当管程与壳程的压差较大和温差较大时，或者当列管与壳体材质不 同而导致管子与壳体线膨胀系数不一致时，往往会引起管子与壳体的变形不一 致，造成管子在管板上被拉脱或发生泄漏。这种由压差和温差引起的应力常造 成设备破坏，压差和温差越大，这种破坏现象越严重。传统上降低管壳间应力
水平的方法主要是设置膨胀节，膨胀节采用浮头式、u形管式等，但其结构复
杂、制造成本也高。为了解决这方面的问题，在专利申请号为96116870.6的 专利申请中公开了一种管壳式预应力换热器的制造方法，该方法是在换热器壳 体上预留一条环焊缝，待向换热列管施加预应力后再将环焊缝焊封，施加应力 是通过向换热列管中通入热介质来实现，施加预应力的大小则通过控制焊封前 热交换介质之间的温差值来实现，但这种方法仅仅控制温差应力的大小，没有 提及对于其他载荷作用的预应力补偿问题，由于温差应力一般比较小，也较难 控制，因而在生产中适用的场合不广。除此之外，在专利申请号为00114032.9 的专利申请中公开了一种预应力管壳式换热器及其制造方法，以及在专利申请 号为200720078809.1的专利申请中公开了一种固定管板式预应力换热器，这 两中换热器都是利用机械加载施加预应力；专利申请号为0011403209的专利 申请中其制造方法也是在换热器壳体上预留一条环焊缝，对管板采用机械或液 压方式及对换热管采用电加热方式加载使换热器产生整体预应力，然后再将环 焊缝焊封；而专利申请号为200720078809.1的专利申请中，其方法也是在换 热器筒体上留有一条环焊缝，通过连接在管板上的加载环给管束组件整体施加轴向预应力，然后再将环焊缝焊封。以上三个专利中都存在一个共同的特点， 就是需要在壳体上预留一条环焊缝，这不仅使制造工艺复杂，而且在焊接完环 焊缝后，壳体会产生较大的残余应力，以致可能完全抵消原来的预应力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带外导流筒的固定管板 式预应力换热器，该换热器结构简单，能有效减小压差和温差对设备的破坏性。
本发明的另一目的在于提供一种用于上述带外导流筒的固定管板式预应 力换热器的处理方法。
本发明通过以下技术方案实现一种带外导流筒的固定管板式预应力换热 器，包括壳体、设于壳体两端的管板及管箱、连接壳体两端管板的换热管、设 于壳体内部的折流组件和用于支撑换热器的支座，壳体两端的管箱分别设于管 板的外侧，其中所述壳体至少带有一个经过预应力处理的外导流筒，所述外导 流筒设于换热器壳程的进口端或出口端。
所述外导流筒为两侧分别设有正环壳和负环壳的圆筒结构，正环壳与负环 壳相连接，负环壳与所述壳体连接。
为了更好地实现本发明，所述正环壳和负环壳之间还可以通过锥壳或环板 连接。
所述锥壳的锥角为45 90。。
所述折流组件包括多个折流板及用于支撑固定折流板的多个拉杆，折流板 一端固定于壳体的壳壁上，拉杆一端固定于壳体一端的管板上。
所述管板带有法兰结构，法兰结构上设有用于与管箱连接或者用于连接钢 丝绳的螺栓孔。
本发明用于上述带外导流筒的固定管板式预应力换热器的处理方法，包括 以下步骤
(1) 成型带有外导流筒的壳体后，将折流组件安装于换热器的壳体内部， 将换热管一端焊接在壳体一端的管板上，然后将壳体两端的管板分别焊紧在壳
体上；
(2) 分别在壳体两端管板的法兰结构上连接多束钢丝绳，钢丝绳的另一 端分别与巻扬机连接；(3) 同时启动壳体两端的巻扬机，钢丝绳拉动壳体两端的法兰结构，壳 体带动外导流筒向两侧拉伸或压縮，直至外导流筒产生的预变形达到预定值；
(4) 在保持预变形的状态下，将换热管的另一端分别焊在壳体另一端的 管板上；
(5) 待换热管与管板全部焊完并冷却后，撤去壳体两端的巻扬机及钢丝
绳，在壳体两端的管板外侧分别安装上管箱，至此完成对换热器的预应力处理。 步骤(1)中所述带外导流筒的壳体成型时，先将外导流筒的各部分结构 焊接，再分别将外导流筒两侧的负环壳与壳体焊接，形成带外导流筒的壳体； 所述外导流筒的各部分结构包括依次连接的外导流筒中部的圆筒结构、正环 壳、负环壳，或者依次连接的外导流筒中部的圆筒结构、正环壳、锥壳或环板、 负环壳。
