專利名稱：管束式熱交換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關管式熱交換器的，其特點是管子的每一端均固定在管道板上，以便在流過管子內(nèi)的熱氣體與在管子外面上流過的液體或蒸氣相冷卻介質之間進行熱交換。
這些形式的管式熱交換器用在氣體-余熱鍋爐的流程中，其作用是將從裂解爐或化學工廠反應器排出的反應氣體較快地冷卻，同時產(chǎn)生高壓蒸汽作為放熱介質。為了控制高的氣體溫度和氣體與放熱冷卻介質之間的巨大壓力差，安裝在氣體入口側的管道板比安裝在氣體出口側的管道板薄得多(DE-C-1294981，AT-B-361953)。在這種情況下，薄的管道板用金屬支承片加固，這些支承片的位置距離管道板有一短距離，支承片通過鉸鏈與管道板連接。
在另一種已知的管式熱交換器形式(DE-C-3533219)中，薄的管道板用焊接的托架抓手支承在托架板上。冷卻介質流過托架板與管道板之間的間隙，該介質是通過一環(huán)形腔送入的，并通過管道與托架板之間的環(huán)形間隙流入熱交換器。這可使冷卻介質在薄管道板上橫向通過。水的這種流動使管道板能很好地冷卻，并可產(chǎn)生很高的流速，這可防止固體粒子從冷卻介質中沉淀在管道板上。這種雙層底已經(jīng)證明在操作中是有價值的，但其制造相對較昂貴。
此外，還知道，放在這種一般形式的管式熱交換器(AT-B-361953)氣體出口側的厚管道板可以配備冷卻通道。這樣，在保持管道板足夠剛性的條件下，可以容許氣體輸出溫度很高，從550℃至650℃。在這種已知的管道板中，冷卻通道安裝在一排排管子之間，并且彼此之間和與氣體接觸的管道板一側都有較大的距離。為了調(diào)節(jié)熱交換器氣體出口側的氣體溫度，和這種冷卻通道配置相作用的管道板的冷卻方法是很合適的。
本發(fā)明所要解決的問題是如何為普通形式的管式熱交換器開發(fā)一種冷卻管道板，使之在氣體側壁厚較小和冷卻介質流速較高的情況下，冷卻介質能達到均勻分布，并且氣體溫度可高于1000℃。
對于普通形式的管式熱交換器，這個問題可根據(jù)本發(fā)明，利用帶有冷卻通道的管道板放置在熱交換器的氣體入口側，其中冷卻通道在氣體沖擊一側上具有厚度均勻的底座特點得到解決。本發(fā)明的有益的實施例在附屬的專利權利要求中加以說明。
根據(jù)本發(fā)明，管道板可具有厚壁結構，這樣可滿足承受冷卻介質高壓的要求。因為管道通過沿著任一排管道排成一直線的冷卻通道，因此冷卻通道可以彼此非常接近，從而使冷卻介質在非常大的表面積上流過。固定壁厚的通道底座避免了將材料放置在通道內(nèi)部。這兩個特點使管道板的冷卻作用大大增強，這樣可滿意地得到超過1000℃的高氣體溫度。
冷卻通道中冷卻介質的流速可以調(diào)整至這樣一個數(shù)值，使得在冷卻介質中可能存在的任何固體粒子都不可能沉淀，這樣管道板就不會有過熱的危險。因此，在氣體入口側的管道板可以有較薄的基座部分，這基座用在管道板較厚部分上的輻板支承在冷卻通道之間。這種支承比使用單獨的鉸鏈更有利，并且由于應力分布更均勻，因而性能更優(yōu)越。薄的基座部分冷卻時只允許有低的熱應力，并且使之有可能在將管子焊接至管道板內(nèi)時，沒有間隙，質量更高，更適用。
現(xiàn)在較詳細地討論本發(fā)明的幾個具體實施例，并用附圖加以說明，其中

圖1為熱交換器的縱向截面圖;
圖2為在氣體入口側的管道板的平面圖;
圖3為沿圖2Ⅲ-Ⅲ線的截面圖;
圖4為沿圖2Ⅳ-Ⅳ線的截面圖;
圖5為圖3中Z部的詳圖;
圖6為圖5的頂視圖。
圖7為根據(jù)另一種形式的實施例，在氣體入口側的管道板平面圖;
圖8為沿圖7Ⅷ-Ⅷ線的截面圖;
圖9為根據(jù)另一形式的實施例，如圖3一樣，Z部的詳圖。
