CN101203725A - 挡板和密封件的组件以及组装热交换器的方法 - Google Patents

Abstract

一种安装在热交换器壳体内的挡板和密封件的组件，该组件包括：多个纵向挡板；多个纵向密封件，该密封件在安装后以密封的方式将纵向挡板的纵向边缘接合在热交换器壳体上；以及壁件，该壁件设置成在相邻纵向挡板的纵向密封件之间延伸，以使得在安装后和热交换器壳体一起形成一个双壁。一种组装热交换器的方法，该方法包括：提供一热交换器壳体和一依照本发明的挡板和密封件的组件；在热交换器壳体外部组装挡板和密封件的组件，并将组装后的装置引入热交换壳体内，以使得每一个壁件和热交换器壳体一起形成双壁。

Description

挡板和密封件的组件以及组装热交换器的方法

技术领域

本发明涉及一种挡板和密封件的组件，以及其在一种组装热交换器的方法中的使用。

背景技术

壳管式热交换器是一种间接热交换器。一种流体通过在热交换器壳体内延伸的管束(管侧)中的管，并且一种流体通过这些管的外部空间(壳侧)，热量在这两种流体之间传递。壳管式热交换器的详细内容可例如参见Perry的化学工程师手册，第6版，1984，McGraw-Hill公司，11-3页至11-21页。

为了改善热量在给定尺寸的壳体内的传递，作为两壳程热交换器而公知的特定类型的热交换器已经得到研制。通常为圆柱形的外管被设置在这种类型的热交换器内部，这种管具有轴向和纵向延伸的分隔挡板。在Perry的书中，这种壳体类型包括具有纵向挡板的两流程壳体、分流壳体以及双分流壳体。纵向挡板将壳体的内部进一步分成两个分开的纵向延伸的分隔间，这些分隔间通常在壳体的一端相通，因此，壳体中的流体流沿着壳体的长度经过两次。

为了最大效率的热交换，挡板应当沿着其两个纵向边缘形成一个相对紧密的密封件，这样分隔间之间的流动只在预期区域内发生，其位于壳体的一端或者多端。

典型地是，这样的一种结构已经通过使用一个矩形分隔板得以形成，该分隔板的宽度略小于壳体壁的内径，因此当该板设置在直径面上时，该板的纵向外部边缘略微径向向内地与壳体的内壁表面分隔开。

过去已经研制出数种类型的纵向密封件。除了能有效的密封外，还希望纵向密封件能便于安装在热交换器壳体内，并且费用划算。例如在由德国奥伯豪森的Kempchen & Co.GmbH以T4名字研制并在市场上出售的挡板密封件产品中已经体现了令人满意的折衷方案。这些密封件的原理也在美国专利书面说明书No.4215745中进行了描述，该专利还论述了其他现有技术的密封件。

已知的纵向密封件包括一个U型凸缘，该凸缘向内朝向地进入热交换器，并且该凸缘的大小设置成能紧密地接纳纵向挡板。位于密封件相反侧的密封元件包括一对向外延伸的凸缘，这些凸缘以弹性的方式压在壳体的内壁上。

在很多情形下，两壳程的热交换器不是最理想的布置。例如，当现有的单程热交换器更新改造具有新的内部构件时，壳体的流体入口和出口的位置沿着热交换器壳体纵向地位于相对的两端，并且该位置通常不会改变。但是，对于两流程的装置，壳体的入口和出口应该布置在壳体的同一个纵向端部处。

在三壳程的装置中，设置有两个纵向挡板，因此壳体内的流体沿着壳体长度来回地蜿蜒流动三次，这种三壳程的装置将解决这个问题。但是，因为只有纵向密封件能足够可靠地防止流体在壳侧流程之间的泄漏，这种设计将才会实现其高热交换容量，所以这种布置的安装存在相当大的问题。虽然Kempchen密封件不错，但是这些密封件不能保证能防止泄漏。

