浮头式换热器的制作方法

本公开涉及换热器技术领域，具体地，涉及一种浮头式换热器。

背景技术：

浮头式换热器作为管壳式换热器中的一种，其一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动。由于管束的热膨胀不受壳体的约束，因此，浮头式换热器不会产生较大的温差热应力，从而避免了对换热器结构的损害。此外，浮头式换热器还便于拆卸和清洗，从而广泛地应用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的场合。

在相关技术中，管箱中一般设置分程隔板以使得流体能够在换热管束中往返多次，即称为多管程换热器。其中，浮头式换热器应用最广的是两管程或多管程换热器，在管程介质和壳程介质的温差很大时，分程隔板以及分程隔板两侧的管板和设备法兰容易发生变形，进而导致分程隔板和设备法兰处的密封失效以及管板和换热管的连接焊缝开裂，甚至造成管程管箱泄漏。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种浮头式换热器，该浮头式换热器结构简单、换热效率高且能够消除管板和设备法兰周边的温差应力。

为了实现上述目的，本公开提供一种浮头式换热器，该浮头式换热器包括壳体、管箱、固定管板、换热管束、浮动管板和浮头盖，所述壳体构造为管状且一端封口、另一端开口，所述壳体的内部空间用作第一腔室，所述浮动管板和所述浮头盖设置在所述第一腔室中并一起限定浮头腔室，所述固定管板密封连接于所述管箱以限定第二腔室，并且密封连接在所述壳体的开口，所述换热管束位于所述第一腔室中且沿所述壳体的轴向布置并具有轴向上彼此相对的第一端和第二端，所述第一端固定连接于设置在所述第一腔室中的所述浮动管板并与所述浮头腔室连通，所述第二端固定连接于所述固定管板并与所述第二腔室连通，所述浮头式换热器还包括固定管套和输出套管，所述固定管套的一端固定连接于所述固定管板且与所述第二腔室连通、另一端固定连接于所述浮动管板且与所述浮头腔室连通，所述输出套管间隙地可移除地插入到所述管箱和所述固定管套中，并且具有暴露在所述管箱外侧的外端部，所述输出套管包括相连接的外管和内管，所述外管同轴且间隙地套设在所述内管上。

可选地，所述输出套管包括隔热层，所述隔热层设置在所述外管和所述内管之间的间隙中。

可选地，所述隔热层位于所述第二腔室中。

可选地，所述输出套管与所述壳体同轴布置。

可选地，所述外管与所述固定管套之间的间隙中设置有定距柱，所述定距柱构造为允许所述外管相对于所述固定管套轴向移动且限制所述外管相对于所述固定管套径向移动。

可选地，所述定距柱的数量为多个，且多个所述定距柱在所述换热管束的轴向方向和周向方向上间隔设置。

可选地，所述管箱连接有所述第二腔室的管程入口，所述外端部连接有管程出口，以使得管程介质依次经由管程入口、第二腔室、换热管束、浮头腔室和输出套管流动至所述管程出口并从所述管程出口流出。

可选地，所述输出套管与所述管程出口一体成型，且通过法兰盘和密封垫圈安装于所述管箱的外侧。

可选地，所述外端部连接有密封法兰，所述管程出口连接有法兰盘，所述法兰盘通过紧固件连接于所述管箱，并且将所述密封法兰压紧在所述法兰盘和所述管箱之间，以建立所述外端部与所述管箱和所述管程出口之间的密封。

可选地，所述壳体连接有与所述第一腔室连通的壳程入口和壳程出口，所述壳程入口设置在轴向上远离所述第二腔室的位置，且所述壳程出口设置在轴向上靠近所述第二腔室的位置，以使得壳程介质依次经由壳程入口、第一腔室流动至壳程出口并从壳程出口流出。

通过上述技术方案，在本公开提供的浮头式换热器中，通过将固定管套和输出套管设置在浮头式换热器中，来实现管程介质与壳程介质之间的逆流传热。其中，固定管套一端固定连接于固定管板且与第二腔室连通，另一端固定连接于浮动管板且与浮头腔室连通，并且输出套管间隙地可移除地插入到管箱和固定管套中，并且具有暴露在管箱外侧的外端部，这样可以使得浮头腔室中的管程介质通过输出套管的外端部流出整个浮头式换热器，从而使得管程介质能够在单一方向上进行热交换，从而实现逆流传热。另外，外管同轴且间隙地套设在内管上能够起到隔热作用，降低热损失，并且可以防止输出套管的内管内的管程介质与第二腔室内的管程介质进行热交换，有效增加了管程入口、出口介质的温差，从而提高换热效率。因此，本公开提供的浮头式换热器结构简单、换热效率高，并且由于未设置分程隔板，且第二腔室内的管程介质温度均匀，从而能够消除管板和设备法兰周边的温差应力。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据本公开的具体实施方式提供的浮头式换热器的结构示意图；

