本發(fā)明涉及石油、化工和煤化工等領(lǐng)域的內(nèi)套筒換熱器，通常指加氫裝置螺紋鎖緊環(huán)換熱器，具體地說涉及一種用于調(diào)節(jié)內(nèi)套筒換熱器熱膨脹差的裝置。

背景技術(shù)：

石油、化工和煤化工領(lǐng)域的加氫裝置高壓換熱器通常采用螺紋鎖緊環(huán)結(jié)構(gòu)或其它內(nèi)套筒結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的管程和殼程之間通過一個內(nèi)部墊片實現(xiàn)密封，內(nèi)部墊片的密封壓力由內(nèi)套筒施加。在開、停工階段或操作中溫度出現(xiàn)波動時，由于內(nèi)套筒和外部殼體的熱膨脹和冷收縮量不同，造成內(nèi)部墊片上的密封壓力不穩(wěn)定，因而造成內(nèi)墊片表面密封壓力不足或墊片失效，產(chǎn)生內(nèi)部泄漏，影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；嚴(yán)重時導(dǎo)致反應(yīng)器溫度劇烈變化，影響安全。內(nèi)漏通常為殼程側(cè)的介質(zhì)泄漏至管程側(cè)，通常采用回彈性好的墊片，增大內(nèi)套筒的彈性并采用合理的水壓試驗，可以降低發(fā)生內(nèi)漏的傾向，但這并不能從根本上解決內(nèi)漏問題。

近年來由于加氫裝置大型化，高壓換熱器規(guī)格大型化，換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和殼體的熱膨脹差最高可達(dá)1.5mm～2.5mm，而目前任何墊片的回彈性能都無法補(bǔ)償這一膨脹差，因而導(dǎo)致嚴(yán)重的內(nèi)部泄漏。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的內(nèi)漏問題，本發(fā)明提供了一種用于調(diào)節(jié)內(nèi)套筒換熱器熱膨脹差的裝置。

本發(fā)明提供的用于調(diào)節(jié)內(nèi)套筒換熱器熱膨脹差的裝置主要由管箱、內(nèi)套筒、管板和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)組成；管箱內(nèi)壁上加工有密封臺階面，密封臺階面將管箱內(nèi)部分為內(nèi)直徑大小不同的兩段；管板呈厚度一致的圓餅狀，橫貫于管箱內(nèi)部密封臺階面附近，將管箱內(nèi)部分為管程側(cè)和殼程側(cè)；管板在軸向上位于密封臺階面附近內(nèi)直徑較大一側(cè)；內(nèi)套筒位于管程側(cè)，內(nèi)套筒一端頂緊在管板上，與管板固定并可推動管板一同在管箱軸向進(jìn)行滑動；管板面向殼程側(cè)的表面外緣加工成環(huán)形密封面與管箱上的密封臺階面相對，與密封臺階面形成環(huán)形密封間隙；環(huán)形密封間隙內(nèi)安裝環(huán)形的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，補(bǔ)償機(jī)構(gòu)在軸向上可隨管板在管箱內(nèi)的滑動進(jìn)行彈性伸縮，補(bǔ)償機(jī)構(gòu)通過其上設(shè)置的密封墊片分別與管箱內(nèi)的密封臺階面及管板上的環(huán)形密封面貼合形成密封。

為了便于在徑向上對管箱內(nèi)壁、管板、補(bǔ)償機(jī)構(gòu)起定位作用，在管板上設(shè)有支撐套筒，支撐套筒位于殼程側(cè)，一端固定連接在管板上，另一端插入殼程 側(cè)一定長度，其外表面的一部分構(gòu)成環(huán)形密封間隙的內(nèi)環(huán)面。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn),管板可制成環(huán)形密封面部分薄、中間厚的帶環(huán)形臺階的餅狀，中間厚的部分向殼程側(cè)突出，突出部分直徑與殼程側(cè)的內(nèi)直徑相配合，全部或部分代替支撐套筒的作用，可減小支撐套筒長度。

作為本發(fā)明的另一種改進(jìn),支撐套筒的內(nèi)徑可制作成與殼程側(cè)內(nèi)直徑相同，這樣為了支撐套筒能夠插入殼程側(cè)，在密封臺階面處內(nèi)直徑小的管箱內(nèi)壁上需加工出一段內(nèi)直徑擴(kuò)大部分,該擴(kuò)大部分內(nèi)直徑與支撐套筒外徑相配合，該擴(kuò)大部分尾部形成臺階，臺階與支撐套筒尾端之間留出膨脹間隙，形成環(huán)形膨脹間隙。