本发明的目的之一就是提供一种纵向挡板和密封件装置，这种装置改进了多壳程热交换器的密封，尤其是还能用于更新改造热交换器。

另一个目的是提供一种具有两个或者更多纵向挡板的热交换器的安装方法。

发明内容

为了这个目的，本发明提供一种安装在热交换器壳体内的挡板和密封件的组件，这种组件包括多个纵向挡板和多个纵向密封件，每一个挡板具有两个纵向边缘，这些密封件在安装后以密封的方式将纵向挡板的纵向边缘接合在热交换器壳体上，其中，该组件还包括壁件，该壁件被设置成在相邻的纵向挡板的纵向密封件之间延伸，以使得在安装之后和热交换器壳体一起形成双壁。

申请人已经认识到：如果设置和热交换器壳体一起形成双壁的壁件，这些密封件的可靠性可得到显著提高。然后，如果在一般运行过程中，来自一个分隔间的流体将沿着纵向密封件泄漏，该流体会进入双壁的内部空间，并因而不会直接进入另一个分隔间。为了泄漏进入其他的一个分隔间，流体还需要泄漏经过又一个纵向密封件。因此壁件起到了阻碍泄漏的作用。

适当地，纵向密封件包括一个U型凸缘来接纳纵向边缘，并且密封件还包括一个壁密封元件。壁密封元件适当地由相对向外延伸的弹性凸缘形成。这种适当的纵向密封件就是Kempchen & Co.GmbH的挡板密封件T4。

适当地，壁件具有一个折叠的纵向边缘，优选地是两个纵向边缘都进行折叠。然后，U型凸缘可以设置成除了接纳纵向挡板的纵向边缘以外，还能接纳从纵向密封件延伸的壁件或者每一个壁件的折叠的纵向边缘。优选地是，选择该U型凸缘的宽度以使得其可以紧密地接纳纵向挡板和壁件的纵向边缘的总厚度。

在特别的实施方式中，纵向挡板可以设置有折叠的纵向边缘。如果挡板被布置成相对远离于圆柱形壳体的直径面，这种设置会有益，这是因为在这种情形下，挡板与纵向密封件位置处的壳体法线形成一个有限的角度。通过将纵向边缘进行折叠，这个角度可达到或更接近于0度。

适当地，该组件还包括多个横向挡板以支撑管束。横向挡板可以包括如国际专利申请WO2005/067170；WO2005/015107；WO2005/015108所描述的金属网元件，这些国际专利申请通过参考进行引用。

可选择地是，本发明还可以和其他类型的具有纵向流动模式的热交换器一起使用，例如具有杆状挡板管支撑件的热交换器，或者具有螺纹管的热交换器。

当具有n-1个纵向挡板的组件在安装在热交换器壳体之后，其被设置成在入口和出口之间形成一个n流程的蜿蜒的流体流动路径，其中n＞2，横向挡板适当地由n段形成。然后，相邻纵向挡板之间的这些横向挡板的段适当地具有一个横截面，该横截面与相邻纵向挡板的相对的双壁之间的横截面对应。

在特别的实施方式中，多个管从一管板延伸穿过多个横向挡板和一横向的端部挡板而到达一管端板，并且多个壁件在一端连接到该管板，而在另一段连接到该端部挡板。优选地是，随后端部挡板设置有密封件，以阻止围绕着端部挡板的壳体流程之间的流体旁通。

特别在更换操作中，该组件可任选地与管板以及通过横向挡板的管一起预先制作，并滑入热交换器壳体内。当然，也可以将其直接安装在热交换器壳体内。

本发明还提供一种组装热交换器的方法，该方法包括：

-提供一热交换器壳体；

-提供一挡板和密封件的组件，该组件包括多个纵向挡板和多个纵向密封件以及多个壁件，每一个纵向挡板具有两个纵向边缘；

-在热交换器壳体外部组装挡板和密封件的组件，以便获得叠加的纵向挡板装置，该纵向挡板在其纵向边缘处设有多个纵向密封件，其中这些壁件在相邻的纵向挡板的纵向密封件之间延伸；