所述步骤(3)中当壳体带动外导流筒向两侧拉伸时，外导流筒产生预变 形的预定值为换热器正常工作时其温差应力的50 100%;当壳体带动外导流 筒向两侧压縮时，外导流筒产生预变形的预定值为换热器正常工作时其壳体与 换热管伸长量之差的50~80%。
本发明的带外导流筒的固定管板式预应力换热器使用时，其工作原理为 当壳体上的外导流筒经过拉伸的预应力处理，在壳程内通入高温热介质，在管 程内通入低温热介质后，相对于受热膨胀的换热管，壳体的伸长量较大，此相 对变形量与换热器制造时产生的预变形相互抵消，从而改善了换热器工作时的 应力状态；当壳体上的外导流筒经过压縮的预应力处理，在壳程内通入低温热 介质，在管程内通入高温热介质后，相对于受热膨胀的换热管，壳体的伸长量 较小，此相对变形量与换热器制造时产生的预变形相互抵消，从而改善了换热 器工作时的应力状态。
与上述现有技术相比，本发明具有以下有益效果
1、 本发明的换热器壳体设有外导流筒，能增大设备的处理能力，并且可 以防止入口处热介质对壳体内换热管束的冲击，而且可以使壳程的流体分布均 匀，并且使壳程进口段换热管束的传热面得到充分利用，减少传热死区，以及
防止壳程进口段可能会出现的流体振动；同时还具有一定的压差和温差的补偿 作用。
2、 本发明的换热器经过预应力处理，使换热器工作时由于压差和温差产 生的应力与预应力相抵消，从而改善了换热器工作时的受力状态，降低压差和温差应力，使得换热器工作可靠性大幅提高。
3、 本发明的换热器壳体上设置的外导流筒，使得换热器的预应力处理过 程更易实施和控制，且操作简单方便。
4、 本发明的预应力处理方法是对壳体上的外导流筒施加预载荷，在制造 时壳体上不需预留一条环焊缝，因此不仅彻底消除了由环焊缝引起的残余应 力，同时提高换热器工作时的可靠性。
图1为本发明的换热器结构示意图。
图2为本发明的换热器中正负环壳之间设有锥壳的外导流筒的结构示意图。
图3为图2所示锥壳的锥度为90° (即正负环之间设有环板)时外导流 筒一侧的结构示意图。
图4为本发明的换热器中通过正负环壳与壳体连接的外导流筒一侧的结 构示意图。
图5为实施例1的预应力处理方法的示意图。 图6为实施例2的预应力处理方法的示意图。
图7为本发明的换热器经过预应力处理后，其外导流筒一侧的预变形状态 示意图。
图8为图2的A局部放大图。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实 施方式不限于此。
实施例1
本实施例一种带外导流筒的固定管板式预应力换热器，其结构如图1所 示，包括壳体5、设于壳体两端的管板1及管箱6、连接壳体5两端管板1的 换热管3、设于壳体5内部的折流组件和用于支撑换热器的支座'7，壳体5两 端的管箱6分别设于管板1的外侧，其中壳体5至少带有一个经过预应力处理 的外导流筒2，外导流筒2设于换热器壳程的进口端9或出口端10。外导流筒2为两侧分别设有正环壳11和负环壳12的圆筒结构，如图4所
示，正环壳11与负环壳12相连接，负环壳12与壳体5连接。
为了更好地实现本实施例，如图2和图8所示，正环壳11和负环壳12之 间还可以通过锥壳13或环板19连接；其中锥壳的锥角可为45 90° ，当锥 角为90°时，外导流筒2 —侧的结构如图3所示，正环壳11和负环壳12之 间为环板。
如图1所示，折流组件包括多个折流板8及用于支撑固定折流板的多个拉 杆4，折流板8—端固定于壳体5的壳壁上，拉杆4一端固定于壳体5—端的 管板1上；管板1带有法兰结构，法兰结构上设有用于与管箱连接或者用于连 接钢丝绳的螺栓孔14
本实施例用于上述带外导流筒的固定管板式预应力换热器的处理方法，包 括以下步骤
(1) 成型带有外导流筒2的壳体5后，将折流组件安装于换热器的壳体 5内部，将换热管3—端焊接在壳体5—端的管板1上，然后将壳体5两端的 管板1分别焊紧在壳体5上；