管箱、管板和內(nèi)套筒更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)根據(jù)換熱器的設(shè)計需要進(jìn)行確定，其材質(zhì)根據(jù)換熱器的使用條件確定，通常管箱為低Cr-Mo合金鋼，管板和內(nèi)套筒為18-8型不銹鋼是合理的選材。

所述的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)主要由補(bǔ)償環(huán)組、密封墊片和外殼組成；

補(bǔ)償環(huán)組由補(bǔ)償環(huán)構(gòu)成，補(bǔ)償環(huán)是截面為平行四邊形的環(huán)狀體，平行四邊形的一對對邊平行于環(huán)狀體的軸心線，繞軸心線旋轉(zhuǎn)形成補(bǔ)償環(huán)的內(nèi)環(huán)面和外環(huán)面；平行四邊形的另一對對邊與軸心線的垂線成一定角度為截面斜角，該對對邊繞軸心線旋轉(zhuǎn)形成環(huán)狀體的兩個端面；補(bǔ)償環(huán)組可由單個補(bǔ)償環(huán)構(gòu)成，也可由2～6個補(bǔ)償環(huán)按照并列或摞列的方式相互疊加構(gòu)成，所述的并列方式指的是直徑不等的環(huán)沿環(huán)徑向進(jìn)行排列的方式，所述的摞列方式指的是直徑相等的環(huán)沿環(huán)軸向進(jìn)行排列的方式，摞列方式中補(bǔ)償環(huán)截面斜角方向可以相同也可以相反，并列和摞列也可以聯(lián)合使用；

所述外殼為一兩端分別帶圓形折邊的圓筒，圓形折邊與圓筒軸心線垂直或接近垂直，兩端圓形折邊的彎折方向同時向著圓筒的軸心線或同時背離圓筒的軸心線；外殼包覆于補(bǔ)償環(huán)組上，其軸心線與補(bǔ)償環(huán)組軸心線重合，根據(jù)管程側(cè)和殼程側(cè)壓力的不同，外殼的圓筒分別與補(bǔ)償環(huán)機(jī)構(gòu)的內(nèi)環(huán)面或外環(huán)面相貼合，圓形折邊也采用相應(yīng)的彎折方向，使兩端的圓形折邊與補(bǔ)償環(huán)組的兩端面相貼合；密封墊片焊接于圓形折邊的邊緣，密封墊片的圓心與圓形折邊的圓心相重合，密封墊片以內(nèi)側(cè)密封面與補(bǔ)償環(huán)組的端面相貼合；當(dāng)然，也可以在圓形折邊的內(nèi)外表面加工出內(nèi)、外環(huán)形密封面，密封墊片以內(nèi)側(cè)密封面與圓形折邊的外環(huán)形密封面相貼合以實現(xiàn)密封面密封，圓形折邊的內(nèi)環(huán)形密封面與補(bǔ)償環(huán)組的端面相貼合以實現(xiàn)密封面密封。

外殼具有柔性，可以全部由厚度為1.5～2mm的薄鋼板制成，也可以部分由厚度為1.5～2mm的薄鋼板制成，其余部分用較厚鋼板制成，具有一定剛度。

所述的補(bǔ)償環(huán)組靠其彈性回彈力提供密封墊片表面的密封壓力，其彈性壓縮和舒張量可以在溫度波動時吸收或補(bǔ)償熱膨脹差。補(bǔ)償環(huán)材料可采用耐換熱器介質(zhì)腐蝕，并能在換熱器操作溫度范圍內(nèi)使用的任何材料；優(yōu)先選擇彈性較好的金屬材料，通常18-8不銹鋼、Ni基合金等屬于合理選材。