所述的熱交換器在特定情況下可用作借助于汽化和高壓下部分地蒸發(fā)的水冷卻裂解的氣體。熱交換器由一束用單獨的管子1組成的管子，要冷卻的氣體流過這些管子，管子四周由外套2包圍。為了清楚起見，只表示了一些管子1。管子1用兩個管道板3，4固定在確定位置上，氣體入口5和氣體出口6分別與這些管道板相聯(lián)，所述管道板焊接在外套2內(nèi)。
放置在氣體入口側的管道板3帶有互相平行的冷卻通道7。冷卻通道7是這樣配置在管道板3上的，當從管道板3的軸向方向看時，冷卻通道7距離管道板氣體側的距離比距離外套2的內(nèi)壁的距離小。這樣，較薄的底座部分8就在氣體側形成，而較厚的底座部分9則靠近外套2。
圖1至圖6所示的冷卻通道在兩端敞開，通入圍繞管道板3圓周的環(huán)形腔10。腔10的入口側具有一個或多個供給噴嘴11，高壓下的冷卻介質通過噴嘴進入腔中。
冷卻通道7可以是圓柱形孔的形式，這些就通過管道板3鏜出，并與其表面平行。然而，原來的圓形橫截面要經(jīng)過加工和擴大，變成隧道形的形狀。這個隧道形的橫截面在圖中畫出，其特點是頂部為曲線，底部12是平的，它平行于管道板3的上表面。這樣，在一個特別簡單的工序中就可以產(chǎn)生一個固定壁厚的薄的底座部分。隧道形冷卻通道7的側壁13亦是平的，并且與底12垂直。這些側壁13形成許多狹窄的輻板14，借助這些輻板下面的薄的底座部分8在一個較大的支承長度上從上邊的厚的底座部分9上懸掛下來。
在厚的底座部分9內(nèi)，管道板3有鏜孔15，它們向外套2的內(nèi)部和冷卻通道7的內(nèi)部敞開，并與冷卻通道7的縱向成直角。管束的管子1通過這些鏜孔15，為了自由放入，四周留有小的環(huán)形間隙。任意一排管道的管子1穿過一個冷卻通道7，并且焊在管道板3的薄基座部分8內(nèi)，焊縫16完整，沒有間隙。這樣作出的冷卻通道7的寬度大約為管子1直徑的1～2倍。
通過供給噴咀11送入腔10的入口側的冷卻介質獲得通向冷卻通道7的通路，并部分地通過管子1與鏜孔15內(nèi)壁之間的環(huán)形間隙進入熱交換器的外套2的內(nèi)部。這部分冷卻介質沿著管子1的外側在外套2內(nèi)上升。并作為高壓蒸汽通過焊接在外套2的壁內(nèi)的排放噴咀17排出。
沒有通過所述環(huán)形間隙進入熱交換器外套內(nèi)部的部分冷卻介質離開在熱交換器對面的冷卻通道7，并獲得進入環(huán)形腔10的出口側的通路。出口側用兩個隔板壁22與入口側隔開，隔板壁放于腔10中，與冷卻通道7的縱軸線垂直，并布滿腔10的整個橫截面積。由于這種布置，每一個冷卻通道的一端都與所述腔的入口側相通，而另一端則與所述腔的出口側相通。彎曲管23與腔10的出口側相連接，它向熱交換器外套的內(nèi)部敞廾。其余的冷卻介質通過所述的管道23進入熱交換器的內(nèi)部，在那里亦轉化為高壓蒸汽。由于部分冷卻介質的這種轉化，效果可達到，即在冷卻通道7的出口端，冷卻介質的流速足夠高，使得固體粒子不能從冷卻介質中沉淀落到冷卻通道7的底部12上。往往有這種情況，懸浮在冷卻介質中的固體粒子，通過冷卻通道7可被沖走。
因為通過所有的冷卻通道7的流動是均勻的，因此通過外側的較短的冷卻通道7的流動阻力可以適用于通過比較接近中心的，較長的冷卻通道7的流動阻力。這可能是由外側較短的，而其橫截面積比更靠近中心者小的冷卻通道7引起，或是由于在外側冷卻通道7中加入了節(jié)流地段而引起。