-将该装置引入热交换器壳体内，以便于每一个壁件和热交换器壳体一起形成双壁。

在改装现有热交换器的过程中，提供热交换器壳体的步骤包括将先前的热交换器内部部件移出壳体。

附图说明

现在将更详细地并参照附图描述本发明，其中：

图1示意性地展示了依照本发明的挡板和密封件的组件；

图2示意性地展示了热交换器内的、依照本发明的挡板和密封件的组件；

图3示意性地展示了通过图2的热交换器得到的剖视图；

图4示意性地展示了图3的细节IV的放大图；

图5示意性地展示了本发明所使用的横向的金属网管支撑挡板；以及

图6示意性地展示了穿过金属网的一束管。

其中，不同图中使用的相同的附图标记用来指示相同或者类似的对象。

具体实施方式

图1示意性地展示了依照本发明的挡板和密封件的组件1的立体图。为了描述清楚，热交换器壳体4的一部分表现成围绕着该组件，但是可以理解的是，该壳体4通常没有必要成为该组件的一部分。

所述组件包括两个纵向挡板6、7，每个挡板都具有一对纵向边缘11a、11b；12a、12b。还设置有多个纵向密封件14、15、16、17，从而在其安装在热交换器壳体4内之后以密封的方式将纵向挡板的纵向边缘接合在所述壳体上。组件还包括壁件21和壁件22，壁件21被设置成在相邻的纵向挡板6、7的纵向密封件14、16之间延伸，壁件22被设置成在纵向挡板6、7的纵向密封件15、17之间延伸。这些壁件在安装之后和热交换器壳体4一起形成了双壁。这些纵向挡板都设有基本上为矩形的切口26、27，这些切口使得流体在壳体内形成的三个分隔间之间蜿蜒流动。

参照图2，该图示意性地展示了安装在具有热交换器壳体34的热交换器31内的组件1。热交换器壳体34在其靠近一个纵向端部的上侧位置处设有入口36，并且在位于相对的纵向端部的下侧位置处设有出口37。这些纵向挡板的宽度略小于在其安装位置处的壳体的宽度，这样这块板的纵向外部边缘稍微向内地与壳体的内壁表面隔开一定距离，典型地为2-20mm。这些纵向挡板将壳体34的内部分割成三个分隔间41、42、43，这些分隔间通过切口26、27流体连通。

该热交换器还设有管束，为了描述清楚，只展示了该管束的四个管45、46、47、48。热交换器31的管侧用圆点指示。在该实施方式中，管侧具有两管程的布置。管侧具有与管入口集管53相连的入口51。管入口集管与管束的下部(管47、48)流体连通，这些管47、48延伸至与管端部集管55相连的管端板54，而管端部集管55又与管束的上部(管45、46)流体连通，这些管45、46延伸到设置有管侧出口59的管出口集管57内。管入口集管53和管出口集管57由一个水平板61分开，该水平板61在壳体34中央沿着从壳体端部到固定有管的管板62的方向水平延伸。该管板通过凸缘63固定在壳体上，通过该凸缘，壳体的入口端可以打开以插入或者移走内部部件。在后端也设置有凸缘64，通过该凸缘64，壳体的尾部可以去掉。

位于相反端的管端板54也固定有多个管，但是和管板62不同的是，该管端板54和与其连接的管端部集管55不与壳体34相连，也就是说，该端部集管是漂移的。这允许壳体内的管热伸展。应该也可以使用分开的U型管来代替这种接纳并分配所有管内流体的端部集管。

管由多个横向挡板65支撑。最远离管入口/出口的横向挡板66与其他挡板不同。首先，它由定型板(solid plate)制成，并只设有使管刚好通过但管不与该挡板相连的开口，该定型板在相对于壳体横截面有严格公差的情形下制造。端部挡板66用于防止壳体内的流体通过环绕着管集管55流动而直接从分隔间41泄漏到分隔间43。由于这种泄漏，来自于第一流程的壳体流体将短路而直接到达壳体出口37，不同流程之间存在的很小的压力降会驱动这种短路。为了防止这种泄漏，如虚线69所示，至少在端部挡板66高出挡板7的周围的下部，通过将填料68压在壳体34上来布置以轮廓67为形式的密封件。借助于这种密封件，从围绕着管端部集管55的自由空间70进入第三流程、分隔间43的泄漏得到阻止。该密封件可以围绕着端部挡板67的整个周围延伸，但是由于进入第二流程、分隔间43的泄漏因为其不会形成如两壳程热交换器内出现的短路而不构成问题，不会严格要求这种密封。为了机械稳定性，这些横向挡板适当地相互连接，例如通过纵向杆(未示出)相互连接。