外殼的具體結(jié)構(gòu)可以根據(jù)補(bǔ)償環(huán)組的具體結(jié)構(gòu)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，但其原則上需要起到固定、定位彈性補(bǔ)償環(huán)組和便于安裝和使用的作用；外殼可由各部分焊接成為一體，也可為整體制作。外殼材料需要耐換熱器介質(zhì)的腐蝕，并可在換熱器操作溫度下正常使用；在常規(guī)加氫裝置高壓換熱器上，通?？刹捎?8-8型不銹鋼。外殼具有柔性，可全部為柔性殼，也可分為支撐部分和柔性部分，支撐部分具有足夠剛度，柔性部分具有足夠柔性。外殼柔性部分在強(qiáng)度上受到補(bǔ)償環(huán)支撐，不單獨(dú)承受換熱器的內(nèi)壓或壓差。外殼的剛性部分對補(bǔ)償環(huán)組起到定位、組裝作用，在運(yùn)輸和安裝中起到固定作用，而外殼的柔性部分為補(bǔ)償環(huán)在使用中發(fā)生彈性變形提供可能；補(bǔ)償環(huán)的截面斜角為補(bǔ)償環(huán)發(fā)生彈性變形提供空間。

密封墊片起密封作用，適合換熱器使用溫度范圍的平墊片均為可選類型，優(yōu)先選用墊片系數(shù)m較低、密封可靠的墊片，纏繞墊和波齒復(fù)合墊通常為合理類型，其他類型如金屬包墊、金屬平墊等均為可選墊片類型。墊片形式可為：基本形式、帶內(nèi)環(huán)形式、帶外環(huán)形式或帶內(nèi)-外環(huán)形式。帶內(nèi)環(huán)、外環(huán)或內(nèi)外環(huán)的密封墊片可在外殼與密封墊片采用密封面密封時實現(xiàn)很好的定位。

所述的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的軸向高度與環(huán)形密封間隙的軸向距離相同，補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的兩端設(shè)有密封墊片，通過密封墊片實現(xiàn)管程側(cè)和殼程側(cè)之間的隔離，密封壓力由補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的回彈作用和內(nèi)套筒的壓緊作用提供。

支撐套筒可便于補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的安裝，支撐套筒材質(zhì)可與管板相同或同類，并需考慮耐換熱器介質(zhì)的腐蝕；換熱器裝配時可將補(bǔ)償機(jī)構(gòu)先套在支撐套筒上，隨管束一同裝配。

本發(fā)明采用補(bǔ)償機(jī)構(gòu)代替內(nèi)墊片安裝于管板和管箱的密封處，初始安裝后，補(bǔ)償環(huán)組發(fā)生一定量的彈性變形，截面斜角發(fā)生一定量的減小。當(dāng)換熱器溫度升高時，內(nèi)套筒熱膨脹量大于管箱熱膨脹量，造成補(bǔ)償機(jī)構(gòu)兩端部之間的距離減小，墊片壓力升高；這時補(bǔ)償環(huán)組發(fā)生進(jìn)一步彈性變形，其截面斜角進(jìn)一步減小。而當(dāng)換熱器溫度降低時，補(bǔ)償機(jī)構(gòu)兩端部之間的距離增大，密封墊片壓力減小，這時補(bǔ)償環(huán)組回彈，其截面斜角彈性回復(fù)。在整個過程中補(bǔ)償環(huán)組總處于彈性范圍內(nèi)，且在補(bǔ)償環(huán)組回彈力作用下，密封墊片表面壓力維持在所須的最小密封壓力之上，制止發(fā)生內(nèi)漏。通過改變補(bǔ)償環(huán)的尺寸及采用補(bǔ)償環(huán)組 或進(jìn)行補(bǔ)償環(huán)組的聯(lián)合使用，可以調(diào)節(jié)補(bǔ)償裝置的回彈力和回彈量，達(dá)到合理范圍。

采用本發(fā)明具有如下有益效果：

1)本發(fā)明可適用于直徑為：700mm～2000mm，管、殼程壓力差為：-6.0MPa～6.0MPa，操作溫度低于或等于500℃的內(nèi)套筒換熱器。

2)當(dāng)換熱器從水壓試驗的常溫升高到最高操作溫度時，通常內(nèi)套筒與管箱的熱膨脹差可達(dá)1.5mm～2.5mm；如果通過采用合理的補(bǔ)償環(huán)材料、補(bǔ)償環(huán)尺寸，采用合理的補(bǔ)償環(huán)組或補(bǔ)償環(huán)組的聯(lián)合，補(bǔ)償裝置能提供足夠的彈性回彈力且其彈性回彈量能夠滿足上述要求，則可以完全阻止換熱器的內(nèi)漏，這是最佳的效果。