(2) 如图5所示，分别在壳体5两端管板1的法兰结构上连接多束钢丝 绳15，钢丝绳15的另一端分别与巻扬机16连接；
(3) 同时启动壳体5两端的巻扬机16，钢丝绳15拉动壳体5两端的法 兰结构，壳体5带动外导流筒2向两侧拉伸，直至外导流筒产生的预变形达到 预定值，其预变形状态如图7的虚线17所示；
(4) 在保持预变形的状态下，将换热管3的另一端分别焊在壳体5另一 端的管板l上；
(5) 待换热管3与管板1全部焊完并冷却后，撤去壳体5两端的巻扬机
16及钢丝绳15，在壳体5两端的管板1外侧分别安装上管箱6，至此完成对
换热器的预应力处理。
步骤(1)中带外导流筒2的壳体5成型时，先将外导流筒2的各部分结 构焊接，再分别将外导流筒2两侧的负环壳12与壳体5焊接，形成带外导流 筒2的壳体5;外导流筒2的各部分结构包括依次连接的外导流筒中部的圆筒 结构、正环壳ll、负环壳12，或者依次连接的外导流筒中部的圆筒结构、正 环壳ll、锥壳13或环板19、负环壳12。步骤(3)中当壳体5带动外导流筒2向两侧拉伸时，外导流筒2产生预
变形的预定值为换热器正常工作时其温差应力的50~100%。
本实施例的带外导流筒的固定管板式预应力换热器使用时，其工作原理
为当壳体5上的外导流筒2经过拉伸的预应力处理，在壳程内通入高温热介 质，在管程内通入低温热介质后，相对于受热膨胀的换热管3，壳体5的伸长 量较大，此相对变形量与换热器制造时产生的预变形相互抵消，从而改善了换 热器工作时的应力状态。
实施例2
本实施例一种带外导流筒的固定管板式预应力换热器，其结构与实施例1 相同。
本实施例用于上述带外导流筒的固定管板式预应力换热器的处理方法，包 括以下步骤
(1) 成型带有外导流筒2的壳体5后，将折流组件安装于换热器的壳体 5内部，将换热管3—端焊接在壳体5—端的管板1上，然后将壳体5两端的 管板1分别焊紧在壳体5上；
(2) 如图5所示，分别在壳体5两端管板1的法兰结构上连接多束钢丝 绳15，钢丝绳15的另一端分别交叉与位于壳体5另一端的巻扬机16连接；
(3) 同时启动壳体5两端的巻扬机16，钢丝绳15拉动壳体5两端的管 板1，壳体5带动外导流筒2向两侧压縮，直至外导流筒2产生的预变形达到 预定值，其预变形状态如图7的虚线18所示；
(4) 在保持预变形的状态下，将换热管3的另一端分别焊在壳体5另一 端的管板l上；
(5) 待换热管3与管板1全部焊完并冷却后，撤去壳体5两端的巻扬机 16及钢丝绳15，在壳体5两端的管板1外侧分别安装上管箱6，至此完成对
换热器的预应力处理。
步骤(1)中带外导流筒2的壳体5成型时，先将外导流筒2的各部分结 构焊接，再分别将外导流筒2两侧的负环壳12与壳体5焊接，形成带外导流 筒2的壳体5;外导流筒2的各部分结构包括依次连接的外导流筒中部的圆筒 结构、正环壳ll、负环壳12，或者依次连接的外导流筒中部的圆筒结构、正环壳ll、锥壳13或环板19、负环壳12。
步骤(3)中当壳体5带动外导流筒2向两侧拉伸时，外导流筒2产生预 变形的预定值为换热器正常工作时其壳体5与换热管3伸长量之差的50 80%。
本实施例的带外导流筒的固定管板式预应力换热器使用时，其工作原理 为当壳体5上的外导流筒2经过压縮的预应力处理，在壳程内通入低温热介 质，在管程内通入高温热介质后，相对于受热膨胀的换热管3，壳体5的伸长 量较小，此相对变形量与换热器制造时产生的预变形相互抵消，从而改善了换 热器工作时的应力状态。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例， 并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰， 都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
权利要求