在圖7和圖8中表示了排列在內(nèi)側的冷卻介質輸入腔18，所述腔大概布滿了熱交換器的半個圓周。這個輸入腔18的壁與外套2的內(nèi)壁連接，并且在邊界處與管道板3連接。在這個形式的實施例中，每一個冷卻通道7在其兩端均用蓋20封閉。在冷卻通道7的每一端都有孔19，24，它們是在熱交換器的軸線方向，通過管道板3的上部較厚底座部分9鉆出的。一個鉆孔19從輸入腔18開始，并向冷卻通道7供應冷卻介質。另一個鉆孔24向熱交換器內(nèi)部開口1并用作將沒有通過管子1與鏜孔15內(nèi)壁之間的環(huán)形間隙的剩余冷卻介質導出。
如圖9所示，冷卻通道7也可切在管道板3內(nèi)作為邊緣凹口。這樣作出的冷卻通道7頂部可以為曲線形或平的。邊緣凹口用金屬片21遮蓋住，金屬片21焊在冷卻通道7之間留出的輻板14上。管子1的兩端焊在金屬片21上。與圖1至圖8所述的實施例比較，圖9所示的實施例需要大量的焊縫，這會導致附加應力，并會有削弱作用，但在某些情況下，制造較簡單。
權利要求
1.具有管束的管式熱交換器，管子的每一端均固定在管道板，以便在流過管子內(nèi)的熱氣體與在管子外面上流過的液體或蒸氣相冷卻介質之間進行熱交換，管道板和外套的端面連接，外套包圍著一束管子，其中一個管道板在一半塊板上作有平行的冷卻通道，管道板軸向偏離外套，冷卻通道有冷卻介質流過其中，這個管道板還有鏜出的孔，它們向外套內(nèi)部和冷卻通道敞開，這樣它們同心地包圍管子，帶有冷卻通道的管道板放置在熱交換器的氣體入口側，任意一排管道的管子通過一個冷卻通道，其中冷卻通道在氣體沖擊一側上具有厚度均勻的底座。
2.根據(jù)權利要求1的管式熱交換器，其特征在于冷卻通道具有隧道形的橫截面，頂部為曲線形，底部是平的，平的側壁垂直于所述底面。
3.根據(jù)權利要求1或權利要求2的管式熱交換器，其特征在于管道板為一環(huán)形腔所包圍、冷卻通道在其兩端向所述腔敞開。
4.根據(jù)權利要求1或權利要求2的管式熱交換器，其特征在于冷卻介質的輸入腔大約布滿熱交換器的半個圓周，并且這個輸入腔與外套的內(nèi)壁連接，并在邊緣地區(qū)與管道板連接，兩端封閉的每一條冷卻通道通過軸向鉆出的孔與輸入腔連接。
5.根據(jù)權利要求1至4的任一管式熱交換器，其特征在于在出口側的冷卻通道與封閉在外套內(nèi)的熱交換器的內(nèi)部空間相通。
6.根據(jù)權利要求3和權利要求5的管式熱交換器，其特征在于環(huán)形腔用兩塊隔板壁隔開，這些隔板壁與冷卻通道的縱軸線垂直安放，通入入口側和出口側，并且有一根彎曲的管與腔的出口側和熱交換器的外套壁相連接。
7.根據(jù)權利要求4和權利要求5的管式熱交換器，其特征在于有一個附加的孔，它從冷卻通道通向熱交換器的內(nèi)部，這孔是遠離第一個鉆孔的另一端，穿過管道板，在軸線方向鉆出的。
8.根據(jù)權利要求1至7的任一管式熱交換器，其特征在于處在外側的冷卻通道比更靠近中心的冷卻通道流動阻力大。
9.根據(jù)權利要求1至8的任一管式熱交換器，其中冷卻通道加工成一單一的板。
10.根據(jù)權利要求1至8的任一管式熱交換器，其特征在于冷卻通道作為邊緣凹口加工在管道板上，并用金屬片封蓋住。
全文摘要
用于管子(1)內(nèi)的熱氣體和它外面流過的液體或蒸汽相冷卻介質之間進行熱交換的管式熱交換器的管子(1)，每一端都固定在管道板(3，4)上，這些板與外套(2)連接。管道板(3)在其一半處作有冷卻通道(7)，它們彼此平行，冷卻介質通過它們流動。管道板(3)有鏜孔(15)，它們向外套(2)內(nèi)部和冷卻通道(7)敞開，這樣它們同心地包圍每一根管子(1)。任意一排管道的管子(1)通過一個冷卻通道(7)。冷卻通道(7)有均勻壁厚的底部(12)。
文檔編號F28F9/02GK1050928SQ9010754
公開日1991年4月24日 申請日期1990年9月8日 優(yōu)先權日1989年9月9日
發(fā)明者彼得·布魯徹, 赫爾穆特·拉徹曼 申請人:德意志巴普科克博爾西希股份公司