3)采用本發(fā)明，即使補(bǔ)償機(jī)構(gòu)不能提供上述如此大的補(bǔ)償量，補(bǔ)償環(huán)組也能夠獲得較大的彈性補(bǔ)償量，較原來僅采用墊片結(jié)構(gòu)的換熱器彈性補(bǔ)償作用大很多，必然可以使換熱器在更大的溫度波動條件下使用，保證在更苛刻的條件下?lián)Q熱器不發(fā)生內(nèi)泄漏。

本發(fā)明利用補(bǔ)償環(huán)的彈性調(diào)節(jié)作用補(bǔ)償或吸收膨脹差,能夠避免或至少可以極大地減小內(nèi)泄漏。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的裝置的第一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的裝置的第二種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的裝置的第三種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明提供的裝置的第四種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為密封機(jī)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為單個補(bǔ)償環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為按截面斜角方向一致摞列而成的補(bǔ)償環(huán)組結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為按截面斜角方向相反摞列而成的補(bǔ)償環(huán)組結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為并列、摞列聯(lián)合使用而成的補(bǔ)償環(huán)組結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-管板，2-支撐套筒，3-補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，4-管箱，5-內(nèi)套筒，6-密封墊片，7-外殼，8-補(bǔ)償環(huán)組，S1-環(huán)形密封間隙，S2-環(huán)形膨脹間隙，G-管程側(cè)，Q-殼程側(cè)，Di-補(bǔ)償環(huán)內(nèi)徑，Do-補(bǔ)償環(huán)外徑，h-補(bǔ)償環(huán)高度，R-補(bǔ)償環(huán)棱角倒圓半徑，α-截面斜角，S-并列補(bǔ)償環(huán)間隙。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1為本發(fā)明的一種實施方式，由圖可知，本發(fā)明主要由管箱4、內(nèi)套筒5、 管板1、支撐套筒2和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)3組成；管箱4為厚壁圓筒，是換熱器的主體結(jié)構(gòu)，管箱4內(nèi)壁上加工有密封臺階面，密封臺階面將管箱內(nèi)部分為內(nèi)直徑大小不同的兩段；管板1呈厚度一致的圓餅狀，橫貫于管箱內(nèi)部密封臺階面附近，將管箱內(nèi)部空間在軸向上分為管程側(cè)G和殼程側(cè)Q，管程側(cè)G內(nèi)直徑較大，殼程側(cè)Q內(nèi)直徑較?。还馨?在軸向上位于密封臺階面附近內(nèi)直徑較大一側(cè)，管板1外徑與該較大內(nèi)直徑相配合；內(nèi)套筒5位于管程側(cè)G，其外徑與管程側(cè)G內(nèi)直徑相配合，內(nèi)套筒5一端頂緊在管板1上，與管板1固定并可推動管板1一同在管箱4軸向進(jìn)行滑動；管板1面向殼程側(cè)Q的表面外緣加工成環(huán)形密封面與管箱4上的密封臺階面相對，與密封臺階面形成環(huán)形密封間隙S1；環(huán)形密封間隙S1內(nèi)安裝環(huán)形的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)3，補(bǔ)償機(jī)構(gòu)3在軸向上可隨管板1在管箱4內(nèi)的滑動進(jìn)行彈性伸縮，補(bǔ)償機(jī)構(gòu)3通過其上設(shè)置的密封墊片分別與管箱內(nèi)的密封臺階面及管板上的環(huán)形密封面貼合形成密封；支撐套筒2位于殼程側(cè)Q，一端固定連接在管板1上，另一端插入殼程側(cè)Q一定長度，其外徑與殼程側(cè)Q的內(nèi)直徑及補(bǔ)償機(jī)構(gòu)3的內(nèi)徑相配合，并可在軸向上隨管板1滑動，其外表面的一部分構(gòu)成環(huán)形密封間隙S1的內(nèi)環(huán)面。支撐套筒2在徑向上對管箱內(nèi)壁、管板1、補(bǔ)償機(jī)構(gòu)3起到定位作用。圖中的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)3采用的是單個補(bǔ)償環(huán)的結(jié)構(gòu)。

圖2為本發(fā)明的第二種實施方式，相對于圖1其改進(jìn)之處在于管板1為環(huán)形密封面部分薄、中間厚的帶環(huán)形臺階的餅狀，中間厚的部分向殼程側(cè)Q突出，突出部分直徑與殼程側(cè)Q的內(nèi)直徑相配合，全部或部分代替支撐套筒2的作用，可減小支撐套筒2的長度。圖中的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)3為雙環(huán)按截面斜角相反的方向摞列而成的結(jié)構(gòu)。