1、带外导流筒的固定管板式预应力换热器，包括壳体、设于壳体两端的管板及管箱、连接壳体两端管板的换热管、设于壳体内部的折流组件和用于支撑换热器的支座，壳体两端的管箱分别设于管板的外侧，其特征在于，所述壳体至少带有一个经过预应力处理的外导流筒，所述外导流筒设于换热器壳程的进口端或出口端。
2、 根据权利要求1所述带外导流筒的固定管板式预应力换热器，其特征在于，所述外导流筒为两侧分别设有正环壳和负环壳的圆筒结构，正环壳与负 环壳相连接，负环壳与所述壳体连接。
3、 根据权利要求2所述带外导流筒的固定管板式预应力换热器，其特征 在于，所述正环壳和负环壳之间通过锥壳或环板连接。
4、 根据权利要求3所述带外导流筒的固定管板式预应力换热器，其特征 在于，所述锥壳的锥角为45 90。。
5、 根据权利要求1所述带外导流筒的固定管板式预应力换热器，其特征 在于，所述折流组件包括多个折流板及用于支撑固定折流板的多个拉杆，折流 板一端固定于壳体的壳壁上，拉杆一端固定于壳体一端的管板上。
6、 根据权利要求l所述带外导流筒的固定管板式预应力换热器，其特征 在于，所述管板带有法兰结构，法兰结构上设有用于与管箱连接或者用于连接 钢丝绳的螺栓孔。
7、 用于权利要求1 6任一项所述带外导流筒的固定管板式预应力换热器 的处理方法，其特征在于，包括以下步骤(1) 成型带有外导流筒的壳体后，将折流组件安装于换热器的壳体内部， 将换热管一端焊接在壳体一端的管板上，然后将壳体两端的管板分别焊紧在壳 体上；(2) 分别在壳体两端管板的法兰结构上连接多束钢丝绳，钢丝绳的另一 端分别与巻扬机连接；(3) 同时启动壳体两端的巻扬机，钢丝绳拉动壳体两端的法兰结构，壳 体带动外导流筒向两侧拉伸或压縮，直至外导流筒产生的预变形达到预定值；(4) 在保持预变形的状态下，将换热管的另一端分别焊在壳体另一端的管板上；(5)待换热管与管板全部焊完并冷却后，撤去壳体两端的巻扬机及钢丝 绳，在壳体两端的管板外侧分别安装上管箱，至此完成对换热器的预应力处理。
8、 根据权利要求7所述带外导流筒的固定管板式预应力换热器的处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述带外导流筒的壳体成型时，先将外导流筒 的各部分结构焊接，再分别将外导流筒两侧的负环壳与壳体焊接，形成带外导流筒的壳体；所述外导流筒的各部分结构包括依次连接的外导流筒中部的圆筒 结构、正环壳、负环壳，或者依次连接的外导流筒中部的圆筒结构、正环壳、 锥壳或环板、负环壳。
9、 根据权利要求7所述带外导流筒的固定管板式预应力换热器的处理方 法，其特征在于，所述步骤(3)中当壳体带动外导流筒向两侧拉伸时，外导 流筒产生预变形的预定值为换热器正常工作时其温差应力的50 100%;当壳 体带动外导流筒向两侧压縮时，外导流筒产生预变形的预定值为换热器正常工 作时其壳体与换热管伸长量之差的50 80%。
全文摘要
本发明提供一种带外导流筒的固定管板式预应力换热器及其处理方法，换热器包括壳体、壳体两端的管板及管箱、连接两端管板的换热管、壳体内的折流组件和支撑换热器的支座，壳体两端管箱设于管板外侧，壳体至少带有一个经过预应力处理的外导流筒，外导流筒设于换热器壳程的进口端或出口端；其处理方法是在成型带外导流筒的壳体后，先将换热管一端焊接在壳体一端的管板上并安装好折流组件，再对壳体施加预应力，直至外导流筒的预变形达到预定值，最后安装壳体两端的管箱。本发明的外导流筒能增大换热器的处理能力，防止入口处流体对换热管的冲击，使流体分布均匀；外导流筒方便预应力的处理，使换热器在操作工况下压差和温差应力减小，可靠性提高。
文档编号F28D7/00GK101614494SQ20091004129
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月21日 优先权日2009年7月21日
发明者竞 乔, 毅 冯, 楠 江 申请人:华南理工大学