图3展示了安装有挡板以及密封件的热交换器壳体沿着图2的III-III线得到的横截面图，该图没有示出管和横向挡板。由壳体34和壁件21、22形成的双壁限定了内部空间71、72，其清晰可见。遮板21、22沿着从管板62到端部挡板66的方向一直延伸，并且以密封的方式与这些部件连接。为了这个目的，多个凸缘(未示出)焊接在遮板21、22的端部，通过使用适当的填料，这些遮板21、22分别栓接到管板和端部挡板上。

纵向密封件14的一个实施方式作为放大部分IV详细地展示在图4中，其他纵向密封件15、16，17具有类似的构造。

纵向密封件14包括一个U型凸缘75，该凸缘由通过底部凸缘78相连的内部凸缘76和77形成，这些凸缘都由单件的条带金属制成。条带金属重复折叠以形成折层79和80。这些折层被设置成将壁的密封元件保持成向外延伸的弹性凸缘(金属薄片82、83、84、85)的形式。图中显示四个薄片，每侧有两个，但是可以布置更多或者更少的薄片密封件。典型的数字是每侧有四个薄片。

由U型轮廓75形成的凹槽具有一个宽度，以至于能紧密地接纳挡板6的纵向边缘11a和壁件21的折叠边缘88的结合厚度。如果需要，可以应用适用于操作温度的填料，如特氟隆。这些部件可以沿着虚线89栓接在一起。应当理解地是，图中这些部件之间的间隙因为清楚的原因被夸大了。

图5展示了一个横向挡板65，该挡板由三个段91a、91b、91c构成，因此该挡板适合与三壳程热交换器内的两个纵向挡板6、7配合。该实施方式的这些段由金属网板92a、92b、92c制成，这些金属网板被切割成一定大小并焊接到框架93a、93b、93c上，为了机械稳定性，该框架可以按照需要连接到壳体和/或连接到纵向挡板上。

金属网92如图6所示意性展示的那样支撑所述管。

如果纵向挡板相对远离于壳体直径设置，将例如图4的虚线挡板6所指示的纵向边缘朝着壳体34的半径方向折起是有利的。

为了制造热交换器，如果在移走最初的内部部件之后需要，则提供一种热交换器壳体。依照本发明的挡板和密封件的组件优选地在壳体外部组装，这样就能获得叠加在一起的纵向挡板的装置，这些纵向挡板在其纵向边缘处具有纵向密封件，其中，壁件在相邻的纵向挡板的纵向密封件之间延伸。该组件还可以包括多个横向挡板和管，并且可以适当地包括管板和管端板，已完成的组件可以滑入壳体。为了这个目的，管入口/出口集管被移走，适当地还有端部部分(图2的凸缘63和64)被移走。因为管端板54必须穿过壳体，所以管端板54的直径比管板62的直径小。在已装配的装置穿过壳体后，管集管55适当地得到安置。横向挡板外周适当地设置有滑动带。

现在描述依照本发明的具有内部部件的热交换器的一般运行实例。该实例的热交换器用于原油蒸馏装置中的预热系统，其中通过安装如图2-6所示的组件来改装先前的单程热交换器。管的总长度大约为6米，圆柱形壳体的内径大约为1.2米。水平的纵向挡板关于壳体的直径对称地布置，并与壳体法线(也就是密封点处的半径)形成18度的角。已经发现，在这种情形下，当使用Kempchen的T4挡板密封件时，不需要将纵向边缘折起，其中，弹性薄片的密封件由不锈钢316TI制成。双壁形成50mm宽度的内部空间，参见图3的附图标记71。由于水平板61将管的入口集管和出口集管分开，所以不会有管沿着壳体的水平中心线布置。总共安装有866根管。