图2是根据本公开的具体实施方式提供的浮头式换热器中的输出套管的结构示意图，其中，示出了隔热层；

图3是根据本公开的具体实施方式提供的浮头式换热器中的固定管套和输出套管处于连接状态下的结构示意图，其中，示出了定距柱；

图4是根据本公开的具体实施方式提供的浮头式换热器中的输出套管和管程出口处于连接状态下的结构示意图。

附图标记说明

1-壳体；11-第一腔室；12-壳程入口；13-壳程出口；2-管箱；21-第二腔室；22-管程入口；23-管程出口；3-固定管板；4-换热管束；41-折流板；5-浮动管板；6-浮头盖；61-浮头腔室；7-固定管套；8-输出套管；81-外管；82-内管；83-隔热层；84-定距柱；91-法兰盘；92-密封垫圈；93-密封法兰；94-紧固件。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指相对于部件本身轮廓而言的内、外；另外，“第一、第二”等词的使用目的在于区分不同的部件，并不具有顺序性和重要性。此外，在下面的描述中，当涉及到附图时，除非另有解释，不同的附图中相同的附图标记表示相同或相似的要素。上述定义仅用于解释和说明本公开，不应当理解为对本公开的限制。

根据本公开的具体实施方式，提供一种浮头式换热器，该浮头式换热器包括壳体1、管箱2、固定管板3、换热管束4、浮动管板5和浮头盖6，壳体1构造为管状且一端封口、另一端开口，壳体1的内部空间用作第一腔室11，浮动管板5和浮头盖6设置在第一腔室11中并一起限定浮头腔室61，固定管板3密封连接于管箱2以限定第二腔室21，并且密封连接在壳体1的开口，换热管束4位于第一腔室11中且沿壳体1的轴向布置并具有轴向上彼此相对的第一端和第二端，第一端固定连接于设置在第一腔室11中的浮动管板5并与浮头腔室61连通，第二端固定连接于固定管板3并与第二腔室21连通，浮头式换热器还包括固定管套7和输出套管8，固定管套7的一端固定连接于固定管板3且与第二腔室21连通、另一端固定连接于浮动管板5且与浮头腔室61连通，输出套管8间隙地可移除地插入到管箱2和固定管套7中，并且具有暴露在管箱2外侧的外端部，输出套管8包括相连接的外管81和内管82，外管81同轴且间隙地套设在内管82上。

通过上述技术方案，在本公开提供的浮头式换热器中，通过将固定管套7和输出套管8设置在浮头式换热器中，来实现管程介质与壳程介质之间的逆流传热。其中，固定管套7一端固定连接于固定管板3且与第二腔室21连通，另一端固定连接于浮动管板5且与浮头腔室61连通，并且输出套管8间隙地可移除地插入到管箱2和固定管套7中，并且具有暴露在管箱2外侧的外端部，这样可以使得浮头腔室61中的管程介质通过输出套管8的外端部流出整个浮头式换热器，从而使得管程介质能够在单一方向上进行热交换，从而实现逆流传热。另外，外管81同轴且间隙地套设在内管82上能够起到隔热作用，降低热损失，并且可以防止输出套管8的内管82内的管程介质与第二腔室21内的管程介质进行热交换，有效增加了管程入口、出口介质的温差，从而提高换热效率。因此，本公开提供的浮头式换热器结构简单、换热效率高，并且由于未设置分程隔板，且第二腔室21内的管程介质温度均匀，从而能够消除管板和设备法兰周边的温差应力。

在本公开提供的具体实施方式中，参考图2所示，输出套管8可以包括隔热层83，隔热层83设置在外管81和内管82之间的间隙中，通过在外管81和内管82之间的间隙中设置隔热层83，可以防止输出套管8内的管程介质与第二腔室21内的管程介质进行热交换，进而能够解决因第二腔室21内的管程介质温度降低而引起的浮头式换热器的换热效率降低的问题。在此需要说明的是，隔热层83可以以任意合适的材料构造，例如，隔热层83可以构造为非金属材料隔热层，如玻璃纤维隔热层、石棉隔热层、岩棉隔热层、硅酸盐隔热层等，对此，本公开不作任何限制。