圖3為本發(fā)明的第三種實施方式，相對于圖2其改進(jìn)之處在于支撐套筒2的內(nèi)徑與殼程側(cè)Q內(nèi)直徑相同，這樣為了使支撐套筒2能夠插入殼程側(cè)Q，在密封臺階面處內(nèi)直徑小的管箱內(nèi)壁上加工出了一段內(nèi)直徑擴(kuò)大部分,該擴(kuò)大部分內(nèi)直徑與支撐套筒2外徑相配合，該擴(kuò)大部分尾部形成臺階，臺階與支撐套筒2尾端之間留出膨脹間隙，形成環(huán)形膨脹間隙S2。圖中補(bǔ)償機(jī)構(gòu)3為雙環(huán)按截面斜角相同的方向摞列而成的結(jié)構(gòu)。

圖4為本發(fā)明的第四種實施方式，相對于圖3其不同之處僅在于補(bǔ)償機(jī)構(gòu)3的結(jié)構(gòu)有所不同，是由兩組按截面斜角相同的方向摞列而成的補(bǔ)償環(huán)組再按截面斜角相反的方向摞列而成的四環(huán)結(jié)構(gòu)。

在上述四種實施方式中，補(bǔ)償機(jī)構(gòu)3的具體結(jié)構(gòu)可根據(jù)實際需要進(jìn)行選用，并不限于上述四種結(jié)構(gòu)。

圖5為本發(fā)明中補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)示意圖，主要由密封墊片6、外殼7 和補(bǔ)償環(huán)組8組成。密封墊片6為帶內(nèi)-外環(huán)形式的密封墊片，當(dāng)然也可采用其它形式的墊片；外殼7為兩端分別帶圓形折邊的圓筒，外殼7包覆在補(bǔ)償環(huán)組8內(nèi)環(huán)面上并通過其圓筒部分與之相貼合，外殼7的軸心線與補(bǔ)償環(huán)組8軸心線重合，外殼7兩端圓形折邊彎折方向同時背離圓筒的軸心線，在圓形折邊的內(nèi)外表面加工有內(nèi)、外環(huán)形密封面，密封墊片6的密封面與圓形折邊的外環(huán)形密封面相貼合從而實現(xiàn)密封面密封，圓形折邊的內(nèi)環(huán)形密封面與補(bǔ)償環(huán)組8的兩端面相貼合以實現(xiàn)密封面密封。當(dāng)然，根據(jù)管程側(cè)和殼程側(cè)壓力的不同，外殼的圓筒也可以與補(bǔ)償環(huán)機(jī)構(gòu)的外環(huán)面相貼合，圓形折邊也采用相應(yīng)的彎折方向，使兩端的圓形折邊與補(bǔ)償環(huán)組的兩端面相貼合；密封墊片6也可以焊接于圓形折邊的邊緣，密封墊片6以內(nèi)側(cè)密封面與補(bǔ)償環(huán)組8的端面相貼合從而實現(xiàn)密封面密封。

圖6為單個補(bǔ)償環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖，補(bǔ)償環(huán)是截面為平行四邊形的環(huán)狀體，圖中給出了補(bǔ)償環(huán)的主要結(jié)構(gòu)尺寸，其中Di為補(bǔ)償環(huán)內(nèi)徑，Do為補(bǔ)償環(huán)外徑，h為補(bǔ)償環(huán)高度，R為補(bǔ)償環(huán)棱角倒圓半徑，α為截面斜角。

圖7給出了由兩個單環(huán)按截面斜角方向相同摞列而成的補(bǔ)償環(huán)組，圖中α為截面斜角。

圖8給出了由兩個單環(huán)按截面斜角方向相反摞列而成的補(bǔ)償環(huán)組，圖中兩個截面斜角α相鄰。

圖9給出了由兩組按截面斜角相同的方向摞列而成的補(bǔ)償環(huán)組再按截面斜角相反的方向并列而成的四環(huán)補(bǔ)償環(huán)組，為并列、摞列聯(lián)合使用而成的補(bǔ)償環(huán)組，圖中S為并列補(bǔ)償環(huán)間隙，α為截面斜角。

當(dāng)然，本發(fā)明可通過調(diào)整補(bǔ)償環(huán)的數(shù)量及并列、摞列方式的組合得到不同結(jié)構(gòu)的補(bǔ)償環(huán)組，以滿足不同的需求。