流经管侧的流体是原油，该原油例如从155℃预热到180℃，相反地，热的常压渣油(long residue)流经壳侧，并从270℃冷却到220℃。由于减少了壳侧的污垢和维修/清洁费用，金属网挡板在这种情形下的使用特别有益。三壳程的设计提高了壳侧的流动速度，而这有利于小型壳体内的高效率传热。这种设计也很好地利用了可获得的压力降。该实例布置成具有三个壳程和两个管程，这种布置的特性就是壳侧和管侧的流动在分隔间41内是逆流，在分隔间42内部分是逆流，部分是同向流，而在分隔间43内是同向流。

应该理解地是，本发明可同样的使用多于两个的纵向挡板。例如，使用三个纵向挡板，适当地设置四个壁件以布置四个双壁，两个双壁位于第一和第二纵向挡板之间，两个双壁位于第二和第三纵向挡板之间。优选地，第二(中间的)纵向挡板的纵向密封件保持住从该密封件向上延伸和向下延伸的两个壁件的折叠纵向边缘。在这种四壳程设计中，壳体的入口和出口一般位于壳体的同一端。由于这种设计中有一个纵向挡板沿壳体的水平直径延伸，所以不会与管入口集管和出口集管之间的水平分隔板发生冲突。

Claims (14)

1.一种安装在热交换器壳体内的挡板和密封件的组件，该组件包括：

多个纵向挡板，每一个挡板都具有两个纵向边缘；

多个纵向密封件，这些密封件在安装后以密封的方式将纵向挡板的纵向边缘接合在热交换器壳体上，

其中，该组件还包括壁件，该壁件设置成在相邻的纵向挡板的纵向密封件之间延伸，以使得在安装后和热交换器壳体一起形成双壁。

2.依照权利要求1所述的组件，其中，纵向密封件包括U型凸缘和壁的密封元件，该U型凸缘用来接纳所述纵向边缘。

3.依照权利要求2所述的组件，其中，所述壁的密封元件由相对地向外延伸的弹性凸缘形成。

4.依照权利要求2或者3所述的组件，其中，所述壁件具有折叠的纵向边缘，并且其中该U型凸缘设置成也接纳从纵向密封件延伸的壁件的折叠纵向边缘。

5.依照权利要求1-4任何一个所述的组件，其中，至少其中一个纵向挡板具有折叠的纵向边缘。

6.依照权利要求1-5任何一个所述的组件，其中，该组件还包括多个用来支撑管束的横向挡板。

7.依照权利要求6所述的组件，其中，所述横向挡板包括金属网元件。

8.依照权利要求6或者7所述的组件，其中，纵向挡板的数量为n-1，以使得在热交换器壳体的一入口和一出口之间形成一n流程的、蜿蜒的流体流动路径，其中n＞2，并且其中横向挡板由n段形成。

9.依照权利要求8所述的组件，其中，相邻纵向挡板之间的横向挡板的段具有一横截面，该横截面与相邻纵向挡板的相对的双壁之间的横截面对应。

10.依照权利要求6-9任何一个所述的组件，其中，这些管从一管板延伸穿过所述横向挡板以及一横向的端部挡板，到达一管端板，其中这些壁件在一端连接到所述管板，并在另一端连接到所述端部挡板。

11.依照权利要求10所述的组件，其中，所述端部挡板设有一密封件，以使得能阻止围绕着该端部挡板的壳体流程之间的流体旁通。

12.依照权利要求1-11任何一个所述的组件，其中，该组件设置在热交换器壳体内。

13.一种组装热交换器的方法，该方法包括：

提供一热交换器壳体；

提供一挡板和密封件的组件，该组件包括多个纵向挡板和多个纵向密封件以及多个壁件，每一个纵向挡板都具有两个纵向边缘；

在热交换器壳体外部组装挡板和密封件的组件，以获得一叠加的纵向挡板装置，这些叠加的纵向挡板在其纵向边缘处具有纵向密封件，其中这些壁件在相邻的纵向挡板的纵向密封件之间延伸；

将该装置引入热交换器壳体内，以使得每一个壁件与热交换器壳体一起形成双壁。

14.依照权利要求13所述的方法，其中，提供热交换器壳体的步骤包括将先前的热交换器内部部件移出壳体。

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