在本公开提供的具体实施方式中，参考图2所示，隔热层83可以位于第二腔室21中，这样的设置方式，一方面在解决因第二腔室21内的管程介质温度降低而引起的浮头式换热器的换热效率降低的问题的时候，还能够降低换热器的成本，另一方面，可以使得位于第一腔室11内的输出套管8与壳程介质也可以进行热交换，并且不影响管程介质的温度，从而可以提交整个换热器的换热效率。

在本公开提供的具体实施方式中，参考图1至图4所示，输出套管8可以与壳体1同轴布置，从而可以便于输出套管8从壳体1内的固定管套7中拆卸和安装。

在本公开提供的具体实施方式中，参考图3所示，外管81与固定管套7之间的间隙中设置有定距柱84，定距柱84构造为允许外管81相对于固定管套7轴向移动且限制外管81相对于固定管套7径向移动，定距柱84的设置使得外管81与固定管套7之间保持一定的间距，并且定距柱可以起到滑道的作用，从而可以辅助外管81相对于固定管套7的径向移动，使得输出套管8顺利地从固定管套7中抽出。

在本公开提供的具体实施方式中，定距柱84可以以任意合适的方式构造。可选择地，参考图3所示，定距柱84可以构造为圆柱体结构，且该圆柱体结构在壳体1的轴向方向上的两端设置有削边坡口，从而便于输出套管8顺利地从固定管套7中抽出，在本公开的其他实施例中，定距柱84可以使其他的配置方式，对此，本公开不做任何限制。

其中，参考图3所示，定距柱84的数量可以为多个，且多个定距柱84在换热管束4的轴向方向和周向方向上间隔设置，这样的设置可以使得外管81与固定管套7之间的间距均匀，进而使得输出套管8能够顺利地从固定管套7中抽出而不会与固定管套7之间发生碰撞。

在本公开提供的具体实施方式中，管箱2连接有第二腔室21的管程入口22，外端部连接有管程出口23，以使得管程介质依次经由管程入口22、第二腔室21、换热管束4、浮头腔室61和输出套管8流动至管程出口23并从管程出口23流出。即，管程介质从第二腔室21经由换热管束4进入到第一腔室11中的浮头腔室61，最终从输出套管8流动至输出套管8在管箱2外侧的外端部，换句话说，管程介质只与下文中所述的第一腔室11内的壳程介质进行热交换，从而实现管程介质在同一方向上的热交换。

在本公开提供的具体实施方式中，输出套管8可以与管程出口23以任意合适的方式配置，以实现两者之间的连接。

可选择地，参考图2所示，输出套管8的外端部可以连接有密封法兰93，管程出口23可以连接有法兰盘91，法兰盘91通过紧固件94连接于管箱2，并且将密封法兰93压紧在法兰盘91和管箱2之间，以建立外端部与管箱2和管程出口23之间的密封。通过密封法兰和法兰盘的设置来连接输出套管8与管程出口23，有利于输出套管8和管程出口23的更换和维修，在安装或拆卸输出套管时，不仅可以将输出套管8与管程出口23一起安装或拆卸，然后安装或拆卸输出套管8与管程出口23即可，还可以先将输出套管8与管程出口23安装或拆卸，然后将输出套管8安装或拆卸在固定管套7中即可。

可选择地，参考图4所示，输出套管8可以与管程出口23一体成型，且通过法兰盘91和密封垫圈92安装于管箱2的外侧。输出套管8与管程出口23一体成型可以使得换热器的结构更加简单紧凑，在安装或拆卸输出套管时，只需将输出套管8与管程出口23一起安装或拆卸即可，结构简单且操作方便快捷。

在本公开提供的具体实施方式中，参考图1所示，壳体1连接有与第一腔室11连通的壳程入口12和壳程出口13，壳程入口12设置在轴向上远离第二腔室21的位置，且壳程出口13设置在轴向上靠近第二腔室21的位置，以使得壳程介质依次经由壳程入口12、第一腔室11流动至壳程出口13并从壳程出口13流出。壳程入口12和壳程出口13的设置使得壳程介质能够最大程度地与管程介质进行热交换，有利于提高换热器的换热效率。另外，为了尽可能地增大壳程介质与换热管束4的接触面积，可以在换热管束4上设置多个折流板41，以提高换热效率。另外，由于折流板41在换热管束4上的设置方式为本领域所熟知的，对此，本公开不做任何限制。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。